“假3D”棱镜的壁的渲染顺序

Question

我正在使用Python和pygame开发“假3D”游戏。 gfx仅由使用不同大小和颜色的2D图元创建的棱镜组成：

游戏gfx的工作原理：

问题出现在第4点，当我想按正确的顺序在渲染队列中对墙进行排序（确定哪一个是最接近的墙并且必须首先渲染，哪个是第二个，最后一个是最后一个）时等）。

目前，要对墙壁进行分类，我会移除所有不可见的墙壁，并测量wall和{{1}}之间的最短距离。它起作用...但是仅当场景中存在一个多边形时。示例（2个多边形）：

我可以处理这种特定类型的问题，但是我不知道将来是否还会有其他问题。我的问题：是否有任何算法（可以起作用...）可以按正确的顺序对墙壁进行排序，并且我可以在脸上露出微笑来渲染它们？

Answer 1

我猜我们可以公平地假设多边形不相交。在这种情况下，我们不需要拆分任何内容。但是，找到正确的顺序在计算上仍然很繁重。尽管可能可以提出一种增量方法，该方法只能逐帧更新必要的内容。

这就是问题。在您的2多边形示例中，将顺序基于直线的两个最接近的点显然不起作用，因为它们的视图方向不同。但是，如果选择具有相同视图方向的点（在它们重叠的区域中），您将清楚地看到A在B的前面。因此，我们需要做什么：

首先找到所有可见的墙。我们将为这些墙创建可见性图。因此，创建一个图形，其中每面墙都由一个节点表示。最后，您将对该图进行拓扑排序以获取绘制顺序。现在，我们如何找到边缘，即有关另一堵墙前面是哪堵墙的信息？为此，首先找到重叠的墙对（挤压墙）。您可能想要使用AABB树之类的加速数据结构来加快速度。

这时，我们需要对视图方向进行一维参数化。方向和x轴之间的角度可能效果很好（a = atan2(lineY - playerY, lineX - playerX)），尽管它具有您需要处理的烦人的周期性。现在，我们将只考虑两壁的原始多边形边缘（不考虑挤压壁）。找到两条线的一维间隔（例如，线1在10°至35°之间，线2在20°至135°之间）。如果这两个间隔不重叠，则可以跳过此对，因为它们的相对顺序无关紧要。如果是这样，则找到重叠间隔中的任何点（例如25°），找到对应的视图方向（x = playerX + cos(25°), y = playerY + sin(25°)）和对应于该方向的线上的点（例如，通过计算与视图射线）。然后，只需计算沿该射线的两条线的距离即可。选择重叠间隔中的哪一点都没有关系，因为直线是线性的，原始多边形不相交。如果到线1的距离小于到线2的距离，则在可见性图表上添加从线1到线2的有向边（这意味着线1在线2的前面），否则添加反向边。

最后，计算图的拓扑顺序，您便拥有绘制顺序。

选项2

这里是上述方法的替代方法，对于动态渲染而言可能更有效。这个想法基于this publication。

首先对场景进行三角剖分，即用三角形填充空隙（此操作只需执行一次）。然后，我们的可见性图将存储三角形（而不是边缘）。对于从内部看到的每个三角形边缘，将三角形的边缘添加到入射到该边缘的相邻三角形。最后，再次计算拓扑排序并按此顺序绘制墙壁（跳过空三角形）。

动态情况下的效率来自以下事实：您只需要对图形进行少量更新即可。对于每个边缘，您都想确定是从正面还是背面看到它们。因此，仅当视点越过边缘指定的无限线时，边缘的方向才会反转。如果找到所有这些边缘（自上一帧以来改变了方向），则可以更新图形并进行相应的排序。