計(jì)算機(jī)圖形學(xué)復(fù)習(xí)摘要

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)復(fù)習(xí)資料一、名詞解釋（2*8=16）1．計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：研究怎樣用數(shù)字計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的一門(mén)學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中，最為活躍、得到廣泛應(yīng)用的分支之一。2.圖像：以點(diǎn)陣圖形式呈現(xiàn)，枚舉出圖像中所有的點(diǎn)，最基本的圖元是點(diǎn)--像素組成，用柵格單元的行列號(hào)確定其位置。（像素：一個(gè)像素通常被視為圖像的最小的完整采樣。圖形：圖形是指由外部輪廓線條構(gòu)成的矢量圖。）備注：何謂圖形→圖形(廣義)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象,能在人的視覺(jué)系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺(jué)印象的客觀對(duì)象,包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等構(gòu)成圖形的要素幾何要素：非幾何要素：兩種表示法點(diǎn)陣表示：枚舉出圖形中所有的點(diǎn)參數(shù)表示：由圖形的形狀參數(shù)(方程或分析表達(dá)(顏色)來(lái)表示圖形，簡(jiǎn)稱為圖形3.用戶接口：人使用計(jì)算機(jī)的第一觀感，為方便用戶使用計(jì)算機(jī)資間的聯(lián)系。常用的面向應(yīng)用的用戶接口形式有三種，即：子程序庫(kù)（選擇一種合適的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言作為主語(yǔ)言，用此主語(yǔ)言擴(kuò)展一系列的函數(shù)調(diào)用，用以實(shí)現(xiàn)有關(guān)的圖形設(shè)計(jì)和處理。主要有GKS，GKS3D，GL，OpenGL等）、專用語(yǔ)言（類(lèi)似于高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序。如PostScript語(yǔ)言）和交互命令（交互反映了人與計(jì)算機(jī)運(yùn)行的程序之間傳遞信息的形式。交互式用戶接口就是基于某種模型，實(shí)現(xiàn)用戶所需要的輸入、選擇、拾取、刪、增、改等操作）。4.交互技術(shù)：人與計(jì)算機(jī)運(yùn)行的程序之間傳遞信息的形式的技術(shù)，交互式用戶接口就于某種模型，實(shí)現(xiàn)用戶所需要的輸入、選擇、拾取、刪、增、改等操作。（選擇刻畫(huà)對(duì)象的輪廓、形狀等刻畫(huà)對(duì)象的顏色、材質(zhì)等圖形的(強(qiáng)調(diào)圖形由點(diǎn)構(gòu)成)，簡(jiǎn)稱為圖像（數(shù)字圖像）系數(shù)，線段的端點(diǎn)坐標(biāo)等式的)+屬性參數(shù)、線型等源所建立的用戶和計(jì)算機(jī)之過(guò)程或是基技術(shù)、定位技術(shù)、定向技術(shù)、定路徑技術(shù)、定量技術(shù)、文本技術(shù)、橡皮筋技術(shù)、徒手畫(huà)技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、拾取圖形）5．直線拾?。菏叭D形的一種，其直觀現(xiàn)象是該直線變顏色、或閃爍、或變亮。6.裁剪：確定一個(gè)圖形的哪些部分在出口內(nèi)，必須顯示；哪些部分落在窗口之外，不該顯示的過(guò)程稱為裁剪。7.圖形的掃描轉(zhuǎn)換：確定一個(gè)像素集合極其顏色，用光柵化。于顯示一個(gè)圖形的過(guò)程，稱為圖形的掃描轉(zhuǎn)換或8.區(qū)域填充：用一種顏色或圖案來(lái)填充一個(gè)二維區(qū)域，可以分兩步進(jìn)行，第一步先確定需要填充哪些像素，第二步確定用什么顏色值來(lái)填充。（多邊形域的填充：按掃描線順序，計(jì)算掃描線與多邊形的相交區(qū)間，再用要求的顏色顯示這些區(qū)間的像素，即完成填充工作。）9.旋轉(zhuǎn)變換：把一個(gè)圖形繞著某一點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度的圖形變換叫做旋轉(zhuǎn)變換。三要素：旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)方換后直線的長(zhǎng)度不變。