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一、單選題1.參數(shù)多項(xiàng)式曲線采用矩陣表示為:P(t)=GMT,t[0,1],其中矩陣()決定了多項(xiàng)式曲線的A、GB、MC、T3.下列是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用的軟件是()。B、Photoshop5.使用二維圖形變換矩陣對(duì)圖形進(jìn)行幾何變換,將產(chǎn)生變換的結(jié)果為()。A、圖形放大2倍B、圖形放大2倍,同時(shí)沿X、Y坐標(biāo)軸方向各移動(dòng)1個(gè)繪圖單位C、沿X坐標(biāo)軸方向移動(dòng)2個(gè)繪圖單位D、沿X坐標(biāo)軸方向放大2倍,同時(shí)沿X、Y坐標(biāo)軸方向各平移1個(gè)繪圖單位答案:D6.直線段DDA掃描轉(zhuǎn)換算法中,當(dāng)斜率m>1時(shí),x方向的增量△x和y方向的增量△y分別是()。A、1和mB、m和1答案:DA、平移變換T(3,4)B、放縮變換S(2,1)答案:B由PPPP四控制頂點(diǎn)生成,下列關(guān)于此曲線的敘述中錯(cuò)誤的0123D、終止點(diǎn)的答案:C9.用射線法進(jìn)行點(diǎn)與多邊形之間的包含關(guān)系檢測(cè)時(shí),需要計(jì)算射線與多邊形的交點(diǎn)。下圖點(diǎn)A、2B、3C、4D、5答案:B10.中點(diǎn)法掃描轉(zhuǎn)換以(0,0),(4,3)為端點(diǎn)的直線段時(shí),不經(jīng)過下面()點(diǎn)。B、(3,2)11.在三維齊次幾何變換矩陣中(如下),平移變換對(duì)應(yīng)的矩陣元素中非零元素個(gè)數(shù)可能是A、2B、4C、6D、812.下列參數(shù)中,()是建立觀察空間的參數(shù)。A、投影參考點(diǎn)PRPB、觀察參考點(diǎn)VRPC、前裁剪面D、后裁剪面13.采用編碼(Cohen-Sutherland)裁剪算法裁剪右下圖中線段AB、CD、EF,第一次裁剪判斷后,線段()被丟棄。A、ABB、CDC、EFD、AB和CD答案:B14.多邊形掃描線掃描轉(zhuǎn)換算法中,對(duì)于掃描線同各邊的交點(diǎn)的處理有特殊性。當(dāng)掃描線通過多邊形頂點(diǎn)時(shí),且該頂點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的兩條邊分別在掃面線的上下兩側(cè),那么該掃描線與這兩條邊的交點(diǎn)數(shù)計(jì)為()個(gè)交點(diǎn)。A、0B、1C、2D、3答案:B15.多邊形逐邊(Sutherland-Hodgman)裁剪算法的結(jié)果中,多邊形個(gè)數(shù)最多有()。A、0B、1C、2D、不好確定答案:B16.采用插值法進(jìn)行光滑著色時(shí),下列()敘述不正確。A、Gouraud(高洛德)B、Phong(馮)C、兩D、兩答案:C17.物體的方法是用多邊形頂點(diǎn)的顏色進(jìn)行插值生成中間點(diǎn)的顏色方法是對(duì)頂點(diǎn)的法向量進(jìn)行插值計(jì)算出中間點(diǎn)的法向量種方法利用光照方程計(jì)算顏色的時(shí)間復(fù)雜性一致種方法利用雙線性插值計(jì)算中間值的時(shí)間復(fù)雜性一致漫反射系數(shù)kd決定了物體顏色。如果RGB三個(gè)分量的kd值為(1,0,1)。且光源是黃色的,即RGB值為(1,1,0),那么物體的顏色是()。A、黃色B、藍(lán)色C、白色D、紅色答案:D18.三次Bezier曲線有四條基函數(shù),分別按0,1,2,3進(jìn)行編號(hào)排序,那么編號(hào)為1的基函數(shù)在t=()時(shí)為最大值。A、0B、1/3C、2/3D、1答案:B19.對(duì)三階Bezier曲線而言,移動(dòng)第1(從0開始)個(gè)控制頂點(diǎn)P時(shí),對(duì)應(yīng)參數(shù)t=()的曲1線上的點(diǎn)變化最大。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第4頁共30頁
