计算机图形学课件重点总结

1、学习好资料欢迎下载计算机图形学第一章1962 年的 I.E.萨瑟兰德（）在他的博士论文中提出了一个名为“Sketchpad”的人机交互式图形系统，在论文中首次使用了“计算机图形学” 1974 年，美国计算机学会成立了一个图形标准化委员会90 年代后，计算机图形学朝着标准化、集成化和智能化的方向发展1. 计算机图形学（ Computer Graphics）：研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。 （国际标准化组织 ISO 定义 )基本含义是使用计算机将图形的数据、模型通过算法和程序在输出设备上构造出图形来。2. 计算机图形的应用领域:计算机辅助设计制造（

2、CAD/CAM）办公自动化和电子出版字制图和地理信息系统系统环境模拟（虚拟现实辅助教学与训过程控制学计算可视化娱乐、计算机动画计算机艺术数科第二章1. 计算机图形系统是一个由软、硬相互结合的有机整体。系统在工作时，由主机执行应用程序， 通过图形输入设备、数据库或交互装置读取数据， 按一定数据结构组织起来，不断调用事先存储好的图形显示子程序， 将处理后得到的数据送往显示处理器， 从图形显示器或其它输出设备输出图形。2. 一个计算机图形系统应具有计算、存储、对话、输入、输出等五个方面基本功能。3. 计算机图形系统常用的输入输出设备由哪些?图形图象输入设备可分为矢量型和光栅型两大系列。矢量型设备 -

3、采取跟踪轨迹、 记录坐标点的方法输入图形，得到的数据形式为点、直线或折线组成图形数据。常用的设备有跟踪式数字化仪、鼠标、光笔等。光栅型设备-采取逐行扫描、按一定密度采样的方式输入图形，获取的数据为一幅由像素构成的数字矩阵，成为图像（Image）。常用的设备有扫描仪和摄像机。图形图象输出设备可分为光栅扫描型和向量型两大系列。光栅扫描型设备是按光栅矩阵方式扫描输出整幅图画，特点是设备成图速度快，色彩丰富，产品种类多，应用范围广。如图形显示器、喷墨打印机、激光打印机等。向量型设备是以画笔的方式绘制图画，特点是设备绘图精度高、图形精细，绘图速度慢、色彩较少。如笔式绘图机等。第三章1. 点亮点有位置、有

4、大小，其大小是一个像素，像素是最小的图形单位。像素的大小取决于显示器的尺寸和分辨率。在某个位置画点，即是用某种灰度或颜色将该点的像素“点亮2 绘制直线的常用方法有几种?各有何特点 ?绘制直线的常用算法：数值微分法,DDA 算法DDA 算法的特点：DDA 算法是根据直线的斜率来计算出下一个值，经取整以后确定下一个像素点，因为进行取整运算，故难以避免所取像素点偏离实际直线的某一侧。中点画线法中点画线法的特点：由于只判别d 的符号确定下一个像素位置，因此可以用递推算法中只包含加、减运算，便于硬件实现。2d 来判别，化为整数算法。学习好资料欢迎下载Bresenham 法 (重点 )Bresenham

5、画线算法的优点：常量只计算一次避免了浮点运算避免了乘除法运算节省运算量，并适合硬件实现！3.DDA 算法绘制直线的基本思想?为什么选定x 2x1 和y2y1中较大者作为步进方向?DDA 算法生成的直线为什么会偏离实际直线的某一侧?偏离方向和步进方向有何关系?(不全 )原因 :因为这样可以保证没一次 x 或者 y 以单位步长递增时，不会遗漏像素点，取得像素点更密集 ,比较连续图形效果比较好 .DDA 算法的基本思想：选定 x 2x 1 和 y2y1 中较大者作为步进方向。假设x 2 x1较大，取该方向上的x为一个像素单位长，即x 每次递增 1（一个像素） ，然后利用下式计算相应的 y 值，把每次

