Question

我正在使用Java编写软件渲染器，并尝试使用Z缓冲来计算每个像素的深度。但是，它似乎工作不一致。例如，使用犹他茶壶示例模型，手柄将根据我旋转的方式绘制一半。

我的z-buffer算法：

for(int i = 0; i < m_triangles.size(); i++)
{
    if(triangleIsBackfacing(m_triangles.get(i))) continue; //Backface culling
        for(int y = minY(m_triangles.get(i)); y < maxY(m_triangles.get(i)); y++)
        {
            if((y + getHeight()/2 < 0) || (y + getHeight()/2 >= getHeight())) continue; //getHeight/2 and getWidth/2 is for moving the model to the centre of the screen
            for(int x = minX(m_triangles.get(i)); x < maxX(m_triangles.get(i)); x++)
            {
                if((x + getWidth()/2 < 0) || (x + getWidth()/2 >= getWidth())) continue;
                rayOrigin = new Point2D(x, y);
                if(pointWithinTriangle(m_triangles.get(i), rayOrigin))
                {
                    zDepth = zValueOfPoint(m_triangles.get(i), rayOrigin);
                    if(zDepth > zbuffer[x + getWidth()/2][y + getHeight()/2])
                    {
                        zbuffer[x + getWidth()/2][y + getHeight()/2] = zDepth;
                        colour[x + getWidth()/2][y + getHeight()/2] = m_triangles.get(i).getColour();
                        g2.setColor(m_triangles.get(i).getColour());
                        drawDot(g2, rayOrigin);
                    }
               }
          }
     }
}

给定三角形和射线原点计算点的z值的方法：

private double zValueOfPoint(Triangle triangle, Point2D rayOrigin) 
{
    Vector3D surfaceNormal = getNormal(triangle);
    double A = surfaceNormal.x;
    double B = surfaceNormal.y;
    double C = surfaceNormal.z;
    double d = -(A * triangle.getV1().x + B * triangle.getV1().y + C * triangle.getV1().z);
    double rayZ = -(A * rayOrigin.x + B * rayOrigin.y + d) / C;
    return rayZ;
}

计算射线原点是否在投影三角形内的方法：

private boolean pointWithinTriangle(Triangle triangle, Point2D rayOrigin)
{
    Vector2D v0 = new Vector2D(triangle.getV3().projectPoint(modelViewer), triangle.getV1().projectPoint(modelViewer));
    Vector2D v1 = new Vector2D(triangle.getV2().projectPoint(modelViewer), triangle.getV1().projectPoint(modelViewer));
    Vector2D v2 = new Vector2D(rayOrigin, triangle.getV1().projectPoint(modelViewer));
    double d00 = v0.dotProduct(v0);
    double d01 = v0.dotProduct(v1);
    double d02 = v0.dotProduct(v2);
    double d11 = v1.dotProduct(v1);
    double d12 = v1.dotProduct(v2);

    double invDenom = 1.0 / (d00 * d11 - d01 * d01);
    double u = (d11 * d02 - d01 * d12) * invDenom;
    double v = (d00 * d12 - d01 * d02) * invDenom;

    // Check if point is in triangle
    if((u >= 0) && (v >= 0) && ((u + v) <= 1))
    {
         return true;
    }
    return false;
}

计算三角形表面法线的方法：

private Vector3D getNormal(Triangle triangle)
{
    Vector3D v1 = new Vector3D(triangle.getV1(), triangle.getV2()); 
    Vector3D v2 = new Vector3D(triangle.getV3(), triangle.getV2());
    return v1.crossProduct(v2);
}

错误绘制的茶壶示例：

enter image description here

我做错了什么？我觉得它一定是件小事。鉴于三角形绘制，我怀疑它是pointWithinTriangle方法。背面剔除似乎也能正常工作，所以我对此表示怀疑。对我来说最可能的罪魁祸首是zValueOfPoint方法，但我不知道它有什么问题。

Answer 1

这一定非常慢

每次迭代/像素的冗余计算只是迭代其坐标。您应该计算3个投影顶点并在它们之间进行迭代，而不是在这里查看：
- triangle/convex polygon rasterization
我不喜欢您的zValueOfPoint功能

找不到主循环中x,y坐标的任何使用，以便它如何正确计算Z值？

或者它只是计算每个三角形的平均Z值？还是我错过了什么？（不管是 JAVA 编码器），无论如何，这似乎是你的主要问题。

如果您的Z值计算错误，则 Z-Buffer 无法正常工作。 要测试渲染后将深度缓冲区视为图像，如果它没有阴影茶壶，而是一些不连贯或不断混乱，那么很明显......
Z缓冲区实施

看起来不错

<强> [提示]

你有太多次像x + getWidth()/2这样的术语，为什么不将它们只计算一次变量？我知道现代编译器应该这样做，但代码也会更可读，更短......至少对我而言

Answer 2

我的zValueOfPoint方法无法正常工作。我不确定为什么:(但是，我更改为一种稍微不同的方法来计算平面中某个点的值，在此处找到：http://forum.devmaster.net/t/interpolation-on-a-3d-triangle-using-normals/20610/5

为了使这里的答案完整，我们有一个平面的等式： A * x + B * y + C * z + D = 0 其中A，B和C是表面法线x / y / z值，D是 - （Ax0 + By0 + Cz0）。

x0，y0和z0取自三角形的一个顶点。 x，y和z是光线与平面相交的点的坐标。 x和y是已知值（rayOrigin.x，rayOrigin.y），但z是我们需要计算的深度。从上面的等式我们推导出： z = -A / C * x-B / C * y -D

然后，从上面的链接复制，我们做：＆＃34;注意，对于x方向上的每个步骤，z递增-A / C，同样，对于y方向上的每个步骤，它递增-B / C. 因此，这些是我们正在寻找的用于执行线性插值的渐变。在平面中，方程（A，B，C）是平面的法向量。它可以很容易地用叉积计算。

现在我们有了渐变，让我们称之为dz / dx（即-A / C）和dz / dy（即-B / C），我们可以轻松地在三角形的任何地方计算z 。我们知道所有三个顶点位置的z值。让我们调用第一个顶点z0中的一个，以及它的位置坐标（x0，y0）。然后，点（x，y）的通用z值可以计算为：＆＃34;

z = z0 + dz/dx * (x - x0) + dz/dy * (y - y0)

这正确地找到了Z值并修复了我的代码。新的zValueOfPoint方法是：

private double zValueOfPoint(Triangle triangle, Point2D rayOrigin) 
{
    Vector3D surfaceNormal = getNormal(triangle);
    double A = surfaceNormal.x;
    double B = surfaceNormal.y;
    double C = surfaceNormal.z;
    double dzdx = -A / C;
    double dzdy = -B / C;
    double rayZ = triangle.getV1().z * modelViewer.getModelScale() + dzdx * (rayOrigin.x - triangle.getV1().projectPoint(modelViewer).x) + dzdy * (rayOrigin.y - triangle.getV1().projectPoint(modelViewer).y);
    return rayZ;
}

我们可以通过仅计算其中的大部分，然后添加dz / dx来获得下一个像素的z值，或者下面的像素的dz / dy（y轴下降）来优化它。这意味着我们显着减少了每个多边形的计算。

Z缓冲算法未正确绘制100％

2 个答案: