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有关脏矩形与Z-Buffer近⽇上⽹查资料，看到⼀篇有关脏矩形与Z-Buffer的⽂章。
但是不明⽩⽂章结尾的DX对于Z-Buffer的渲染优化。
原⽂如下：脏矩形与Z-Buffer，写游戏的朋友们⼀定要来看看上次看过云风的《我的编程感悟》，读到⾥⾯的脏矩形优化的时候，⼀直不明⽩云风为什么说要使⽤逆向的画家算法。
我先解释⼀下画家算法，懂的可以跳过下⾯段落画家算法，顾名思义，就是像画家作画的顺序⼀样，由远⾄近的绘制物体，先画远处的，再逐步画近处的，近处的东西画上去后将远处的东西覆盖掉，然后绘制完成的画就成为了覆盖顺序正确的⼀幅完美的图画。
这就是所谓的画家算法，其实也就是阐述了⼀个绘制顺序问题，由远⾄近的绘制。
我相信所有的朋友在制作游戏的前期，⼀直是在使⽤着画家算法来绘制图像的，在制作屏幕显⽰单位不多的情况下，画家算法可以胜任⼤部分的⼩游戏的要求。
但是到了⼤型MMORPG中，如果单纯的使⽤画家算法，就不能应付N个玩家在⼀个屏幕上的情况了，那可能会FPS急剧下降，到不可想象的地步。
这时候，就必须使⽤脏矩形优化了。
再讲解⼀下脏矩形，懂的朋友⼀样可以跳过：脏矩形，就是说，在屏幕上的单位，如果某些部分被更新了，那么这个部分就脏了，那么在这个脏矩形范围内的东西将都被更新。
也就是说有选择的更新，⽽不是每次都画全屏的东西。
这样的优化可以让程序的速度提升很多，这便是很多游戏中使⽤的著名的“脏矩形”算法我再讲⼀下Z-Buffer，懂的朋友跳过：Z-Buffer，被称为深度缓冲，听起来很深奥的，实际上很简单，就是对象在屏幕上的远近，值越⼤就越远，⼀般情况下Z-Buffer是⼀个float（浮点）值，范围在0.0-1.0范围内。
Z值⼩的东西将被绘制在前⾯，Z值⼤的东西将被绘制在后⾯。
⽐如，两个图⽚，A,B,A的Z为0.1，B为0.2，则A将覆盖B。
有了Z-Buffer，问题就变得好解决多了，DirectX在判断ZBuffer的时候，会⾃动忽略不需要绘制的点。
《计算机图形学》实验报告实验十一真实感图形一、实验教学目标与基本要求初步实现真实感图形, 并实践图形的造型与变换等。
二、理论基础运用几何造型, 几何、投影及透视变换、真实感图形效果（消隐、纹理、光照等）有关知识实现。
1.用给定地形高程数据绘制出地形图；2.绘制一(套)房间，参数自定。
三. 算法设计与分析真实感图形绘制过程中, 由于投影变换失去了深度信息, 往往导致图形的二义性。
要消除这类二义性, 就必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或面, 习惯上称之为消除隐藏线和隐藏面, 或简称为消隐, 经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形。
消隐处理是计算机绘图中一个引人注目的问题, 目前已提出多种算法, 基本上可以分为两大类：即物体空间方法和图象空间方法。
物体空间方法是通过比较物体和物体的相对关系来决定可见与不可见的；而图象空间方法则是根据在图象象素点上各投影点之间的关系来确定可见与否的。
用这两类方法就可以消除凸型模型、凹形模型和多个模型同时存在时的隐藏面。
1).消隐算法的实现1.物体空间的消隐算法物体空间法是在三维坐标系中, 通过分析物体模型间的几何关系, 如物体的几何位置、与观察点的相对位置等, 来进行隐藏面判断的消隐算法。
世界坐标系是描述物体的原始坐标系, 物体的世界坐标描述了物体的基本形状。
为了更好地观察和描述物体, 经常需要对其世界坐标进行平移和旋转, 而得到物体的观察坐标。
物体的观察坐标能得到描述物体的更好视角, 所以物体空间法通常都是在观察坐标系中进行的。
观察坐标系的原点一般即是观察点。
物体空间法消隐包括两个基本步骤, 即三维坐标变换和选取适当的隐藏面判断算法。
选择合适的观察坐标系不但可以更好地描述物体, 而且可以大大简化和降低消隐算法的运算。
因此, 利用物体空间法进行消隐的第一步往往是将物体所处的坐标系转换为适当的观察坐标系。
这需要对物体进行三维旋转和平移变换。
常用的物体空间消隐算法包括平面公式法、径向预排序法、径向排序法、隔离平面法、深度排序法、光线投射法和区域子分法。
