计算机图形学期末复习

1、计算机图形学期末复习第一章 绪论名词解释：图形、图像、点阵法、参数法。图形：是指能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象。点阵法：是具有灰度或颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形有哪些点组成，这些点具有什么灰度或色彩。图形包括哪方面的要素参数法：是以计算机所记录的图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。把参数法描述的图形叫做图形；把点阵法描述的图形叫做图像。图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？ 图形的要素可以分为两类，一类是刻画形状的点、线、面、体等几何要素；另一类是反应物体本身固有属性，如表面属性或材质的明暗、灰度、色彩（颜色信息）等非几何要素。在计算机中表示带

2、有颜色及形状的图和形常用两种方法：点阵法和参数法。什么叫计算机图形学？分析计算机图形学、数字图像处理和计算机视觉学科间的关系。计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法、和技术的一门学科。计算机图形学试图将参数形式的数据描述转换生成（逼真的）图像。数据图像处理则着重强调图像之间进行变换，它旨在对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果，计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术，它模拟对客观事物模式的识别过程，是从图像到特征数据对象的描述表达处理过程。有关计算机图形学的软件标准有哪些？ 标准有：计算机图形核心系统（GKS）及其语言联编、三维图形核心系统

3、（GKS-3D）及其语言联编、程序员层次交互式图形系统（PHIGS）及其语言联编、计算机图形元文件(CGM)、计算机图形接口（CGI）、基本图形转换规范（IGES）、产品数据转换规范（STEP）等。试发挥你的想象力，举例说明计算机图形学有哪些应用范围，解决的问题是什么？近年来计算机图形学已经广泛地用于多种领域，如科学、医药、商业、工业、政府部门、艺术、娱乐业、广告业、教育和培训等。第二章 计算机图形系统及图形硬件名词解释：刷新、刷新频率、像素点、屏幕分辨率、位平面、屏幕坐标系。刷新：消除因时间间隔造成的内容或状态不一致。分为手动和自动两种。一般用于内容或状态变化较频繁的地方。刷新频率：每秒钟屏

4、幕图像刷新的次数。像素点：是指图形显示在屏幕上时，按当前的图形显示分辨率所能提供的最小元素点。屏幕分辨率：也称光栅分辨率或物理分辨率，通常用水平方向上的光点数与垂直方向上的光点数的乘积来表示。位平面：帧缓存被分成若干个独立的存储区域，每一个区域成为一个位面。屏幕坐标系：图形显示器坐标原点定义在屏幕的左上角，但也有的讲原点定义在屏幕左下角。其中像素点（X,Y）坐标的取值范围是0到x或y方向的最大分辨率-1。一个交互式计算机图形系统必须具有哪几种功能？其结构如何？应该具有计算、存储、交互（对话）、输入和输出等5种功能。其结构由图形软件和图形硬件两部分组成。图形软件由图形应用数据结构、图形应用软件和

5、图形支撑软件组成；图形硬件由图形计算机系统和图形设备组成。试列举出你所知道的图形输入与输出设备。图形输入设备：键盘、鼠标器、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球和空间球、数据手套、数字化仪、图像扫描仪、声频输入系统和视频输入系统等。图形输出设备：阴极射线管、CRT图形显示器、平板显示器和三维观察设备等。阴极射线管由哪几部分组成？它们的功能分别是什么？阴极射线管由电子枪、偏转系统和荧光屏组成。电子枪的主要功能是产生一个沿管轴（Z轴）方向前进的高速的细电子束，用于轰击荧光屏；偏转系统的功能是使荧光屏上所有位置显示图形及字符；CRT荧光屏的功能是显示图形和字符。简述荫罩式彩色阴极射线管的结构和工作原理。荫罩

