《计算机图形学》期末复习

计算机图形学北京大学计算中心王竹威zhuweiw@学期复习学期复习计算机图形学是利用计算机来建立、处理、传输和存储从某个客观对象抽象得到的几何和物理模型，并根据模型产生该对象图形输出的有关理论、方法和技术。计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专用显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。计算机图形学研究的对象是图形。广义地讲，凡是能在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象均可称为图形。计算机图形学的概念图形的几何属性：描述图形几何特征的属性，如形状、大小等。几何属性通常可以用点和线来描述，因此也称为图形的轮廓线属性。图形的非几何属性：描述图形几何特征以外其它特征的属性，如颜色、层次、材料质地、光照条件等属性，也称为图形的填充属性。图形的属性图形的属性包括：几何属性和非几何属性。学期复习图形的生成法和表示法图形的生成法包括：矢量法和描点法。图形的表示法包括：参数表示和点阵表示。学期复习计算机图形学研究的内容图形描述和输入图形处理图形输出学期复习图形系统的基本功能计算功能：完成图形的设计、分析和描述；完成坐标的几何变换；完成图形的生成和关系检测存储功能：存放各种形体的几何数据及形体之间的相互关系，及对图形的增删改信息输入功能：将所设计的图形形体的几何参数和各种绘图命令输入到图形系统中输出功能：在显示屏幕上显示设计过程当前的状态以及编辑后的结果，并能实现硬拷贝输出对话功能：通过人－机交互设备对计算结果和图形进行修改，并对错误给予必要的提示和帮助学期复习图形系统对硬件性能的要求处理速度：图形系统的处理速度既与图形系统硬件有关，也与图形软件的图形处理算法有关。在图形硬件方面对速度影响的因素有：CPU的性能、MPU的性能、主存储器、高速缓存及外部存储器的存取速度。存储容量：图形系统的存储容量包括：随机存储容量、外部存储容量和显示缓冲区容量。处理精度：主要是指图形采集输入质量和显示输出质量，如图形分辨率、图形的色彩显示等，大部分与所采用的图形处理软件有关。学期复习阴极射线管CRT荧光屏电子束偏转系统加速系统聚焦系统控制栅阴极灯丝学期复习CRT显示器的工作方式分为随机扫描和光栅扫描两种方式，射线穿透法（穿透式彩色CRT）CRT的工作方式孔板映射法（荫罩式彩色CRT）彩色CRT工作原理学期复习射线穿透法：随机扫描显示器通常采用射线穿透法显示技术。在采用射线穿透彩色显示技术的阴极射线管中，荧光屏的内表面通常涂有两层荧光物质，其中一层是受电子束激励而发出红色色光的荧光物质，另一层则是发出绿色色光的荧光物质。当电子束以高速撞击荧光屏时，实际能够产生的颜色取决于该电子束穿透荧光层深浅的能力，即电子束所具有的能量。彩色CRT工作原理学期复习孔板映射法：光栅扫描显示器采用孔板映射显示技术。在这种显示器的荧光屏上，分布着显示的基本单元—像素，而在荧光屏后安装着被称为荫罩的金属板，在金属板上布满了对应于每个像素的小孔。在CRT内按三角形排列安装了三只电子枪，发射三条电子束，它们由一个共同的偏转系统控制，使三条电子束聚焦于荫罩板的同一个小孔内，并穿过小孔轰击荧光屏。调节各个电子枪的电流强度，就可改变相应荧光点的亮度，即合成色中所占的比例，达到改变颜色的效果。彩色CRT工作原理学期复习图形显示器的类型随机扫描显示器存储管式显示器光栅扫描显示器液晶显示器学期复习图形显示器的坐标系光栅扫描显示器的坐标系分为两种，它们是：物理坐标和逻辑坐标它们的坐标原点分别是屏幕的：左下角和左上角学期复习逻辑分辨率：显示屏的逻辑分辨率指整个屏幕在某种显示模式下可显示的最大像素数目，等于特定显示模式下每屏的水平扫描线数目（垂直分辨率）与每条扫描扫描线上可显示的像素数目（水平分辨率）的乘积。屏幕分辨率屏幕的分辨率分为物理分辨率和逻辑分辨率。物理分辨率：阴极射线管在水平和垂直方向的单位长度上能识别光点数的最大值被称为屏幕的物理分辨率。因此，屏幕的物理分辨率就是阴极射线管的荧光屏在水平和垂直方向上每英寸内可显示的像素数目。学期复习水平扫描频率：是指阴极射线管的电子枪往屏幕上写一行像素的频率，即每秒能产生多少个扫描行。因此，阴极射线管的水平扫描分辨率又称为行频，这一概念在电视技术中用得相当普遍，通常以kHz为单位。扫描频率扫描频率分为水平扫描频率和垂直刷新频率。垂直刷新频率：阴极射线管在垂直方向的扫描频率称为垂直刷新频率，是整个屏幕被刷新（重写）的频率。在隔行扫描情况下，每次扫描后得到的画面称为场，两场扫描后构成的画面形成帧，但采用逐行扫描时，场频等于帧频。学期复习在几何学中，一个点既没有大小，也没有维数，点只是表示坐标系统中的一个位置。在计算机图形学中，点是用数值坐标来表示的。点的概念直线是点的集合，在几何学中直线被定义为两个点之间的最短距离。直线是一维的，即它只有长度而没有宽度。直线可以向两个方向无限延长，但是在图形学中研究的对象是直线段，即存在于两个端点之间并满足一定关系的任意点。直线的概念学期复习直线段的生成算法逐点比较法数值微分法Bresenham法学期复习绘制曲线的几种情况已知曲线的方程，要求画出曲线。这类问题可称之为规则曲线的绘制。由试验或观测得到了一批数据点，要求用一个函数近似地表明数据点坐标间的关系，并画出函数的图像(曲线)。这类问题称为曲线拟合。由试验、观测或计算得到了由若干个离散点组成的阵列，要求用光滑的曲线把这些离散点连结起来。这类问题称为曲线插值。在曲线形状设计中，给定了折线轮廓，要求用曲线逼近这个折线轮廓。这类问题称为曲线逼近。学期复习使用钢笔或铅笔等自由路径工具绘制的路径有两种，它们是开放路径和闭合路径。路径由节点和路径段组成，它们之间的关系是：节点是路径上的某一个点，它用来标记路径段的端点，所有路径段都以节点开始和结束。路径段是指一个路径上两个节点之间的部分。路径学期复习路径的组件端点节点曲线段控制柄控制点学期复习节点节点分为两种类型，即：角点和平滑点。角点平滑点学期复习可见光的颜色L(