枣庄学院信息科学与工程学院课程设计任务书题目：Z-Buffer隐面算法的实现姓名：秦云学号：201012110128专业班级：计算机科学与技术、2010级本1班课程：计算机图形学指导教师：燕孝飞职称：讲师完成时间：2012年12 月----2013年1 月枣庄学院信息科学与工程学院制2012年12 月30日课程设计任务书及成绩评定目录第1章引言 (1)第2章计算机图形学的发展历史 (2)2.1 智能CAD (2)2.2计算机美术与设计 (2)2.2.1 计算机美术的发展 (2)2.3计算机动画艺术 (3)2.3.1历史的回顾 (3)2.4科学计算可视化 (4)2.5虚拟现实 (4)第3章计算机图形学的研究方向 (6)第4章 Z-Buffer隐面算法的相关原理 (7)4.1 Z-Buffer隐面算法简介 (7)4.2 Z-Buffer隐面算法程序 (7)第5章系统设计的相关代码 (8)5.1坐标设置函数的相应代码 (8)5.2旋转角度函数相应代码 (8)5.3多边形填充 (9)第6章系统的运行效果 (12)6.1运行主界面 (12)6.2不同方向键的运行效果 (13)第7章总结 (16)第1章引言计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。
为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。
所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助设计有着密切的关系。
事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。
同时，真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的，计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。
真实感图形绘制过程中，由于投影变换失去了深度信息，往往导致图形的二义性。
要消除这类二义性，就必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或面，习惯上称之为消除隐藏线和隐藏面，或简称为消隐，经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形。
Zbuffer算法思想一目标：1。
完成扫描线算法Zbuffer2。
完成利用Zbuffer完成Ground模型3。
完成透明效果。
二扫描线Zbuffer数据结构Zbuffer[x,y]每个点所需记录的内容：trueBuffer; //记录BUFFER中每点点所属的“体”zBuffer; //记录每个点的深度faceBuffer; //在光线跟踪时记录每个点所属面的号码，平时与truebuffer构成双//缓存加速算法lightBuffer[3]; //记录每个点的光强，记录ＲＧＢbakBuffer[3]; //记录光强的备用构成双缓存，记录ＲＧＢtransparentBuffer[3]; //透明光强，记录ＲＧＢaBuffer; //透明加权因子buffer 1,不透明,0完全透明扫描行类CheckLine记录的内容：float left_x; //左边界X值float left_dx; //每扫下一行X增加值int left_y; //本条线段还剩多少行要扫float right_x; //右边界X值float right_dx; //每扫下一行X增加值int right_y; //本条线段还剩多少行要扫float start_z; //START点处的Z深度float now_z; //目前的Z深度double delta_zx; //横扫一各Z递增值double delta_zy; //扫下一行Z递增值float left_light; //记录扫描线左面的光强float right_light; //记录扫描线右面的光强float delta_light; //横扫一各光强改变值float left_light_dy; //记录Y每增加1，光强的增加值float right_light_dy;float now_light; //目前的光强值总体所存的内容：leftLine; //目前在扫描的左端的线的序号rightLine; //目前在扫描的左端的线的序号xlimit; //场景的X裁减窗口大小ylimit; //场景的Y裁减窗口大小tpValue; //目前在扫描的面的透明度三扫描线Zbuffer基本算法预处理：对每个体中每个面计算每个顶点在场景中对应的X，Y和Z深度；根据已有关系创建直线，这些直线都以Y小的一端为首点；计算直线的Y轴范围（dy）和Y增加时X的改变值(dx);根据已有关系生成面；计算平面方程，确定dzx,dzy；根据已算出的线段，确定起始点和最小扫描线minY，和最大扫描线maxY。
