计算机图形学

计算机图形学1、计算机图形学：计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理和显示的学科。

2、计算机图形学主要研究内容：1）计算机图形的表示方法2）利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法3）图形硬件，图形标准，图形交互技术，光栅图形生成算法，曲线曲面造型，实体造型，真实感图形计算与显示算法，科学计算可视化，计算机动画，自然景物仿真，虚拟现实3、图形与图像的区别：1）图像是指计算机内以位图形式存在的灰度信息；2）图形含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的4、计算机图形学的最高奖是以Coons的名字命名的，即Steven A.Coons奖。

5、1970年，Bouknight提出第一个光反射模型1971年，Gourand提出“漫反射模型+插值”的思想，被称为Gourand明暗处理1975年，Phong提出简单光照模型----Phong模型1980年，Whitted提出光透视模型----Whitted模型6、计算机应用领域（知道六个）：计算机辅助设计与制造、真实感图形实时绘制与自然景物仿真、计算机动画、用户接口、计算机艺术7、图形系统组成：图形处理器、图形输入设备和输出设备8、CRT显示器简易结构：电子枪、聚焦系统、加速系统、磁偏转系统、加热灯丝、金属阴极、电平控制器、水平偏转板、垂直偏转板、荧光屏1）大约达到每秒60帧即60Hz时，人眼才能感觉不到屏幕闪烁，85Hz以上刷新频率比较舒服2）如将红、绿两个电子枪关了，屏幕上就只显示蓝色了，如果每一个电子枪都有256级（8级）的强度控制，那么这个显像管所能产生的颜色就是平时所说的24位真彩色了。

9、LCD基本技术指标：1）可视角度2）点距和分辨率10、有显示系统就有图形处理器（俗称显卡），显示主芯片是显卡的核心（俗称cpu），主要任务是对系统输入的视频信息进行构建和渲染11、区域填充：二维图形的光栅化必须确定区域对应的像素集，并用指定的属性或图案显示，即区域填充。

12、走样：因像素逼近误差，使所画图形产生畸变（台阶、锯齿）的现象称之为走样。

用于减少或消除走样的技术称为反走样。

或：用离散量表示连续量引起的失真现象称为走样13、消隐：把隐藏的部分从图中删除14、19--23页，数值微分法，中点画线法，Bresenham算法。

三个直线扫描转换算法三选一。

15、多边形两种重要的表示方法：1）顶点表示2）点阵表示16、多边形扫描转换：把多边形的顶点表示转换为点阵表示，这种转换称为多边形的扫描转换。

17、扫描线算法：扫描线多边形区域填充算法是按照扫描线顺序，计算扫描线与多边形的相交区间，再用要求的颜色显示这些区间的像素，以完成填充工作。

（26页）四个步骤：1）求交2）排序3）配对4）填色18、扫描线算法交点取舍方法：（结合27页图）1）若扫描线与多边形相交的边分处扫描线的两侧，则计一个交点。

2）若扫描线与多边形相交的边分处扫描线同侧，两种情况书上3）若扫描线与多边形边界重合(当要区分边界和边界内区域时需要特殊处理)，则计一个交点。

19、边界标志算法基本思想：在帧缓冲期中对多边形的每条边进行直线扫描转换，即对多边形边界所经过的像素打上标识；然后再采用和扫描算法类似的方法将位于多边形内的各个区段着上所需颜色。

20、四连通区域：指的是从区域上一点出发，可通过四个方向（上下左右）移动的组合，在不越出区域的前提下，到达区域内的任意像素。

21、八连通区域：同上，不过是八个方向（同八卦，你懂的）22、区域填充的扫描线算法4个步骤：1）初始化2）出栈3）填充并确定种子点所在区段4）确定新的种子点23、字符的种类：1）点阵型2）矢量型（32页图）24、裁剪：一种选择过程，计算机内存储的图形往往比较大，屏幕只能显示一部分，因此需要确定图形中哪些部分落在显示区之内，哪些落在显示区之外，这样便于只显示落在显示区内的那部分图形，以提高显示效率。

25、裁剪算法（3种）：1）Chhen-Sutherland法2) 中点分割法3）梁友栋-Barskey裁剪算法26、Chohen-Sutherland 算法基本原理：该算法的思想是，对于每条线段P1P2分为三种情况处理：1）若P2P2完全在窗口内，则显示该线段P1P2，简称“取”之2）若P1P2明显在窗口外，则丢弃该线段，简称“弃”之3）若线段既不满足1），也不满足2），则在交点处把线段分为两段，其中一段完全在窗口外，可丢弃，然后对另一段重复上述处理。

