計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 復(fù)習(xí)題

./計(jì)算機(jī)圖形學(xué)復(fù)習(xí)題一、名詞解釋1、齊次坐標(biāo)系2、光順性3、種子填充算法4、鏡面反射光5、投影變換6、光線跟蹤7、復(fù)合變換8、走樣9、幾何造型技術(shù)10、虛擬現(xiàn)實(shí)二、簡答題1、前截面距離F和后截面距離B定義了什么？2、計(jì)算機(jī)動畫的制作主要步驟3、計(jì)算機(jī)圖形顯示器和繪圖設(shè)備表示顏色的方法各是什么顏色系統(tǒng)？它們之間的關(guān)系如何？4、圖形軟件主語言的選擇應(yīng)考慮哪些因素？5、制定CGI,CGM,IGES標(biāo)準(zhǔn)的目的分別是什么？6、自由曲面的表示通常有哪兩種？7、什么叫做走樣？什么叫做反走樣？反走樣技術(shù)包括那些？8、簡述區(qū)域連貫性、掃描線的連貫性以及邊的連貫性。9、簡述Bezier曲線的不足之處。10、建立圖形軟件可采用哪三種方法？11、在觀察空間中,如何確定投影的類型和方向？12、簡述編碼裁剪法〔即Cohen-Sutherland線段裁剪法的算法過程。三、應(yīng)用題1、分析邊標(biāo)志算法的實(shí)現(xiàn)過程,并寫出其算法的C語言描述。2、簡述深度緩存算法及其特點(diǎn)。3、假設(shè)在觀察坐標(biāo)系下窗口區(qū)的左下角坐標(biāo)為〔wxl=10,wyb=10,右上角坐標(biāo)為〔wxr=50,wyt=50。設(shè)備坐標(biāo)系中視區(qū)的左下角坐標(biāo)為〔vxl=10,vyb=30,右上角坐標(biāo)為〔vxr=50,vyt=90。已知在窗口有一點(diǎn)p<20,30>,要將點(diǎn)p映射到視區(qū)的點(diǎn)p`,請問p`點(diǎn)在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)是多少？〔本題10分4、如下表是采用DDA算法畫出〔0,0到〔5,2的直線的數(shù)據(jù),請?zhí)顚懣崭裉?。ixiyiyi+0.5int<yi+0.5>1000.50213243546522.525、已知三角形ABC各頂點(diǎn)的坐標(biāo)A<1,2>、B<5,2>、C<3,5>,相對直線Y=4做對稱變換后到達(dá)A’、B’、C’。試計(jì)算A’、B’、C’的坐標(biāo)值。〔要求用齊次坐標(biāo)進(jìn)行變換,列出變換矩陣6、試對下圖中的多邊形進(jìn)行裁剪,用圖表示裁剪過程。7、計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)包含哪些外部設(shè)備？8、簡述消隱算法的分類。9、<XW1,YW1>Aθo<XV1,YV1>設(shè)窗口左下角點(diǎn)坐標(biāo)為<XW1,YW1>,寬為LW,高為HW,視區(qū)左下角點(diǎn)坐標(biāo)為<XV1,YV1>,寬為LV<XW1,YW1>Aθo<XV1,YV1>10、采用掃描線算法對多邊形進(jìn)行填充,請寫出EL、AEL的結(jié)構(gòu),并分析掃描線算法的步驟和處理掃描線的步驟。11、種子點(diǎn)填充算法如下：初始化：種子像素入棧,當(dāng)棧非空時(shí),重復(fù)2～4的步驟棧頂像素出棧將出棧像素置為多邊形顏色按右、上、左、下順序依次檢查與出棧像素相鄰的四個(gè)像素,若其中某個(gè)像素不在邊界上且未置成多邊形色,則該像素入棧當(dāng)堆棧為空時(shí),算法終止試填寫堆棧的變化過程復(fù)習(xí)題參考答案一、名詞解釋1、齊次坐標(biāo)系就是N維向量由N+1維向量來表示。