計算機圖形學復習

【專家解說】：　　第一章 　　1. 計算機圖形：用數(shù)學方法描述，通過計算機生成、處理、存儲和顯示的對象。 　　2. 圖形和圖像的主要區(qū)別是表示方法不同：圖形是用矢量表示；圖像是用點陣表示的。圖形和圖像也可以通過光柵顯示器（或經過識別處理）可相互轉化。 　　3. 于計算機圖形學緊密相關的學科主要包括 圖像處理、計算幾何和計算機視覺模式識別。它們的共同點是 以圖形/圖像在計算機中的表示方法為基礎。 　　4. 交互式計算機圖形系統(tǒng)的發(fā)展可概括為以下4個階段：字符、矢量、二維光柵圖形、三維圖形。 　　5. 圖形學研究的主要內容有：①幾何造型技術 ②圖形生成技術 ③圖形處理技術 ④圖形信息的存儲、檢索與交換技術 ⑤人機交互技術 ⑥動畫技術 ⑦圖形輸入輸出技術 ⑧圖形標準與圖形軟件包的研發(fā)。 　　6. 計算機輔助設計和計算機輔助制造 是計算機圖形學最廣泛最活躍的應用領域。 　　7. 計算機圖形學的基本任務：一是如何利用計算機硬件來實現(xiàn)圖形處理功能；二是如何利用好的圖形軟件；三是如何利用數(shù)學方法及算法解決實際應用中的圖行處理問題。 　　8. 計算機圖形系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的。 　　9. 計算機圖形系統(tǒng)包括處理、存儲、交互、輸入和輸出五種基本功能。 　　10. 鍵盤和鼠標是最常用的圖形輸入設備。鼠標根據(jù)測量位移部件的不同，分為光電式、光機式和機械式3種。 　　11. 數(shù)字化儀分為電子式、超聲波式、磁伸縮式、電磁感應式等。小型的數(shù)字化儀也稱為圖形輸入板。 　　12. 觸摸屏是一種 定位設備，它是一種對于觸摸能產生反應的屏幕。 　　13. 掃描儀由3部分組成：掃描頭、控制電路和移動掃描機構。掃描頭由光源發(fā)射和光鮮接收組成。按移動機構的不同，掃描儀可分為平板式和滾筒式2種。 　　14. 顯示器是計算機的標準輸出設備。彩色CRT的顯示技術有2種：電子穿透法和蔭罩法。 　　15. 隨機掃描是指電子束的定位及偏轉具有隨意性，電子束根據(jù)需要可以在熒光屏任意方向上連續(xù)掃描，沒有固定掃描線和掃描順序限制。它具有局部修改性和動態(tài)性能。 　　16. 光柵掃描顯示器是畫點設備。 　　17. 點距是指相鄰像素點間的距離，與分辨指標相關。 　　18. 等離子顯示器一般有三層玻璃板組成，通常稱為等離子顯示器的三層結構。 　　19. 用以輸出圖形的計算機外部設備稱為硬拷貝設備。 　　20. 打印機是廉價的硬拷貝設備，從機械動作上常為撞擊式和非撞擊式2種。 　　21. 常用的噴墨頭有：壓電式、氣泡式、靜電式、固體式。 　　22. 繪圖儀分為靜電繪圖儀和筆式繪圖儀。 　　23. 圖形軟件的分層。由下到上分別是：①圖形設備指令、命令集、計算機操作系統(tǒng) ②零級圖形軟件 ③一級圖形軟件 ④二級圖形軟件 ⑤三級圖形軟件。 　　24. 零級圖形軟件是面向系統(tǒng)的、最底層的軟件，主要解決圖形設備與主機的通信與接口問題，又稱設備驅動程序。 　　25. 一級圖形軟件即面向系統(tǒng)又面向用戶，又稱基本子系統(tǒng)。 　　26. 圖形應用軟件是系統(tǒng)的核心部分。 　　27. 從物理學角度，顏色以主波長、色純度和輝度來描述；從視覺角度來看，顏色以色彩、飽和度和亮度來描述。 　　28. 用適當比列的3種顏色混合，可以獲得白色，而且這3種顏色中的任意2種的組合都不能生成第三種顏色，稱為三原色理論。 　　29. RGB模型的匹配表達式是：c=rR+gG+bB。 　　30. 