A detecção de superfície visível (VSD), também conhecida como remoção de superfície oculta, é um processo crucial em computadores gráficos que determina quais partes de uma cena 3D são visíveis para o espectador e quais estão escondidas atrás de outros objetos. É essencial porque tornar todos os polígonos em uma cena sem considerar a oclusão seria computacionalmente caro e produziria uma imagem incorreta.
Existem vários algoritmos para resolver esse problema, cada um com complexidades variadas e características de desempenho. Eles podem ser amplamente categorizados em:
1. Métodos de espaço de objeto: Esses algoritmos funcionam diretamente com as descrições geométricas dos objetos na cena. Eles comparam objetos um com o outro para determinar a visibilidade. Geralmente, eles são menos eficientes para cenas complexas. Exemplos incluem:
* Remoção de face traseira: Este é o método mais simples. Ele abre (descarta) polígonos cujos normais apontam para longe do espectador. Embora rápido, ele resolve apenas parte do problema e deixa muitas superfícies ocultas.
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profundidade-sort (algoritmo do pintor): Esse algoritmo classifica os polígonos pela distância do espectador (profundidade). Os polígonos mais distantes são renderizados primeiro e depois os mais próximos são renderizados no topo, efetivamente "pintando" sobre as porções ocultas. É simples, mas pode sofrer problemas com os polígonos que se cruzam (exigindo divisão de polígonos).
2. Métodos de espaço de imagem: Esses algoritmos funcionam diretamente no plano da imagem (a tela). Eles determinam a visibilidade de uma base de pixel por pixel. Eles geralmente são mais eficientes para cenas complexas. Exemplos incluem:
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algoritmo de z-buffer (buffer de profundidade): Este é o método mais amplamente usado. Ele mantém um buffer de profundidade (uma matriz 2D) do mesmo tamanho da tela, armazenando o valor de profundidade (distância do visualizador) para cada pixel. À medida que os polígonos são renderizados, seus valores de profundidade são comparados aos valores no buffer z. Se um polígono estiver mais próximo, seu valor de profundidade substituirá o existente e o pixel é atualizado com a cor do polígono. Caso contrário, o pixel permanece inalterado.
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algoritmo de linha de varredura: Esse algoritmo processa a cena uma linha de scan (linha horizontal) por vez. Para cada linha de varredura, determina quais polígonos cruzam a linha e depois classifica esses polígonos em profundidade para determinar a visibilidade.
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algoritmo a-buffer: Uma extensão do buffer z que armazena mais informações por pixel, permitindo que ele lide com a transparência e outros efeitos com mais eficácia. Ele armazena um valor de profundidade, um valor de cobertura (parte do pixel coberta por um polígono) e informações de cores.
* RAY RAY RAY: Esse método traça os raios dos olhos do espectador através de cada pixel na tela na cena. O primeiro objeto se cruzou por cada raio determina a cor desse pixel. Pode lidar com reflexões e refrações elegantemente. Embora computacionalmente caro, produz imagens altamente realistas.
Escolhendo um método: A escolha do método de detecção de superfície visível depende de fatores como:
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Complexidade da cena: Para cenas simples, os métodos de espaço de objeto podem ser suficientes. Cenas complexas geralmente requerem métodos de espaço de imagem.
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Nível de realismo desejado: O Ray Racing produz o maior realismo, mas é computacionalmente intensivo. O buffer de Z é um bom compromisso entre velocidade e qualidade.
* Recursos de hardware
: A disponibilidade de hardware especializado (por exemplo, hardware Z-Buffer) pode influenciar a escolha.
No hardware gráfico moderno, o algoritmo Z-Buffer é fortemente otimizado e é quase universalmente empregado para remoção de superfície oculta rápida e razoavelmente precisa. O rastreamento de raios e outras técnicas mais sofisticadas são frequentemente usadas para aplicações de renderização de ponta, onde a velocidade é menos crítica que a qualidade da imagem.