6、式彩色阴极射线管结构：在荫罩前面的三色荧光屏（玻璃屏）上交错涂满了成百万个能够分别发出红绿蓝三色光的荧光小点，尾部装有三只电子枪，每只枪都由阴极，控制栅极，加速极和聚焦极组成。在离荧光屏1cm处安装了一块薄钢板制成的网板称为荫罩板。工作原理：电子枪发射的电子束去轰击各自的荧光粉单元，受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光，从而混合产生不同色彩的像素，大量的不同色彩的像素组成了一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的清晰而细腻的图像。图形的硬拷设备有哪些？简述其各自的特点。硬拷设备有：打印机、绘图仪。打印机是画点设备，分为撞击式和非撞击式两种。撞击式打印机主要

7、指针式打印机，它隔着色带将某种点阵图案压在纸上。非撞击式打印机包括激光打印机、喷墨打印机、热转印打印机、染料热升华打印机和静电打印机等。第三章 用户接口与交互式技术名词解释：橡皮筋技术。橡皮筋技术是指针对用户的要求，动态地将绘图过程表现出来，直到产生用户满意的结果为止，其中最基本的工作是动态、连续地改变相关点的设备坐标。PHIGS和GKS图形软件标准有哪6种逻辑输入设备？试评价这6种逻辑分类方法。设备分别为：定位设备、笔画设备、数值设备、选择设备、拾取设备和字符设备。定位设备用于在屏幕上交互地指定一个点的坐标位置；笔画设备用于在屏幕上交互地指定多个点的坐标位置，等于多次使用定位设备；定值设备用

8、于输入各种参数和数据；字符串设备用于输入字符串，典型设备是键盘；选择设备用于选择菜单选项、属性选项和用于构图的对象形状等。拾取设备是用于选择场景中即将进行变换、编辑和处理的部分。第五章 基本图形生成算法名词解释：扫描转换：在矢量图形中，多边形用定点序列来表示，为了在光栅显示器或打印机等设备上显示多边形，必须把它转换为点阵表示。 4-连通区域指从区域上一点出发，通过访问已知点的4-邻接点，在不越出区域的前提下，遍历区域内的所有像素，8-连通区域指通过访问区域内已知点的8-邻接点来遍历整个区域 用离散量表示连续量而引起的失真就叫走样。为了提高图形的显示质量，需要减少或消除走样现象，就叫做反走样。

9、图形的集合变换是指对图形的集合信息经过平移、比例、旋转等变换后产生恶心的图形。5.2分别利用DDA算法，中点Bresenham算法和Bresenham算法扫描转换直线段P1P2，其中P1为（0,0），P2为（8,6）。 Void DDA（int x0,int y0,int x1,int y1,int color） int i,dx,dy,x,y,e; float xi,yi; x=x0;y=y0; dx=x1-x0;dy=y1-y0; if(abs(dx)abs(dy) e=abs(dx); else e=abs(dy); xi=(float)dx/(float)e; yi=(float)dx

10、/(float)e; for(i=0;ix1) n=x1;x1=x0;x0=n; n=y1;y1=y0;y0=n;x=x0;y=y0;dx=x1-x0;dy=y1-y0;d=dx-2*dy;upi=2*dx-2*dy;downi=-2*dy;while(x=x1) putpixel(x,y,color); x+; if(d0) y+; d+=upi; else d+=downi; 初始值：dx=8,dy=6,d=dx-2dy=8-2*6=-4, 2dx-2dy=4,-2dy=-12所以，直线经过的点如下：x012345678y011234456d-40-12-8-40-12-8Bresenha

11、m算法：void Bresenham(int x0,int y0,int x1,int y1,int color) int dx,dy,e,n,x,y; x=x0;y=y0; dx=x1-x0;dy=y1-y0; e=-dx; while(x0) y+; e=e-2*dx; 初始值：dx=8;dy=6;e=-8;2dy=12;-2dx=-16;所以，直线经过的点如下：x012345678y011234456e-8-120-4-8-120-4-8e+2dy401284012845.6利用中点Bresenham算法扫描转换圆心在原点，半径为8的圆。 答：初始值 x=0,y=r=8;d=1-r=-7