A、0B、1/3C、2/3D、1答案:B20.線段的編碼裁剪算所在直線有交點(diǎn)的表達(dá)式為()。A、(c1&&c2)!=0法中,若線段端點(diǎn)的編碼分別為c1和c2,則判斷線段與裁剪窗口某邊B、(c1&&c2)=0C、(c1&c2)!=0D、(c1&c2)=0答案:C21.下列不是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)A、計(jì)算機(jī)(CAD)B、科學(xué)計(jì)算可視化應(yīng)用的是()。輔助設(shè)計(jì)C、人事信息管理系統(tǒng)D、地理信息系統(tǒng)(GIS)答案:C22.在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)A、幾何屬性與非幾何屬性B、幾何屬性與物理屬性C、點(diǎn)陣屬性與矢量屬性D、物理屬性與顏色屬性答案:A的概念中,圖形的構(gòu)成要素(屬性)包括()。23.透視投影中的一點(diǎn)透視、兩點(diǎn)透視和三點(diǎn)透視的劃分是根據(jù)()。A、與投影平面相交的坐標(biāo)軸的個(gè)數(shù)B、與坐標(biāo)軸平行的圖形線段的縮小比例C、投影射線與平面形成的角度D、投影中心與投影平面的距離答案:A24.二維圖形A、關(guān)于窗口裁剪B、窗口到視區(qū)的變換C、掃描轉(zhuǎn)換顯示流程中,圖形坐標(biāo)系發(fā)生變化的步驟是()。D、世界坐標(biāo)內(nèi)的變換計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第5頁共30頁
答案:B25.觸摸屏是一種()。A、輸入設(shè)備B、輸出設(shè)備C、既是輸入設(shè)備,又是輸出設(shè)備D、兩者都不是答案:C26.下列()不是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)批準(zhǔn)的圖形標(biāo)準(zhǔn)。A、GKSB、PHIGSC、CGMD、DXF答案:D27.二維平面上的兩條平行直線經(jīng)放縮變換后,這兩條直線的關(guān)系為()。A、平行B、相交C、重合D、ABC都有可能答案:A28.在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中,下列()中,計(jì)算反射光強(qiáng)度時(shí)需要考慮相機(jī)觀察方向。A、環(huán)境光B、漫反射光C、鏡面反射光D、ABC答案:C29.在三維圖形顯示的流程中,圖形的投影變換在()進(jìn)行。A、局部坐標(biāo)系B、世界坐標(biāo)系C、觀察坐標(biāo)系D、屏幕坐標(biāo)系答案:C30.下列()是用于在觀察坐標(biāo)系中建立視見體的參數(shù)。A、觀察參考點(diǎn)B、投影參考點(diǎn)C、投影面計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第6頁共30頁
1.圖為某油田油井分布圖,圓點(diǎn)處為油井,每口油井的位置(x,y坐標(biāo)值)和產(chǎn)油量已知,判斷每口井是否在多邊形內(nèi)??刹捎蒙渚€法判斷,將井作為點(diǎn),從點(diǎn)作射線,計(jì)算射線與多邊形交點(diǎn)個(gè)數(shù)。若射線與多邊形邊界交點(diǎn)個(gè)數(shù)為奇數(shù)則說明井在多邊形內(nèi),否則在多邊形內(nèi)外部。2.如圖所示,已知空間有三角形B和四邊形A,xy為投影平面。根據(jù)Z緩沖消隱算法,簡(jiǎn)述生成像素P的顏色的過程。假設(shè)先投影三角形B,再投影四邊形A。B上的點(diǎn)到像素P時(shí),其深答案:(1)Z緩沖器各單元初始值賦最小值。(2)投影三角形BP度值>初始值,修改幀緩沖器的顏色為的顏色,同時(shí)像素的深度值為。(3)投影三A角形的上點(diǎn)到像素PZZ時(shí),其深度值>,不修改幀緩沖器和深度緩沖單元的值。213.