计算机图形学复习资料

第一章一、什么是计算机图形学？计算机图形学是研究怎样运用计算机来显示、生成和处理图形的原理、措施和技术的一门学科。国际原则化组织(ISO)定义：计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、措施和技术的学科电气与电子工程协会（IEEE）定义：计算机图形学是运用计算机产生图形化的图像的艺术和学科。三、举例阐明计算机图形学有哪些应用，分别用来处理什么实际问题？应用领域：1.计算机辅助设计与制造（CAD,CAM）用于大楼，汽车，飞机，建筑工程，电子路线等的设计和制作过程中。计算机辅助绘图计算机辅助绘图的经典例子包括计算机可视化，近年来，这种技术已用于有限元分析的后处理，分子模型构造，地震数据处理，大气科学，生物信息及生物化学等领域。计算机辅助教学（CAI）办公自动化和电子出版社计算机艺术在工业控制及交通方面的应用在医疗卫生方面的应用图形顾客界面人机交互，什么是一致性原则人机交互学是一门有关设计、评估和执行交互式计算机系统以及研究由此而发生的有关现象的学科。一致性原则：指在设计系统的各个环节时，应遵从统一的、简朴的规则，保证不出现例外和特殊的状况，无论是信息显示还是命令输入都应如此一致性原则包括这样某些内容：1.一种特定的图符应当一直只有一种含义而不能依托上下文来代表多种动作或对象；2.菜单总是放在相似的关联位置，使顾客不必总是去寻找；3.键盘上的功能键，控制键以及鼠标上的按钮的定义需要前后一致；4.总是使用一种彩色编码，使相似的颜色在不一样的状况下不会有不一样的含义；5.输入时交互式命令和语法的一致性等第二章四、CRT的构成和工作原理是什么？CRT（CathodeRayTube）阴极射线管是一种真空器件，它运用电磁场产生高速的、通过聚焦的电子束，偏转到屏幕的不一样位置，轰击屏幕表面的荧光材料而产生可见图形CRT构成：电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏CRT工作原理：电子枪发射电子束电子束通过聚焦系统、加速电极、偏转系统，射向荧光屏的指定位置；荧光屏被电子轰击到的部位发出光点；辨别率是指在原稿的单位长度（英寸）上取样的点数，单位是dpi。六、光栅扫描显示屏的工作原理与特点电子束横向扫描屏幕，从左到右，从上至下；扫描过程中按要显示的图形，点亮或熄灭屏幕上的光点；电子束的强度不一样，光点明暗程度也不一样优点：图形描述精确到每个像素，显示图形质量高；可以体现丰富的色彩信息；可以显示真实感的图形、视频、动画等制导致本低，价格相对廉价缺点：绘制线段时，会产生锯齿状，即“走样”；可以通过“反走样技术”进行弥补和改善OpenGL的重要功能1.模型绘制2.模型观测3.颜色模式（RGBA模式和颜色索引模式）4.光照应用5.图像效果增强6.位图和图像处理7.纹理映射8.实时动画9.交互技术#include<windows.h>#include<gl/gl.h>#include<gl/glu.h>一、DDA算法voidLineDDA(intx0,inty0,intx1,inty1,intcolor){intdx,dy,epsl,k;floatx,y,xIncre,yIncre;dx=x1-x0;dy=y1-y0;k=dy/dx;if(abs(dx)>abs(dy))epsl=abs(dx);elseepsl=abs(dy);xIncre=(float)dx/(float)epsl;yIncre=(float)dy/(float)epsl;for(k=0;k<=epsl;k++){Putpixel(int(x+0.5),(int)(y+0.5));x+=xIncre;y+=yIncre;}}中点Bresenham画圆算法voidMidBresenhamCircle(intr,intcolor){intx,y,d;x=0;y=r;d=1-r;while(x<=y){CirclePoint(x,y,color);if(d<0)d+=2*x+3;else{d+=2*(x-y)+5;y--;}x++;}}平移变换：100[x’y’1]=[xy1]010=[x+Txy+Ty1]TxTy1比例变换：Sx00[x’y’1]=[xy1]0Sy0=[xSxySy1]001旋转变换：逆时针旋转：cosasina0[x’y’1]=[xy1]—sinacosa0001=[xcosa-ysinaxsina+ycosa1]顺时针旋转：cos-asin-a0[x’y’1]=[xy1]—sin-acos-a0001=[xcosa+ysina-xsina+ycosa1]错切变换：变换矩阵中非对角线元素不为0，起着把图形沿X方向或Y方向错切的作用，x值或y值越小，错切量越小，反之越大。