12、;在第一象限的点如下：x0123456y8887765d-7-41-63252x+33592(x-y)+5-7-137第六章 二维变换及二维观察 名词解释：所谓齐次坐标表示就是用n+1维向量表示n维向量。规范化齐次坐标表示就是h=1的齐次坐标表示。6.2已知二维变换矩阵 =如果对二维图形各坐标进行变换，试说明矩阵在各元素在变换中的作用。答： 平移作用：l x方向平移，m y方向平移。 比例变换：a x坐标以a倍变换，d y坐标以d倍变换 旋转作用：b c 是旋转的角度。6.3试推导将二维平面上任意直线段p1(x1,y1)p2(x2,y2)转换成与x轴重合的变换矩阵。 解：平移直线到x轴，平移量

13、为（-x1，-y1）然后旋转平移后的直线： 当0时， a=arctan 当=0时， a=180-arctan 则 顺时针旋转角度即为a, 此时 直线变为重合x轴 其中，旋转变换矩阵为： 平移变换矩阵为：则综合变换矩阵为：=6.5试证明下列操作序列的变换矩阵满足交换律：（1）两个连续的旋转变换。（2）两个连续的平移变换。（3）两个连续的比例变换。（4）一个整体比例变换和一个旋转变换。（5）一个绕原点的旋转变换和一个对称于原点的比例变换。证明：（1）因为 = 所以得证。 （2）因为= 所以 得证。 （3）因为= 所以得证。 （4）= 所以得证。6.7 如图，所示ABCD，求绕p(5,4)点分别旋转

14、45度和90度的变换矩阵，并求出各端点的坐标，画出变换后的图形。 解： 先平移到原点后旋转 在平移回原位置：旋转45度：= A点坐标乘以变换矩阵得A 同理得B，C ，D的变换后坐标，然后根据坐标画图即可。旋转90度：所得即为变换矩阵。A点坐标乘以变换矩阵得A 同理得B，C ，D的变换后坐标，然后根据坐标画图即可。6.9 编程实现多边形的平移，旋转，比例，对称等二维仿射变换。 解：程序省第七章 三维变换及三维观察 名词解释：平行投影：投影中心在无限远时，投影线相互平行。透视投影：投影线从投影中心出发，实现是不平行的，需要明确指定投影中心的位置 正投影：投影线与投影面垂直的平行投影 斜投影：投影线

15、与投影面不垂直 一点透视：一点透视只有一个主灭点，进行透视时需考虑，三维形体与画面的相对位置：视距与画面的距离；视点的高度。7.3 已知三维变换矩阵 =试说明矩阵中各元素在变换中的作用。解： 平移作用：l是x坐标的平移量m是y坐标的平移量，n是z坐标的平移量。 旋转作用：a b c d e f g h i 是旋转的变量 ，具体在书上184面，（记法：当绕某个轴旋转 时，所在的列为1（主对角线时）或0（非主对角线）其余为旋转变量）。 比例作用：局部比例的作用的是a e i; 全局比例的作用是s;(此时a=e=i=1)。 7.4 将图中的物体ABCDEFGH进行如下变化的变换矩阵，写出复合变换后的

16、图形各顶点的规范化齐次坐标，并画出复合变换后的图形。（1） 平移，使C与点P（1，-1，0）。（2） 绕z轴旋转60度。解：物体各顶点的原坐标矩阵形式如下： 当C与P重合，即物体要平移（2,0,0）则平移矩阵为：绕z轴旋转60度，则旋转矩阵为：则复合变换矩阵为所得的矩阵。在把物体各顶点乘以复合变换矩阵即为所得。根据顶点坐标画出图形。7.7 试作出图中空间四面体的三视图，写清变换式。解： 主视图：变换矩阵：空间四面体各顶点乘以Txoz矩阵即可得到主视图坐标 后画图。 俯视图：变换矩阵在书中197面即是，空间四面体各顶点乘以Txoz矩阵即可得到主视图坐标 后画图。 侧视图：变换矩阵98面，即是。空

