D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.08.022 第29卷第8期 北京科技大学学报 Vol.29 No.8 2007年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2007 基于矿床真三维显示的图形消隐处理算法 苏海云李仲学 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083 摘要为了更好地解决地矿广实体在平面图形设备上显示时凹面矿体及多矿床实体之间的消隐问题，提出了画家消隐处理 的算法·通过采取汇集前平面多边形、分解多边形图形面成三角形的图形面、排序处理三角形面、建立三角形图形面深度次序 四步骤，对地矿工程三维实体消隐处理，使得原实体中那些被不透明的体素或其他实体挡住的线素或体素不再被输出，当地 矿实体在平面图形设备上显示或打印时将使地矿工程三维实体更具真实感 关键词地矿工程：图形消隐：画家算法；三维可视化 分类号TD178 近年来，三维可视化技术以其优越的仿真效果 再把各个多边形分解成三角形面，使得问题简单化； 引起业内人士广泛的关注，地矿实体的真三维显示 最后，将比较所有的三角形面的位置前后关系，按照 是地矿工程可视化技术中最后一道工序山.由于三 其前后关系顺序地将它们存放到显示文件中，该文 维实体中的矿体元素有前后之分，当地矿实体要在 件中图形的顺序就是体素体输出的顺序， 平面图形设备上显示时，必然要判断其前后关系，不 1.1汇集要输出图形的全部前平面多边形 输出后的图形.这种去掉实体中该隐藏的矿体元素 如果实现消隐处理，三维实体对象在输出时要 的处理称为图形消隐处理] 加上背面移去和画家算法处理，使三维图形处理流 目前，使用比较普遍的消隐处理方法为背面移 程发生变化，增加消隐处理后，三维实体处理流程 去法，背面移去法是一种消去三维实体中的隐面的 按图1顺序进行 方法)，背面移去法可以很好得解决每个都是凸面 背面 家 窗口/视口 显示 实体对象的消隐问题，但它对于凹面实体及多实体 移去 处理 变换 文件 之间的消隐问题仍无能为力，三维实体经过背面移 图1三维实体处理流程示意图 去处理后保留了应该显示的可见体素面（即实体前 Fig-1 3D solid disposal flow chart 面)，但实际上并不是所有的前面体素都应该完全被 显示出来，对于多个矿体面，由于它们仍存在不同 图2为画家算法处理框图，图中，收集多边形 前后位置，前面的体素面会完全挡住或部分挡住后 操作是集中要输出的所有实体对象的全部多边形图 面的体素面，所以还需要继续消隐处理，针对该问题 形面，这些多边形图形面是由经过背面移去后的前 提出画家算法， 平面经过投影变换后得出的，它们使用图形体数据 和填充属性表示 1画家消隐处理算法的分析 画家算法将地矿实体面位置的前后关系转换为 输出时间的先后关系，把后输出的实体面作为上层 图2画家算法处理框图 图形体覆盖先输出的图形体（下层图形体），以实现 Fig.2 Painter algorithm disposal flow chart 地矿实体消隐，地矿体素体消隐的画家算法的基 1.2将多边形图形面分解成三角形的图形面 本思路是：首先将要输出的三维体素体对象用多个 尽管多边形的边及角关系很复杂，但它们都可 多边形的图形面表示（包括几何参数和填充属性）； 以分解为一个个三角形，利用三角形可以使消隐算 收稿日期：2006-02-23修回日期：2006-10-07 法简单统一，多边形分解为三角形分凸多边形和凹 基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(N。.2002 多边形两种情况，如图3所示， -0008006) (1)凸多边形分解三角形的方法，凸多边形分 作者简介：苏海云(1976一)，男，博士研究生；李仲学(1957一)，男， 教授，博士生导师 解三角形时取多边形的第一个点为公共顶点，依次基于矿床真三维显示的图形消隐处理算法 苏海云 李仲学 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室‚北京100083 摘 要 为了更好地解决地矿实体在平面图形设备上显示时凹面矿体及多矿床实体之间的消隐问题‚提出了画家消隐处理 的算法．通过采取汇集前平面多边形、分解多边形图形面成三角形的图形面、排序处理三角形面、建立三角形图形面深度次序 四步骤‚对地矿工程三维实体消隐处理‚使得原实体中那些被不透明的体素或其他实体挡住的线素或体素不再被输出‚当地 矿实体在平面图形设备上显示或打印时将使地矿工程三维实体更具真实感． 关键词 地矿工程；图形消隐；画家算法；三维可视化 分类号 TD178 收稿日期：2006-02-23 修回日期：2006-10-07 基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目（No．2002 －0008006） 作者简介：苏海云 （1976－）‚男‚博士研究生；李仲学（1957－）‚男‚ 教授‚博士生导师 近年来‚三维可视化技术以其优越的仿真效果 引起业内人士广泛的关注．地矿实体的真三维显示 是地矿工程可视化技术中最后一道工序［1］．由于三 维实体中的矿体元素有前后之分‚当地矿实体要在 平面图形设备上显示时‚必然要判断其前后关系‚不 输出后的图形．这种去掉实体中该隐藏的矿体元素 的处理称为图形消隐处理［2］． 目前‚使用比较普遍的消隐处理方法为背面移 去法．背面移去法是一种消去三维实体中的隐面的 方法［3］．背面移去法可以很好得解决每个都是凸面 实体对象的消隐问题‚但它对于凹面实体及多实体 之间的消隐问题仍无能为力．三维实体经过背面移 去处理后保留了应该显示的可见体素面（即实体前 面）‚但实际上并不是所有的前面体素都应该完全被 显示出来．对于多个矿体面‚由于它们仍存在不同 前后位置‚前面的体素面会完全挡住或部分挡住后 面的体素面‚所以还需要继续消隐处理‚针对该问题 提出画家算法． 1 画家消隐处理算法的分析 画家算法将地矿实体面位置的前后关系转换为 输出时间的先后关系‚把后输出的实体面作为上层 图形体覆盖先输出的图形体（下层图形体）‚以实现 地矿实体消隐［4］．地矿体素体消隐的画家算法的基 本思路是：首先将要输出的三维体素体对象用多个 多边形的图形面表示（包括几何参数和填充属性）； 再把各个多边形分解成三角形面‚使得问题简单化； 最后‚将比较所有的三角形面的位置前后关系‚按照 其前后关系顺序地将它们存放到显示文件中‚该文 件中图形的顺序就是体素体输出的顺序． 1∙1 汇集要输出图形的全部前平面多边形 如果实现消隐处理‚三维实体对象在输出时要 加上背面移去和画家算法处理‚使三维图形处理流 程发生变化．增加消隐处理后‚三维实体处理流程 按图1顺序进行． 图1 三维实体处理流程示意图 Fig．1 3D solid disposal flow chart 图2为画家算法处理框图．图中‚收集多边形 操作是集中要输出的所有实体对象的全部多边形图 形面‚这些多边形图形面是由经过背面移去后的前 平面经过投影变换后得出的‚它们使用图形体数据 和填充属性表示． 图2 画家算法处理框图 Fig．2 Painter algorithm disposal flow chart 1∙2 将多边形图形面分解成三角形的图形面 尽管多边形的边及角关系很复杂‚但它们都可 以分解为一个个三角形‚利用三角形可以使消隐算 法简单统一．多边形分解为三角形分凸多边形和凹 多边形两种情况‚如图3所示． （1） 凸多边形分解三角形的方法．凸多边形分 解三角形时取多边形的第一个点为公共顶点‚依次 第29卷 第8期 2007年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．8 Aug．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．08．022