数字媒体技术导论期末考试试卷及参考答案

数字媒体技术导论期末考试试卷及参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在数字图像处理中，若将一幅8位灰度图的像素值整体右移一位（相当于整幅图像除以2），则其直方图会呈现下列哪种变化？A.整体向左平移128个灰度级B.整体向右平移128个灰度级C.整体压缩为原来的一半宽度并左对齐D.整体压缩为原来的一半宽度并右对齐答案：C2.在H.264/AVC编码框架中，用来消除视频帧间冗余的核心模块是：A.变换与量化B.熵编码C.帧内预测D.运动估计与补偿答案：D3.下列关于RGB与HSV颜色空间的描述，正确的是：A.HSV的H分量在0°~360°之间连续，可直接用于线性滤波B.RGB转HSV时，V分量等于max(R,G,B)C.在HSV空间中降低S相当于在RGB中同时等比例提高三分量D.HSV的H分量对光照变化敏感，故不适合做肤色检测答案：B4.在WebGL渲染管线中，执行顶点着色器之后、片元着色器之前必经的固定阶段是：A.光栅化B.模板测试C.深度写入D.帧缓冲混合答案：A5.使用48kHz采样率、16bit量化、双声道无压缩音频，存储10分钟声音所需的存储空间约为：A.112.5MBB.88.2MBC.55.5MBD.176.4MB答案：A6.在数字水印的鲁棒性测试中，下列哪种攻击属于同步攻击？A.JPEG压缩B.高斯噪声C.行裁剪D.旋转5°并缩放答案：D7.在基于物理的渲染（PBR）中，微表面模型的Roughness参数主要影响：A.菲涅尔反射强度B.镜面反射波瓣宽度C.漫反射颜色D.次表面散射距离答案：B8.下列关于HTTP/2与HTTP/1.1在传输Web3D模型时的差异，错误的是：A.HTTP/2支持服务器推送，可减少请求往返B.HTTP/2采用多路复用，降低队头阻塞C.HTTP/2强制加密，TLS握手会增加首包延迟D.HTTP/2无法传输.glb二进制格式，必须改用.gltf文本答案：D9.在Unity引擎中，使用HDRP渲染管线时，ShaderGraph的MasterStack默认输出的主颜色空间是：A.sRGB8bitB.Linear16bitC.ACEScgD.Rec.2020答案：B10.在基于特征点的SLAM中，出现“轨迹漂移”最主要的内在原因是：A.回环检测失败B.特征点提取耗时C.IMU白噪声D.单目尺度不可观答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分；多选少选均不得分）11.下列技术中，可用于降低360°全景视频传输带宽的有：A.分块投影（CMP）B.视口依赖式流送（ViewportdependentStreaming）C.基于立方体的动态tilingD.双目立体分离编码E.基于深度图的中间视合成答案：A、B、C12.在数字音频工作站（DAW）中，下列插件接口可同时支持macOS与Windows平台的有：A.AUB.VST3C.AAXD.LV2E.CLAP答案：B、E13.关于WebXR设备API，下列说法正确的有：A.支持在同一页面中混合AR与VR会话B.必须依赖OpenXRruntimeC.可访问手持控制器姿态D.提供深度感知（DepthSensing）扩展E.默认允许后台线程渲染答案：C、D14.在基于神经辐射场（NeRF）的三维重建中，下列策略可加速训练收敛的有：A.位置编码（PositionalEncoding）B.分层采样（HierarchicalSampling）C.可学习体素网格（DVGO）D.哈希编码（InstantNGP）E.表面光场（SurfaceLightField）答案：B、C、D15.下列属于HDR10静态元数据字段的有：A.MaxFALLB.MaxCLLC.MasteringDisplayColorVolumeD.DynamicMetadata+E.min_luminance答案：B、C、E三、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）16.PNG格式支持16bit深度图通道，因此可直接保存单通道浮点深度。