常用顏色模型 　　顏色模型名稱 使用范圍 　　RGB 圖形顯示設備（彩色CRT和光柵顯示器） 　　CMY 圖形打印、繪制設備 　　HSV 對應畫家本色原理、直觀的顏色描述 　　HSL 基于顏色參數(shù)的模型 　　用基色青、品紅、黃定義的CMY顏色模型用來描述硬拷貝設備的輸出顏色。它從白光中濾去某種顏色，故稱為減色性原色系統(tǒng)。 　　第二章 　　31. 直線生成的3個常用算法：數(shù)值微分法（DDA）、中點劃線法和Bresenham算法。 　　32. DDA算法的C語言實現(xiàn)： 　　DDA算法生成直線，起點（x0,y0）,終點（x1,y1）. 　　Void CMy View ::onDdaline() 　　{ 　　CDC *pDC=GetDC(); //獲得設備指針 　　int x0=100,y0=100,x1=300,y1=200,c=RGB(250,0,0);//定義直線兩端點和直線顏色 　　int x,y,i; 　　float dx,dy,k; 　　dx=(float)(x1-x0); 　　dy=(float)(y1-y0); 　　k=dy/dx; 　　x=x0; 　　y=y0; 　　if(abs(k)<1) 　　{ for(;x<=x1;x++) 　　{pDC—>SetPixel(x,int(y+0.5),c);　　y=y+k;} 　　} 　　if(abs(k)>=1) 　　{ for(;y<=y1;y++) 　　{pDC—>SetPixel(int(x+0.5),y,c);　　x=x+1/k;} 　　} 　　ReleaseDC(pDC); //釋放設備指針 　　} 　　33. 任何影響圖元顯示方法的參數(shù)稱為屬性參數(shù)。圖元的基本表現(xiàn)是線段，其基本屬性包括線型、線寬和色彩。 　　34. 最常見的線型包括實線、虛線、細線和點劃線等，通常默認的線型是實線。 　　35. 線寬控制的實線方法：垂直線刷子、水平線刷子、方形線刷子。生成具有寬度的線條還可以采用區(qū)域填充算法。 　　36. 用離散量表示連續(xù)量時引起的失真現(xiàn)象稱為走樣。為了提高圖形顯示質量，減少或消除走樣現(xiàn)象的技術稱為反走樣。 　　37. 反走樣技術有：提高分辨率（硬件方法和軟件方法）、簡單區(qū)域取樣、加權區(qū)域取樣。 　　38. 區(qū)域連通情況分為四連通區(qū)域和八連通區(qū)域。四連通區(qū)域是指從區(qū)域上某一點出發(fā)，可通過上下左右4個方向移動，在不越出區(qū)域的前提下到達區(qū)域內的任意像素；八連通區(qū)域是指從區(qū)域內某一像素出發(fā)，可通過上下左右、左上左下、右上右下8個方向的移動，在不越出區(qū)域的前提下到達區(qū)域內的任意像素。 　　39. 字符的圖形表示可以分為點陣式和矢量式兩種形式。 　　40. 在圖形軟件中，除了要求能生成直線、圓等基本圖形元素外，還要求能生成其他曲線圖元、多邊形及符號等多種圖元。 　　41. 在掃描線填充算法中，對水平邊忽略而不予處理的原因是實際處理時不計其交點。 　　42. 關于直線生成算法的敘述中，正確的是：Bresenham算法是對中點畫線算法的改進。 　　43. 在中點畫圓算法中敘述錯誤的是：為了減輕畫圓的工作量，中點畫圓利用了圓的四對稱性性質。 　　44. 多邊形填充時，下列論述錯誤的是：在判斷點是否在多邊形內時，一般通過在多變形外找一點，然后根據(jù)該線段與多邊形的交點數(shù)目為偶數(shù)即可認為在多邊形內部，若為奇數(shù)則在多邊形外部，且不考慮任何特殊情況。 　　第三章 　　1. Cohen-Sutherland算法，也稱編碼裁剪法。