6、计算出的（xi 1, yi 1 ）经取整后顺序输出到显示器，则得光栅化的直线。 yi 1 yiy2y1xx2x1可通过计算 x 方向的增量x 引起 y 的改变来生成直线yi 1yiy y i 1y iyx2y 1xx 1y 方向的增量2也可通过计算由xi 1xixxi 1 xix2x1yy 引起 x 的改变来生成直线y2y14. 什么是曲线插值和曲线拟合 ?各有什么特点 ?曲线插值 -是根据已知点分段建立代数多项式， 使其函数通过已知节点， 并保持节点上的一阶或二阶导数连续， 经过内插加密点连接， 来获得光滑曲线的方法。 这种方法绘制的光滑曲线严格地通过已知的节点。曲线拟合 -根据已知的离散点

7、，建立一个适当的解析式，使它表示的连续曲线反映和逼近已知点的分布趋势的方法，其特点是被光滑处理的曲线，原则上并不要求严格通过已知的节点，而只要求尽可能从给定点的附近通过。（1）三次样条插值曲线：有很高的光滑性 (整体二阶导数连续 ),过节点， 计算较复杂。 这种曲线能整体保持其二阶导数连续 .（2）分段三次多项式插值曲线(五点光滑法 ) ：光滑性稍差（整体一阶导数连续） , 过节点，计算简单，并且只有加、减和乘法运算，所以程序量也不大。所绘出的曲线严密地经过每一个数据点。（3）线性迭代拟合曲线（抹角法）：计算简单，不过节点。图形一般是往内收缩该方法较适用于那些对曲线定位精度要求不高的曲线图形，

8、例如地图上的等温线、等降水线、等压线等。（4）最小二乘法拟合曲线：计算较复杂，不过节点。保留了实验数据不可避免地各种误差，真实反映数据变化趋势。5. 常用的区域填充算法有哪些?试述扫描线填充多边形的步骤?学习好资料欢迎下载区域填充算法1、扫描线填充算法基本思路： 按扫描线顺序，计算扫描线与多边形的交点， 交点将多边形分成几个区间， 最后确定填充区间。扫描线填充多边形的步骤(1) 输入参数：多边形顶点坐标、点数等(2) 计算多边形顶点坐标中 Ymax、 Ymin，确定扫描线的处理范围。(3) 对处理范围内的每条扫描线重复以下步骤：1)求交点 2)交点排序 3)奇偶交点区间填充2、边填充算法3、种

9、子填充算法4、图案填充算法6. 光栅参数中 ,线宽是怎么实现的 ?试分别以斜率大于1 和小于 1 来说明对于斜率绝对值小于1 的线，通过在沿线的每个位置画像素的垂直段来显示粗线。对于斜率绝对值大于 1 的线，通过在水平段交替地拾取线段路径左边和右边的像素形成粗线。7. 汉字字模分几种？各自实现的原理？各有什么优缺点？（不对）矢量字模用矢量方法表示汉字字符图形的坐标点集。点阵字模用栅格方法表示汉字字符图形的数据矩阵。点阵汉字的特点不能任意放大，放大比例高时易产生锯齿；原理： 点阵汉字是汉字字形最基本的表示法，对于16 16 的点阵汉字来说，就是把一个方块横向分成16 格，该矩形也有了256 个格

10、，点阵中每个字格都可以着黑白两种颜色。用这样的点阵描出的汉字，称为点阵汉字。特点：适合打印、显示；存储空间大；不便于变形字体矢量汉字的原理把每个汉字看成一个简单的子图形，将字符各笔画的坐标和表示落笔书写或抬笔移动的数字信息放在一个文件中。文件中每组数据是一个三元数组(mode,X，Y)。mode:笔画状态 mode=1:抬笔移动至、 mode=2:落笔画 、 ode=3:笔归原点，结束：符x,号坐y标系中 x 轴和 y 轴的增量数据。特点：矢量汉字可以无级放大派生出左斜、右斜、耸肩等字体。还可以勾绘出空心字体8试述逐边裁减多边形算法的步骤逐边裁剪法是萨瑟兰德（）和霍德曼（ Hodgman ）在

