扫描线Z缓冲算法

扫描线z缓存算法

Stephenxjc-千年一笑 2011年1月22日星期六

在附件中附有word的文档，其格式清晰，比较易于阅读。

 

1.1 基本思想

扫描线z缓存算法的思想是：在某个方向如y上扫描，每条扫描线需要一个z缓存和一个帧缓存，通过对比z缓存中的z与实际z的值，如果实际z大于z缓存中的值，则更新相应位置的帧缓存。

 

1.2 数据结构

1.2.1 边对

（其中点(a,b,c)为该边对所在三角形的法向量，k为相应边的斜率，sizey为整个场景的高度值，sizex为整个场景的x宽度值，height为图片y方向的像素数，width为图片x方向的像素数）

xl:左边对的x值

dxl:每个y方向的像素，左边x的变化量，公式dxl=-1/k*sizey/height

xr: 右边对的值

dxr:每个y方向的像素，右边x的变化量，公式dxr=-1/k*sizey/height

dy:扫描线行数，为边对总共跨越的扫描线数

zl:左边的z值

dzx:单位x长度，z上的变化量，公式dzx=-a/c

dzy:y方向，每个像素的z上的变化量，公式dzy=b/c*sizey/height

如附件中图一所示，以三角形ABC为例，可以建立两个边对

AB-AC一组：xl=A.x，dxl=(-1/AB的斜率)*sizey/height，rl=A.x，dxr=(-1/AC的斜率)*sizey/height，dy=(A.y-B.y)/height*sizey，zl=A.z，dzx=-a/c，dzy=b/c*sizey/height。注：求三角形的法向量，因为三角形是逆时针存储三点，所以，AB向量X AC向量，可以得到向量。

BC-AC一组：xl=B.x，dxl=(-1/BC的斜率)*sizey/height，rl=D.x，dxr=(-1/AC的斜率)*sizey/height，dy=(B.y-C.y)/height*sizey，zl=B.z，dzx=-a/c，dzy=b/c*sizey/height。 next：在边对中，为了后续采用链表，所以该结构中需要有一个指向下一个节点的指针

1.2.2 边对表

由边对构成，主要是存储边对，根据边对中的y最大值决定插入到哪一行中，如AB-AC边对，通过(A.y-ymin)*height/sizey。(其中ymin是整个场景中y的最小值)，之后将AB-AC对添加到计算得到的下标所在队列中。如附件中图二所示.

1.2.3 活化边对队列

为动态的队列。针对它的操作主要是：

1. 每条扫描线，需要将边对表中对应行的队列添加到活化队列中。
2.  在扫描下一条扫描线时，需要将活化队列中的所有边对更新（包括边对中的xl，xr，dy，zl；更新的公式为xl+=dxl，xr+=dxr，dy--，zl+=dzx*dxl+dzy）。
3. 需要将队列中结束的边对从活化队列中删除（结束状态的判断取决于dy，如果dy小于0，则结束）

1.3 算法

1. 遍历整个场景，将所有三角形转化为边对（在1.2.1边对中介绍），将边对添加到边表

2. Y方向上，按从大到小，对场景扫描

a) 查看当前y像素值所在边对表是否有队列，如果有，需要将该队列添加到活化边对队列中

b) 将z缓存中的所有数值为最小值

c) 遍历活化边对队列

i. 当前边对，x方向上从xl到xr

1. 计算z的值，如果z值比z缓存中的大，则更新z缓存中的z值和相应的帧缓存中的颜色数值

2. z+=dzx*sizex/width

d) 遍历活化边对队列

i. 更新值，xl+=dxl，xr+=dxr，dy--，zl+=dzx*dxl+dzy

ii. 如果dy<0，则将其从边对队列中删除