17、间四面体各顶点乘以Txoz矩阵即可得到主视图坐标 后画图。（鸣谢幕后辛苦制作的XX,XX,XXX，_。以下资料转自群分享，有空可以看看）一、名词解释1图形：能够在人们视觉系统中形成视觉印象的对象称为图形，包括自然景物和人工绘图。2像素图：点阵法列举图形中的所有点。用点阵法描述的图形称为像素图。3参数图：参数法描述图形的形状参数和属性参数。用参数法描述的图形称为参数图。4扫描线：在光栅扫描显示器中，电子枪扫过的一行称为一条扫描线。5构造实体几何表示法：用简单的实体(也称为体素)通过集合运算组合成所需的物体的方法称为构造实体几何表示法。6投影：投影是从高维（物体）空间到低维（投影）空间的一种映射。

18、7参数向量方程：参数向量方程是包含参数和向量的方程。8自由曲线：形状比较复杂、不能用二次方程来表示的曲线称为自由曲线，通常以三次参数方程来表示9曲线拟合：给定一个点列，用该点列来构造曲线的方法称为曲线拟合。10曲线插值：已知曲线上的一个点列，求曲线上的其他点的方法称为曲线插值。11区域填充：根据像素的属性值、边或顶点的简单描述，生成区域的过程称为区域填充。12扫描转换：在矢量图形中，多边形用顶点序列来表示，为了在光栅显示器或打印机等设备上显示多边形，必须把它转换为点阵表示。这种转换称为扫描转换。二、判断正误（正确写T，错误写F）1.存储颜色和亮度信息的相应存储器称为帧缓冲存储器，所存储的信息被

19、称为位图。（T） 2光栅扫描显示器的屏幕分为m行扫描线，每行n个小点，整个屏幕分为mn个中点，其中每个小点称为一个像素。（T）3点阵字符用一个位图来表示，位图中的0对应点亮的像素，用前景色绘制；位图中的1对应未点亮的像素，用背景色绘制。（F）4矢量字符表示法用（曲）线段记录字形的边缘轮廓线。（T）5将矢量字符旋转或放大时，显示的结果通常会变得粗糙难看，同样的变换不会改变点阵字符的显示效果。（F）6在光栅图形中，区域是由相连的像素组成的集合，这些像素具有相同的属性值或者它们位于某边界线的内部。（T）7多边形的扫描变换算法不需要预先定义区域内部或边界的像素值。（T）8齐次坐标表示法用n维向量表示一

20、个n维向量。（F） 9实体的边界由平面多边形或空间曲面片组成。（T）10平面多面体表面的平面多边形的边最多属于两个多边形，即它的表面具有二维流形的性质。（T）11实体几何性质包括位置、长度和大小等。（T）12.实体的拓扑关系表示实体之间的相邻、相离、方位、相交和包含等关系.F 13实体的扫描表示法也称为推移表示法，该表示法用一个物体和该物体的一条移动轨迹来描述一个新的物体。（T）14如果投影空间为平面,投影线为直线，则称该投影为平面几何投影。（T） 15.平面几何投影分为两大类：透视投影和平行投影。（T）16当投影中心到投影面的距离为有限值时，相应的投影为平行投影。（F） 17当投影中心到投影

21、面的距离为无穷大时,相应的投影即为透视投影。（F） 18在透视投影中，不平行于投影平面的平行线，经过透视投影后交汇到一个点，该点称为灭点。（T） 19用DDA算法生成圆周或椭圆不需要用到三角运算所以运算效率高。（F）20主灭点的个数正好等于与投影面相交的坐标轴的个数，显然最多有四个主灭点。（F）21透视投影按主灭点个数分为一点透视、二点透视和三点透视。（T） 22平行投影分为正（射）投影和斜（射）投影。（T）23在正投影中，投影方向与投影面垂直。（T）24在斜投影中，投影线不垂直于投影面。（T）25当投影面与x,y和z垂直时所得到的投影分别称为正（主）视图、侧视图和俯视图，统称为三视图。（T）

