Synlig ytdetektering (VSD), även känd som dold ytborttagning, är en avgörande process i datorgrafik som bestämmer vilka delar av en 3D -scen som är synliga för tittaren och vilka som är dolda bakom andra objekt. Det är viktigt eftersom att göra varje polygon i en scen utan att överväga tilltäppning skulle vara beräkningsmässigt dyrt och producera en felaktig bild.
Det finns flera algoritmer för att lösa detta problem, var och en med varierande komplexitet och prestandaegenskaper. De kan i stort sett kategoriseras i:
1. Objekt-rymdmetoder: Dessa algoritmer fungerar direkt med de geometriska beskrivningarna av objekten i scenen. De jämför föremål med varandra för att bestämma synligheten. I allmänhet är de mindre effektiva för komplexa scener. Exempel inkluderar:
* Back-face borttagning: Detta är den enklaste metoden. Det slår (kasserar) polygoner vars normaler pekar bort från tittaren. Även om det är snabbt löser det bara en del av problemet och lämnar många dolda ytor.
* Djup-sort (Painter's Algoritm): Denna algoritm sorterar polygonerna efter deras avstånd från betraktaren (djup). De längsta polygonerna återges först, och sedan närmare återges på toppen, effektivt "målning" över de dolda delarna. Det är enkelt men kan drabbas av problem med korsande polygoner (som kräver polygondelning).
2. Bildutrymmets metoder: Dessa algoritmer fungerar direkt på bildplanet (skärmen). De bestämmer synligheten på en pixel-för-pixelbasis. De är i allmänhet mer effektiva för komplexa scener. Exempel inkluderar:
* z-buffer (djupbuffert) algoritm: Detta är den mest använda metoden. Den upprätthåller en djupbuffert (en 2D -matris) av samma storlek som skärmen och lagrar djupvärdet (avstånd från betraktaren) för varje pixel. När polygoner återges jämförs deras djupvärden med värdena i Z-buffert. Om en polygon är närmare ersätter dess djupvärde den befintliga och pixeln uppdateras med polygons färg. Annars förblir pixeln oförändrad.
* Scan-line algoritm: Denna algoritm bearbetar scenen en skanning (horisontell linje) åt gången. För varje skanning bestämmer den vilka polygoner som korsar linjen och sedan sorterar dessa polygoner efter djup för att bestämma synligheten.
* A-Buffer-algoritm: En förlängning av Z-buffern som lagrar mer information per pixel, vilket gör att den kan hantera transparens och andra effekter mer effektivt. Det lagrar ett djupvärde, ett täckningsvärde (del av pixeln täckt av en polygon) och färginformation.
* Ray Tracing: Denna metod spårar strålar från tittarens öga genom varje pixel på skärmen in i scenen. Det första objektet som korsas av varje stråle bestämmer färgen på den pixeln. Den kan hantera reflektioner och brytningar elegant. Även om det beräknas dyrt producerar det mycket realistiska bilder.
Att välja en metod:
Valet av synlig ytdetekteringsmetod beror på faktorer som:
* Scenkomplexitet: För enkla scener kan objektutrymmningsmetoder räcka. Komplexa scener kräver i allmänhet bildutrymme-metoder.
* önskad realismnivå: Ray Tracing producerar den högsta realismen men är beräkningsintensiv. Z-buffering är en bra kompromiss mellan hastighet och kvalitet.
* Hårdvarufunktioner: Tillgängligheten till specialiserad hårdvara (t.ex. Z-Buffer-hårdvara) kan påverka valet.
I modern grafik hårdvara är Z-buffer-algoritmen starkt optimerad och är nästan universellt anställd för snabb, rimligt noggrann dold ytborttagning. Ray Tracing och andra mer sofistikerade tekniker används ofta för högre återgivningsapplikationer där hastigheten är mindre kritisk än bildkvaliteten.
