[计算机图形学]可见性与遮挡,Z-Buffer(前瞻预习/复习回顾)

一、前言

通过光栅化我们知道，模型的三角形最终都被画在了屏幕上成为了像素，那么真实的场景往往有许多模型，也就是有很多三角形需要被画在屏幕上，这么多的三角形如何正确的判断它们的遮挡关系，从而把离我们摄像机最近的三角形画出来是一个问题，而解决这个问题的方法就是我们今天要讲的Z-Buffer，中文名深度缓存/缓冲。

二、画家算法

场景中有很多的物体，我们可以由远到近的一一把他们画在画布上来实现遮挡关系。例如：先画远处的山，再画地面，再画树。而此算法被称为画家算法。

那如果碰到如下图这种情况怎么办？

显然，画家算法并不能解决这种复杂的遮挡关系，而且对顺序有着很直观印象的要求，这种要求无法让计算机理解。所以人们采取了新方案，也就是Z-Buffer。

三、Z-Buffer

基本思想：

在渲染的过程中，同时生成渲染结果和一张深度图，其中深度图用来储存该像素上深度值最小的深度信息，在之后根据后续的深度结果决定是否更新该像素的深度值。

简单的说，就是在一个像素内，先默认深度为无限远，然后随着不断渲染，判断新的深度值和储存在其中的深度值的大小关系，如果新的深度小于存储的深度，那么就更新为新的深度，否则不更新，这样就可以确保该像素的深度值始终是正确的，距离摄像机最近的。

我们曾经规定过，相机始终是放在原点，朝向-z方向，那么此时我们就可以认为，z坐标的绝对值表示的就是深度的大小，z的绝对值越大说明深度越大，该点离我们越远，反之则越近。

渲染结果(左)和深度缓存得到的深度图(右)

深度缓存算法伪码

深度缓存的工作流程图示：

(R表示深度值为无限大)一个红色三角形被光栅化，紧接着一个蓝色三角形被光栅化，其中由深度缓存得出的遮挡关系发生的变化。

深度缓存算法复杂度：

深度缓存算法复杂度为O(n)，我们并没有做排序求遮挡关系，只是始终在求最小深度所以不是O(nlogn)

参考：

Lecture 07 Shading 1 (Illumination, Shading and Graphics Pipeline)_哔哩哔哩_bilibili