其基本思想是：對于每條待裁剪的線段P1P2分三種情況處理：①若P1P2完全在窗口內，則顯示該線段，簡稱“取”之；②若P1P2完全在窗口外，則丟棄該線段，簡稱“舍”之；③若線段既不滿足“取”的條件也不滿足“舍”的條件，則求線段與窗口邊界的交點，在交點處把線段分為兩段，其中一段 完全在窗口外，可舍棄之，然后對另一段重復上述處理。 　　2. Sutherland-Hodgman算法，又稱逐邊裁剪算法。其基本思想是用窗口的四條邊所在的直線依次來裁剪多邊形。多邊形的每條邊與裁剪線的位置關系有4種情況（假設當前處理的多邊形的邊為SP）：a>端點S在外側，P在內側，則從外到內輸出P和I；b>端點S和P都在內側，則從內到內輸出P；c>端點S在內側，而P在外側，則從內到外輸出I；d>端點S和P都在外側，無輸出。 　　3. 按裁剪精度的不同，字符裁剪可分為三種情況：字符串裁剪、字符裁剪和筆畫裁剪。 　　4. 在線段AB的編碼裁剪算法中，如A、B兩點的碼邏輯或運算全為0，則該線段位于窗口內；如AB兩點的碼邏輯與運算結果不為0，則該線段在窗口外。 　　5. n邊多邊形關于矩形窗口進行裁剪，結果多邊形最多有2n個頂點，最少有n個頂點。 　　6. 對一條等長的直線段裁剪，編碼裁剪算法的速度和中點分割算法的裁剪速度哪一個快，無法確定。（√） 　　7. 多邊形裁剪可以看做是線段裁剪的組合。（X） 　　8. 對于線段來說，中點分割算法要比其他線段裁剪算法的裁剪速度快。（X） 　　9. 多邊形的Weiler-Atherton裁剪算法可以實現(xiàn)對任意多邊形的裁剪。（√） 　　第四章 　　1. 幾何變換是指改變幾何形狀和位置，非幾何變換是指改變圖形的顏色、線型等屬性。變換方法有對象變換（坐標系不動）和坐標變換（坐標系變化）兩種。 　　2. 坐標系可以分為以下幾種：世界坐標系（是對計算機圖形場景中所有圖形對象的空間定位和定義，是其他坐標系的參照）、模型坐標系（用于設計物體的局部坐標系）、用戶坐標系(為了方便交互繪圖操作，可以變換角度、方向)、設備坐標系（是繪制或輸出圖形的設備所用的坐標系，采用左手系統(tǒng)）。 　　3. 將用戶坐標系中需要進行觀察和處理的一個坐標區(qū)域稱為窗口，將窗口映射到顯示設備上的坐標區(qū)域稱為視區(qū)。從窗口到視區(qū)的變換，稱為規(guī)格化變換。（eg.4-1） 　　4. 所謂體素，是指可以用有限個尺寸參數(shù)定位和定形的體，如長方體、圓錐體。 　　5. 所謂齊次坐標表示，就是用n+1維向量表示n維的向量。 　　6. 二維點（x,y）的齊次坐標可以表示為：（hx hy h）,其中h≠0。當h=1時稱為規(guī)范化的齊次坐標，它能保證點集表示的唯一性。 　　7. 旋轉變換公式的推導、對稱變換 　　第五章 　　1. 交互繪圖技術是一種處理用戶輸入圖形數(shù)據(jù)的技術，是設計交互繪圖系統(tǒng)的基礎。常見的交互繪圖技術有：定位技術、橡皮筋技術、拖曳技術、定值技術、拾取技術、網(wǎng)格與吸附技術。 　　2. 常用的橡皮筋技術有：橡皮筋直線、橡皮筋矩形、橡皮筋圓。 　　3. 拖曳技術是將形體在空間移動的過程動態(tài)地、連續(xù)地表示出來，直到用戶滿意。 　　4. 定值技術有2種：一種是鍵入數(shù)值，另一種是改變電位計阻值產生要求的數(shù)量，可以用模擬的方式實現(xiàn)電位計功能。 　　5. 拾取一個基本的對象可以通過：指定名稱法、特征點發(fā)、外界矩陣法、分類法、直接法。 　　第六章 　　1. 點、線、面是形成三維圖形的基礎，三維變換是從點開始。 　　2. 三維圖形變換分類：三維圖形變換包括三維幾何變換和平面幾何變換，三維幾何變換包括基本幾何變換和復合變換；平面幾何變換包括平行投影和透視投影，平行投影包括正投影和軸測投影，透視投影包括一點透視、二點透視、三點透視。 　　