三维函数的绘制方法研究

论文摘要

本文对三维函数绘制过程中的消隐,光照,明暗处理及阴影生成技术进行了研究。并针对快速地实现三维函数的绘制提出了新颖的方法。本文所做的主要工作内容和所取得的研究成果如下:首先,分析了三维函数消隐的特殊性并对扫描线,浮动水平线,深度缓存,列表优先级等几种常用的消隐算法进行了比较。尤其通过对浮动水平线算法的重点研究,阐述了该算法在处理三维函数消隐的优越性以及如何利用该算法快速地完成了消隐处理。其次,在点光源的局部光照模型的基础上,本文对环境光,漫反射光和镜面反射光的性质进行了分析,并具体介绍了如何在绘制过程中完成从单光源到多光源,从灰度图到彩色图的扩展方法。同时,由于图像显示效果和绘制运行时间的矛盾性,本文还对多边形,Gouraud和Phong明暗处理技术的绘制速度和显示效果进行了详细的对比分析。第三,对于阴影生成问题,本文结合上述的消隐和明暗处理技术,阐述了如何利用对于光源和视点的逐次扫描完成阴影的生成和如何采用反走样算法消除阴影边缘的锯齿现象。此外,结合显示中的双缓存技术,本文还对快速完成函数的阴影生成进行了重点的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章. 绪论
• 1.1 科学可视化
• 1.1.1 可视化过程模型及数据模型
• 1.1.2 科学可视化的分类
• 1.1.3 可视化研究方向
• 1.2 真实感图形绘制
• 1.2.1 真实感图形概述
• 1.2.2 真实感图形绘制的主要技术
• 1.3 本文所作的工作
• 第二章. 消隐技术
• 2.1 消隐算法的介绍
• 2.1.1 消隐算法中的常见技术
• 2.1.2 几种消隐算法的介绍
• 2.2 三维函数消隐的特殊性及水平线消隐算法
• 2.2.1 三维函数消隐的特殊性
• 2.2.2 水平线算法
• 2.3 水平线算法的性能分析
• 第三章.光照模型及明暗处理
• 3.1 光照模型
• 3.1.1 环境光
• 3.1.2 漫反射
• 3.1.3 镜面反射
• 3.2 明暗处理技术
• 3.2.1 多边形网格明暗处理
• 3.2.2 Gouraud 明暗处理技术
• 3.2.3 Phong明暗处理
• 3.3 光照模型结合明暗处理技术的扩展
• 3.3.1 从灰度图到彩色图
• 3.3.2 从单光源到多光源
• 3.4 明暗处理技术的性能分析
• 3.4.1 运行效果分析
• 3.4.2 运行时间比较
• 第四章 函数的阴影生成
• 4.1 阴影的属性
• 4.1.1 什么是阴影
• 4.1.2 阴影的作用
• 4.1.3 阴影生成算法的本质
• 4.1.4 阴影生成的步骤
• 4.2 阴影网格的处理算法
• 4.2.1 部分可见阴影网格的裁减
• 4.2.2 判断点与多边形的位置关系
• 4.2.3 反走样算法
• 4.3 函数的消隐结合Gouraud明暗处理生成阴影
• 4.3.1 直接利用光照方程生成阴影
• 4.3.2 处理对于光源部分可见的网格生成阴影
• 4.4 函数消隐结合Phong明暗处理生成阴影
• 4.5 几种阴影生成算法的性能分析
• 4.5.1 绘制效果分析
• 4.5.2 运行时间分析
• 4.5.3 扩展能力分析
• 4.5.4 总结
• 第五章 结束语
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果