计算机图形学期末复习[1]备课讲稿

计算机图形学期末复习[1]计算机图形学期末复习第一章绪论●名词解释：图形、图像、点阵法、参数法。

图形：是指能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象。

点阵法：是具有灰度或颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形有哪些点组成，这些点具有什么灰度或色彩。

图形包括哪方面的要素参数法：是以计算机所记录的图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。

把参数法描述的图形叫做图形；把点阵法描述的图形叫做图像。

●图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？图形的要素可以分为两类，一类是刻画形状的点、线、面、体等几何要素；另一类是反应物体本身固有属性，如表面属性或材质的明暗、灰度、色彩（颜色信息）等非几何要素。

在计算机中表示带有颜色及形状的图和形常用两种方法：点阵法和参数法。

●什么叫计算机图形学？分析计算机图形学、数字图像处理和计算机视觉学科间的关系。

计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法、和技术的一门学科。

计算机图形学试图将参数形式的数据描述转换生成（逼真的）图像。

数据图像处理则着重强调图像之间进行变换，它旨在对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果，计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术，它模拟对客观事物模式的识别过程，是从图像到特征数据对象的描述表达处理过程。

●有关计算机图形学的软件标准有哪些？标准有：计算机图形核心系统（GKS）及其语言联编、三维图形核心系统（GKS-3D）及其语言联编、程序员层次交互式图形系统（PHIGS）及其语言联编、计算机图形元文件(CGM)、计算机图形接口（CGI）、基本图形转换规范（IGES）、产品数据转换规范（STEP）等。

●试发挥你的想象力，举例说明计算机图形学有哪些应用范围，解决的问题是什么？近年来计算机图形学已经广泛地用于多种领域，如科学、医药、商业、工业、政府部门、艺术、娱乐业、广告业、教育和培训等。

第二章计算机图形系统及图形硬件●名词解释：刷新、刷新频率、像素点、屏幕分辨率、位平面、屏幕坐标系。

刷新：消除因时间间隔造成的内容或状态不一致。

分为手动和自动两种。

一般用于内容或状态变化较频繁的地方。

刷新频率：每秒钟屏幕图像刷新的次数。

像素点：是指图形显示在屏幕上时，按当前的图形显示分辨率所能提供的最小元素点。

屏幕分辨率：也称光栅分辨率或物理分辨率，通常用水平方向上的光点数与垂直方向上的光点数的乘积来表示。

位平面：帧缓存被分成若干个独立的存储区域，每一个区域成为一个位面。

屏幕坐标系：图形显示器坐标原点定义在屏幕的左上角，但也有的讲原点定义在屏幕左下角。

其中像素点（X,Y）坐标的取值范围是0到x或y方向的最大分辨率-1。

●一个交互式计算机图形系统必须具有哪几种功能？其结构如何？应该具有计算、存储、交互（对话）、输入和输出等5种功能。

其结构由图形软件和图形硬件两部分组成。

图形软件由图形应用数据结构、图形应用软件和图形支撑软件组成；图形硬件由图形计算机系统和图形设备组成。

●试列举出你所知道的图形输入与输出设备。

图形输入设备：键盘、鼠标器、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球和空间球、数据手套、数字化仪、图像扫描仪、声频输入系统和视频输入系统等。

图形输出设备：阴极射线管、CRT图形显示器、平板显示器和三维观察设备等。

●阴极射线管由哪几部分组成？它们的功能分别是什么？阴极射线管由电子枪、偏转系统和荧光屏组成。

电子枪的主要功能是产生一个沿管轴（Z轴）方向前进的高速的细电子束，用于轰击荧光屏；偏转系统的功能是使荧光屏上所有位置显示图形及字符；CRT荧光屏的功能是显示图形和字符。

●简述荫罩式彩色阴极射线管的结构和工作原理。

荫罩式彩色阴极射线管结构：在荫罩前面的三色荧光屏（玻璃屏）上交错涂满了成百万个能够分别发出红绿蓝三色光的荧光小点，尾部装有三只电子枪，每只枪都由阴极，控制栅极，加速极和聚焦极组成。

在离荧光屏1cm处安装了一块薄钢板制成的网板称为荫罩板。

工作原理：电子枪发射的电子束去轰击各自的荧光粉单元，受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光，从而混合产生不同色彩的像素，大量的不同色彩的像素组成了一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的清晰而细腻的图像。

●图形的硬拷设备有哪些？简述其各自的特点。

硬拷设备有：打印机、绘图仪。

打印机是画点设备，分为撞击式和非撞击式两种。

撞击式打印机主要指针式打印机，它隔着色带将某种点阵图案压在纸上。

非撞击式打印机包括激光打印机、喷墨打印机、热转印打印机、染料热升华打印机和静电打印机等。

第三章用户接口与交互式技术●名词解释：橡皮筋技术。

橡皮筋技术是指针对用户的要求，动态地将绘图过程表现出来，直到产生用户满意的结果为止，其中最基本的工作是动态、连续地改变相关点的设备坐标。

●PHIGS和GKS图形软件标准有哪6种逻辑输入设备？试评价这6种逻辑分类方法。

设备分别为：定位设备、笔画设备、数值设备、选择设备、拾取设备和字符设备。

定位设备用于在屏幕上交互地指定一个点的坐标位置；笔画设备用于在屏幕上交互地指定多个点的坐标位置，等于多次使用定位设备；定值设备用于输入各种参数和数据；字符串设备用于输入字符串，典型设备是键盘；选择设备用于选择菜单选项、属性选项和用于构图的对象形状等。