現(xiàn)有圖形幾何變換矩陣,應(yīng)用該矩陣對(duì)圖形進(jìn)行幾何變換,變換后原圖形發(fā)生了什么變化?并說明原因。答案:變換后的圖形與原圖形相比X值放大2倍,且圖形整體上平移了(1,3)單位。設(shè)原圖形上點(diǎn)P的坐標(biāo)為(x,y),變換后的坐標(biāo)為。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第7頁共5.構(gòu)造Bezier曲線的基本條件有哪些?并寫出n次Bezier曲線的定義。(2)n+1個(gè)控制頂點(diǎn)Pi(i=0,1,。。。,n)和n+1條基函數(shù)。曲線定義為:nin6.寫出一次Bezier曲線的代數(shù)及矩陣形式,說明其幾何形狀。幾何形狀:2個(gè)控制頂點(diǎn)連接的線段。7.簡(jiǎn)要說明二維圖形顯示的過程,說明窗口裁剪的作用是什么?答案:圖形首先在用戶坐標(biāo)系(即:世界坐標(biāo)系)里可用幾何變換改變位置和方向,再經(jīng)過窗口的裁剪,經(jīng)過裁剪后再變換到視區(qū),在設(shè)備坐標(biāo)系對(duì)圖形進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換,裁剪的作用是選取要顯示的圖形或圖形的一部分,減少圖形的掃描轉(zhuǎn)換計(jì)算最后顯示在目標(biāo)設(shè)備上。量。8.簡(jiǎn)要說明多邊形掃描轉(zhuǎn)換的掃描線算法步驟,并說明掃描線算法優(yōu)于逐點(diǎn)判斷法之處。步驟:(1)計(jì)算掃描線與多邊形邊的交點(diǎn);(2)交點(diǎn)按x從小到大排序;(3)交點(diǎn)兩兩組合,形成線段。優(yōu)點(diǎn):利用相鄰像素之間的連貫性,避免了對(duì)像素的逐點(diǎn)判斷時(shí)反復(fù)求交點(diǎn)的運(yùn)算,達(dá)到了減少計(jì)算量和提高速度的目的。直線方程法主要運(yùn)算:含有乘法、加法和取整運(yùn)算,且都是浮點(diǎn)運(yùn)算;DDA算法主要運(yùn)算:含有加法和取整運(yùn)算,且都是浮點(diǎn)運(yùn)算;中點(diǎn)算法主要運(yùn)算:整數(shù)加法運(yùn)算,可用硬件實(shí)現(xiàn)。10.觀察坐標(biāo)系里一個(gè)三角形和正方形,投影后在投影平面上存在重疊區(qū),如何保證最終的投影時(shí)采用Z-buffer算法三影角形或多邊形時(shí),對(duì)該圖形覆蓋的每個(gè)像素值Z;(2)若Z大于像素深度緩存值時(shí),修改像素的顏色和深度值。進(jìn)行深度檢測(cè)。每個(gè)像素設(shè)置一個(gè)深度緩存,初始值為最小值。投下列處理:(1)計(jì)算其圖形上點(diǎn)的深度三、計(jì)算題1.如圖所示三角形ABC,將其關(guān)于A點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)900,計(jì)算其變換矩陣和變換后圖形各點(diǎn)將三角形ABC的A點(diǎn)平移至原點(diǎn),其變換矩陣為然后將三角形ABC繞原點(diǎn)即A點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)900,其變換矩陣最后再將三角形ABC的A點(diǎn)平移至(2,5),其變換矩陣總變換矩陣T=T3·T2·T1=三角形ABC各點(diǎn)變換后的齊次坐標(biāo):故變換后A點(diǎn)的齊次坐標(biāo)為(2,5,1),B點(diǎn)的齊次坐標(biāo)為(6,4,1),C的齊次坐標(biāo)為(4,9,1)。2.三維觀察坐標(biāo)系Ouvn中,已知n=0為透視投影平面,投影參考點(diǎn)(投影中心)為C(0,0,2)?,F(xiàn)有空間線段P1(1,2,-1)P2(2,4,-1)和線段P3(2,2,-1)P4(3,4,-1),計(jì)算投影后的兩線段頂點(diǎn)坐標(biāo),并說明投影前后兩線段的平行關(guān)系。答案:====對(duì)應(yīng)的幾何坐標(biāo)為(2/3,4/3,0);(4/3,8/3,0)和(4/3,4/3,0);(6/3,4/3,0)。