計算機圖形學完整復習資料

計算機圖形學第一章1.計算機圖形學（ComputerGraphics）計算機圖形學是研究怎樣利用計算機來生成、處理和顯示圖形的原理、方法和技術的一門學科。2.計算機圖形學的研究對象——圖形通常意義下的圖形：能夠在人的視覺系統(tǒng)中形成視覺印象的客觀對象都稱為圖形。計算機圖形學中所研究的圖形從客觀世界物體中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形。3.圖形的表示點陣法是用具有顏色信息的點陣來表示圖形的一種方法，它強調(diào)圖形由哪些點組成，并具有什么灰度或色彩。參數(shù)法是以計算機中所記錄圖形的形狀參數(shù)與屬性參數(shù)來表示圖形的一種方法。通常把參數(shù)法描述的圖形叫做圖形（Graphics）把點陣法描述的圖形叫做圖象（Image）4.與計算機圖形學相關的學科計算機圖形學試圖從非圖象形式的數(shù)據(jù)描述來生成（逼真的）圖象。數(shù)字圖象處理旨在對圖象進行各種加工以改善圖象的視覺效果。計算機視覺是研究用計算機來模擬生物外顯或宏觀視覺功能的科學和技術。5.醞釀期（50年代）陰極射線管(CRT)萌芽期（60年代）首次使用了“ComputerGraphics”發(fā)展期（70年代）普及期（80年代）光柵圖形顯示器提高增強期（90年代至今）圖形顯示設備60年代中期，隨機掃描的顯示器60年代后期，存儲管式顯示器70年代中期，光柵掃描的圖形顯示器。圖形硬拷貝設備打印機繪圖儀圖形輸入設備二維圖形輸入設備三維圖形輸入設備6.圖形軟件標準與設備無關、與應用無關、具有較高性能計算機圖形學的應用1、計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）2、計算機輔助繪圖3、計算機輔助教學（CAI）4、辦公自動化和電子出版技術(ElectronicPublication)5、計算機藝術6、在工業(yè)控制及交通方面的應用7、在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用8、圖形用戶界面計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)的結構11.人機交互按著用戶認為最正常、最合乎邏輯的方式去做-一致性12.真實感圖形的生成：場景造型→取景變換→視域裁剪→消除隱藏面→可見面光亮度計算第二章1.圖像掃描儀(Scaner)灰度或彩色等級被記錄下來，并按圖像方式進行存儲。2.陰極射線管（CRT）3.液晶顯示器——原理液晶分子的排列在微弱的外部電場、磁場或者應力、溫度變化等作用下非常容易改變。當液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場作用下變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時，液晶的光學性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)生光被電場調(diào)制的現(xiàn)象稱為液晶的電光效應。液晶顯示器——彩色液晶顯示器利用在一側的玻璃基板上加上一個彩色濾光片（CF，ColorFilter）實現(xiàn)彩色。彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍色小點，每個小點有各自不同的灰度，相鄰的一組RGB小點構成一個基本的彩色顯示單元，即一個像素。像素點是指圖形顯示在屏幕上時候，按當前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點。像素：是指在由一個數(shù)字序列表示的圖像中的一個最小單位，稱為像素。像素僅僅只是分辨率的尺寸單位，是基本原色素及其灰度的基本編碼。屏幕分辨率，也稱為光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率，任何顯示控制器所提供的分辨率也不能超過這個物理分辨率。通常用水平方向上的光點數(shù)與垂直方向上的光點數(shù)的乘積來表示。顯示分辨率是計算機顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，實際應用中簡稱為顯示模式。對于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。