11、 1974 年提出的。采用了分割处理，逐边裁剪的方法。依据是简单地通过对单一边或面的裁剪实现对多边形的裁剪。1)将多边形表示为顶点表，即 P1， P2，Pn-1，Pn, 并生成边表 P1P2 ， P2P3， Pn-1Pn ， PnP1，(2)用窗口边裁剪原多边形，生成中间多边形(3)对中间多边形重复步骤(2)， 直至被窗口所有边裁剪完为止9.窗口区？视口区？什么是窗口-视图变换？变换矩阵？（不全）窗口 -用户可以在用户域中指定任意区域输出到屏幕上，这个指定区域称为窗口区视口 -是在屏幕上定义的一个小于或等于屏幕区域的矩形块窗口视图变换 :由于窗口和视图是在不同坐标系中定义的，因此，在把窗口中图

12、形信息送到视图区之前，必须进行坐标变换，即把用户坐标系的坐标值转化为设备（屏幕）坐标系的坐标值，这个变换称为窗口视图变换。学习好资料欢迎下载变换矩阵： xvyv1=x wyw1第四章图像变换1.图形变换是指将图形的几何信息经过几何变换后产生新的图形。2.基本的几何变换是研究物体坐标系统内的平移、旋转、缩放等变换的规律3.齐次坐标的定义 : 以 n+1 维向量表示一个 n 维向量，在 n 维空间中点的位置向量用非齐次坐标表示时，具有 n 个坐标分量 (p1,p2, , pn)，且是唯一的。若用齐次坐标表示则为(hp1, hp2, , hpn, h)， 且不唯一4.为什么采用齐次坐标表示图形变换?

13、 1）提供了用矩阵运算把二维、三维甚至高维空间中的一个点集从一个坐标系变换到另一个坐标系的有效方法。（ 2）可以表示无穷远点。 （ 3）便于图形合成5.二维几何变换的种类以及每种变换的变换矩阵?平移变换旋转变换对称变换100cossin0T010Tsincos0T=txty1001比例变换错切变换复合变换sx00T1 d0T0sy0b 1 00010 016.证明二维点相对 x 轴作对称，紧跟着相对 y = -x 直线作对称变换完全等价于该点相对坐标原点作顺时针 90 度的旋转变换 ?第五章交互技术1.在交互输入过程中采用的控制方式有哪些？各有什么特点？在交互输入过程中，常用的控制方式是请求、

14、采样、事件及其组合形式四种2.常用的交互技术有哪些?定位技术橡皮条技术拖曳技术菜单技术定值技术拾取技术网格与吸附技术三维空间控制技术语音交互技术基于手势的交互技术视觉跟踪的交互技术第六章1.生成真实感图形的常用方法消隐技术 简单光照模型?明暗处理技术纹理技术2.通常使物体表面明暗光滑化的方法有哪些?通常采用的方法是采用插补的方法,Gourand方法和Phong 方法。第七章1.数字地图是指一类地图产品，是随着计算机技术在地图学中的应用产生的一类不同于常规地图的新产品，是空间信息的一种全新的表达方式。2.电子地图是从广义概念出发，电子地图和数字地图是同一概念，认为电子地图只不过是数字地图的通俗称

15、谓，实质均指在计算机环境中制作、使用的地图。 狭义的概念认为电子地图即屏幕地图， 是供计算机环境中使用的一种新型的地图产品，强调地图信息的视觉感受特学习好资料欢迎下载征3.数字地图制图系统是基于完成一定的地图制图任务或地理空间信息管理和应用的硬件子系统和软件子系统组成的一个有机整体。4.地图上各类信息如何用数字表示?地图要素反映的信息主要包括几何信息和属性信息。几何信息反映了地图要素的空间位置和几何形状特征，属性信息反映了地图要素分类、分级和质量、数量等属性特征。此外，以图解符号为语言的地图， 还有效地表示了地图要素的分布特征和相互间的关系， 这方面的信息称为关系信息。5.常用检索方法有哪些?