计算机图形学课程设计课程设计球体Phong光照模型一、实验目的（1）掌握双线性法矢插值模型；（2）掌握ZBuffer算法的思想；（3）掌握有效边表填充算法；二、实验要求1、建立三维坐标系Oxyz，原点位于屏幕客户区中心，x轴水平向右为正，y轴垂直向上为正,z轴垂直于屏幕指向观察者。
2、绘制体心和坐标系中心重合的球体表面，使用Z-Buffer消隐算法进行消隐。
3、使用单点光源对球体进行照射生成Phong光照模型，光源位置位于球体右上方。
4、背景色设置为RGB(128,0,0)。
5、使用键盘方向键旋转球体。
6、使用鼠标左击缩小球体、右击增大球体。
三、实验步骤建立球体的网格模型，使用地理划分法将球体北极和南极划分为三角形面片，其余部分划分为四边形面片，先对球体网格模型进行背面剔除，然后使用深度缓冲算法进行消隐。
计算面片各顶点的平均法矢量，然后采用双线性法失插值计算面片内各点的法矢量。
最终根据每点的法矢量对光源的朝向，通过简单光照模型计算所获得的光强。
面片使用有效边表算法填1、Phong双线性法矢插值模型Gouraud双线性光强插值模型解决了相邻多边形之间的颜色突变问题，产生的真实感图形颜色过渡均匀，图形显得非常光滑，这是它的优点，但是，由于采用光强插值，其镜面反射光效果不太理想，而且相邻多边形边界处的马赫带效应并不能完全消除。
Phong 模型提出的双线性法矢插值模型可以有效的解决上述问题，产生正确的高光区域。
Phong 模型在进行光强插值的时候，需要先对面片的每一个顶点计算平均法矢量，然后通过双线性法矢插值计算面片内每个点的法矢量，最后根据简单光照模型计算面片上各点的颜色值。
基本算法如下。
（1）计算面片顶点的平均法矢量。
∑∑===ni ini iNN N 11由于球心位于三维坐标系原点，所以球面上任意面片的顶点平均法矢量就是该点的位置矢量。
（2）计算面片内部各点的法矢量。
在图中，三角形面片的顶点坐标为),(000y x P ，法矢量为0N ；),,(111y x P 法矢量是1N ；。
实验六 9-7一、实验题目z-buffer 算法的代表性案例是绘制三个相互交叉的红绿蓝条，如图9-85所示，请使用MFC 编程实现。
二、实验思想Z-Buffer 算法建立两个缓冲器：深度缓冲器，用以存储图像空间中每一像素相应的深度值，初始化为最大深度值（z s 坐标）。
帧缓冲器，用以存储图像空间中的每个像素的颜色，初始化为屏幕的背景色。
① 帧缓冲器初始值置为背景色。
② 确定深度缓冲器的宽度、高度和初始深度。
一般将初始深度置为最大深度值。
③ 对于多边形表面中的每一像素（x s ,y s ），计算其深度值z s （x s ,y s ）。
④ 将z s （x s ,y s ）与存储在z 缓冲器中该位置的深度值zBuffer （x s ,y s ）进行比较。
⑤ 如果z s （x s ,y s ）≤zBuffer （x s ,y s ），则将此像素的颜色写入帧缓冲器，且用z （x s ,y s ）重置zbuffer （x s ,y s ）。
三、实验代码CZBuffer::~CZBuffer(){delete []P;}void CZBuffer::SetPoint(CPi3 p[],int m){P=new CPi3[m];for(int i=0;i<m;i++){P[i]=p[i];}PNum=m;}void CZBuffer::CreateBucket()//创建桶表{int yMin,yMax;yMin=yMax=P[0].y;for(int i=0;i<PNum;i++)//查找多边形所覆盖的最小和最大扫描线{if(P[i].y<yMin){yMin=P[i].y;//扫描线的最小值}if(P[i].y>yMax){yMax=P[i].y;//扫描线的最大值}}for(int y=yMin;y<=yMax;y++){if(yMin==y)//建立桶头结点{HeadB=new CBucket;//建立桶的头结点CurrentB=HeadB;//CurrentB为CBucket当前结点指针CurrentB->ScanLine=yMin;CurrentB->pET=NULL;//没有连接边链表CurrentB->next=NULL;}else//建立桶的其它结点{CurrentB->next=new