计算机图形学答案(全面)

计算机图形学答案(全面)PAGEPAGE8第三章习题答案3．1计算机图形系统的主要功能是什么？答：一个计算机图形系统应具有计算、存储、输入、输出、交互等基本功能，它们相互协作，完成图形数据的处理过程。1.计算功能计算功能包括：1）图形的描述、分析和设计；2）图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换；3）曲线、曲面的生成；4）图形之间相互关系的检测等。2.存储功能使用图形数据库可以存放各种图形的几何数据及图形之间的相互关系，并能快速方便地实现对图形的删除、增加、修改等操作。3.输入功能通过图形输入设备可将基本的图形数据（如点、线等）和各种绘图命令输入到计算机中，从而构造更复杂的几何图形。4.输出功能图形数据经过计算后可在显示器上显示当前的状态以及经过图形编辑后的结果，同时还能通过绘图仪、打印机等设备实现硬拷贝输出，以便长期保存。5.交互功能设计人员可通过显示器或其他人机交互设备直接进行人机通信，对计算结果和图形利用定位、拾取等手段进行修改，同时对设计者或操作员输入的错误给以必要的提示和帮助。3．2阴极射线管由哪些部分组成？它们的功能分别是什么？答：CRT主要由阴极、电平控制器（即控制极）、聚焦系统、加速系统、偏转系统和阳极荧光粉涂层组成，这六部分都在真空管内。阴极（带负电荷）被灯丝加热后，发出电子并形成发散的电子云。这些电子被电子聚集透镜聚焦成很细的电子束，在带正高压的阳极（实际为与加速极连通的CRT屏幕内侧的石墨粉涂层，从高压入口引入阳极高电压）吸引下轰击荧光粉涂层，而形成亮点。亮点维持发光的时间一般为20～40mS。电平控制器是用来控制电子束的强弱的，当加上正电压时，电子束就会大量通过，在屏幕上形成较亮的点，当控制电平加上负电压时，依据所加电压的大小，电子束被部分或全部阻截，通过的电子很少，屏幕上的点也就比较暗。所以改变阴极和控制电平之间的电位差，就可调节电子束的电流密度，改变所形成亮点的明暗程度。利用偏转系统（包括水平方向和垂直方向的偏转板）可将电子束精确定位在屏幕的任意位置上。只要根据图形的几何坐标产生适当的水平和垂直偏转磁场（或水平和垂直偏转板静电场），控制电于束的偏转，就可以在CRT荧光屏上得到发亮的图形轨迹。3．4分辨率为800×600，能显示216种颜色的显示器，至少需要选用帧缓存的容量为（1）512K （2）1M （3）2M （4）3M。答：1MB3．7灰度等级为256，分辨率为1024×768的显示器，至少需要选用帧缓存的容量为（1）512K （2）1M （3）2M （4）3M。答：1MB=5.7将梁友栋-Barsky裁减算法改写成多边形裁减算法。答：梁友栋-Barsky裁减算法是线段裁减，如果对多边形的每条边用该方法，会使原来封闭的多边形变成不封闭或是一些离散的线段。为此可以将梁友栋-Barsky裁减算法改写成多边形裁减算法。包含PiPi+1的直线与窗口4条边界相交，其中两个是潜在的进入交点，另外两个是潜在的离开交点，计算出交点的参数值，并分别记为t_in1,t_in2,t_out1,t_out2.跨越窗口直线有2种情形12for(每条边e){确定边的方向用此来确定包含线首先与裁减区域的哪条边界线相交寻找退出点的t值if(t_out2>0)寻找第2个进入点的t值if(t_in2>t_out1){if(0<t_out1<=1)output_vert(turning_vertex);}else{If(0<t_out1&&1>=t_in2){If(0<=t_in2)Output_vert(适当的面交点)；ElseOutput_vert(起始顶点)；If(1>=t_out1)Output_vert(适当的面交点)；ElseOutput_vert(终止顶点)；}}If(0<t_out2<=1)Output_vert(适应的窗口角点)；}/*对每条边*/第六章习题答案6.1下面有关平面几何投影的叙述中，哪些是正确的？平面几何投影中，透视投影的投影中心到投影平面的距离是有限的。(Y)平面几何投影中，一组平行线的投影仍保持平行。(N)平行投影与透视投影相比，视觉效果更有真实感，而且能真实地反映物体的精确集合尺寸与形状。(N)在三维空间中的平行投影变换不可能产生灭点。(Y)6.26.3请写出当透视投影中心为原点，投影平面为z=3的透视投影矩阵，并求端点为A(5,15,25)和B(10,20,30)的线段在该投影平面的投影。，,.A点在该平面上的投影为（3/5，9/5，3）B点在该平面上的投影为（1，2，3）,投影线段的方程为第八章习题答案8.4设投影中心为原点，构造一个由透视投影到平行投影的变换。此变换使得原物体平行投影在平面上和将原物体透视投影在规范化视见平面上产生的图像相同。答：原物体在平面上的透视投影是：其中，。