10.種子填充算法：假設(shè)在多邊形區(qū)域內(nèi)部有一象素已知，由可分為四向連通和八向連通兩種?？墒褂脳?lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的種子填充算法。齊次坐標(biāo)法：用n+1維向量表示一個(gè)n維向量，且不唯一。（優(yōu)點(diǎn)：提供了用矩陣運(yùn)算把二維、三維甚至高維空間中的一個(gè)點(diǎn)集從一個(gè)坐標(biāo)系變換到另一個(gè)坐標(biāo)系的有效方法；可以表示無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)。）12.視圖變換：在任何小于或等于屏幕域的區(qū)域進(jìn)行的員用來(lái)定義草圖的整個(gè)自然空間WD；窗口：用戶指定的任意區(qū)域W；屏幕域：設(shè)備輸出圖向，旋轉(zhuǎn)角。旋轉(zhuǎn)變換仍保持圖形各部分間的線性關(guān)系和角度關(guān)系，變此出發(fā)找到區(qū)域內(nèi)的所有象素。11．變換稱為視圖變換（。用戶域：程序

形的最大區(qū)域，是有限的整數(shù)域；視圖區(qū)：任何小于或等于屏幕域的區(qū)域。13．滅點(diǎn)：不平行于投影平面的平行線，經(jīng)過(guò)透視投影之后，收斂于一點(diǎn)，稱為滅點(diǎn)。14.走樣與反走樣：用離散量表示連續(xù)量引起的失真，就叫做走樣；用于減輕或消除這種效果的技術(shù)就叫反走樣。15.隱藏線：不能被直接看到的那些線段叫隱藏線。16.幾何造型：通過(guò)對(duì)點(diǎn)、線、面、體等幾何元素，經(jīng)過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)、變比等幾何變換和并、交、差等幾何運(yùn)算，產(chǎn)生實(shí)際的或想象的物體模型。17.體素：是可以用有限個(gè)尺寸參數(shù)定位和定形的體。18.明暗效應(yīng)：指的是對(duì)光照到物體表面射所產(chǎn)生的反或透射射現(xiàn)象的模擬。19.插值逼近這些型值點(diǎn)；光順：指曲線的拐點(diǎn)不能太多用插值或逼近方法使生成的曲線、曲面達(dá)到某種設(shè)計(jì)要求的型值點(diǎn)或控制點(diǎn)序列二、選擇題（4*6=24）1.直線掃描轉(zhuǎn)換的常用算法：數(shù)值微分法2.多邊形裁剪：函數(shù)逼近的重要方法；逼近：選擇一個(gè)次數(shù)較低；擬合：指在曲線、曲面的設(shè)計(jì)，如在允許的范圍內(nèi)貼近原始的函數(shù)，在某種意義上最佳過(guò)程中，。、中點(diǎn)畫(huà)線法、Bresenham算法3.分辨率4.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)軟件及一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，使其具有圖形生成和處理功能；專用的圖形系統(tǒng)5.交互設(shè)備的三個(gè)層次：一是設(shè)備層（硬件性能）、二是任務(wù)層（三是對(duì)話層（對(duì)一系列的交互任務(wù)進(jìn)行比較）6.橢圓掃描轉(zhuǎn)換上下分界點(diǎn)的確定（不等式）為1080*1024的顯示器需要多少字節(jié)平面數(shù)為24的幀緩存？算法的發(fā)展：用現(xiàn)有的某種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言寫(xiě)成的子程序包；擴(kuò)充某。交互技術(shù)的效果）、。橢圓的對(duì)稱性，只考慮第一象限橢圓弧生成，分上下兩部分，以切線斜率為-1的點(diǎn)作為分界點(diǎn)。若在當(dāng)前中點(diǎn)處，法向量（2b2(Xp+1)，2a2(Yp-0.5))的y分量比x分量大,即：b2(Xp+1)<a2(Yp-0.5)一中點(diǎn)，不等式改變方向7.區(qū)域填充的幾種算法：多邊形域的填充實(shí)現(xiàn)，具有幀緩沖器的圖形系統(tǒng)；種子填充算法。而在下，則說(shuō)明橢圓弧從上部分轉(zhuǎn)入下部分。算法→適用于硬件→適合軟件實(shí)現(xiàn)；邊填充8.常用線段裁剪方法：Cohen_SutherLand裁剪算法、中點(diǎn)分割算法和參數(shù)化方法。9.常用反走樣方法：其中一類(lèi)基于提高分辨率及增加采樣點(diǎn)；另一類(lèi)反走樣方法是把像素作為一個(gè)有限區(qū)域，對(duì)區(qū)域采樣。（提高分辨率、簡(jiǎn)單區(qū)域取樣、加權(quán)區(qū)域取樣）10.