一個(gè)N維向量的齊次坐標(biāo)表示不惟一,由啞坐標(biāo)決定大小。2、光順性有兩條含義：一是指曲線的切矢量和曲率的連續(xù)性；另一條是指保凸性。3、種子填充算法根據(jù)已知多邊形區(qū)域部的一個(gè)象素點(diǎn)來找到區(qū)域其它象素點(diǎn),從而對多邊形區(qū)域部進(jìn)行填充。4、鏡面反射光一個(gè)理想的光澤表面,僅僅在反射角等于入射角時(shí),光線才會被反射。只有在反射方向上,觀察者才能看到從鏡面反射出來的光線,而在其它方向都看不到反射光。5、投影變換就是把三維立體〔或物體投射到投影面上得到二維平面圖形。6、光線跟蹤光線跟蹤是自然界光照明物理過程的近似逆過程,即逆向跟蹤從光源發(fā)出的光經(jīng)環(huán)境景物間的多次反射、折射后投射到景物表面,最終進(jìn)入人眼的過程7、復(fù)合變換圖形作一次以上的幾何變換,變換結(jié)果是每次的變換矩陣相乘；任何一復(fù)雜的幾何變換都可以看作基本幾何變換的組合形式。8、走樣在光柵顯示設(shè)備上,由于象素點(diǎn)和象素點(diǎn)之間是離散的,因此用象素點(diǎn)陣組合出的圖形,與真實(shí)景物之間必然存在一定的誤差。比如,直線或曲線往往呈現(xiàn)鋸齒狀,細(xì)小物體在圖上顯示不出來等。這種現(xiàn)象就是圖形的走樣9、幾何造型技術(shù)研究如何構(gòu)造直線段、多邊形、多面體、多項(xiàng)式曲線、自由曲面等幾何模型的理論、方法和技術(shù)稱為幾何造型技術(shù)。10、虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)來生成一個(gè)逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界,讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā),利用自然的技能和某些設(shè)備對這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。二、簡答題1、前截面距離F和后截面距離B定義了什么？前截面距離F和后截面距離B分別是從觀察參考點(diǎn)VPR沿觀察平面法向VPN到前截面和后截面的距離,前截面和后截面將無限的觀察空間截成有限的觀察空間,即裁剪空間。2、計(jì)算機(jī)動畫的制作主要步驟計(jì)算機(jī)動畫的制作主要包含如下步驟：1>創(chuàng)意。根據(jù)設(shè)計(jì)的需要,由導(dǎo)演設(shè)計(jì)好動畫制作的腳本。2>預(yù)處理。掃描外部圖像,輸入外部資料。3>場景造型。4>設(shè)定材質(zhì)和光源。5>設(shè)置動畫。6>運(yùn)動圖像的繪制。7>動畫播放。8>后處理9>動畫的錄制。10>配音<包括背景音樂和臺詞>3、計(jì)算機(jī)圖形顯示器和繪圖設(shè)備表示顏色的方法各是什么顏色系統(tǒng)？它們之間的關(guān)系如何？計(jì)算機(jī)圖形顯示器是用RGB方法表示顏色,而繪圖設(shè)備是用CMY方法來表示顏色的。它們之間的關(guān)系是：兩者都是面向硬件的顏色系統(tǒng),前者是增性原色系統(tǒng),后者是減性原色系統(tǒng),后者是通過在黑色里加入一種什么顏色來定義一種顏色,而后者是通過指定從白色里減去一種什么顏色來定義一種顏色4、圖形軟件主語言的選擇應(yīng)考慮哪些因素？<1>圖形處理系統(tǒng)主要應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域,因此應(yīng)該選擇在這些領(lǐng)域中較為通用的高級語言；