由頂點(diǎn)坐標(biāo)可知,線段在Z=-1平面內(nèi)。投影后Z=0坐標(biāo)平面內(nèi),故可計(jì)算平面內(nèi)的直線斜率。由投影后線段的斜率可知,變換后還保持平行。3.已知一多邊形頂點(diǎn)序列為P1(1,4)P2(1,7)P3(4,7)P4(7,4)P5(5,4)P6(3,1),如圖所示。計(jì)算并寫出邊的分類表(新邊表),給出y=3,4,5,6時(shí)的活性邊表。答案:計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第10頁共30頁7^6^5^4747-1^7410^^132/3^3-2/3活性表:y=34713/32/3^45/3-2/3y=4y=5y=67-1^71076-1^71075-1^7104.在透視投影中,若投影平面與觀察坐標(biāo)系中的三個(gè)坐標(biāo)軸都相交就得到三點(diǎn)透視投影圖。設(shè)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)投影平面為過A(1,0,0),B(0,1,0),C(0,0,1)的平面,投影中標(biāo)原點(diǎn)的透視投影,推導(dǎo)出該三點(diǎn)透視投影的變換矩陣。心為坐答案:連接P和坐標(biāo)原點(diǎn)O,連線OP與投影平面相交于Q點(diǎn),假設(shè)P點(diǎn)得坐標(biāo)為(Up,Vp,Np),則直線OP得參數(shù)方程為utUpvtVpntNp(1)(2)顯然投影平面的方程為:u+v+n=1將式(1)代入式(2)后有:t=1/(Up+Vp+Np)所以Uq=Up/(Up+Vp+Np)Vq=Vp/(Up+Vp+Np)Nq=Np/(Up+Vp+Np)因此可得透視投影變換矩陣為01005.計(jì)算二維平面上點(diǎn)P(2,1)繞點(diǎn)(1,1)旋轉(zhuǎn)60°后點(diǎn)P′的坐標(biāo)。要求寫出計(jì)算過程。(1)先將點(diǎn)(1,1)平移到坐標(biāo)原點(diǎn),變換矩陣為(2)繞坐標(biāo)原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)45°,變換矩陣為(3)再變換到點(diǎn)(1,1),變換矩陣=即P’的坐標(biāo)為()。《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程綜合復(fù)習(xí)資料一、名詞解釋1.平行投影2.像素3.齊次坐標(biāo)7.平面幾何投影4.走樣5.滅點(diǎn)6.造型技術(shù)二、簡(jiǎn)答題1.什么叫遞歸填充算法?說明其實(shí)現(xiàn)過程。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第12頁共30頁2.常見的提高消隱算法效率的方法有哪些?3.請(qǐng)給出Z-Buffer消隱算法的基本原理。4.與隨機(jī)掃描顯示系統(tǒng)相比,光柵掃描顯示系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?5.為什么要制定圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)?目前有哪些國際標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用廣泛的非國際標(biāo)準(zhǔn)?6.簡(jiǎn)述掃描轉(zhuǎn)換直線段的DDA算法基本原理。7.比較線框模型與表面模型的優(yōu)缺點(diǎn)?三、綜合題1.編寫一個(gè)函數(shù),判斷一個(gè)點(diǎn)是否在一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)部。函數(shù)原型為:BOOLIsInRect(POINTp,RECTr),其中POINT為一個(gè)點(diǎn)結(jié)構(gòu),RECT為一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)。