1、Z緩沖區(Z-Buffer)算法

1973年，猶他大學學生艾德·卡姆爾（Edwin Catmull）獨立開發出了能跟蹤屏幕上每個像素深度的算法 Z-buffer

Z-buffer讓計算機生成復雜圖形成為可能。Ed Catmull目前擔任迪士尼動畫和皮克斯動畫工作室的總裁

Z緩沖器算法也叫深度緩沖器算法，屬於圖像空間消隱算法

該算法有幀緩沖器和深度緩沖器。對應兩個數組：

intensity（x，y）——屬性數組（幀緩沖器）

存儲圖像空間每個可見像素的光強或顏色

depth（x，y）——深度數組（z-buffer）

存放圖像空間每個可見像素的z坐標

假定xoy面為投影面，z軸為觀察方向

過屏幕上任意像素點（x,y）作平行於z軸的射線R，與物體表面相交於p1和p 2 點

p1和p 2點的z值稱為該點的深度值

z-buffer算法比較p1和p 2的z值，將最大的z值存入z緩沖器中

顯然，p1在p 2前面，屏幕上（x,y）這一點將顯示p1點的顏色

算法思想：先將Z緩沖器中各單元的初始值置為最小值。

當要改變某個像素的顏色值時，首先檢查當前多邊形的深度值是否大於該像素原來的深度值（保存在該像素所對應的Z 緩沖器的單元中）

如果大於原來的z值，說明當前多邊形更靠近觀察點，用它的顏色替換像素原來的顏色

Z-Buffer算法（）

{

幀緩存全置為背景色

深度緩存全置為最小z值

for(每一個多邊形)

{

掃描轉換該多邊形

for(該多邊形所覆蓋的每個象素(x,y) )

{

計算該多邊形在該象素的深度值Z(x,y);

if(z(x,y)大於z緩存在(x,y)的值)

{

把z(x,y)存入z緩存中(x,y)處

把多邊形在(x,y)處的顏色值存入幀緩存的(x,y)處

}

}

}

}

　z-Buffer算法的優點：

（1）Z-Buffer算法比較簡單，也很直觀

（2）在象素級上以近物取代遠物。與物體在屏幕上的出現順序是無關緊要的，有利於硬件實現

z-Buffer算法的缺點：

（1）占用空間大

（2）沒有利用圖形的相關性與連續性，這是z-buffer算法的嚴重缺陷

（3）更為嚴重的是，該算法是在像素級上的消隱算法

2、只用一個深度緩存變量zb的改進算法

一般認為，z-Buffer算法需要開一個與圖象大小相等的緩存數組ZB，實際上，可以改進算法，只用一個深度緩存變量zb

z-Buffer算法()
{ 幀緩存全置為背景色
for(屏幕上的每個象素(i,j))
{ 深度緩存變量zb置最小值MinValue
for(多面體上的每個多邊形Pk)
{
if(象素點(i,j)在pk的投影多邊形之內)
{
計算Pk在(i,j)處的深度值depth;
if(depth大於zb)
{ zb = depth;
indexp = k;（記錄多邊形的序號）
}
}
}
If(zb != MinValue) 計算多邊形Pindexp在交點 (I,j) 處的光照
顏色並顯示
}
}

關鍵問題：判斷象素點(i,j)是否在pk的投影多邊形之內，不是一件容易的事。節省了空間但犧牲了時間。

計算機的很多問題就是在時間和空間上找平衡

另一個問題計算多邊形Pk在點（i，j）處的深度。設多邊形Pk的平面方程為：