直线的裁剪：Cohen-Sutherland算法：若x<Xwl,则D0=1,否则D0=0；若x>Xwr,则D1=1,否则D1=0；若y<Ywb,则D2=1,否则D2=0；若y>Ywt,则D3=1,否则D3=0；1、目前常用的PC图形显示子系统重要由3个部件构成：帧缓冲存储器、显示控制器、ROMBIOS。简答题1、什么叫做走样？什么叫做反走样？反走样技术包括那些？答：走样指的是用离散量表达持续量引起的失真。为了提高图形的显示质量。需要减少或消除因走样带来的阶梯形或闪烁效果，用于减少或消除这种效果的措施称为反走样。其措施是①前滤波，以较高的辨别率显示对象；②后滤波，即加权区域取样，在高于显示辨别率的较高辨别率下用点取样措施计算，然后对几种像素的属性进行平均得到较低辨别率下的像素属性2.用参数方程形式描述曲线曲面有什么长处？答：①点动成线；②可以满足几何不变性的规定；③可以防止斜率带来的问题；④易于定界；⑤可以节省工作量；⑥参数变化对各因变量的影响明显。四、运用中点Bresenham画圆算法的原理推导第一象限从y=x到x=0圆弧段的扫描转换算法（规定写清原理、误差函数、递推公式）。(10分)解：x方向为最大走步方向，xi+1=xi-1,yi+1由d确定di=F(xm,ym)=(xi-1)^2+(yi+0.5)^2-R2⑴di<0时，点在圆内，xi+1=xi-1,yi+1=yi+0.5di+1=F(xm,ym)=(xi-2)^2+(yi+1.5)^2-R2=xi^2-4xi+4+yi^2+3yi+1.5^2-R2=(xi-1)^2-2xi+3+(yi+0.5)^2+2yi+2-R2=di-2xi+2yi+5=di+2(yi-xi)+5⑵di≥0时，点在圆外，xi+1=xi-1,yi+1=yidi+1=F(xm,ym)=(xi-2)^2+(yi+0.5)^2-R2=xi^2-4xi+4+(yi+0.5)^2-R2=di-2xi+33、Bezier曲线在端点处的一阶导数为：p’(0)=n(P1-P0)，p’(1)=n(Pn-Pn-1)，二阶导数为：p”(0)=n(n-1)((P2-P1)-(P1-P0))，p”(1)=n(n-1)((Pn-2-Pn-1)-(Pn-1-Pn))。写出如图2所示的两段三次Bezier曲线在连接点处的G1，G2持续性条件。答：由于是三次Bezier曲线，因此有n=3。根据G1持续性条件有：p’(1)=a*p’(0)即：Q1-Q0=a*(P3-P2)又根据G2持续性条件有：p”(1)＝b*p”(0)即：Q0-2Q1+Q2=b*(P1-2P2＋P3)七、（本题15分）如图所示四边形ABCD，求绕P（5，4）点逆时针旋转90度的变换矩阵，并求出各端点坐标，画出变换后的图形五、编程及分析题（本大题共1小题，每题10分，共10分），请根据中点圆生成算法思想，对圆x2+y2=R2，推出第一象限中从y=0到y=x这段弧的生成算法。规定推导出重要的计算公式，并写出算法（描述性算法）。提醒这一段上，y的变换率比x大。解答：构造函数F(X,Y)=Y2+X2-R2。对于圆上的点，F(X,Y)=0；对于圆外的点，F(X,Y)>0；而对于圆内的点，F(X,Y)<0。目前点为（Xi,Yi），下一种代定点为（Xi-1,Yi+1），以Y每次增长1，Yi+1=Yi+1，Xi-1需要鉴定。中点M的坐标为：M(,Xi-0.5,Yi+1)当F(XM,YM)<=0时，取Pu(Xi，Yi+1,)当F(XM,YM)>0时，取Pd(Xi-1，Yi+1,)决策参数：d=F(XM,YM)=F(Xi-0.5,Yi+1)=(xi-0.5)2+(yi+1)2-R2当d≤0时，下一点取Pu(Xi，Yi+1)；当d>0时，下一点取Pd(Xi-1，Yi+1)。决策参数的增量式当d≤0时，下一点取Pu(Xi，Yi+1)di+1=F(Xi-0.5，Yi+2)=di+2Yi+3当d>0时，下一点取Pd(Xi-1，Yi+1)