点在视见平面上的透视投影是：透视投影到平行投影变换为：这里，是规范化前裁剪平面的位置。现在，对点应用变换，得到点：在平面上的平行投影为：所以和产生相同的投影图像。而且，变换将以为边界的规范化透视视见体变换到以为边界的长方体上。8.6请叙述扫描线消隐算法的基本思想及其算法的具体实现。答：1、基本思想：从最上面的一条扫描线开始工作，向下对每一条扫描线进行处理。在处理当前扫描线时，开一个一维数组作为当前扫描线的Z-buffer。首先找出与当前扫描线相关的多边形，以及每个多边形中相关的边对。对每一个边对之间的小区间上的各象素，计算深度，并与Z-buffer中的值比较，找出各象素处可见平面，计算颜色，写帧缓存。对深度计算，采用增量算法。2、算法的具体实现：首先，建立几个类classpolygon{ public: doublea,b,c,d; ShapeTypType; intdeltaY,yMax; doubledetaZx,deltaZy; COLORREFcolor; boolvisible; intIP;//,可以将所有的多边形放在一个一维数组中，所在位置即位其ippublic: voidfillPoly(inti,pt3DX[],COLORREFcolor1,intip,ShapeTyptype) {//实现填充多边形的各个变量 }};structEdge{public:ShapeTypType;intdeltaY;doubledeltaX;intIP;doubletopX;inttopY;public: /////引进topY一是为了在将相应的边加入y桶时方便，而是为了判断活化边结束的时候//////////对边的信息进行填充后，deltay!=0决定了将其放入ymax决定的链表中 voidfillEdge(pt3Dx,pt3Dy,intip,ShapeTyptype) {//填充边的各个参数}}；structEdgeLive{public: ShapeTypType; doublexl;intdeltaYl; doubledeltaXl; doublexr;intdeltaYr; doubledeltaXr; doublezl; doubledeltaZx,deltaZy; intIP;public: //////////活化边的填充的时候，说明这两条边肯定不是并行与x轴的直线,， /////////因为在相eldgeBox填入内容的时候应该已经进行了处理};这些准备工作完成之后，有了前期的准备工作三维模型的建立及其可以发生的仿射变换，就可以进行下面的扫描线算了。函数voidScanningZBufffer();的功能便是进行该算法的实现。在实现时，要有一个初始化工作，完成将变化之后各个体的各个面和边放入到合适的链表中。所需得各个链表如下所示： list<polygon>m_AllPoly[800];//存放所有的多边形list<polygon>m_curPoly;//多边形活化链表，用来存放当前正在处理的多边形 list<Edge>m_AllEdge[800];//所有的边 list<EdgeLive>m_curEdge;//边活化链表,用来存放当前处理的边对 函数voidInitialize();负责进行上面的工作。之后便可以进行算法的主体了；程序原代码见附件。8.8简述用缓冲器算法来确定哪一个面被隐藏的方法。答：缓冲器算法设置了一个二维数组，类似于帧缓冲器。但是缓冲器存放的是每个象素点的深度值，而不是帧缓冲器中的颜色值。缓冲器的初始值为某个大的数值，通常是后裁剪平面的距离。在判断像素上的哪个平面更靠近观察者时，就可以简单地比较缓冲器中的深度值和当前平面的深度值。如果当前平面的值比缓冲器中的值小（即距视点更近），则用新值替换原缓冲器中的值，像素的颜色值也变成新平面的颜色值。第九章习题答案9.4局部光照明模型的不足之处是什么？答：1、局部光照明模型仅考虑光源直接照射在景物表面产生的光照效果；2、局部光照明模型通常假定物体表面是光滑的且由理想材料构成；3、局部光照明模型中，环境假设为由白光照明，且反射光和透射光的颜色由用户来选定。9.7叙述和明暗处理技术的基本原理和两者的异同。答：1、明暗处理的基本原理：对离散的光亮度采样作双线性插值以获得一连续的光亮度函数。具体做法是：先计算出多边形顶点处的光亮度值，把它们作为曲面光亮度的采样点，然后再对多边形顶点的光亮度值插值计算出多边形内任一点的光亮度。2、明暗处理的基本原理：对多边形顶点处的法向量采样作双线性插值，在多边形内构造一个连续的法向量函数，依据这一函数计算的多边形内各采样点的法向量带入光亮度计算公式，即得到由多边形近似表示的曲面在各采样点处的光亮度。3、相同点：过程中都采用了双线性插值。4、不同点：（1）、对光亮度进行双线性插值，是线性光亮度插值，计算简单；对法向量进行双线性插值，最终是非线性光亮度差值，计算量比较大。（2）、不能正确地模拟高光；