图形学第四次实验.doc

计算机图形学A 第4次上交作业：(2010年11月9日交)注意: 作业可以写出具体的计算方法, 而实际的数值计算结果由程序实现得到. 1 后向面检测(Back-face detection)在消隐算法中起什么作用? 已知在视见坐标系(即视点在原点, 中心视线方向为z轴负方向)中有一个四面体场景: v 0 0 -5 v 0 1 -7 v -1 -1 -7 v 1 -1 -7 f 1 2 3 f 1 3 4 f 1 4 2 f 2 4 3 其中v表示四面体的顶点, f表示四边形面的顶点构成. 请检测出场景的后向面.2 假定场景中有四边形 p1(10,5,10), p2(10,25,10), p3(25, 25, 10), p4(25,5,10)和三角形 p5(15,15,15), p6(25,25,5), p7(30,10,5)显示分辨率为32X32, 帧缓存(frame-buffer)为2位平面帧缓存, 深度缓存(depth-buffer, z-buffer)为4位. 假定背景颜色为0, 四边形颜色为1, 三角形颜色为2. Z-buffer算法先扫描转换四边形, 再扫描转换三角形. 请给出对四边形扫描转换后两个缓存的值, 再给出对三角形扫描转换后两个缓存的值. 3. 已知世界坐标场景中含有如下三个四边形: Q1: p1( -1 0 -1), p2(2, 0, 2), p3(2, 1, 2), p4(-1, 1, -1),Q2: p5( -1 -1 0), p6(2, -1, 0), p7(2, 0, 0), p8(-1, 0, 0),Q3: p9( 0 -1 1), p10(0, -1, -2), p11(0, 1, -2), p12(0, 1, 1). 按逆时针方向使用右手法则所确定的多边形的法向指向正侧. 多边形的重心定义为其顶点的平均值. 如每次都选取当前场景重心坐标的z分量位于中间的多边形作为划分多边形(partitioning polygon), 请建立场景的BSP树. 4. 假定视顶点位置为viewposition = (0,0,1); 点光源位置为(0, 2, 0). 入射到物体表面的光强的红绿蓝颜色分量为 (0.6, 0.5, 0.4); 环境光(泛光)光强;物体的泛光反射率、漫反射率、镜面反射率分别为 ，, 假设个颜色分量的反射系数相同；镜面反射的汇聚指数为n=10.(1) 利用Phong模型计算思考题C1中四面体4个顶点的颜色值（RGB分量）;(2) 利用Gouraud Shading和颜色线性插值的方法计算第2个三角形f=(1, 4, 2)中, 边(1,2)的中点和边(1,4)的中点，以及的中点处的点的颜色值；(3) 利用Phong Shading计算(2)中, , 点的颜色值。5. 如何修改活性边表算法的数据结构可以在完成多边形扫描转换的同时完成分别基于Gouraud shading和Phong shading渲染模式的多边形内部像素的颜色计算? B 第4次实验：(2010年11月10日交)1 阅读附件中的程序. 通过修改某些参数来观察画面变化情况, 并解释这样的变化是否满足预期的要求.(1) 修改camera position (视点或相机位置)观察修改前后显示画面的变化情况;注: 缺省情况下位置设在原点, 观察方向为世界坐标的z轴负方向, 观察坐标由世界坐标的y轴正向确定, 相当于调用gluLookAt (0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, -100.0, 0.0, 1.0, 0.0).(2) 修改光源位置, 观察修改前后显示画面的变化情况;(3) 修改光源的RGB分量, 观察修改前后画面的变化情况;(4) 修改机器人某部位的材质参数, 观察修改前后画面的变化情况.注: 提交内容必须包含两部分: (i)修改前后的原代码(可以只提交(1)(4)中部分实验的源代码对比); (ii)实验报告, 包含修改说明, 结果对比, 解释所产生的结果是否与预期的相符.C 思考题（不交）1 对给定三角网格, 我们有多种估计网格顶点法向量的方法. 这里给出一种最简单的方法. 假定网格顶点有k个邻接点和相应的k个邻接面 . 假设第j个邻接面的法向量为, 则由下式估计v点处的法向量:. 请按上述方法估计如下三角网格四个顶点的法向量:#Triangular mesh, obj格式, 顶点序号从1开始编码, v开头的行表示顶点坐标, f开头的每#行表示一个面的顶点构成, g表示文件结束. v 0 0 0 v 0 1 -2 v -1 -1 -2 v 1 -1 -2 f 1 2 3 f 1 3 4 f 1 4 2 f 2 4 3 g2 （光线跟踪）考虑如下场景：视点位置(5, 0,100), 视线方向与Z轴正向相反(0,0,-1). 有一个点光源位于(3,0,10). 在场景中有三个四边形面Surface 1: Surface 2: Surface 3: 三个面的光照属性分别为Surface 1: ;Surface 2: ;Surface 3: .(注意：这里表示曲面所代表的物质的折射率与进入曲面之前物质的折射率之比, 这里 是入射角, 是折射角. 坐标系及场景z轴和x如图所示，y轴指向纸内并与纸面垂直(由于三个面都与y轴平行，所以画成了一条线段).xzObserverSurface1Surface2Surface3light(1) 假定最大递归深度MAXDEPTH = 3, 光强阈值THRESHOLD = 0. 请对上面给定的视线在上图场景中画出光线跟踪示意图；(2) 给出相应的光线跟踪树；(3) 假定最大递归深度MAXDEPTH = 1, 光强阈值THRESHOLD = 0. 计算给定视线所观察到的光强值.注：1）一定要按时完成作业和实验，一时完不成请当面向老师说明，推迟超过一星期的话，将没有成绩；2）作业要书面提