22、26在斜投影中，当投影面与三个坐标轴都不垂直时，所形成的投影称为正轴测。（F）27投影面也称为观察平面。（T）28观察空间位于前后裁剪面之间的部分称为裁剪空间或视见体。（T）29找出并消除物体中的不可见部分，称为消隐。（T）30经过消隐得到的图形称为消隐图。（T）三、填空 1图形软件的建立方法包括提供图形程序包、修改高级语言和采用专用高级语言。2直线的属性包括线型、线宽和颜色。3颜色通常用红、绿和蓝三原色的含量来表示。对于不具有彩色功能的显示系统，颜色显示为灰度级（或亮度级）。4平面图形在内存中有两种表示方法，即栅格表示法和矢量表示法。5字符作为图形有点阵字符和矢量字符之分。 6区域的表示有内

23、点表示和边界表示两种形式。7区域的内点表示法枚举区域内的所有像素，通过给区域内的像素赋予同一属性值来实现内点表示。8区域的边界表示法枚举区域边界上的所有像素，通过给区域边界的像素点赋予同一属性值来实现边界表示。 9区域填充有种子填充和扫描转换填充。10区域填充属性包括填充式样、填充颜色和填充图案。11对于线框图形，通常是以点变换为基础，把图形的一系列顶点作几何变换后，连接新的顶点序列即可产生新的变换后的图形。12裁剪的基本目的是判断图形元素是否部分或全部落在窗口区域之内。13字符裁剪方法包括矢量裁剪、单个字符裁剪和字符串裁剪。14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。15从平

24、面上点的齐次坐标，经齐次坐标变换，最后转换为平面上点的坐标，这一变换过程称为规范化过程。16实体的表面具有连通性、有界性、非自交性和闭合性。 17集合的内点是集合中的点，在该点的一个充分小邻域内的所有点都是集合中的元素。18空间一点的任意邻域内既有集合中的点，又有集合外的点，则称该点为集合的边界点。19内点组成的集合称为集合的内部。20边界点组成的集合称为集合的边界。21任意一个实体可以表示为内部和边界的并集。22集合与它的边界的并集称集合的闭包。23取集合的内部,再取内部的闭包，所得的集合称为原集合的正则（点）集。24如果曲面上任意一点都存在一个充分小的邻域，该邻域与平面上的（开）圆盘同构，

25、即邻域与圆盘之间存在连续的1-1映射，则称该曲面为二维流形。25对于一个占据有限空间的正则（点）集，如果其表面是二维流形，则该正则集为一个实体（有效物体）。26通过实体的边界来表示一个实体的方法称为实体的边界表示法。27表面由平面多边形构成的空间三维体称为平面多面体。28扫描表示法的两个关键要素是扫描体和扫描轨迹。29标量：一个标量表示一个数值。30向量：一个向量是由若干个标量组成的一个元组，其中每个标量称为向量的一个分量。四、简答题1. 什么是图像的分辨率？解答：在水平和垂直方向上每单位长度（如英寸）所包含的像素点的数目。2. 为什么需要隐藏面消影法？解答：需要用隐藏面消影法来判断哪些物体和

26、表面遮挡了放在它们后面的物体和表面，从而产生更逼真的图像。3. 局部光照模型和全局光照模型的不同之处是什么？解答：局部光照模型主要是考虑光源发出的光对物体的直接影响。另外，全局光照模型除了处理光源发出的光之外，还考虑其他辅助光的影响，如光线穿过透明或半透明物体，以及光线从一个物体表面反射到另一个表面等。4. 说出表面明暗处理的三个部分和用于计算每个部分的辅助光线。解答：局部贡献（阴影光线），反射光贡献（镜面反射光线）和透射光贡献（镜面透射光线）。5.实体采用八叉树表示法有哪些优点？ 解答：实体采用八叉树表示法有以下优点：（1）可以用统一而且简单的形体来表示空间任意形状的实体。（2）易于实现实体