CBucket;CurrentB=CurrentB->next;CurrentB->ScanLine=y;CurrentB->pET=NULL;CurrentB->next=NULL;}}}void CZBuffer::CreateEdge()//创建边表{for(int i=0;i<PNum;i++){CurrentB=HeadB;int j=(i+1)%PNum;//边的第二个顶点，P[i]和P[j]构成边if(P[i].y<P[j].y)//边的终点比起点高{Edge=new CAET;Edge->x=P[i].x;//计算ET表的值Edge->yMax=P[j].y;Edge->k=(P[j].x-P[i].x)/(P[j].y-P[i].y);//代表1/kEdge->pb=P[i];//绑定顶点和颜色Edge->pe=P[j];Edge->next=NULL;while(CurrentB->ScanLine!=P[i].y)//在桶内寻找该边的yMin{CurrentB=CurrentB->next;//移到yMin所在的桶结点}}if(P[j].y<P[i].y)//边的终点比起点低{Edge=new CAET;Edge->x=P[j].x;Edge->yMax=P[i].y;Edge->k=(P[i].x-P[j].x)/(P[i].y-P[j].y);Edge->pb=P[i];Edge->pe=P[j];Edge->next=NULL;while(CurrentB->ScanLine!=P[j].y){CurrentB=CurrentB->next;}}if(int(P[j].y)!=P[i].y){CurrentE=CurrentB->pET;if(CurrentE==NULL){CurrentE=Edge;CurrentB->pET=CurrentE;}else{while(CurrentE->next!=NULL){CurrentE=CurrentE->next;}CurrentE->next=Edge;}}}}void CZBuffer::Gouraud(CDC *pDC)//填充多边形{double CurDeep=0.0;//当前扫描线的深度double DeepStep=0.0;//当前扫描线随着x增长的深度步长double A,B,C,D;//平面方程Ax+By+Cz＋D=0的系数CVector V21(P[1],P[2]),V10(P[0],P[1]);CVector VN=V21*V10;A=VN.X();B=VN.Y();C=VN.Z();D=-A*P[1].x-B*P[1].y-C*P[1].z;DeepStep=-A/C;//计算直线deep增量步长CAET *T1,*T2;HeadE=NULL;for(CurrentB=HeadB;CurrentB!=NULL;CurrentB=CurrentB->next){for(CurrentE=CurrentB->pET;CurrentE!=NULL;CurrentE=CurrentE->next) {Edge=new CAET;Edge->x=CurrentE->x;Edge->yMax=CurrentE->yMax;Edge->k=CurrentE->k;Edge->pb=CurrentE->pb;Edge->pe=CurrentE->pe;Edge->next=NULL;AddEt(Edge);}EtOrder();T1=HeadE;if(T1==NULL){return;}while(CurrentB->ScanLine>=T1->yMax)//下闭上开{T1=T1->next;HeadE=T1;if(HeadE==NULL)return;}if(T1->next!=NULL){T2=T1;T1=T2->next;}while(T1!=NULL){if(CurrentB->ScanLine>=T1->yMax)//下闭上开{T2->next=T1->next;T1=T2->next;}else{T2=T1;T1=T2->next;}}CRGB Ca,Cb,Cf;//Ca、Cb代边上任意点的颜色，Cf代表面上任意点的颜色Ca=Interpolation(CurrentB->ScanLine,HeadE->pb.y,HeadE->pe.y,HeadE->pb.c,He adE->pe.c);Cb=Interpolation(CurrentB->ScanLine,HeadE->next->pb.y,HeadE->next->pe.y,He adE->next->pb.c,HeadE->next->pe.c);BOOL Flag=FALSE;double xb,xe;//扫描线的起点和终点坐标for(T1=HeadE;T1!