<2>圖形軟件包是模塊結(jié)構(gòu),因此最好選擇模塊化結(jié)構(gòu)的高級語言；

<3>圖形處理的應(yīng)用圍很廣,需要各方面的軟件支持,因此要選擇支持性軟件<如數(shù)學(xué)軟件包、數(shù)據(jù)庫管理等>比較豐富的高級語言；

<4>圖形處理常常要采用相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),因此要選擇數(shù)據(jù)類型比較靈活和豐富的高級語言；

<5>圖形處理要和許多圖形外部設(shè)備打交道,因此要選擇輸入輸出功能比較強(qiáng)的高級語言；

<6>圖形處理要求響應(yīng)速度快,因此又要選擇目標(biāo)程序質(zhì)量比較高的高級語言。5、制定CGI,CGM,IGES標(biāo)準(zhǔn)的目的分別是什么？制定CGI標(biāo)準(zhǔn)的目的是提供控制圖形硬件的一種與設(shè)備無關(guān)的方法。在用戶程序和虛擬設(shè)備之間,以一種獨(dú)立于設(shè)備的方式提供圖形信息的描述和通信。它可看作圖形設(shè)備驅(qū)動程序的一種標(biāo)準(zhǔn)。制定CGM標(biāo)準(zhǔn)的目的是規(guī)定生成、存儲、傳送圖形信息的通用格式。制定IGES標(biāo)準(zhǔn)的目的是為了解決在不同圖形系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的問題。6、自由曲面的表示通常有哪兩種？自由曲面的表示通常有兩種：一種為參數(shù)曲面,如Bezier曲面、B樣條曲面、NURBS曲面等；另一種為隱式曲面。7、什么叫做走樣？什么叫做反走樣？反走樣技術(shù)包括那些？答：走樣指的是用離散量表示連續(xù)量引起的失真。為了提高圖形的顯示質(zhì)量。需要減少或消除因走樣帶來的階梯形或閃爍效果,用于減少或消除這種效果的方法稱為反走樣。其方法是①前濾波,以較高的分辨率顯示對象；②后濾波,即加權(quán)區(qū)域取樣,在高于顯示分辨率的較高分辨率下用點(diǎn)取樣方法計(jì)算,然后對幾個(gè)像素的屬性進(jìn)行平均得到較低分辨率下的像素屬性。8、簡述區(qū)域連貫性、掃描線的連貫性以及邊的連貫性。答：區(qū)域連貫性：對于一個(gè)多邊形及兩條掃描線,會有如下情況：兩條掃描線之間的長形區(qū)域被多邊形的邊分割成若干個(gè)梯形,位于多邊形部和外部的梯形相間排列。掃描線的連貫性：多邊形與掃描線相交,其交點(diǎn)數(shù)為偶數(shù),相鄰兩交點(diǎn)間的線段有些位于多邊形,有些位于多邊形外,且兩者間隔排列。邊的連貫性：相鄰兩條掃描線與多邊形的的同一條邊相交,其交點(diǎn)可按遞增一個(gè)常量來計(jì)算,如：x2=x1+1,則y2=y1+1/k<k為該多邊形邊的斜率>。9、簡述Bezier曲線的不足之處。答：當(dāng)Bezier曲線的n次多項(xiàng)式逼近方法中當(dāng)n較大時(shí),計(jì)算量也就迅速增大,而且計(jì)算結(jié)果也不穩(wěn)定。同時(shí),其特征多邊形的頂點(diǎn)離開得很遠(yuǎn),造型時(shí)不利于精確控制。若是采用插值形式,除了計(jì)算量更加龐大以外,曲線的保形性也難以保證。10、建立圖形軟件可采用哪三種方法？<1>圖形程序包