顏色三要素：色彩（hue）、飽和度（saturation）和亮度（lightness）三、問(wèn)答題（6*5=30）1.在一般多邊形填充過(guò)程中，對(duì)于某一條掃描線掃描線）答：對(duì)于一條掃描線1、求交：計(jì)算掃描線2、排序：3、交點(diǎn)配對(duì)：描線與多邊形的一個(gè)相交區(qū)間4、區(qū)間填色：，可分為什么步驟？（注意任意角度，可分為四個(gè)步驟與多邊形各邊的交點(diǎn)把所有交點(diǎn)按遞增順序進(jìn)行排序第一個(gè)與第二個(gè)，第三個(gè)與第四個(gè)等。每對(duì)交點(diǎn)代表掃把相交區(qū)間內(nèi)的象素置成多邊形顏色，把相交區(qū)間外的象素置成背景色2.填充過(guò)程中要解決的兩個(gè)特殊問(wèn)題是什么？答：兩個(gè)必須解決的特殊問(wèn)題1、當(dāng)掃描線與多邊形頂點(diǎn)相交時(shí)，交點(diǎn)的取舍問(wèn)題（用于保證交點(diǎn)正確配對(duì)）2、多邊形邊界上象素的取舍問(wèn)題（用于避免填充擴(kuò)大化）當(dāng)掃描線與多邊形頂點(diǎn)相交時(shí)，交點(diǎn)的取舍問(wèn)題檢查頂y值的個(gè)數(shù)是0，1，2來(lái)決定是取0個(gè)，1個(gè)還是2個(gè)。多邊形邊界上象素的取舍問(wèn)題規(guī)定落在右/上邊界的象素不予填充，而落在左在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，只要對(duì)掃描線與多邊形的相交區(qū)間取左閉右開(kāi)。點(diǎn)的兩條邊的另外兩個(gè)端點(diǎn)的y值，按這兩個(gè)y值中大于交點(diǎn)/下邊界的象素予以填充。3.區(qū)域編碼？答:將窗口邊線兩邊延長(zhǎng)，得到九個(gè)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域都用一個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)標(biāo)識(shí)，直線的端點(diǎn)都按其所處區(qū)域賦予相應(yīng)的區(qū)域碼，用來(lái)標(biāo)識(shí)出端點(diǎn)相對(duì)于裁剪矩形邊界的位置。將區(qū)域碼的各位從右到左編號(hào)，則坐標(biāo)區(qū)域與各位的關(guān)系為：上下右左XXXX任何位賦值為1，代表端點(diǎn)落在相應(yīng)的位置上，否則該位為0。若端點(diǎn)在剪取矩形內(nèi)，區(qū)域碼為0000。如果端點(diǎn)落在矩形的左下角，則區(qū)域碼為0101。4.邊填充算法（畫(huà)圖）？答：基本思想：對(duì)于每一條掃描線和每條多邊形的交點(diǎn)，將該掃描線上交點(diǎn)右方的所有象素取補(bǔ)。對(duì)多邊形的每條邊作此處理，多邊形的順序隨意。此算法最適用于具有幀緩沖器的圖形系統(tǒng)，適合硬件實(shí)現(xiàn)。5.參數(shù)方程的優(yōu)越性？答：參數(shù)方程的優(yōu)越性有1、有更大的2、對(duì)非參數(shù)方程表示的曲線、曲面進(jìn)行變換，每個(gè)型值點(diǎn)變換；而對(duì)參數(shù)表示的曲線、曲面可對(duì)直接進(jìn)行幾何平移、比例、旋轉(zhuǎn)），節(jié)省計(jì)算工作量；3、便于處理斜率為無(wú)限大的問(wèn)題，不會(huì)因此而中斷計(jì)算；4、變量分離，便于擴(kuò)展到高位空間；自由度來(lái)控制曲線、曲面的形狀；必須對(duì)曲線、曲面上的進(jìn)行幾何其參數(shù)方程變換（如5、規(guī)格化的參數(shù)變量t[0,1]，使其相應(yīng)的幾何分量是有界的，而不必用另外的參數(shù)去定義其邊界；6、易于用6.投影分類(lèi)？心與投影平面之間投影的投影中心與投影平面之間的距離為無(wú)窮大，而對(duì)透視投影，這距離矢量和矩陣表示幾何分量，簡(jiǎn)化計(jì)算。答：根據(jù)投影中距離的不同，投影可分為平行投影和透視投影。平行是有限的。四、計(jì)算題（15*2=30）1.直線DDA算法（計(jì)算→給定兩個(gè)端點(diǎn)，求出每個(gè)掃描點(diǎn)的坐標(biāo)，畫(huà)出掃描點(diǎn)）中，如果每一步的x、y值是用前一步的值加上一個(gè)增量增量算法：在一個(gè)迭代算法來(lái)獲得，則稱為增量算法。計(jì)算yi+1=kxi+1+b=k(xi+x)+b=kxi+b+kx=yi+kx當(dāng)x=1;yi+1=yi+k即：當(dāng)x每遞增1，y遞增k(即直線斜率)；注意上述分析的算法僅適用于k≤1