)L(

)L(

)光能光能光能000350350350780780780(nm)(nm)(nm)白光光谱彩色光光谱单色光光谱下面三个图分别表示三种可见光的光谱，它们分别是学期复习颜色空间加色三原色是指红、绿、蓝三种颜色，由它们构成的颜色空间称为RGB

颜色空间。减色三原色是指青、品红、黄三种颜色，由它们构成的颜色空间称为CMYK

颜色空间。HSB模式是以人们对颜色的感觉为基础来描述颜色的三种基本特性，即色相、饱和度和明度。学期复习填充的概念填充是指对选定的对象进行着色的过程。填充需要解决的两个问题：一是确定需要填充哪些像素，二是确定用什么颜色或图案填充。常用的内点测试规则有奇偶规则和非零缠绕计数规则。而Illustrator使用非零缠绕计数规则。根据着色的方法不同，填充可以分为均匀填充、渐变填充、纹理和图案填充等。填充的结果总是使图形分为填充和不填充两个部分，不可能在判断为内点的位置填充一种颜色，在判断为非内点的位置上填充另一种颜色。学期复习填充的种类均匀填充渐变填充线性渐变填充辐射渐变填充网格渐变填充轮廓线填充图案填充学期复习Illustrator的程序窗口标题栏菜单栏文档窗口文档窗口标题栏绘图页面工具箱状态栏调板学期复习文档窗口的组成标题栏状态栏打印区域不可打印区域页面边缘绘图页面草稿区域工作区域学期复习线型工具组直线弧线螺旋线矩形网络极线网格在Illustrator10.0的工具箱中，线型工具组包括：学期复习基本图形工具组矩形圆角矩形椭圆多边形星形闪光在Illustrator10.0的工具箱中，基本图形工具组包括：学期复习钢笔工具组在Illustrator10.0的工具箱中，钢笔工具组包括：钢笔增加节点删除节点转换节点学期复习图形的几何变换在Illustrator10.0中，常用的图形几何变换包括：缩放、旋转、镜像、切变、扭曲。学期复习使用标尺在文档窗口中，水平标尺和垂直标尺相交的零点称为标尺原点。默认状态下位于绘图页面的左下角。改变其默认位置的方法是：移动鼠标指针到水平和垂直标尺相交的位置，按下鼠标左键拖动到需要放置标尺原点的位置。恢复其默认位置的方法是：双击文档窗口左上角两标尺相交的位置学期复习使用网格在使用网格时，可以使用命令Edit\Preferences\