對于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能顯示的象素點總數(shù)的乘積表示。顯示分辨率不同，它所對應的象素點大小也不同。5.幀緩存大小的計算：x方向的像素點數(shù)×y方向的像素點數(shù)×log2n/8（BYTE）其中：n為顏色數(shù)或灰度等級數(shù)6.屏幕上一個象素點就對應幀緩存中的一組信息。組合像素法（PackedPixelMethod）：一個圖形象素點的全部信息被編碼成一個數(shù)據(jù)字節(jié)顏色位面法（ColorPlaneMethod）：幀緩存被分成若干獨立的存儲區(qū)域，每一個區(qū)域稱為一個位面7.OpenGL一個跨平臺開放式圖形編程接口。顏色管理，使用RGB顏色模型。一種顏色用紅、綠、藍三種顏色成分混合而成，每種顏色成分使用0.0到1.0之間的任意有效浮點數(shù)來表示顏色值。第三章用戶接口設計特點：易于被用戶理解并接受；易于操作、使用；高效率、可靠性和實用性。1用戶模型2顯示屏幕的有效利用3反饋4一致性原則：按用戶認為最正常、最合乎邏輯的方式去做。5減少記憶量：重要的原則是喚醒用戶的識別而不是記憶。6回退和出錯處理7聯(lián)機幫助8視覺效果設計9適應不同的用戶老師PPT上的內(nèi)容第一章提出問題1、什么是計算機圖形學？計算機圖形學（ComputerGraphics）計算機圖形學是研究怎樣利用計算機來生成、處理和顯示圖形的原理、方法和技術的一門學科。計算機圖形學研究的對象是什么？計算機圖形學的研究對象——圖形通常意義下的圖形：能夠在人的視覺系統(tǒng)中形成視覺印象的客觀對象都稱為圖形。從客觀世界物體中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形。圖形的表示？點陣法是用具有顏色信息的點陣來表示圖形的一種方法，它強調(diào)圖形由哪些點組成，并具有什么灰度或色彩。參數(shù)法是以計算機中所記錄圖形的形狀參數(shù)與屬性參數(shù)來表示圖形的一種方法。通常把參數(shù)法描述的圖形叫做圖形（Graphics）把點陣法描述的圖形叫做圖象（Image）計算機圖形處理系統(tǒng)的構造？計算機圖形學的確立發(fā)展？醞釀期（50年代）陰極射線管(CRT)萌芽期（60年代）首次使用了“ComputerGraphics”發(fā)展期（70年代）普及期（80年代）光柵圖形顯示器提高增強期（90年代至今）總體特征：技術發(fā)展、需求驅(qū)動與計算機圖形學相關的學科？計算機圖形學試圖從非圖象形式的數(shù)據(jù)描述來生成（逼真的）圖象。數(shù)字圖象處理旨在對圖象進行各種加工以改善圖象的視覺效果。計算機視覺是研究用計算機來模擬生物外顯或宏觀視覺功能的科學和技術。計算機圖形學的應用1、計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）2、計算機輔助繪圖3、計算機輔助教學（CAI）4、辦公自動化和電子出版技術(ElectronicPublication)5、計算機藝術6、在工業(yè)控制及交通方面的應用7、在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用8、圖形用戶界面人機交互是讓計算機服務并適應于人類的需要，而不是強迫人類去適應計算機。按著用戶認為最正常、最合乎邏輯的方式去做-一致性虛擬現(xiàn)實由計算機生成的一個實時三維空間。使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。習題1.名詞解釋：圖形、圖象、點陣法、參數(shù)法、2.圖形包括哪兩方面的要素，在計算機中如何表示它們？3.什么叫計算機圖形學？分析計算機圖形學、數(shù)字圖象處理和計算機視覺學科間的關系。4.有關計算機圖形學的軟件標準有哪些？核心圖形系統(tǒng)CGS(CoreGraphicsSystem)計算機圖形接口CGI(ComputerGraphicsInterface)；計算機圖形元標準CGM(ComputerGraphicsMetafile);5.一個交互性計算機圖形系統(tǒng)必須具有哪幾種功能？其結構如何？6.試列舉你所知道的圖形輸入與輸出設備。7.你用過哪些圖形軟件包？對比它們的功能和特點。第三章如何在指定的輸出設備上根據(jù)坐標描述構造基本二維幾何圖形（點、直線、圓、橢圓、多邊形域、字符串及其相關屬性等）。圖形的生成：是在指定的輸出設備上，根據(jù)坐標描述構造二維幾何圖形。