计算机图形学·24 消隐1 深度缓存-扫描线深度缓存-区间扫描线深度缓存

本文为记录专业课计算机图形学的部分笔记，参考教材为Angel的第八版交互式计算机图形学——基于WebGL 2.0的自顶向下方法。

1、我们先来考虑基本Z-Buffer算法，基本由来：颜色帧Buffer ，保存各像素颜色值；深度Z-Buffer ，保存各像素处对应物体深度值；深度Z-Buffer中的单元与颜色帧Buffer中的单元一一对应。思路：
①先将Z-Buffer中每个单元的初始值置为-1
规范视见体的最小z值，最大深度值
Z方向（指向纸面外）与视点方向（指向纸面内）相反
②当要改变某个像素的颜色值时，首先检查当前多边形的z值(-深度值)是否大于该像素原来的z值(-深度值) （保存在该像素所对应的z-Buffer的单元中）
如果z值大于，说明当前多边形更靠近观察点，用当前多边形的颜色替换像素原来的颜色；
否则说明在该像素处，当前多边形被前面所绘制的多边形遮挡了，是不可见的，像素的颜色值不改变。

优点是简单稳定，利于硬件实现。缺点是需要一个额外的Z-Buffer及其存储空间，在每个多边形占据的每个像素处都要计算深度值（计算量大）。
2、接下来我们考虑扫描线Z-Buffer算法。由来：Z-Buffer算法中所需要的Z-Buffer容量较大，如
何克服这个缺点？可以将整个绘图区域分割成若干个小区域，然后一个区域一个区域地显示，这样Z-Buffer的单元数只要等于一个区域内像素的个数就可以了。如果将小区域取成屏幕上的扫描线，就得到了扫描线Z-Buffer算法。


3、最后我们考虑区间扫描线算法，它主要避免了逐点计算。区间扫描线算法是扫描线Z-Buffer算法的进一步改进，使得在一条扫描线上每个区间只计算一次深度值。如何做到的？把当前扫描线与各多边形在投影平面的投影的交点进行排序后（连贯性），使扫描线分为若干区间。因此，只要在区间上任一点处找出在该处z值最大的一个面，这个区间上的每一个像素就用这个面的颜色来显示。
将区间分为三类：
① 区间为空、无多边形，如下图（a）所示的区间 [0, a1]，此时只要按背景属性显示即可；
② 区间中只包含一个区段，即一条交线或交线的一部分，如下图（a）中的区间[a1, a2]和[a3, a4]。此时，按该区段所在多边形的显示属性进行显示；


经过分割之后，再按照A情形处理即可。