Guides&Grid来打开设置对话框，对网格的颜色、类型、间隔、细分等进行设置。若要显示网格，可以使用命令：View\ShowGrid。若要隐藏网格，可以使用命令：View\HideGrid。学期复习使用辅助线创建水平辅助线的方法是：1.将鼠标指针移动到水平标尺上按下左键向下拖动2.从垂直标尺向右拖动时按下Alt键创建垂直辅助线的方法是：1.将鼠标指针移动到垂直标尺上按下左键向右拖动2.从水平标尺向下拖动时按下Alt键当需要隐藏或显示辅助线时，可分别执行View\Guides\HideGuides

和View\Guides\ShowGuides

命令。学期复习填充工具填充颜色轮廓线颜色单色填充渐变填充无填充默认填充按钮交换填充在Illustrator10的工具箱中，有若干用于填充的工具，它们分别是：网格渐变填充渐变填充工具学期复习图形对象的一般操作 对象的选择 对象的移动 对象的剪切 对象的复制 对象的粘贴

学期复习对象的链接和嵌入对象链接的特点对象嵌入的特点对象链接和嵌入的方法查看对象链接和嵌入的信息学期复习对象的位置关系对象的前后次序对象的分布对象的对齐对象的群组对象的逻辑操作学期复习对象的变换对象的缩放对象的旋转对象的镜像对象的切变对象的扭曲对象的自由变换学期复习线条的属性线型属性：线条的不同类型，如实线、虚线、点划线、点线等；线宽属性：线条的几何宽度；颜色属性：线条所填充的颜色；装饰属性：对线条加以修饰的属性，如线端形状、线端连接方式和箭头。学期复习笔刷与特殊线条特殊线条是不同于实线、虚线、点划线、点线这样的按一定规则组成的线条，在图形应用软件中，特殊线条需要利用软件提供的特殊笔刷来产生。书法画笔：所创建的路径与用书法钢笔绘制的图形很相似，它是沿着路径线条的中心进行绘制的。散点画笔：将路径中的对象复制成若干个相同的对象，并沿着一个路径分散。艺术画笔：将一个对象或图形沿着路径排列，从而构成一个艺术路径。图案画笔：将一个图案重复地显示在路径上，构成一个图案路径。学期复习风格使用Style调板中的风格样本，可以对选定的对象进行填充和轮廓线填充。Style调板具有很多种风格样本，用户可以很方便地地接应用到图形中，而且还可以在该调板中创建出新的风格样本，以及进行定义新风格样本、复制以及删除等一些操作。学期复习符号当需要创建大量相似又略有区别的图形时，可以通过使用符号进行绘制。利用符号工具，可以画出许多生动有趣的符号，并对它们进行相应的编辑。可以创建出所需要的图形，并将其定义为Symbols(符号)调板中的新样本符号。当创建好一个符号样本后，可以在页面中对其进行一定的编辑，还可以对Symbols调板中预设的符号进行一些修改。当重新定义时，修改过的符号样本将替换原来的符号样本。如果不希望原符号被替换，可以将其定义为新符号样本，以增加Symbols调板中符号符号样本的数量。学期复习符号工具在工具箱中的SymbolSprayer(符号喷涂)工具组里共有八个不同的符号工具，它们是：符号喷涂符号移动符号聚集符号大小符号旋转符号着色符号掩蔽符号风格化双击任何一个符号工具按钮，都将弹出该工具的设置对话框。在该对话框中，用户可以在各个符号工具之间进行切换，从而设置各符号工具的相关选项。学期复习设置符号喷涂工具双击符号喷涂工具，可以在弹出的选项对话框中设置工具的各种参数。直径强度设置符号密度符号聚集符号大小符号旋转符号着色符号掩蔽符号风格化学期复习文本对象的特点Illustrator支持多种语言，只要是计算机系统支持的语言，都可以在Illustrator中使用。