圖形的掃描轉換：在光柵顯示器等數(shù)字設備上確定一個最佳逼近于圖形的象素集的過程。區(qū)域填充實面積圖形:封閉圖形（或有界表面），在其封閉的面積上（輪廓內(nèi)）具有相同的亮度或色彩，這意味著要讓計算機填充光柵掃描圖形顯示器（點陣圖形顯示器）中封閉面積上的每一個顯示點（像素點）。實面積圖形的生成可分為兩大類：(1)多邊的填充：即實面積圖形的輪廓用其封閉多邊形的頂點坐標數(shù)據(jù)來描述定義（簡稱實面積圖形的圖形表示法），在其封閉的多邊形內(nèi)部填充用戶指定的顏色；（2）種子填充：即用點陣方式描述定義實面積圖形，這個圖形的實面積由用戶指定的點陣顏色包圍或組成（簡稱實面積圖形的圖像表示法），在圖形的實面積上填充用戶指定的顏色，其中這個指定的第一個填充點又稱為種子。由于種子填充算法原則上屬圖像處理方法，故不在此討論。第五章圖形的幾何變換是指對圖形的幾何信息經(jīng)過平移、比例、旋轉等變換后產(chǎn)生新的圖形，是圖形在方向、尺寸和形狀方面的變換。圖形幾何變換的目的：是用已有的簡單圖形構造復雜圖形如何對二維圖形進行方向、尺寸和形狀方面的變換齊次坐標齊次坐標表示就是用n+1維向量表示一個n維向量。規(guī)范化齊次坐標表示就是w=1的齊次坐標表示。1平移變換平移是指將p點沿直線路徑從一個坐標位置移到另一個坐標位置的重定位過程。平移是一種不產(chǎn)生變形而移動物體的剛體變換（rigid-bodytransformation）2比例變換比例變換是指對p點相對于坐標原點沿x方向放縮Sx倍，沿y方向放縮Sy倍。其中Sx和Sy稱為比例系數(shù)。3旋轉變換二維旋轉是指將p點繞坐標原點轉動某個角度（逆時針為正，順時針為負）得到新的點p’的重定位過程。逆時針旋轉θ角4對稱變換(1)關于x軸對稱(2)關于y軸對稱(3)關于原點對稱(4)關于y=x軸對稱(5)關于y=-x軸對稱5錯切變換錯切變換（主要用于三維圖形變換），也稱為剪切、錯位變換，用于產(chǎn)生彈性物體的變形處理。錯切變換是指圖形沿某坐標方向產(chǎn)生不等量的移動而引起圖形變形的一種變換。錯切變換（主要用于三維圖形變換），也稱為剪切、錯位變換，用于產(chǎn)生彈性物體的變形處理。如何方便地實現(xiàn)在顯示設備上對二維圖形進行觀察如何輸出二維圖元及其輸出屬性例題結論圖形在坐標系中的放大等效于圖形保持不變而讓坐標系刻度尺寸縮??；圖形在坐標系中沿坐標軸正向移動等效于圖形保持不變而讓坐標系沿坐標軸負向移動；圖形在坐標系的正向旋轉等效于圖形保持不變而讓坐標系負向旋轉；圖形相對X軸進行反射變換等效于該圖形保持不變而讓Y軸自身發(fā)生反射變換等。這一結論對計算機圖形學分析非常有用。由此結論可知，表示坐標系變換所需要的矩陣就是在坐標系中反向變換這些點所需要的矩陣。第六章第七章OpenGL（全寫OpenGraphicsLibrary）是指定義了一個跨編程語言、跨平臺的編程接口規(guī)格的專業(yè)的圖形程序接口。它用于三維圖像（二維的亦可），是一個功能強大，調(diào)用方便的底層圖形庫。第八章提出問題如何設計一個好的用戶接口為什么要定義邏輯輸入設備交互式繪圖技術有哪些？1、用戶接口最重要的就是高效率和對用戶的友好性顯示屏幕的有效利用信息顯示的布局合理性。充分而又正確地使用圖符恰當?shù)厥褂酶鞣N表示方法進行選擇性信息顯示。一致性原則1.按用戶認為最正常、最合乎邏輯的方式去做重要的點：1、插值：求給定型值點之間曲線上的點稱為曲線的插值2、曲線曲面的擬合：當用一組型值點來指定曲線曲面的形狀時，形狀完全通過給定的型值點列。3、錯切變換（主要用于三維圖形變換），也稱為剪切、錯位變換，用于產(chǎn)生彈性物體的變形處理。4、三次樣條曲線定義：已知n個型值點Pi(xi,yi),i=1,2,..,n,且x1<x2<…<xn。若y=S(x)滿足下列條件:(1)型值點在函數(shù)y=S(x)上;(2)S(x)在整個區(qū)間[x1,xn]上二次連續(xù)可導;(3)在每個子區(qū)間[xi,xi+1](i=1,2,…,n-1)上,S(x)都是x的三次多項式.則稱S(x)是過型值點的三次樣條函數(shù),由三次樣條函數(shù)構成的曲線稱為三次樣條曲線。5、齊次坐標、由n+1維向量表示一個n維向量。如n維向量(P1,P2,

?

,Pn)表示為（hP1,hP2,hPn,h），其中h稱為啞坐標。

1、h可以取不同的值，所以同一點的齊次坐標不是唯一的。

如普通坐標系下的點（2,3）變換為齊次坐標

可以是(1,1.5,0.5)(4,6,2)(6