<2>修改高級語言

<3>專用高級圖形語言11、在觀察空間中,如何確定投影的類型和方向？投影類型由參數(shù)pt可以確定,如果是透視投影,則投影中心就是投影參考點(diǎn)PRP；如果是平行投影,投影方向是從投影參考點(diǎn)PRP指向窗口中心CW。其中,投影參考點(diǎn)PRP是觀察坐標(biāo)系中的三維點(diǎn)。12、簡述編碼裁剪法〔即Cohen-Sutherland線段裁剪法的算法過程。由DanCohen和IvanSutherland提出的區(qū)域編碼判斷方法,采用四位數(shù)碼來標(biāo)識線段的端點(diǎn)與窗口區(qū)域的關(guān)系,然后：〔1檢查線段P1P2是否為完全可見,或完全不可見,對于這兩種情況或完全取之,或完全棄之,否則"2"?！?找到P1P2在窗口外的一個(gè)端點(diǎn)P1〔或P2；〔3用窗口的邊與P1P2的交點(diǎn)取代端點(diǎn)P1〔或P2；〔4P1P2線段是否完全可見,若是,則結(jié)束,否則轉(zhuǎn)到"2"繼續(xù)執(zhí)行。三、應(yīng)用題1、分析邊標(biāo)志算法的實(shí)現(xiàn)過程,并寫出其算法的C語言描述。答：邊標(biāo)志算法可以克服象素被重復(fù)訪問這一缺點(diǎn)。其實(shí)現(xiàn)過程分為兩步：1勾畫輪廓線,在每條掃描線上建立各區(qū)段的邊界象素對；2填充這些邊界象素之間的全部象素。 算法的C語言描述如下：#defineFALSE0edgefill<Polydef>{對多邊形每條邊轉(zhuǎn)換；inside=FALSE;for<每條與多邊形Polydef相交的掃描線>for<掃描線上每個(gè)象素點(diǎn)>{if〔象素點(diǎn)被打上邊標(biāo)志inside=！〔inside; if<inside!=FALSE>putpixel<x,y,color>;elseputpixel<x,y,bcolor>;}}2、簡述深度緩存算法及其特點(diǎn)。答：深度緩存算法是一種典型的、也是最簡單的圖象空間的消隱算法。在屏幕空間坐標(biāo)系中,軸為觀察方向,通過比較平行于軸的射線與物體表面交點(diǎn)的值〔又稱為深度值,用深度緩存數(shù)組記錄下最小的值,并將對應(yīng)點(diǎn)的顏色存入顯示器的幀緩存。深度緩存算法最大的優(yōu)點(diǎn)是簡單。它在、、方向上都沒有進(jìn)行任何排序,也沒有利用任何相關(guān)性。算法復(fù)雜性正比于。在屏幕大小,即一定的情況下,算法的計(jì)算量只與多邊形個(gè)數(shù)成正比。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是算法便于硬件實(shí)現(xiàn),并可以并行化。3、假設(shè)在觀察坐標(biāo)系下窗口區(qū)的左下角坐標(biāo)為〔wxl=10,wyb=10,右上角坐標(biāo)為〔wxr=50,wyt=50。設(shè)備坐標(biāo)系中視區(qū)的左下角坐標(biāo)為〔vxl=10,vyb=30,右上角坐標(biāo)為〔vxr=50,vyt=90。已知在窗口有一點(diǎn)p<20,30>,要將點(diǎn)p映射到視區(qū)的點(diǎn)p`,請問p`點(diǎn)在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)是多少？〔本題10分解：eq\o\ac<○,1>將窗口左下角點(diǎn)〔10,10平移至觀察坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn),平移矢量為〔-10,-10。eq\o\ac<○,2>針對坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)行比例變換,使窗口的大小和視區(qū)相等。比例因子為：Sx=<50-10>/<50-10>=1;Sy=<90-30>/<50-10>=1.5。eq\o\ac<○,3>將窗口的點(diǎn)映射到設(shè)備坐標(biāo)系的視區(qū)中,再進(jìn)行反平移,將視區(qū)的左下角點(diǎn)移回到設(shè)備坐標(biāo)系中原來的位置〔10,30,平移矢量為〔10,30。p`點(diǎn)在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)是〔20,60。4、如下表是采用DDA算法畫出〔0,0到〔5,2的直線的數(shù)據(jù),請?zhí)顚懣崭裉?。ixiyiyi+0.5int<yi+0.5>1000.50213243546522.52解：ixiyiyi+0.5int<yi+0.5>1000.50210.40.90320.81.31431.21.71541.62.126522.525、已知三角形ABC各頂點(diǎn)的坐標(biāo)A<1,2>、B<5,2>、C<3,5>,相對直線Y=4做對稱變換后到達(dá)A’、B’、C’。試計(jì)算A’、B’、C’的坐標(biāo)值。〔要求用齊次坐標(biāo)進(jìn)行變換,列出變換矩陣解：〔1將坐標(biāo)系平移至P1<0,4>點(diǎn)〔2以X軸對稱〔3將坐標(biāo)系平移回原處〔4變換矩陣：T=TA*TB*TC=〔5求變換后的三角形ABC各頂點(diǎn)的坐標(biāo)A’、B’、C’A’:XA'=1,YA'=6B’:XB'=5,YB'=6C’:XA'=3,YA'=36、試對下圖中的多邊形進(jìn)行裁剪,用圖表示裁剪過程。依次用窗口的左、上、右、下四條邊界進(jìn)行裁剪：7、計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)包含哪些外部設(shè)備？ 圖形輸入設(shè)備：概念、特點(diǎn) 圖形顯示設(shè)備：概念、結(jié)構(gòu)原理、工作方式、特點(diǎn) 圖形繪制設(shè)備：概念、特點(diǎn)8、簡述消隱算法的分類。答：1．物體空間的消隱算法：物體空間是物體所在的空間,即規(guī)化投影空間。這類算法是將物體表面上的個(gè)多邊形中的每一個(gè)面與其余的個(gè)面進(jìn)行比較,精確求出物體上每條邊或每個(gè)面的遮擋關(guān)系。計(jì)算量正比于。2．圖象空間的消隱算法：圖象空間就是屏幕坐標(biāo)空間,這類算法對屏幕的每一象素進(jìn)行判斷,以決定物體上哪個(gè)多邊形在該象素點(diǎn)上是可見的。若屏幕上有個(gè)象素點(diǎn),物體表面上有個(gè)多邊形,在該類消隱算法計(jì)算量正比于。9、θo<XV1,YV1><XW1,YW1θo<XV1,YV1><XW1,YW1>A解：1將坐標(biāo)系平移至〔XW1,YW1點(diǎn)： 2作比例變換： 3將坐標(biāo)系平移至視區(qū)左下角〔XV1,YV1： 4旋轉(zhuǎn)視區(qū)θ度：5變換矩陣為：T=TA*TB*TC*TD 6求變換后的Aˊ點(diǎn)：10、采用掃描線算法