计算机图形学总结

1、图形学简介

1.1、解释计算机图形学中图形与图像两个概念的区别。

答：图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图。即由计算机绘制的直线、圆、矩形、曲线、图表等；而图像是由扫描仪、摄像机等输入设备捕捉实际的画面产生的数字图像，是由像素点阵构成的位图。（百度知道）

·从广义上说，凡是能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。它包括人年说观察到的自然界的景物，用照相机等设别所获得的图片，用绘图工具绘制的工程图，各种人工美术绘画和用数学方法描述的图形等。

·图形学中的图形一般是指由点、线、面、体等几何要素(geometric attribute)和明暗、灰度（亮度）、色彩等视觉要素(visual attribute)构成的，从现实世界中抽象出来的图或形。图形强调所表达对象的点、线、面、结构等几何要素。

·而图像则只是指一个二维的像素集合，至于这个集合所构成的图案的意义、几何元素等，计算机并不知晓。可以一条直线作比方来说明。

1.2、解释“计算机图形学” 研究的主要内容。

答：是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及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。（百度百科）

·Modeling建模

构建三维模型的场景

·Rendering 绘制(渲染)

渲染的三维模型，计算每个像素的颜色。颜色是有关照明，环境，对象材料等。

·Animation动画

1.3、能列举计算机图形学的一些应用实例。

答：CAD工业制造仿真、电影特效合成、3D动画、3D游戏……

2、Graphic Devices in Computer System

2.1、了解图形输出设备中“阴极射线管(CRT)”的主要工作原理。

答：显示屏、电子枪、和偏转控制装置三部分组成。当灯丝被加热时，电子枪阴极释放出电子，电子经过聚焦系统和加速系统后形成电子束，经过偏转控制装置时轨迹发生变化，打在显示屏磷粉涂层上发光。

·Storing: 为每个象素设置一个电容维持一定的电压，使象素持续发光。

·Refresh: 不断重复轰击像素，使其不断重复发光；由于人眼的视觉暂留效应，就会产生象素持续发光的印象。

2.2、解释“随机扫描显示器”与“光栅扫描显示器”的不同。

答：随机扫描显示器显示图形时，电子束的移动方式是随机的,电子束可以在任意方向上自由移动，按照显示命令用画线的方式绘出图形，因此也称矢量显示器。而光栅扫描显示器显示图形时，电子束依照固定的扫描线和规定的扫描顺序进行扫描。电子束先从荧光屏左上角开始，向右扫一条水平线，然后迅速地回扫到左边偏下一点的位置，再扫第二条水平线，照此固定的路径及顺序扫下去，直到最后一条水平线，即完成了整个屏幕的扫描。随机扫描显示器依靠显示文件对屏幕图形进行刷新；光栅扫描显示器则依靠帧缓存实现对屏幕图形的刷新。

·随机扫描显示器（向量显示器）：控制电路比较复杂，不适于显示非常复杂的图像，已基本被淘汰。

·光栅扫描显示器：似乎很笨，但控制简单，可绘制任意复杂的图像，故远远优于vector display；出现以后迅速成为主流，并大大促进了图形学的发展（因其能够绘制任意复杂的图像）。也有采用隔行扫描的，即先扫描所有偶数行，再扫描所有奇数行。

2.3、理解有关光栅扫描显示器的一些主要概念：光栅、像素、扫描线、分辨率(resolusion)、帧缓存(frame buffer)、刷新频率(refresh rate)。

光栅：一个点或点的矩形阵列

像素：一个点或图片元素的光栅

扫描线：一个像素行

分辨率：该点没有可显示的最大数目重叠的CRT被称为该决议

帧缓存：图片定义存储在一个称为帧缓冲区或刷新缓冲区的内存区

刷新率：在其中一张照片是在屏幕上绘制频率称为刷新率

3、Algorithms for Drawing 2D Primitives

答：取整

void line DDA (int xs, int ys, int x e, int y e)

{

int k = abs(xe–xs);

if (abs(ye–ys)>k) then k = abs(ye–ys)；

float xincre = (xe–xs)/k；

float yincre = (ye–ys)/k；

float x, y;

for(i=1; i<=k; i++) {

setPixel(round(x), round(y))；

x = x + xincre；

y = y + yincre；

}

}

3.2解释Bresenham直线算法的基本原理

3.3解释Bresenham画圆算法的基本原理

3.4解释中点圆算法(Midpoint circle algorithm)的基本原理

4、Scan-line Conversion and Area Filling

4.1解释何为扫描转换，解释何为区域填充，两者的区别是什么？

答：光栅图形的一个基本问题是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。区域填充指先将区域的一点赋予指定的颜色，然后将该颜色扩展到整个区域的过程。多边形的扫描转换主要是通过确定穿越区域的扫描线的覆盖区间来填充。区域填充是从给定的位置开始涂描直到指定的边界条件为止。

1.基本思想不同: 多边形的扫描转换是指将多边形的顶点表示转换成点阵表示。在扫描转换过程中利用了多边形各种形式的连贯性。区域填充只改变区域的颜色，不改变区域的表示方法。在填充过程中利用了区域的连通性。

2.算法的要求不同: 在区域填充中要求指定区域内的一点为种子点，然后从这点开始对区域进行着色。对多边形的扫描转换没有这个要求。

3.对边界的要求不同: 在多边形的扫描转换中要求每一条扫描线与多边形边界的交点个数是偶数。在区域填充中要求4连通区域的边界为封闭的8连通区域，而8连通区域的边界为封闭的4连通区域。

4.2理解扫描线填充算法(Scan-line Polygon Fill Algorithm)的基本步骤