[OpenGL로 배우는 컴퓨터 그래픽스] Chapter 08. 가시성 판단 (Visibility Detection)

Chapter 08. 가시성 판단 (Visibility Detection)

(후면제거 - 절단 - 은면제거)

Section 01. 벡터

…

Section 02. 후면제거 (Backface Culling)

• 후면제거 (Backface Culling)

• 후면을 판단하고 제거하는 과정

• void glEnable(GL_CULL_FACE);
  void glCullFace(GLenum mode);
  void glDisable(GL_CULL_FACE);
  

• Front face, Back face

• void glFrontFace(GLenum mode) : Front face, Back face를 설정

• void glPolygonMode(GLenum face, GLenum mode) : Front face, Back face를 그리는 방식을 구분할 때 사용

Section 03. 절단 (Clipping)

• Cohen-Sutherland 알고리즘

• 
  

• 장점 : 상대적으로 간단한 계산에 의해 많은 선분이 제거됨

• Liang-Barsky 알고리즘

• 

• clipping rectangle의 모든 변을 대상으로 교차점을 계산

• 장점 : 절단 함수를 재귀적으로 호출할 필요 없이 어디에서 어디까지가 살아남을 구간인지를 한 번에 판단해냄

• Sutherland-Hodgman 알고리즘
  
  

• 내부 -> 외부 / 외부 -> 내부 로 진행할 때 교차점이 발생하는 것이 핵심

• 장점 : 하드웨어로 구현하기 적합

• 단점 : 볼록 다각형만을 처리대상으로 함

• 해결법 : Tessellation을 한 후 각각의 삼각형에 알고리즘 적용

• Weiler-Atherton 알고리즘

• Sutherland-Hodgman 알고리즘의 일반화. Tessellation 에 의하지 않고 오목 다각형을 절단할 수 있다.
  

• 내부로 들어가는 순간부터 나오는 순간까지 추가된 모든 정점이 하나의 다각형을 구성

• 다음 다각형 생성시 지금까지 추가된 모든 정점을 삭제

• 처리되지 않은 교차점이 더 이상 없을 때까지 반복되고 그때마다 새로운 다각형 생성

• 내외부 판정 및 교차점

• 정점의 내외부 판정

• Ax + By +Cz +D > 0 iff P가 Clip plane 외부에 있다

• Ax + By +Cz +D = 0 iff P가 Clip plane 위에 있다

• Ax + By +Cz +D < 0 iff P가 Clip plane 내부에 있다
  

• 선분과 Clip plane 의 교차점

• 

Section 04. GL의 절단 (Clipping)

…

Section 05. 은면 제거 (Hidden Surface Removal)

정규화 장치 좌표계에서 2차원 투상 직전에 은면제거가 이루어진다.

• 페인터 알고리즘

• 멀리 있는 것부터 그리기
  

• 깊이 정렬 시간 : O(NlogN), O(N^2) (N : 물체면의 개수)

• Object Space 알고리즘이다 : 물체 단위로 판단하는 알고리즘 . 물체 하나하나에 대해서 다른 물체 앞에 있느냐를 판단한다.

• 결과
  

• Z - 버퍼 알고리즘

• Image Space 알고리즘이다 : 화소단위로 은면을 판단.

• 시점에서 나오는 광선은 모든 화소에 대해 화면에 수직

• 광선의 수 = 화면의 화소 수
  

• 알고리즘 복잡도 : O(화소수x물체면의 개수)

• Z - 버퍼(depth 버퍼) : 은면제거의 속도를 높이기 위한 메모리. 모든 화소에 대해서 현재 광선과 교차된 물체면의 깊이를 저장.

• 알고리즘
  

• 초기화
  

• 물체 처리
  
  

• GL의 Z - 버퍼

• void glGetIntegerv(GLenum pname, GLint *params) : 사용중인 그래픽 카드의 depth 버퍼의 화소당 비트수 검색

• GL의 depth 버퍼 사용을 위한 함수들

• void glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH) : 윈도우에서 depth 버퍼 모드를 사용할 수 있도록 초기화

• void glEnable(GL_DEPTH_TEST) : depth 를 비교하는 모드를 활성화

• void glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT) : depth 버퍼 내용을 z=1로 초기화. 새로운 프레임을 그릴 때에만 호출

• void glDisabled(GL_DEPTH_TEST) : depth버퍼 비활성화

• void glDepthFunc(GLenum func) : depth 테스트에 사용되는 비교함수를 설정

• void glDepthMask(GLboolean flag) : 프로그램 실행도중 depth 버퍼에 쓰기 활성화/비활성화

• void glColorMask(GLboolean red, GLboolean green, GLboolean blue, GLboolean alpha) : 프로그램 실행도중 프레임 버퍼에 쓰기 활성화 / 비활성화