答案：×17.在FFT运算中，补零至2的整数次幂长度可提高频谱分辨率。答案：×18.使用线性插值对四元数做球面旋转时，必须先归一化再lerp，否则会产生速度不均。答案：√19.在OpenGL中，若启用EarlyZ，则片元着色器里写入gl_FragDepth一定会导致性能下降。答案：√20.基于物理的相机模型中，fstop值越大，景深越浅。答案：×21.在数字图像的直方图均衡化过程中，映射函数一定是单调非减的。答案：√22.对音频信号做时域拉伸（Timestretching）而不变调，必须采用相位声码器或类似频域技术。答案：√23.在Unity的DOTS框架下，ComponentSystem已被完全移除，必须使用SystemBase。答案：×24.在MPEGDASH中，SegmentTemplate与SegmentTimeline可组合使用，实现精确的任意时长切片。答案：√25.使用高斯模糊时，二维卷积可分离为两个一维卷积，计算复杂度从O(n²)降至O(n)。答案：√四、填空题（每空2分，共20分）26.在数字图像处理中，若使用3×3Sobel算子计算x方向梯度，其水平模板为________，垂直模板为________。答案：\[\begin{bmatrix}1&0&1\\2&0&2\\1&0&1\end{bmatrix},\begin{bmatrix}1&2&1\\0&0&0\\1&2&1\end{bmatrix}\]27.在基于深度学习的超分辨率重建中，感知损失通常由________网络中间层特征计算，其网络名称缩写为________。答案：VGG，VGG28.若采样频率为44.1kHz，根据奈奎斯特定理，可记录的最高频率为________Hz；若采用512点FFT，则频率分辨率为________Hz。答案：22050，86.1329.在WebGPU中，绑定组（BindGroup）的最大动态偏移数量默认上限为________；若超出，需请求________扩展。答案：8，"maxbindgroupsplusoffsets"30.在HDR渲染管线中，将线性空间颜色映射到显示器的常用色调映射函数为________；若需保留高饱和颜色，可采用________曲线。答案：ACES，Filmic五、简答题（每题8分，共24分）31.简述基于块匹配（BlockMatching）的运动估计中“搜索算法”与“匹配准则”各自的作用，并给出一种快速搜索算法的名称及其核心思想。答案：搜索算法负责在候选区域内快速定位最佳匹配块，减少计算量；匹配准则用于衡量参考块与候选块的相似度，常见有SAD、SSD、NCC等。快速搜索算法如“钻石搜索（DS）”，核心思想：以当前最佳点为中心，使用大钻石模板（9点）进行粗定位，若中心最优则换小钻石模板（5点）精修，利用运动矢量中心偏置特性，大幅减少搜索点数。32.说明数字音频中“抖动”（Dithering）技术的原理，并解释为什么在进行16bit量化前加入小幅度的三角概率密度噪声反而能提高动态范围。答案：抖动是在量化前加入受控的随机噪声，其概率密度函数（PDF）为三角型，幅度约±1LSB。该噪声使原始小信号在量化时不再固定到同一电平，而是随机分布于相邻量化阶，打破谐波失真相关性；通过噪声整形后，失真能量被推向高频，基带内信噪比提升，主观听觉动态范围可等效增加3~4bit，避免“颗粒感”与“信号门限”效应。33.在实时渲染中，简述“级联阴影映射”（CSM）出现“阴影泳动”（shadowswimming）现象的原因，并给出两种缓解方案。答案：原因：CSM每帧根据相机位置动态计算级联分割与阴影矩阵，当相机移动时，阴影贴图纹素在世界空间发生亚像素级偏移，导致阴影边缘抖动。缓解方案：1.稳定级联（StableCSM）：在裁剪空间对阴影矩阵进行纹素对齐（texelsnapping），使纹素中心对齐世界空间固定网格；2.增加“阴影缓存”：对静态物体预烘焙一张高分辨率阴影图，仅动态物体使用实时CSM，减少更新频率。六、计算与推导题（共31分）34.