structPOINT{structRECT{intleft;intx;inty;}intright;inttop;intbottom;}2.投影中心為點(diǎn)O(0,0,0),投影平面為平行于平面XOY,且z=5。請(qǐng)寫出此透視投影的變換矩陣,并求端點(diǎn)A(5,15,25)和B(30,20,10)的直線段AB在該投影平面的3.編寫一個(gè)函數(shù),給定終點(diǎn)(其率斜在0和1之間),利用中點(diǎn)算法投影。一條線段的起點(diǎn)與對(duì)其進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第13頁共30頁
綜合復(fù)習(xí)資料參考答案一、名詞解釋1.答案:平行投影:平面幾何投影分為兩大類:透視投影與平行投影。它們之間的區(qū)別在于投影中心與投影平面之間的距離不同。當(dāng)投影中心到投影平面之間距離有限時(shí),即為透視投影,當(dāng)這個(gè)距離為無限的時(shí)候,為平行投影。2.答案:像素:一個(gè)CRT在水平和豎直方向單位長(zhǎng)度上能識(shí)別的最大光點(diǎn)數(shù)稱為分辨率。這些光點(diǎn)稱為像素。3.答案:齊次坐標(biāo):點(diǎn)(x,y)的齊次坐標(biāo)定義為(h≠0,xh=hx,yh=hy。事實(shí)上,(點(diǎn)對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)為三維空間的一條直線,該直線上的每一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)同一個(gè)二維坐標(biāo)點(diǎn)(x,y)這種多對(duì)一的映射往往使運(yùn)算雜,所以通常(取x,y)的齊次坐標(biāo)為(x,y,1)。當(dāng)h=0而xh和yh都不等于零時(shí),xh,yh,0)對(duì)應(yīng)二維空間的無窮遠(yuǎn)點(diǎn)。使用齊次坐標(biāo)使得二維圖形的變換可采用統(tǒng)一的矩陣運(yùn)算xh,yh,h),其中x,y)較復(fù)齊次坐標(biāo)(形式實(shí)現(xiàn)。4.答案:走樣:在光柵顯示器上顯示圖形時(shí),直線段或圖形邊界或多或少會(huì)呈現(xiàn)鋸齒狀。原因是圖形信號(hào)是連散的像素。這種用離散的量(像素)表示連續(xù)續(xù)的,而在光柵顯示系統(tǒng)中,用來表示圖形的卻是一個(gè)個(gè)離的量(圖形)而引起的失真,叫做走樣,或稱為混淆。5.答案:滅點(diǎn):不平行于投影平面的平行線,通過透視投影之后交匯(相交)于一點(diǎn),稱為滅點(diǎn)。在三維空間線只在無窮遠(yuǎn)點(diǎn)相交,因而,滅點(diǎn)可看作三維空間的無窮遠(yuǎn)點(diǎn)在投影平面上的投影點(diǎn)。中存在無數(shù)族平行線,從而滅點(diǎn)也有無數(shù)6.答案:造型技術(shù):是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的中,平行三維空間多個(gè)。核心內(nèi)容之一,它研究的是如何在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造出二維、三維物體的模型,并采用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將它用一批數(shù)據(jù)及相互之間的拓?fù)潢P(guān)系表示出來。7.答案:平面幾何投影:從三維空間中一取點(diǎn),稱為投影中心COP(觀察點(diǎn)、視點(diǎn)),從投影中心向物體上各點(diǎn)發(fā)出射線,這些成一個(gè)物體的像,稱為原三維物體在二維投影平面上的投影。這個(gè)過程稱為投影變換。若投影面是平面、投影則稱這種投影變換為平面幾何投影。再定義一個(gè)面(不經(jīng)過投影中心),稱為投影面,射線稱為投影線。投影線相交于投影平面,形線為直線,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第14頁共30頁
