O que exatamente faz com que uma superfície se sobreponha a outra?

Eu realmente não consigo descobrir o que faz uma superfície se sobrepor a outra. Em um mecanismo 3D que estou criando, minha técnica está falhando em casos extremos.

Meu método é classificar as superfícies a serem pintadas da mais distante para a mais próxima. Para determinar a proximidade, estou comparando os valores médios de z. Às vezes, no entanto, uma superfície sobreposta tem um valor z médio mais alto do que aquele sobreposto. Assim, a superfície mais distante é pintada sobre a mais próxima - resultando em renderizações bizarras como esta:

O que se pretende ver é apenas a superfície frontal roxa do cubo, enquanto a superfície lateral vermelha é pintada sobre a roxa. O valor médio de z da superfície roxa é mais alto e, portanto, 'mais distante'. Então, eu estou tendo alguma dúvida se esta técnica está correta.

O que eu também tentei é distanciar a câmera (ou seja, a origem) da superfície, mas então precisava de um ponto. Eu escolhi o meio de cada superfície, mas isso nem sempre parece funcionar porque nem todas as superfícies são tão grandes quanto as outras.

Portanto, qual é uma maneira confiável de determinar a ordem de proximidade das superfícies em relação à origem?

Você parece estar tentando implementar o algoritmo do Painters . Suponho que você esteja tentando escrever um rasterizador do zero como um exercício de aprendizado, pois a maioria dos hardwares 3D modernos usa o que Bart mencionou (o buffer Z / Depth). Para que o algoritmo dos pintores funcione em todos os casos, você precisa estar preparado para subdividir as superfícies conforme elas são renderizadas para resolver possíveis cenários (como o problema de polígono sobreposto mostrado na página da Wikipedia).

Ao renderizar do mais longe para o mais próximo, você também gasta tempo renderizando pixels que possivelmente serão ocluídos por outros polígonos, que quando você começa a colocar texturas e shaders complexos nos polígonos desperdiçam ciclos preciosos. Essa é a razão pela qual o hardware moderno prefere renderizar da frente para trás, usando o buffer de profundidade para determinar se o pixel a ser renderizado está mais distante do que o da tela (e, portanto, pode ser descartado).

Mesmo com o hardware de aceleração mais moderno, você ainda precisará classificar e renderizar de trás para frente quaisquer polígonos semitransparentes, renderizando isso apenas quando todos os polígonos opacos tiverem sido renderizados.

O que você tem é um problema de visibilidade . Uma solução está usando um buffer z .

Classificar as faces de acordo com o valor z médio não funciona, porque o valor z médio não fornece informações sobre o valor z real dos vértices ou mesmo dos pixels da superfície.

Exemplo (aviso, arte ASCII adiante):

          /
         /
cam     /
-->    / 
      /
     /--       <--B
    /
    ^--A

Existem duas faces A e B. Na perspectiva da câmera, A está na frente de B. No entanto, o valor z médio de B é menor. Vejamos os outros valores z:

• o valor z mínimo de A é 4
• o valor z máximo de A é 11
• portanto, o valor z médio de A é 7,5
• o valor z mínimo de B é 6
• o valor z máximo de B é 8
• portanto, o valor z médio de B é 7

Você pode tentar classificá-los pelos valores z mínimos, mas há casos em que isso também não funciona. Não há como classificar faces arbitrárias corretamente usando apenas um valor z.

No algoritmo de Newell http://en.wikipedia.org/wiki/Newell 's_algorithm, o que você faz é classificar os intervalos mínimo / máximo dos valores-z. Se os intervalos de duas faces não se sobrepuserem, você pode saber com certeza qual deles está na frente. Se o fizerem, às vezes é absolutamente necessário dividir os rostos. Às vezes, basta rastrear todos os vértices para oclusão ou alguma outra técnica.

É bom que você esteja aprendendo sobre renderização fazendo. Parabéns. Nesse caso, não existe uma solução de "algoritmo de pintores", em vez de tentar corrigi-lo por classificação, no PS1, costumávamos tentar manter os polígonos do mesmo tamanho quando estavam próximos um do outro (o que você está fazendo como até onde eu sei) e abate da face posterior (o que você não está fazendo)

A seleção da face posterior está verificando a superfície normal no espaço da tela em relação à sua direção (basta obter o sinal do elemento de profundidade no espaço da tela transformado normal (no nosso caso, era o z do normal) ou o produto cruzado de dois vetores do triângulo, ou seja, cruz (v1-v0, v2-v0))

Se você implementa a seleção de backface, também reduz a quantidade de rasterização que está fazendo .. dupla vitória.