16、有何特点 ?常用的检索方法：定性、定位、拓扑检索和组合检索（ 1）定性检索是根据地图要素的属性标志进行的， 可以按要素类别、等级、 名称或其它质量特征（如桥梁的桥宽、载重量）等进行检索，检索的依据是要素编码系统。（ 2）定位检索是根据地图要素的几何数据进行的，可以查询指定地理区域范围的地图数据。定位检索往往伴随着大量的数据裁剪运算。（ 3）拓扑检索是数字地图分析应用时常用的一种有效方式。拓扑检索建立在将地图要素数据表示成由结点、 链、多边形这些拓扑元素组成的拓扑数据结构基础上， 是利用数据的拓扑结构对要素间的拓扑关联、邻接和包含关系进行检索。（ 4）组合检索是将定性、定位、拓扑检索三者组合使用

17、。我们通常采用该方式比较多第八章1.用来表示地图图形的数据形式有哪些?各是怎样表示地图信息?各有什么特点 ?a.数据形式有 :几何数据的表示属性数据的表示拓扑数据的表示b.图形的几何数据表示有两种，即矢量地图数据和栅格地图数据，矢量数据就是表示地图图形位置的各离散点在某种坐标系中坐标（ x， y）的有序集合 ,栅格数据就是地图图形的栅格单元（又称像元或像素）与空白像元构成的一个数据矩阵。属性数据的要素的名称属性以名称的字符串描述;宽度、建筑日期、车流量等定量特征的属性则以其相应属性的数据值描述， 要素的类别、 等级等属性通常是用代码 （称地图要素编码，简称要素编码）描述。拓扑数据是用拓扑关系来

18、表示地图要素。C矢量数据（x， y）数据量小和内容有关系。栅格数据矩阵数据量大和幅面有关系属性数据包括地图要素对象的编码、名称、数量和质量的描述参数拓扑数据当一个平面发生弹性变化如拉伸、压缩、弯曲等，其面上图形元素间的某些关系不变，这些关系即是拓扑关系。2.试论述地图要素分类分级所遵循的基本原则及要素编码原则?分类分级的基本原则科学性 :选择最稳定的属性和特征作为分类依据。系统性:形成体系，低级类可以归并到高级类。可扩充性 :保证在增加新对象时不打乱已建体系。实用性:信息详尽和完整的表示，信息获取的方式和途径，以及信息处理的能力。兼容性:应尽量和相关的标准协调一致。要素编码原则唯一性一个代码只

19、唯一表示一个分类分级对象。合理性代码结构要与分类分级体系相适应。可扩充性留有足够的备用代码，适应扩充的需要。简单性结构应尽量简单，长度尽量短。 适用性代码应反映对象的特点，方便记忆和使用。规范性代码的结构、 类型及编写格式必须统一3.数字地图制图过程中需要做那些数据处理?几何纠正投影变换格式转换自动拓扑处理学习好资料欢迎下载4.什么是地图数据结构？地图数据结构分哪几类？比较？地图数据结构是指地图数据在计算机中的组织存贮形式。可分为矢量数据结构和栅格数据结构，二者比较如下矢量数据结构优点 :数据量小 ,附加目标实体的各种属性信息、表示空间实体间的拓扑关系、单个空间实体定义和操作方便，易于实现定性查询、拓扑查询、网络分析。不足：矢量数据结构的复杂，操作和算法复杂，几何、定位查询复杂。栅格数据结构优点 :数据结构简单，定位存取性能好。不足： 较高的几何精度的代价是数据量的极大增加，栅格数