1.答案:是指先將區(qū)域內(nèi)的一點(diǎn)(稱為種子點(diǎn))賦予指定的顏色,然后將該顏色擴(kuò)展到整個(gè)區(qū)域的過程。內(nèi)點(diǎn)表示的4連通區(qū)域的遞歸填充算法如下:}2.答案:①利用連貫性②將透視投影變換為平行投影③包圍盒技術(shù)④背面剔除⑤空間分割技術(shù)⑥物體的層次表示。3.答案:Z-Buffer算法不僅需要有幀緩存來存放每個(gè)象素的顏色值,還需要一個(gè)深度緩存來存放Z緩沖器中每個(gè)的極小值,單元的初值可放對(duì)應(yīng)背景顏色的中相應(yīng)單元填值的過程。在把顯示對(duì)象的面上每一點(diǎn)的屬性(顏色或灰度)前,要把這點(diǎn)的z坐標(biāo)值和z緩沖器中相應(yīng)單元的值進(jìn)行比較。只有前者大于后者時(shí)才改變幀緩沖器的一單元的值,同時(shí)z緩沖器中相應(yīng)單元的值也要改成這點(diǎn)的z坐標(biāo)值。如果這點(diǎn)的z坐標(biāo)值小于z緩沖器值,則說明對(duì)應(yīng)象素已經(jīng)顯示了對(duì)象上一個(gè)點(diǎn)的屬性,該點(diǎn)要比考慮的點(diǎn)更接近觀察點(diǎn)。對(duì)顯示對(duì)象的每個(gè)面上的每個(gè)點(diǎn)都做了上述處理后,便可得到消除了隱藏面的圖。單元的值是對(duì)應(yīng)象素點(diǎn)所反映對(duì)象的z坐標(biāo)值。值。圖形消隱的過程就是給幀緩沖器和Z緩沖器入幀緩沖器相應(yīng)單元Z緩沖器中每個(gè)單元的初值取成z幀緩沖器每個(gè)每個(gè)值填那中的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第15頁共30頁Z-Buffer算法(){幀緩存全置為背景色for(每一個(gè)多邊形)for(該多邊形所覆蓋的每個(gè)象素(x,y)){計(jì)算該多邊形在該象素的深度值Z(x,y);{把Z(x,y)存入Z緩存中(x,y)處}}優(yōu)點(diǎn):①成本低②易于繪制填充圖形③具有豐富的顏色④刷新頻率固定,與圖形的復(fù)雜程度無關(guān)⑤易缺點(diǎn):①圖形顯示時(shí)需要掃描轉(zhuǎn)換,這個(gè)過程相當(dāng)費(fèi)時(shí)②會(huì)出現(xiàn)直線段不直、圖形邊界呈階梯狀等走樣現(xiàn)象。5.答案:它在圖形系統(tǒng)中占據(jù)越來越重要的發(fā)專用于自己硬件平臺(tái)的圖形軟件包和相應(yīng)的高級(jí)語言接口,致使圖形軟件包和建立于其上的應(yīng)用程序互不兼容,不具備可移植性,這一方面限制了圖形技術(shù)的發(fā)展,另一方面也阻礙了圖形硬件設(shè)備的推廣普及。為了提高軟件的通用性,圖形軟件包的標(biāo)準(zhǔn)化問題引起了廣泛的重視。因此,制定圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)成為一迫切的任務(wù)。目前的國際標(biāo)準(zhǔn)包括:CGI、CGM、GKS、PHIGS、IGES、STEP等;工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn))包括OpenGL、DirectX、XLib、PostScript等。進(jìn)步,圖形軟件也從無到有、從低到的高不斷發(fā)展起來,并且位置。早期,各硬件廠商生產(chǎn)的圖形設(shè)備具有不同的功能,他們各自開項(xiàng)6.答案:設(shè)過端點(diǎn)P0(x0,y0)、P1(x1,y1)的直線段為L(zhǎng)(P0,P1),則直線段L的斜率L的起點(diǎn)P0的橫坐標(biāo)),用L的直線方程y=kx+b計(jì)算相應(yīng)的y坐標(biāo),并x0向L的終點(diǎn)P1的橫坐標(biāo)x1步進(jìn),取步長(zhǎng)=1(個(gè)象素計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第16頁共30頁取象素點(diǎn)(x,round(y))作為當(dāng)前點(diǎn)的坐標(biāo)。