（10分）已知一幅灰度图像I(x,y)在区域Ω内满足：\[\nabla^2I=0\]即拉普拉斯为零，证明其均值等于边界∂Ω上像素值的积分平均，即\[I(x,y)=\frac{1}{|\partial\Omega|}\oint_{\partial\Omega}I(s)\,{\rmd}s\]并说明该性质在图像修复中的应用。答案：由调和函数性质，拉普拉斯为零的函数满足均值定理：区域内任意点值等于以该点为中心的任何圆周上的平均值。将区域Ω离散为网格，利用离散拉普拉斯算子\[\nabla^2I_{i,j}=I_{i+1,j}+I_{i1,j}+I_{i,j+1}+I_{i,j1}4I_{i,j}=0\]可得\[I_{i,j}=\frac{1}{4}(I_{i+1,j}+I_{i1,j}+I_{i,j+1}+I_{i,j1})\]迭代至稳态，内部值完全由边界决定，故区域均值等于边界积分平均。应用：在图像修复（inpainting）中，将待修复区域内部拉普拉斯设为零，仅利用边界颜色信息扩散，可实现无缝填充，避免模糊。35.（11分）给定一段音频，采样率48kHz，帧长20ms，帧移10ms，采用汉明窗，求：（1）每帧采样点数N；（2）窗函数主瓣宽度（零交叉带宽）Δω；（3）若做1024点FFT，则频率轴分辨率Δf；（4）若目标为1/12倍频程滤波器组，求最低中心频率f₁=50Hz时的上带边频率f₂。答案：（1）N=0.02×48000=960点（2）汉明窗主瓣宽Δω=8π/N=8π/960≈0.026rad（3）Δf=48000/1024≈46.88Hz（4）1/12倍频程即\[f₂=f₁×2^{1/12}≈50×1.05946≈52.97\,\text{Hz}\]36.（10分）在基于物理的渲染中，给定GGX法线分布函数：\[D(h)=\frac{\alpha^2}{\pi[(n\cdoth)^2(\alpha^21)+1]^2}\]求证：\[\int_{\Omega^+}D(h)(n\cdoth)\,{\rmd}\omega_h=1\]并说明该归一化在能量守恒中的意义。答案：令\[\cos\theta=n\cdoth\]采用球坐标\[{\rmd}\omega_h=\sin\theta\,{\rmd}\theta\,{\rmd}\phi\]积分变为\[\int_0^{2\pi}\int_0^{\pi/2}\frac{\alpha^2\cos\theta\sin\theta}{\pi[\cos^2\theta(\alpha^21)+1]^2}\,{\rmd}\theta\,{\rmd}\phi\]令\[u=\cos^2\theta\]则\[{\rmd}u=2\cos\theta\sin\theta\,{\rmd}\theta\]积分化为\[2\pi\int_0^1\frac{\alpha^2}{2\pi}\frac{1}{[u(\alpha^21)+1]^2}\,{\rmd}u=\alpha^2\int_0^1\frac{1}{[u(\alpha^21)+1]^2}\,{\rmd}u\]解得原函数\[\frac{1}{(\alpha^21)[u(\alpha^21)+1]}\Big|_0^1=1\]意义：保证微表面模型中所有微法线分布的能量总和为1，使反射能量不超过入射能量，实现能量守恒。七、综合设计题（共30分）37.某博物馆拟开发一款“沉浸式壁画复原”混合现实应用，需满足：（1）游客佩戴HoloLens2，在真实壁画残损区域叠加高精度虚拟复原层；（2）复原层纹理分辨率8K，需支持实时自阴影与微表面细节；（3）30人同时体验，网络带宽上限50Mbps；（4）需记录游客视角视频用于后期研究，存储<200MB/人（10分钟）。请给出系统架构图（文字描述），并回答：a.采用何种三维注册技术保证虚实对齐误差<1mm？b.如何实现8K纹理的实时加载与内存控制？c.设计一种低码率视角视频采集方案，包括编码参数与文件格式。答案：系统架构：“端边云”三层：端：HoloLens2运行Unity2022LTS+OpenXR插件，本地缓存LOD纹理；边：部署5GMEC服务器，运行共享锚点服务（AzureSpatialAnchors本地化版），提供动态纹理流送；云：存储高分辨率PBR材质库与NeRF预烘焙光照，支持按需拉流。a.三维注册：采用视觉惯