《观察变换和裁剪》课件.ppt

*************************************Weiler-Atherton算法：原理链表维护使用链表维护多边形顶点和裁剪窗口顶点。交点判断判断多边形顶点与裁剪窗口边界的交点是入点还是出点。路径追踪根据入点和出点的类型，选择沿着多边形边界或裁剪窗口边界进行路径追踪，生成裁剪后的多边形。Weiler-Atherton算法：流程1建立链表建立多边形顶点和裁剪窗口顶点的链表。2寻找交点寻找多边形与裁剪窗口的交点，并标记入点和出点。3路径追踪从一个入点开始，沿着多边形边界或裁剪窗口边界进行路径追踪。4生成多边形根据路径追踪结果，生成裁剪后的多边形。3D裁剪：概念视锥体三维裁剪主要是在视锥体内进行的。视锥体是由相机的位置、方向和视野决定的一个三维空间区域。裁剪平面视锥体由六个裁剪平面组成，分别是左、右、上、下、近、远裁剪平面。这些平面定义了相机能够观察到的三维空间范围。剔除物体三维裁剪的目标是剔除位于视锥体外的物体，只保留视锥体内的物体进行渲染。这可以显著提高渲染效率，并避免出现错误的图像。3D裁剪：视锥体裁剪1视锥体定义视锥体是一个由相机位置、方向和视野决定的三维空间区域。它定义了相机能够观察到的三维空间范围。2裁剪平面视锥体由六个裁剪平面组成，分别是左、右、上、下、近、远裁剪平面。这些平面定义了视锥体的边界。3内外判断视锥体裁剪的目标是判断物体是否位于视锥体内。通常通过判断物体顶点与裁剪平面的位置关系来实现。视锥体的定义相机位置视锥体的顶点位于相机的位置，即观察空间的原点。视野角度视野角度决定了视锥体的张角，即相机能够观察到的水平和垂直方向的范围。近裁剪面近裁剪面定义了相机能够观察到的最近距离，位于相机前方一定距离处。远裁剪面远裁剪面定义了相机能够观察到的最远距离，位于相机前方一定距离处。如何判断点在视锥体内？平面方程使用平面方程表示视锥体的六个裁剪平面。距离计算计算点到每个裁剪平面的距离。符号判断如果点到所有裁剪平面的距离的符号都相同，则该点位于视锥体内；否则，该点位于视锥体外。3D裁剪：平面方程一般形式平面方程的一般形式为：Ax+By+Cz+D=0，其中A、B、C为平面的法向量，D为平面到原点的距离。点法式平面方程的点法式为：n·(p-p0)=0，其中n为平面的法向量，p0为平面上一点，p为空间中任意一点。视锥体平面视锥体的六个裁剪平面都可以用平面方程表示，用于判断物体是否位于视锥体内。平面方程的表示1法向量确定确定平面的法向量，法向量垂直于平面，并指向平面的外侧。2平面上一点确定平面上的一点，该点可以是视锥体的顶点或边界上的任意一点。3方程求解将法向量和平面上一点代入平面方程的点法式或一般形式，即可得到平面方程的表示。点到平面的距离公式点p(x,y,z)到平面Ax+By+Cz+D=0的距离公式为：d=(Ax+By+Cz+D)/sqrt(A^2+B^2+C^2)。符号距离的符号表示点位于平面的哪一侧。如果距离为正，则点位于平面的外侧；如果距离为负，则点位于平面的内侧；如果距离为零，则点位于平面上。应用点到平面的距离可以用于判断点是否位于视锥体内，以及计算点到裁剪平面的距离，用于裁剪算法。3D裁剪：裁剪算法Cohen-Sutherland3D将Cohen-Sutherland算法扩展到三维空间，使用6位编码表示点与视锥体的位置关系。1Liang-Barsky3D将Liang-Barsky算法扩展到三维空间，使用参数方程表示直线段，并计算直线段与裁剪平面的交点。2三维裁剪算法主要包括Cohen-Sutherland3D算法和Liang-Barsky3D算法，这些算法都是将二维裁剪算法扩展到三维空间，并考虑深度信息。Cohen-Sutherland3D算法区域编码将三维空间划分为27个区域，每个区域赋予一个6位编码，编码的每一位分别代表点位于视锥体的左侧、右侧、下方、上方、前方或后方。快速判断根据端点的编码值，可以快速判断直线段是否完全位于视锥体内或完全位于视锥体外。如果直线段完全位于视锥体内，则无需进行裁剪；如果直线段完全位于视锥体外，则直接剔除。迭代求交如果直线段部分位于视锥体内，则需要计算直线段与裁剪平面的交点，并将直线段裁剪为位于视锥体内的部分。Liang-Barsky3D算法参数方程使用参数方程表示直线段，可以方便地计算直线段与裁剪平面的交点。参数范围