因?yàn)椋簓i+1=kxi+1+b=k1xi+b+kDx=yi+kDx所以,當(dāng)dx=1;yi+1=yi+k。也就是說,當(dāng)x每遞增1,y遞增k(即直線斜率)。根據(jù)這個(gè)原理,我們可以寫出DDA畫線算法程序。DDA畫線算法程序voidDDALine(intx0,inty0,intx1,inty1,intcolor){intx;floatdx,dy,y,k;dx=x1-x0;dy=y1-y0;k=dy/dx,;y=y0;for(x=x0;x<x1;x++){drawpixel(x,int(y+0.5),color);y=y+k;}}7.答案:線框模型是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)較早采用的幾何模型。線框模型中物體只通過頂點(diǎn)和棱邊來描述,雖然所占的存儲(chǔ)空間較少,但沒有包含物體完整的信息,定義的物體存在多義性;此外線框模型不能處理物體的側(cè)影輪廓線,也不能生成剖切圖、消隱圖和明暗色彩圖等,其應(yīng)用范圍有限。集合來表示物體,機(jī)、船舶的一些外表面。質(zhì)。常用于簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述的物體,如汽車、飛表面模型能夠表示物體的外表面的信息,空殼表示的物體模型無法計(jì)算和分析物體的整體性三、綜合題1.答案:BOOLIsInRect(POINTp,RECTr){returnp.x>=r.left&&p.x<=r.right&&p.y>=r.top&&p.y<=r.bottom;}2.答案:計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第17頁共30頁
1)顯然,這是一點(diǎn)透視。投影平面僅切割z軸,z軸是投影平面的法線,只在z軸上有1個(gè)主滅點(diǎn),x軸或y軸的直線也平行于投影平面,沒有滅點(diǎn)。在這個(gè)透視投影中,投影中心為點(diǎn)O(0,0,0);投影平面為平行于平面XOY,且z=5;設(shè)形體上一點(diǎn)P(x,y,z),其在投影平面上的投影為P’(xs,ys,zs),其中zs=5。平行于OP的投影線的參數(shù)方程為:xs=0+(x-0)*t=x*t;(1)(3)ys=0+(y-0)*t=y*t;(2)zs=0+(z-0)*t=z*t;由(3)和zs=5得到:t=5/z;分別代入(1)和(2),得到:xs=5x/z;ys=5y/z;上述透視投影變換可用齊次坐標(biāo)矩陣表示:50500000[xsqysqzqsq]=[xyz1]00005010由上式得:q=z;xs=5x/q=5x/z;ys=5y/q=5y/z;zs=5z/q=5;2)令直線和B’(x2,y2,z2),見下圖。變換矩陣,得到x1=5x/z=5*5/25=1;y1=5y/z=5*15/25=3;z1=5;段AB的端點(diǎn)A(5,15,25)和B(30,20,10)在該投影平面的投影分別為A’(x1,y1,z1)根據(jù)上面的透視投影的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第18頁共30頁x2=5x/z=5*30/10=15;y2=5y/z=5*20/10=10;z2=5;因此,直線段AB在該投影平面的投影為A’(1,3,5)和B’(15,10,5)zABAB投影平面yx3.答案:voidMidpointLine(intx0,inty0,intx1,inty1,intcolor){inta,b,d1,d2,d,x,y;a=y0-y1;b=x1-x0;d=2*a+b;d1=2*a;d2=2*(a+b);x=x0;y=y0;drawpixel(x,y,color);while(x<x1){if(d<0){x++;y++;d+=d2;}else{x++;d+=d1;}drawpixel(x,y,color);}/*while*/}/*midPointLine*/《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