graphics - 我应该在管道的哪个阶段进行剔除和裁剪以及裁剪后我应该如何重建三角形

Question

我正在尝试在软件级别实现图形管道。我现在在裁剪和剔除方面遇到了一些问题。

基本上，有两个主要问题:

1. 什么时候应该进行背面剔除？眼睛坐标、裁剪坐标或窗口坐标？我最初在眼睛坐标中进行剔除过程，认为这种方式可以减轻裁剪过程的负担，因为许多背面顶点已经被丢弃。但是后来发现这种方式顶点需要进行2次矩阵乘法，即左乘模型 View 矩阵-->剔除-->左乘透视矩阵，一定程度上增加了开销。

2. 如何剪裁和重建三角形？据我所知，裁剪发生在裁剪坐标中(透视变换后)，换句话说齐次坐标，其中每个顶点都被确定是否不应该通过比较其 x、y、z 分量与 w 分量来丢弃它。到目前为止一切顺利，对吧？但在那之后我需要重建那些有一个或两个顶点被丢弃的三角形。我在谷歌上搜索了 Liang-Barsky 算法在这种情况下会有所帮助，但是在裁剪坐标中我应该使用什么裁剪平面？我应该只记录裁剪三角形并在 NDC 中重建它们吗？

任何想法都会有所帮助。谢谢。

Answer 1

(1)

背面剔除可以发生在任何你想要的地方。

在 3dfx 硬件上，可能还有其他仅光栅化的卡，它是在窗口坐标中实现的。正如您所说，这会让您处理一些您从未使用过的顶点，但您需要权衡其他成本。

你也可以剔除世界坐标；你知道相机的位置，所以你知道从相机到脸部的矢量——只需转到任何边缘顶点。因此，您可以针对正常值测试它的点积。

当我为基于 z80 的 micro 实现软件光栅化器时，我更进一步，将相机转换为模型空间。所以你得到模型矩阵的逆(在这种情况下很便宜，因为它们保证是正交的，所以转置就可以)，将其应用于相机，然后从那里剔除。它仍然是向量差和点积，但如果您仅将表面法线用于剔除，那么为了相机的利益，它可以节省对它们中的每一个进行变换的麻烦。对于那个特定的渲染器，我然后能够从哪些面可见以确定哪些顶点是可见的并且仅将那些顶点转换为窗口坐标。

(2)

Sutherland-Cohen 的变体是我记得最常看到的东西。您将围绕多边形的外部进行正向扫描，依次检查每条边并进行适当调整。

例如您从点(V1、V2、V3)之间的凸多边形开始。对于每个裁剪平面，您依次执行以下操作:

for(Vn in input vertices)
{
    if(Vn is on the good side of the plane)
        add Vn to output vertices

    if(edge from Vn to Vn+1 intersects plane) // or from Vn to 0 if this is the last edge
    {
        find point of intersection, I
        add I to output vertices
    }
}

并为每个平面重复。如果您担心重复成本，那么您要么需要采用一种在面和边之间具有额外间接级别的结构，要么只保留缓存。一旦将顶点标记为 in 或 out，您可能会做一些类似在顶点周围划破折号的事情，然后缓存每条边的交点，通过键 (v1, v2) 查找。如果您为自己设置了额外的间接级别，则将结果存储在边缘对象中。