=NULL;T1=T1->next){if(Flag==FALSE){xb=T1->x;CurDeep=-(xb*A+CurrentB->ScanLine*B+D)/C;//z=-(Ax+By-D)/CFlag=TRUE;}else{xe=T1->x;for(double x=xb;x<xe;x++)//左闭右开{Cf=Interpolation(x,xb,xe,Ca,Cb);if(CurDeep>=ZB[ROUND(x)+Width/2][CurrentB->ScanLine+Height/2])//如果新采样点的深度大于原采样点的深度{ZB[ROUND(x)+Width/2][CurrentB->ScanLine+Height/2]=CurDeep;//xy坐标与数组下标保持一致pDC->SetPixel(ROUND(x),CurrentB->ScanLine,RGB(Cf.red*255,Cf.green*255,Cf.b lue*255));}CurDeep+=DeepStep;}Flag=FALSE;}}for(T1=HeadE;T1!=NULL;T1=T1->next)//边的连续性{T1->x=T1->x+T1->k;}}delete HeadB;delete HeadE;delete CurrentE;delete CurrentB;delete Edge;}void CZBuffer::AddEt(CAET *NewEdge)//合并ET表{CAET *CE;CE=HeadE;if(CE==NULL){HeadE=NewEdge;CE=HeadE;}else{while(CE->next!=NULL){CE=CE->next;}CE->next=NewEdge;}}void CZBuffer::EtOrder()//边表的冒泡排序算法{CAET *T1,*T2;int Count=1;T1=HeadE;if(T1==NULL){return;}if(T1->next==NULL)//如果该ET表没有再连ET表{return;//桶结点只有一条边，不需要排序}while(T1->next!=NULL)//统计结点的个数{Count++;T1=T1->next;}for(int i=1;i<Count;i++)//冒泡排序{T1=HeadE;if(T1->x>T1->next->x)//按x由小到大排序{T2=T1->next;T1->next=T1->next->next;T2->next=T1;HeadE=T2;}else{if(T1->x==T1->next->x){if(T1->k>T1->next->k)//按斜率由小到大排序{T2=T1->next;T1->next=T1->next->next;T2->next=T1;HeadE=T2;}}}T1=HeadE;while(T1->next->next!=NULL){T2=T1;T1=T1->next;if(T1->x>T1->next->x)//按x由小到大排序{T2->next=T1->next;T1->next=T1->next->next;T2->next->next=T1;T1=T2->next;}else{if(T1->x==T1->next->x){if(T1->k>T1->next->k)//按斜率由小到大排序{T2->next=T1->next;T1->next=T1->next->next;T2->next->next=T1;T1=T2->next;}}}}}}CRGB CZBuffer::Interpolation(double t,double t1,double t2,CRGB c1,CRGB c2)//线性插值{CRGB c;c=(t-t2)/(t1-t2)*c1+(t-t1)/(t2-t1)*c2;return c;}void CZBuffer::InitDeepBuffer(int width,int height,double depth)//初始化深度缓冲{Width=width,Height=height;ZB=new double *[Width];for(int i=0;i<Width;i++)ZB[i]=new double[Height];for(i=0;i<Width;i++)//初始化深度缓冲for(int j=0;j<Height;j++)ZB[i][j]=double(depth);}四、程序结果截图。