27、多边形裁剪区域编码：（34页图）28、中点分割算法：三种情况同上，结合图从（结合35页图）29、多边形裁剪：基本思想是一次用窗口的一条边框裁剪多边形（结合37页图）四种位置关系30、反走样方法（3种）：1）提高分辨率2）区域采样3）加权区域采样31、（56页）第二题、第八题32、曲面模型：（57页）在线框模型的基础上，增加了物体中面的信息，用免的几何来表示物体，而用环来定义面的边界。

33、曲线曲面的表示：曲线曲面的表示方程有参数表示和非参数表示之分，非参数表示又分为显示表示和隐式表示。

34、光顺：光顺通俗的含义是指曲线的拐点不能太多，曲线拐来拐去就会不顺眼。

对平面曲线而言，相对光顺德条件如下：1）具有二阶几何连续性（G2）2）不存在多余拐点和奇异点3）曲率变化较小35、参数化的四种方法：1）均匀参数化2）累加弦长参数化3）向心参数化法4）修正弦长参数化法36:、（64页）公式字母的含义37、Bezier曲线：端点性质：1）曲线端点位置矢量2）切矢量3）二阶导矢4）k阶导函数的差分表示对称性：控制顶点……凸包性：几何不变性：变差缩减性：仿射不变性：38、Bezier曲线的拼接：（70页图）39、B样条曲线类型（四种）：1）均匀B样条曲线2）准均匀B样条曲线3）分段Bezier曲线4）非均匀B样条曲线40、正则形体：对于任一形体，如果它是三维欧式空间R3中非空、有边界的封闭子集，且其边界是二维流形（即该形体是连通的），那么该形体为正则形体，否则为非正则形体。

41、形体表示模型：1）分解表示2）构造表示3) 边界表示42、构造表示：1）扫描表示2）构造实体几何表示3）特征表示43、构造实体几何表示（CSG）：表示是通过对体素定义运算而得到新的形体的一种表示方法，体素可以是立方体、圆柱和圆锥等几何体，也可以是半空间，其运算为几何变换或正则集合运算并、交、差。

CSG表示可以看成是一颗有序的二叉树，其终端节点或是体素或是形体变换参数；非终结点或是正则的集合运算，或是几何变换（平移和、或旋转）操作，这种运算或变换只对其紧接着的子节点（子形体）起作用。

每颗子树（非变换叶子节点）表示其下两个节点组合及变换的结果44、边界表示的思想：又称BR或BRep，它是几何造型中最成熟、无二义的表示法。

实体的边界通常是由面的并集表示，而每个面又由它所在曲面的定义加上其边界来表示，面的边界是边的并集，而边又是由点来表示的。

45、边界表示数据结构：1）半边数据结构2）翼边数据结构3）辐射边数据结构46、欧拉操作：（102）10步47、（122）第二题、第六题48、颜色视觉：从心理学和视觉角度分析，颜色有如下三个特性：色调、饱和度、亮度从光学物理学角度出发，颜色有如下三个特性：主波长、纯度、明度49、异谱同色：光谱与颜色的对应关系是多对一的，也就是说，具有不同光谱分布的光产生的颜色感觉是有可能一样的，这种现象就是异谱同色。

50、RGB颜色模型通常使用于彩色阴极射线管等彩色光栅图形显示设备中51、Phong光照明模型：公式（134页第一个公式）52、双线性光强插值（Gouraud明暗处理）基本算法：1）计算多边形顶点的平均法向2）用Phong光照明模型计算顶点的平均光强3）插值计算离散边上的各点光强4）插值计算多边形内域各点的光强53、双线性法向插值(Phong明暗处理)与双线性光强插值相比特点：1）保留双线性插值，对多边形边上的点和内域各点采用增量法2）对顶点的法向量进行插值，而顶点的法向量用相邻的多边形的法向量的平均这得到3）由插值得到的法向量，计算每个像素的光亮度4）假定光源与视点均在无穷远处，光强只是法向量的函数54、纹理：1）颜色纹理2）几何纹理55、光线跟踪算法：（149）56、跟踪的终止条件：1）该光线未碰到任何物体2）该光线碰到了背景3）光线在经过多次反射和折射以后会产生衰减，光线对于视点的光强贡献值很小（小于某个设定值）4）光线反射或折射次数即跟踪深度大于给定值57、（169页）第九题58、齐次坐标：所谓齐次坐标，就是将一个原本是n维的向量用一个n+1维的向量来表示59、二维图形的几何变换：（207页）必考一大题15分60、投影变换分类：把三维物体变为二维图形表示的过程称为投影变换。

（212附录图）分值：填空20空每空1分简答题5个每个6分计算2题15分；2题10分。

*(不全之处请大家补充，祝大家期末全过)。