拾取设备是用于选择场景中即将进行变换、编辑和处理的部分。

第五章基本图形生成算法●名词解释：扫描转换：在矢量图形中，多边形用定点序列来表示，为了在光栅显示器或打印机等设备上显示多边形，必须把它转换为点阵表示。

4-连通区域指从区域上一点出发，通过访问已知点的4-邻接点，在不越出区域的前提下，遍历区域内的所有像素，8-连通区域指通过访问区域内已知点的8-邻接点来遍历整个区域用离散量表示连续量而引起的失真就叫走样。

为了提高图形的显示质量，需要减少或消除走样现象，就叫做反走样。

图形的集合变换是指对图形的集合信息经过平移、比例、旋转等变换后产生恶心的图形。

●5.2分别利用DDA算法，中点Bresenham算法和Bresenham算法扫描转换直线段P1P2，其中P1为（0,0），P2为（8,6）。

Void DDA（int x0,int y0,int x1,int y1,int color）{int i,dx,dy,x,y,e; float xi,yi;x=x0;y=y0;dx=x1-x0;dy=y1-y0;if(abs(dx)>abs(dy))e=abs(dx);elsee=abs(dy);xi=(float)dx/(float)e;yi=(float)dx/(float)e;for(i=0;i<=e;i++){Putpixel((int)(x+0.5),(int)(y+0.5),color);x+=xi;y+=yi;}}解法：DDA算法:dx=8,dy=6所以epsl=dx=8 所以xIncre=1,yIncre=6.0/8.0=0.75所以，直线经过的点如下表：中点MidBresenham算法：Void Bresenham(int x0,int y0,int x1,int y1,int color){int dx,dy,d,upi,downi,n,x,y;if(x0>x1){n=x1;x1=x0;x0=n;n=y1;y1=y0;y0=n;}x=x0;y=y0;dx=x1-x0;dy=y1-y0;d=dx-2*dy;upi=2*dx-2*dy;downi=-2*dy;while(x<=x1){putpixel(x,y,color);x++;if(d<0){y++;d+=upi;}elsed+=downi;}}初始值：dx=8,dy=6,d=dx-2dy=8-2*6=-4, 2dx-2dy=4,-2dy=-12 所以，直线经过的点如下：Bresenham算法：void Bresenham(int x0,int y0,int x1,int y1,int color){int dx,dy,e,n,x,y;x=x0;y=y0;dx=x1-x0;dy=y1-y0;e=-dx;while(x<=x1){putpixel(x,y,color);x++;e=e+2*dy;if(e>0){y++;e=e-2*dx;} } }初始值：dx=8;dy=6;e=-8;2dy=12;-2dx=-16; 所以，直线经过的点如下：●5.6利用中点Bresenham 算法扫描转换圆心在原点，半径为8的圆。

答：初始值 x=0,y=r=8;d=1-r=-7;在第一象限的点如下：第六章 二维变换及二维观察 ●名词解释：所谓齐次坐标表示就是用n+1维向量表示n 维向量。

规范化齐次坐标表示就是h=1的齐次坐标表示。

●6.2已知二维变换矩阵D 2T =⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛s m l q d c p b a如果对二维图形各坐标进行变换，试说明矩阵在各元素在变换中的作用。

答：平移作用：l x 方向平移，m y 方向平移。

比例变换：a x 坐标以a 倍变换，d y 坐标以d 倍变换 旋转作用：b c 是旋转的角度。

●6.3试推导将二维平面上任意直线段p1(x1,y1)p2(x2,y2)转换成与x 轴重合的变换矩阵。

解：平移直线到x 轴，平移量为（-x1，-y1） 然后旋转平移后的直线：当1212x x y y -->0时， a=arctan 1212x x y y --当1212y x x y --<=0时， a=180-arctan 1212x x y y --则 顺时针旋转角度即为a, 此时 直线变为重合x 轴其中，旋转变换矩阵为：⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1000)cos()sin(0sin(a)-)cos(a a a 平移变换矩阵为：⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--111010001y x 则综合变换矩阵为：⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1000)cos()sin(0sin(a)-)cos(a a a ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--111010001y x =⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---1110)cos()sin(0)sin()(cos y x a a a a ●6.5试证明下列操作序列的变换矩阵满足交换律： （1）两个连续的旋转变换。

（2）两个连续的平移变换。

（3）两个连续的比例变换。

（4）一个整体比例变换和一个旋转变换。

（5）一个绕原点的旋转变换和一个对称于原点的比例变换。

证明：（1）因为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-10001cos 1sin 01sin 1cos θθθθ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-10002cos 2sin 02sin 2cos θθθθ= ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-10002cos 2sin 02sin 2cos θθθθ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-10001cos 1sin 01sin 1cos θθθθ所以得证。