计算机图形学与虚拟现实考试题目及答案

计算机图形学与虚拟现实考试题目及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.在计算机图形学中，将二维图像转换为三维模型的过程通常称为？A.渲染B.建模C.变换D.着色2.以下哪种着色模型是基于物理原理的？A.颜色查找表B.Phong着色C.哈明着色D.纯色着色3.在三维空间中，将物体从一个位置移动到另一个位置的操作称为？A.旋转B.缩放C.平移D.变形4.纹理映射技术主要用于解决图形中的什么问题？A.几何精度B.显示速度C.表面细节D.颜色平衡5.以下哪种算法常用于计算机图形学中的隐藏面消除？A.Z缓冲算法B.光线追踪C.背面剔除D.A和C6.虚拟现实（VR）系统中，用于追踪用户头部或手部位置的技术通常称为？A.显卡B.摄像头C.追踪器D.定位器7.在VR系统中，用户通过虚拟环境进行交互的主要方式是？A.键盘输入B.鼠标点击C.手柄操作D.以上都是8.以下哪个不是VR系统的关键组成部分？A.显示器B.追踪系统C.交互设备D.操作系统9.在图形渲染管线中，哪个阶段主要负责计算光照和阴影？A.几何处理B.光栅化C.物理模拟D.深度测试10.以下哪种技术可以提高计算机图形渲染的效率？A.几何着色B.实时光线追踪C.纹理压缩D.A和C二、填空题（每空1分，共10分）1.计算机图形学主要研究如何使用计算机生成、处理和显示________。2.三维图形变换包括平移、旋转和________。3.纹理映射可以将二维图像贴到三维模型表面的技术称为________。4.虚拟现实（VR）通常需要具备沉浸感、交互性和________三个特性。5.在计算机图形学中，________是指将三维模型转换为二维图像的过程。6.光栅化是将________图形转换为像素表示的过程。7.常用的图像文件格式有BMP、________和JPG。8.VR系统中，________是指用户在虚拟环境中感受到的临场感。9.计算机图形渲染管线主要包括几何处理、光栅化和________三个主要阶段。10.纹理过滤技术中的________过滤可以避免纹理走样，但会增加计算量。三、判断题（每题1分，共10分）1.Phong着色模型可以模拟镜面反射和漫反射。（）2.三维模型的顶点坐标必须在单位球面上。（）3.纹理映射会改变模型的真实几何形状。（）4.虚拟现实（VR）技术只能用于游戏领域。（）5.追踪器是VR系统中用于追踪用户视线的设备。（）6.光线追踪可以得到非常真实的光照效果，但计算量通常很大。（）7.Z缓冲算法是一种常用的隐藏面消除技术。（）8.计算机图形学只关注二维图像的处理。（）9.纹理压缩可以提高图像存储效率，但会损失部分图像质量。（）10.几何着色是图形渲染管线中负责计算光照的阶段。（）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述计算机图形渲染管线的主要步骤及其功能。2.解释什么是纹理映射，并说明其应用场景。3.虚拟现实（VR）技术有哪些主要应用领域？4.与传统的二维显示相比，虚拟现实（VR）有哪些独特的优势？五、综合题（共20分）1.（10分）假设一个三角形的三个顶点坐标分别为A(0,0,0)，B(1,0,0)，C(0,1,0)。请：a.将该三角形绕Y轴旋转45度（使用旋转矩阵）。b.将旋转后的三角形沿Z轴平移2个单位。c.简述上述变换在计算机图形学中的作用。2.（10分）简述虚拟现实（VR）系统的工作原理，并说明其中主要的技术挑战。试卷答案一、选择题1.B解析：建模是指创建三维模型的过程。2.B解析：Phong着色模型考虑了环境光、漫反射和镜面反射，更符合物理原理。3.C解析：平移是指沿坐标轴移动对象。4.C解析：纹理映射用于添加表面细节。5.D解析：Z缓冲算法和背面剔除都是常用的隐藏面消除技术。6.C解析：追踪器用于追踪用户身体部位的位置。7.D解析：用户可以通过多种方式与VR环境交互。8.D解析：操作系统不是VR系统的关键组成部分。9.A解析：几何处理阶段负责计算光照和阴影。10.D解析：几何着色和纹理压缩都能提高渲染效率。二、填空题1.图形2.缩放3.纹理映射4.沉浸感5.渲染6.三维7.PNG8.临场感9.深度测试10.双线性过滤三、判断题1.√2.×解析：顶点坐标可以是任意位置。3.√解析：纹理映射只是贴图，不改变几何形状。4.×解析：VR技术应用广泛，不仅限于游戏。5.×解析：追踪器追踪身体部位，目镜追踪视线。6.√解析：光线追踪真实但计算量大。7.√解析：Z缓冲算法是常用隐藏面消除技术。8.×解析：计算机图形学也研究三维图形。9.√解析：纹理压缩有损压缩。10.×解析：深度测试在光栅化阶段。四、简答题1.计算机图形渲染管线的主要步骤包括：几何处理（顶点变换、图元组装、光栅化）、图元光栅化（片段处理、深度测试、模板测试）和像素光栅化（像素着色、纹理映射、光照计算、混合）。几何处理负责处理三维模型顶点，图元光栅化将三维图元转换为二维像素，像素光栅化计算最终像素颜色。2.纹理映射是将二维图像（纹理）映射到三维模型表面的技术。通过将纹理坐标与模型顶点坐标关联，可以将纹理图像“贴”在模型上，从而增加模型的真实感和细节。应用场景包括游戏角色建模、建筑可视化、产品展示等。3.虚拟现实（VR）技术的主要应用领域包括：娱乐（游戏、虚拟旅游）、教育（虚拟实验室、模拟训练）、医疗（手术模拟、康复训练）、设计（建筑设计、工业设计）、军事（飞行模拟、战术训练）等。4.与传统的二维显示相比，虚拟现实（VR）提供沉浸感，用户感觉身临其境；具有交互性，用户可以与虚拟环境进行实时交互；具有临场感，用户感受到虚拟环境的存在和反馈。五、综合题1.（10分）a.旋转矩阵（绕Y轴旋转45度，假设角度为θ=45度，cos45°=sin45°=√2/2）：```R_y(45°)=|100||0cos45°sin45°||0-sin45°cos45°|=|100||0√2/2√2/2||0-√2/2√2/2|```变换后顶点：A'=R_y(45°)*[0,0,0]^T=[0,0,0]^TB'=R_y(45°)*[1,0,0]^T=[1,√2/2,√2/2]^TC'=R_y(45°)*[0,1,0]^T=[0,√2/2,-√2/2]^T（注：实际计算可能因精度有微小差异）b.绕Z轴平移2个单位（平移向量T=[0,0,2]）：变换后顶点：A''=A'+T=[0,0,0]+[0,0,2]=[0,0,2]^TB''=B'+T=[1,√2/2,√2/2]+[0,0,2]=[1,√2/2,2+√2/2]^TC''=C'+T=[0,√2/2,-√2/2]+[0,0,2]=[0,√2/2,2-√2/2]^Tc.上述变换在计算机图形学中的作用：旋转可以使物体改变朝向或姿态；平移可以使物体在空间中移动位置。这些变换是建模和动画的基础，用于创建复杂的场景和动态效果。2.（10分）虚拟现实（VR）系统的工作原理：VR系统通常包括头戴式显示器（HMD）提供视觉反馈、追踪系统（如传感器、摄像头）实时监测用户头部和手部位置及姿态、交互设备（如手柄、数据手套）用于与环境交