使用工具箱中的各种文本工具，可以直接在绘图页面上进行文字的输入，也可以在一个图形对象中输入文本，或者沿着一个开放的路径进行排列。当完成文字输入后，可以对字符进行格式化。如果输入的是多段落文本，也可以对段落进行格式化。可以对文字进行颜色或图案填充，以及应用效果和风格，还可以将文本转换为轮廓线。具有图文混排功能，使文本绕图形进行排列。学期复习文本工具在Illustrator中的工具箱中，有一个文本工具组，其展开式工具栏中提供了六种文本工具。应用这些工具，可以在工作区域上任意位置创建各种文本。文本区域文本路径文本垂直文本垂直区域文本垂直路径文本学期复习设置字符级格式在Illustrator10中创建文本时，当输入所需要的文字之后，还可以为其设置属性，如字体、字号、字间距、基线偏移、水平和垂直缩放、行间距以及字符方向等。除了在现有的选定文本中更改其属性外，也可以在键入新的文字之前就为其设置字符属性，那么在键入文字后，就会应用已设置好的属性，用户可以通过Character(字符)调板中的选项或者Type(文本)菜单中的相关命令来完成。学期复习设置段落级格式当在Illustrator10中处理包括多段落的长文本时，可在Paragraph调板中进行，如文本对齐、段落缩进、段落间距以及制表符等设置，在该调板中为单字节语言提供了多个选项，如各单词和字母之间距离的设置，而使用连字符功能，能设定单词在段落中的断开位置。学期复习链接文本在键入文本块时，如果出现文本溢出的现象，可以调整文本块的尺寸，以显示所有的文本，也可将其链接到另一个文本容器中。在必要的时候，可创建一个或多个文本容器。当页面上有出现文本溢出现象的文本块时，可以用复制的方法创建与该文本块一样的链接文本块，也可以让文本流入一个任意形状的图形中。学期复习将文本转换成路径由于Illustrator10中专用于修饰文字的功能较少，所以在对文本对象做较为复杂的修饰时，可以先将文本转换成路径，然后再象对其它图形对象一样，对文本对象进行编辑和操作。但是当文本转换成路径后，它将不再具有文本的特有属性，如字体、字号等。所以在实际操作时，应在转换之前先调整好文本的字体、字号等。学期复习图文混排图文混排是指在文本中插入多个图形对象，并使所有的文本围绕着图形对象的轮廓线的边缘进行排列。在进行图文混排时，必须是文本块中的文本或区域文本，而不能是点文本或路径文本。在文本中插入的图形可以是任意形状的图形、置入的位图，但不能是画笔工具创建的对象。在进行图文混排时，必须使图形在文本的前面，然后执行命令Type\Wrap\Make即可。学期复习图层的特点图层可以用来方便地管理对象。图层就像一个文件夹一样，它可以把对象分门别类地组织在不同的图层上。可以对图层进行各种编辑，如更改图层中对象的排列层序，在一个父图层下创建子图层，在不同的图层间移动对象，以及更改图层的排列顺序等。图层的结构可以是单一的或复合的，默认状态下，在绘图页面上创建的所有对象都存放在一个单一的父图层中。可以创建新的图层，并移动对象到新的图层。学期复习图层调板当使用图层进行工作时，可以在Layers(图层)调板中进行。图层名称锁定标志可见图层标志创建/释放蒙版新建子图层新建图层删除图层图层颜色学期复习新建图层在新建一个文件的同时，默认情况下会自动创建一个透明的图层。用户可根据需要在文件中创建多个图层，而且可在父图层中嵌套多个子图层。如果要设置新创建的图层，可从调板菜单中选择NewLayer命令项，或者按下Alt键单击新建图层按钮，都可打开LayerOptions对话框。