武汉大学计算机图形学复习整理

计算机图形学复习整理qfj_2011.1.16

一、图形设备、系统和应用

1、图形系统的组成

图形系统可定义为是计算机硬件、图形输入输出设备、计算机系统软件和图形软件的集合。

一个计算机图形系统起码应具有计算、存储、对话、输入、输出等5个功能。

2、颜色查找表P16

为避免帧缓存的增加，采用颜色查找表来提高灰度级别。帧缓存中数据为颜色查找的索引，颜色查找表必须有2N项，每一项具有W位字宽。当W大于N时，可有2W灰度等级，但每次只有2N个不同灰度等级可用。若要使用2N种以外的灰度等级，需改变颜色查找表中的内容。

1、标准化的作用（1）方便不同系统间的数据交换；（2）方便程序移植；（3）硬件隔离，实现图形

系统的硬件无关性。

2、图形标准的组成、分类

（1）面向图形设备标准：计算机图形元文件(CGM) ，(CRT,绘图仪,打印机，…)；计算机图形接口(CGI) ，（设备驱动程序）

（2）面向图形软件标准：官方标准（标准组织制定的标准）：GKS(Graphical Kernel System) ，PHIGS(Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System) ，其它数据标准

工业标准（事实上的标准）：SGI 等公司的OpenGL ，微软公司的DirectX ，Adobe 公司的PostScript 等等

（3）文件格式标准：基本图形转换规范（IGES ）；产品数据转换规范（STEP ）

1、用户接口的常用形式P130

（1）子程序库：这种形式的基本思想是选择一种合适的高级程序设计语言（如C,C++，Fortran等）作为主语言，用此主语言扩展一系列的过程或函数调用，用以实现有关的图形设计和处理。

GKS ，OpenGL 等

优点：使用方便、便于扩充、便于将用户自己编写的源程序或目标代码加入相应的子程序中，并且可以充分利用高级语言本身具有的功能。

不足：但需要用户熟悉某种通用程序设计语言，修改麻烦，不形象直观。

（2）专用语言：一般为解释性的语言。PostScript ，VRML 等

（3）交互命令：图形界面或命令行方式，进行人机交互。常用操作：增、删、改操作（常用三表结构实现）

2、输入控制

（1）请求方式(程序初始化设备，即输入设备的初始化是在应用程序中设置的。)

缺点：效率低，不能同时工作。

（2）取样方式(程序和设备同时工作)

优点：该模式不像请求模式那样要求用户有一明显的动作，它对连续的信息流输入比较方便，也可同时处理多个输入设备的输入信息。

缺点：当处理某一种输入耗费的时间较长时，可能会失掉某些输入信息。

（3）事件方式(设备初始化程序)：输入设备和程序独立运行。

2、区域填充（边界的处理应注意的问题，活化边表算法，种子点，连通区域的

概念及其边界条件）

(1)边界的处理应注意的问题

存在问题：

1)多边形顶点与扫描线相交，交点数量计算不当会产生交点配对错误。

解决方式：下闭上开；

2)边界像素是否填充，处理不当造成填充不足或填充范围扩大化。

解决方式：左闭右开

(2)活化边表算法

扫描线算法：

对于一条扫描线填充过程可以分为四个步骤：（1）求交（2）排序（3）配对（4）填色

假定当前扫描线与多边形某一条边的交点的x坐标为x，则下一条扫描线与该边的交点不要重计算，只要加一个增量△x。

设该边的直线方程为：

ax+by+c=0

若y ＝y i ，x ＝x i ；则当y = y i+1 时（即到下一条扫描线时）：

;)(111a

b x

c y b a x i i i i -=-⋅-=++ 其中 a

b

x -=∆ 为常数

优点：

充分利用了多边形各边的连续性和扫描线的连贯性，减少了求交计算，提高了效率； 缺点：

数据结构复杂，只适宜纯软件方式实现，很难用硬件实现。

(3)种子点,连通区域的概念及其边界条件 P185

种子点算法原理：假设在多边形区域内部有一已知像素，由此出发找到区域内的所以元素。

4连通的区域: 取区域内任意两点，在该区域内若从其中一点出发通过上、下、左、右四种运动可到达另一点。

8连通区域: 取区域内任意两点，若从其中任一点出发，在该区域内通过沿水平方向、垂直方向和对角线方向的八种运动可到达另一点。 简单的种子点填充算法：

给定区域G 一种子点（x , y ）首先判断该点是否是区域内的一点，如果是，则将该点填充为新的颜色，然后将该点周围的四个点（四连通）或八个点（八连通）作为新的种子点进行同样的处理，通过这种扩散完成对整个区域的填充 。

存在问题：多个像素重复入栈，带来了效率和存储空间的问题 扫描线种子填充算法：

① 将算法设置的堆栈置为空。将给定的种子点（x, y ）压入堆栈； ② 如果堆栈为空，算法结束；否则取栈顶元素（x, y ）作为种子点；

③ 从种子点（x, y ）开始，沿纵坐标为y 的当前扫描线向左右两个方向逐个像素用新的颜色值进行填充，直到边界为止。设区间两边界的横坐标分别为xleft 和xright ；

④在与当前扫描线相邻的上下两条扫描线上，以区间[xleft,xright]为搜索范围，求出需要填充的各小区间，把各小区间中最右边的点并作为种子点压入堆栈，转到②。

3、裁减（编码裁剪、中点分割算法、多边形的逐边裁剪算法及注意的问题）P199 （1）编码裁剪：Cohen-Sutherland裁剪

基本思想：

对于每条线段P1P2分为三种情况处理分为三种情况处理:

若P1P2完全在窗口内，则显示该线段；

若P1P2明显在窗口外，则丢弃该线段；

若线段不满足①或②的条件，则在窗口（或其延长线）与线段的交点处把线段分为两段。其中一段完全在窗口外，可弃之；然后对另一段重复上述处理。

为快速判断，采用如下编码方法：每个区域赋予4 位编码

算法：

①对线段的两个端点P1、P2进行按其所处的位置进行编码，分别记为code1、code2；

②如果code1=0且code2=0,说明线段在窗口内，全部可见；否则到③；

③若code1&code2≠0，则说明线段在某一窗口边的延长线的外侧，全部不可见；否则到④；

④在线段与窗口延长线的交点处把线段分为两段，并对两段分别编码。其中交点看作是两个点，一个在与之相交的窗口延长线外侧，一个在内侧。两段线段分别进行①～④的判断过程，则其中一段必然符合③的条件，可弃之；另一段重复①～④的处理，直到剩余部分的线段完全可见或完全不可见。

（2）中点分割算法

基本思想：

与前一种Cohen-Sutherland算法一样首先对线段端点进行编码，并把线段与窗口的关系分为三种情况:

①完全可见；

②完全不可见；

③部分可见。