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学习目标：

1. 明白可见表面检测的目的
2. 知道back-face detection 背面剔除方法
3. 知道深度缓冲（z-buffer）方法
4. 知道光线追踪（ray-casting）方法
5. 能对这种技术opengl编程

可见表面检测

又叫Hidden Surface Elimination隐面消除，只有可见表面应该被栅格化。

当我们查看包含非透明对象和表面的图片时，我们无法从靠近眼睛的对象后面看到那些对象。我们必须删除这些隐藏的表面，以获得逼真的屏幕图像。识别和去除这些表面称为隐面问题。

三种方法

• Back-face detection (also called Culling)
• Z buffer (also called depth buffer)
• Ray Casting

1、Back-face detection 背面剔除

• 简单快速
• 一般在更复杂可见性测试之前用作初步步骤
• 在进一步考虑前消除了大约50％的面
• 如下图，N⋅V < 0 则为背面：
  
• 有时，v被VPN取代，可以更快地进行近似处理
• 然而，这种方法不能处理凹形物体和部分被重叠的物体
  

2、Z buffer 深度缓冲

• 有俩buffers，分别是（frame buffer）帧缓冲区和（depth buffer）深度缓冲区。
• 深度缓冲区用于
  
  存储(x，y)位置的深度值
  
  ，因为表面被处理(0≤深度≤1)。
• 帧缓冲区用于存储每个位置(x，y)的
  
  颜色值的强度值
  
  。
• 缓冲区存储当前的可见表面信息，一旦发现新的可见信息，值就会更新
• 如下图，s1为可见表面 所以他有最小的depth value
  
  
• 算法步骤：
  
  1.初始化深度缓冲区和帧缓冲区，对所有缓冲区位置设置
  
  depthBuff（x，y）= 1.0，frameBuff（x，y）=backgndColor
  
  2.处理每个多边形。一次处理一个。对于多边形的每个投影的（x，y）像素位置，计算深度z（如果未知）。
  
  3.如果z <depthBuff（x，y），计算该位置的表面颜色并设置 depthBuff（x，y）= z，frameBuff（x，y）= surfColor（x，y）
  
  在处理完所有表面之后，深度缓冲区就会包含可见表面的深度值，而帧缓冲区包含这些表面的相应颜色值。

3、Ray casting 光线追踪

• 追踪我们发射出的ray到达的像素点的光路
• 对于每个像素，发射一条经过该像素的光线（从PRP）
• 找到射线与曲面的所有交点
• 最近的交点是该像素表面的可见部分

openGL command

// Back face removal
glEnable (GL_CULL_FACE); 
glCullFace (GL_BACK);
//Z Buffer
glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
glClear (GL_DEPTH_BUFFER_BIT); 
glEnable (GL_DEPTH_TEST);