计算机图形:图元、片元、光栅化等基本概念

发布时间 2023-11-17 21:44:32作者: 明明1109

几种“点”的概念

  • 顶点(vertex):图元(如线段、三角形、圆等几何图形)由顶点+边组成,由用户及其建立的模型确定.

  • 图元(primitive):描述对象的几何要素的输出图元,称为几何图元,简称图元. 如点、直线段、圆、二次曲线、曲面等.

  • 片元(fragment):光栅化过程的产物,光栅化将一个图元转变成二维图像,每个图像点都包含颜色、深度、纹理等数据,将该点和相关信息称为一个片元.

  • 像素(pixel):最终呈现在屏幕上的点,包含RGBA值的图像最小单元.

它们生成顺序是这样的:
顶点 -> 图元 -> 片元 -> 像素

光栅化

计算场景中多边形在在屏幕上的投影位置,即确定它在屏幕上的投影区域覆盖了哪些像素,这个过程称为光栅化. 光栅化是从裁剪后的对象生成片元的过程.

  • 光栅化如何得到片元?
    通过对屏幕上一片连续的投影区域进行离散采样.

  • 光栅化存在的问题
    多边形在屏幕上投影可能会将像素划分为2部分, 一部分位于投影区域内, 另一部分位于投影区域外. 如何判定这部分像素归属(投影区域内or区域外)十分敏感. 如果处理不当,可能导致画面走样,如相邻多边形间的空洞、多边形边界锯齿,动画中多边形边界闪烁,细小多边形时隐时现等物体. 为解决该问题,一个简单办法是将像素中心点作为采样点,如果像素中心位于投影区域内,则判定当前像素点为投影区域内的点;否则,判定为投影区域外的点.

  • 光栅化常用方法
    光栅化最常用方法是扫描线算法:按扫描线的顺序,确定各像素上场景的可见点并计算其显示的光亮度.

而扫描线,指屏幕上平行于x轴且相互间距为1个像素的一系列直线,如果取每个像素中心为整数网格点,则每条扫描线y=I, I=0,1,2,...,n分别通过屏幕一行像素的中心.

参考

彭群生.计算机真实感图形的算法基础[M].科学出版社,1999.
图元,片元和像素