3. 投影中心與投影面之間的距離是無限的投影叫做平行投影，它包括正投影和軸測投影。 　　4. 正投影形成的視圖包括：主視圖、俯視圖和左視圖。軸測投影形成的視圖為軸測圖。 　　5. 透視投影也稱為中心投影，其投影中心與投影面之間的距離是有限的。其特點是產生近大遠小的視覺效果 　　6. 對于透視投影，不平行于投影面的平行線的投影會匯聚到一個點，這個點稱為滅點。透視投影的滅點有無限多個，與坐標軸平行的平行線在投影面上形成的滅點稱為主滅點。主滅點最多有3個，其對應的透視投影分別稱為一點透視、二點透視、三點透視。 　　第七章 　　1. 型值點是曲面或曲線上的點，而控制點不一定在曲線曲面上，控制點的主要目的是用來控制曲線曲面的形狀。 　　2. 插值和逼近是曲線曲面設計中的兩種不同方法。插值—生成的曲線曲面經過每一個型值點，逼近—生成的曲線曲面靠近每一個控制點。 　　3. 曲線曲面的表示要求：唯一性、統(tǒng)一性、幾何不變性、幾何直觀、易于界定、易于光滑連接。 　　4. 曲線曲面有參數(shù)和非參數(shù)表示，但參數(shù)表示較好。非參數(shù)表示又分為顯式和隱式兩種。 　　5. 對于一個平面曲線，顯式表示的一般形式是：y=f(x)。一個x與一個y對應，因此顯式方程不能表示封閉或多值曲線。例不能用顯式方程表示一個圓。 　　6. 如果一個曲線方程表示為f(x,y)=0的形式，我們稱之為隱式表示。其優(yōu)點是易于判斷函數(shù)f(x,y)是否大于、小于或等于零，即易于判斷是落在所表示曲線上還是在曲線的哪一側。 　　7. 參數(shù)連續(xù)與幾何連續(xù)的區(qū)別：參數(shù)連續(xù)性是傳統(tǒng)意義上的、嚴格的連續(xù)，而幾何連續(xù)性只需限定兩個曲線段在交點處的參數(shù)導數(shù)成比例，不必完全相等，是一種更直觀、易于交互控制的連續(xù)性。 　　8. 在曲線曲面造型中，一般只用到C1（1階參數(shù)連續(xù)）、C2（2階參數(shù)連續(xù)）、G1（1階幾何連續(xù)）、G2（2階幾何連續(xù)）。切矢量（一階導數(shù)）反映了曲線對參數(shù)t的變化速遞，曲率（二階導數(shù)）反映了曲線對參數(shù)t變化的加速度。 　　9. 通常C1連續(xù)必能保證G1的連續(xù)，但G1的連續(xù)并不能保證C1連續(xù)。 　　10. 對于三次Hermite曲線，用于描述曲線的可供選擇的條件有：端點坐標、切矢量和曲率。 　　11. 三次Hermite曲線特點：①可局部調整，因為每個曲線段僅依賴于端點約束；②基于Hermite樣條的變化形式有Cardinal樣條和Kochanek-Bartels樣條；③具有幾何不變性。 　　12. Bezier曲線的性質：①端點性質②端點切矢量③端點的曲率④對稱性⑤幾何不變性⑥凸包性⑦變差縮減性。 　　13. 一次Bezier曲線是連接起點P0和終點P1的直線段，二次Bezier曲線對應一條起點P0終點在P2處的拋物線。 　　14. B樣條曲線的性質：①局部性②連續(xù)性或可微性③幾何不變性④嚴格凸包性⑤近似性⑥變差縮減性。 　　15. NURRS曲線具有以下性質：①局部性②可微性③仿射不變性④嚴格保凸性⑤一般性⑥變差縮減性⑦端點性質。 　　第八章 　　1. 要把三維物體的信息顯示在二維顯示設備中，必須通過投影變換。由于投影變換失去了深度信息，往往會導致二義性，要消除二義性，就必須在繪制時消除實際不可見的線和面，稱作消除隱藏線和隱藏面，簡稱消隱。 　　2. 面消隱常用算法有：深度緩沖區(qū)（Z-buffer）算法和深度排序算法（畫家算法）。 　　3. 深度緩沖區(qū)算法和深度排序算法的區(qū)別：