27、之间的集合运算，如交、并和差等运算。（3）易于检查实体之间是否接触。（4）易于计算实体的统计量，如体积、质量和重量等。（5）在对实体进行显示时，易于实现消隐。 6.实体采用八叉树表示法有哪些缺点？ 解答：实体采用八叉树表示法有以下缺点：（1） 在分辨率较高时，所需的存储容量较大。（2） 难于实现某些几何变换，如旋转和任意比例系数的比例变换等。（3） 只能近似地表示空间实体，难于转换为表达更精确的边界表示。7. 什么是中点分割裁剪法？解答：中点分割裁剪法又称对分裁剪法，该方法用于代替求交运算。如图11所示，AB为线段P1P2的可见部分。记P1和P2的中点为Pm。从P1出发求A，如果P1Pm部分可

28、见部分不可见，则A点在该线段上，用该线段代替P1P2继续求解；否则，用PmP2代替P1P2继续求解。求解过程直到P1P2的长度小于预先给定的一个常数时结束，这时，P2为离A最近的可见点。类似地可以求解B。P2BAP18. 二维编码裁剪法如何对线段的端点进行编码？解答：将用户域用为9个区域，每个区域都有相应的编码，当线段的端点落在某个区域内时，对该端点进行相应的编码。从高位开始，每位编码如下：（1） 第1位，端点在y=ymax上方则取1，否则取0；（2） 第2位，端点在y=ymin下方则取1，否则取0；（3） 第3位，端点在x=xmax右方则取1，否则取0；（4） 第4位，端点在x=xmin左方

29、则取1，否则取0。如果线段两端点的4位编码全为零，则线段全部在窗口内；如果两端点的4位编码按位进行与运算，结果为非零，则此线段全部在窗口之外；其他情况下，线段部分在窗口内，部分在窗口外。编码裁剪法的编码用于判断线段与窗口的关系。0000区域编码001010100110010010000101000110019多边形填充扫描线算法包括哪些计算步骤？解答：对于一个给定的多边形，用一组水平（垂直）的扫描线进行扫描，求出每条扫描线与多边形边的交点，这些交点将扫描线分割为相间排列的落在多边形内和外的线段，将落在多边形内的线段上的所有象素点赋以给定的多边形的颜色值。计算过程如下：（1） 求交：计算扫描线与

30、多边形各边的交点；（2） 排序：把所有交点按递增顺序进行排序；（3） 交点配对：每对交点表示扫描线与多边形的一个相交区间；（4） 区间填色：相交区间内的象素置成多边形颜色，相交区间外的象素置成背景色。10消隐算法有哪些类型，它们各有什么特点？解答：消隐算法可以分为两大类：对象空间方法（Object Space Methods）和图象空间方法（image Space Methods）。对象空间方法是通过分析对象的三维特性之间的关系来确定其是否可见。例如，将三维平面作为分析对象，通过比较各平面的参数来确定它们的可见性。图象空间是对象投影后所在的二维空间。图象空间方法是将对象投影后分解为象素，按照一

31、定的规律，比较象素之间的z值，从而确定其是否可见。11深度缓存（Z-buffer）消隐算法包括哪些步骤？解答：深度缓存（Z-buffer）算法是一种典型的、简单的图象空间面消隐算法。该算法需要一个深度缓存数组ZB，此外还需要一个颜色属性数组CB ，它们的大小与屏幕上像素点的个数相同。Z-buffer算法的步骤如下：（1）初始化ZB和CB，使得ZB(i,j)=Zmax,CB(i,j)=背景色，i=1,， m; j=1,，n;（2）对多边形P，计算它在点（i,j）处的深度值zi,j,（3）若zi,j ZB(i,j),则ZB（i,j）=zi,j,CB(i,j)=多边形P的颜色；（4）对每个多边形重复（2）、（3）两步，最终在CB中存放的就是消隐后的图形。这个算法的关键在第（）步，要尽快判断出哪些点落在一个多边形内，并尽快求出一个点的深度值。这里需要应用多边形点与点之间的相关性，包括水平相关性和垂直相关性。12什么叫观察空间？解答：在透视投影中，从投影中心出发，过观察窗口边线的射线所围成的四棱锥称为透视投影的观察空间；在平行投影中，从投影参考点到观察窗口中心的方向为投影方向，过观察窗口边线且平行于投影方向的直线包围的