学期复习选择或删除图层当选择一个图层时，直接在图层名称上单击，这时该图层会呈高亮度显示，并在名称后会出现一个当前图层指示器标志，表明该图层为活动的。按下Shift键可选择多个连续的图层，单击第一个和最后一个图层即可；而按下Ctrl键可选择多个不连续的图层，逐个单击图层即可。当删除图层时，会同时删掉图层中包含的对象，如子图层、群组、路径等等。操作时先选择，然后单击调板上的删除图层按钮，或者拖动图层到该按钮上，还可以执行调板菜单中的Delete命令。学期复习隐藏或显示图层当隐藏一个图层时，该图层中的对象在页面上就不会显示。在Layer调板中可有选择地隐藏或显示图层，比如在创建复杂的作品时，能用快速隐藏父层的方式隐藏多个路径、群组和子对象。学期复习锁定图层当锁定图层后，该图层中的对象不能再被选择或编辑，利用图层调板所提供的锁定父图层命令，能够快速锁定多个路径、群组或子图层。学期复习移动图层在利用图层创建作品时，可以使用图层调板来改变图层之间的顺序，也可以改变图层之间的关系。改变图层顺序后，各图层上对象之间的相对位置也会发生改变。学期复习动作的概念动作就是对单个文件或一批文件回放一系列命令，大多数命令和工具的操作都可以记录在动作中。动作是快捷批处理的基础，快捷批处理就是自动处理默认的或已录制好的动作。用户可以进行下列有关动作的编辑，如重新排列动作，或在一个动作内重新整理命令及其运行顺序，添加一些命令到动作中，使用对话框为动作录制新的命令或参数，更改动作选项，如动作名称、按钮颜色以及快捷键等，复制、删除动作和命令，重新安排动作的默认列表。学期复习动作调板通过在Action调板中进行操作，可以录制、播放、编辑和删除动作，或者保存、加载或替换动作组。动作集名称切换对话框开关切换选项开关停止播放或录制开始记录播放选区创建动作集创建新动作删除选择学期复习动作中插入菜单项当选定一个动作后，执行调板菜单中的InsertMenuItem命令，即可打开对话框。可以在文本框中直接输入命令名称，也可以输入部分命令，然后按Find键，由Illustrator自动查找。学期复习动作中插入停顿在动作的记录过程中，可根据需要在记录过程中加入一些人为的停顿，以控制动作的播放。选择要在其下面插入停顿的动作或命令，然后执行调板菜单中的InsertStop命令，即可打开命令对话框。学期复习高级变换工具组除了使用工具箱中一些简单的变换工具外，在Illustrator中还新增了一组能够使对象产生特殊变形的工具，即高级变换工具组。使用这些工具将更改对象原来的形状。当把这些工具应用在对象上时，将随着鼠标的拖动而更改路径，并自动添加相应的节点。弯曲扭转折叠膨胀扇贝晶格化折皱学期复习滤镜和效果滤镜和效果用于修整创建的矢量图或导入的位图，以进上步增强作品的表现力。滤镜和效果的命令位于各自的菜单内，这两个菜单很多命令是相同的，但是应用滤镜菜单中的命令将彻底改变对象原来的属性，而效果菜单中的命令仅仅更改对象的外观，不会改变对象的根本属性。有些命令只能用于处理矢量图形，有些命令只能处理位图图像，有些命令两者都可以使用。所有对位图图像有效的滤镜和效果都可以在RGB模式和灰度模式下使用，但有些滤镜组中的命令不能在CMYK模式下使用。学期复习处理矢量图的滤镜位于滤镜菜单中间部分的命令主要用于处理矢量图形，包括：颜色(Colors)滤镜组创建(Create)滤镜组扭曲(Distort)滤镜组钢笔和墨水(Pen&Ink)滤镜组风格化(Stylize)滤镜组学期复习