程綜合復(fù)習(xí)資料一、名詞解釋1、裁剪2、掃描轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第19頁共30頁3、平面幾何投影4、光柵掃描顯示系統(tǒng)5、走樣6、三基色7、滅點(diǎn)8、地理信息系統(tǒng)9、齊次坐標(biāo)10、平行投影11、CSG樹12、坐標(biāo)變換二、簡(jiǎn)答題1、常見的提高消隱算2、簡(jiǎn)述幾種常見反走樣算3、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)4、在三維圖形法效率的方法有哪些?法的基本原理。的主要研究?jī)?nèi)容是什么?顯示的過程中,為什么一般在投影之前進(jìn)行裁剪?5、簡(jiǎn)述幀緩存與顯示器分辨率之間的計(jì)算關(guān)系。6、什么是科學(xué)計(jì)算可視化?7、Bezier曲線具有哪些性質(zhì)?8、簡(jiǎn)述掃描轉(zhuǎn)換直線段的DDA算法基本原理。9、什么叫遞歸填充算法?說明其實(shí)現(xiàn)過程。10、請(qǐng)給出Z-Buffer消隱算法的基本原理。11、比較線框模型與表面模型的優(yōu)缺點(diǎn)?12、為什么要制定圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)?目前有哪些國際標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用廣泛的非國際標(biāo)準(zhǔn)?13、二維圖形的圖形變換包括哪幾種?結(jié)合圖示說明其變換效果。14、邊填充算法的基本思想及其優(yōu)缺點(diǎn)。15、什么是查色表?利用查色表如何實(shí)現(xiàn)屏幕上像素顏色的顯示?三、綜合題1、請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述Z-Buffer消隱算法的基本思想及其優(yōu)缺點(diǎn)。2、投影中心為點(diǎn)O(0,0,0),投影平面為平行于平面XOY,且z=5。請(qǐng)寫出此透視投影的變換矩陣,并求端點(diǎn)A(5,15,25)和B(30,20,10)的直線段AB在該投影平面的投影。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第20頁共30頁
綜合復(fù)習(xí)資料參考答案一、名詞解釋1、答案:裁剪:在許多應(yīng)用問題中,面對(duì)一張大的畫面,或者是由于實(shí)際需要,或者是顯示屏幕有限,常要求開一個(gè)矩形區(qū)域指定要顯示的部分畫面。這種用來指定圖形顯示內(nèi)容的矩形區(qū)域稱為裁剪窗口。窗口內(nèi)的圖形被顯示出來,而窗口外的內(nèi)容被隱藏起來,這個(gè)過程叫裁剪。2、答案:掃描轉(zhuǎn)換:所謂掃描轉(zhuǎn)換就是指完成從圖元的參數(shù)表示形式轉(zhuǎn)換為點(diǎn)陣表示形式(光柵顯示系統(tǒng)刷新時(shí)需要的表示形式),通常也稱生成圖元。點(diǎn),稱為投影中心COP(觀察點(diǎn)、視點(diǎn)),再定義一個(gè)面(不經(jīng)過投影中心),稱為投影面,從投影中心向物體上各點(diǎn)發(fā)出射線,這些射線稱為投影線。投影線相交于投影平面,形個(gè)物體的像,稱為原三維物體在二維投影平面上的投影。這個(gè)過程稱為投影變換。若投影面是平面、投影線為直線,則稱這種投影變換為平面幾何投影。4、答案:光柵掃描顯示系統(tǒng):在光柵掃描顯示器中,電子束按照固定的掃描線和掃描順序從左到右、3、答案:平面幾何投影:從三維空間中取一成一自上而下進(jìn)行掃描。電子束先從左上角開始,向右掃描一條水平線-掃描線,然后迅速回掃到下一條掃描線的左端進(jìn)行掃描。如此下去,直到最后一條掃描線,即完成整個(gè)屏幕的掃描,然后電子束迅速回掃到屏幕的左上角,進(jìn)行下一周期的掃描。這種顯示系統(tǒng)稱為光柵掃描顯示系統(tǒng)。5、答案:走樣:在光柵顯示器上顯示圖形時(shí),直線段或圖形邊界或多或少會(huì)呈現(xiàn)鋸齒狀。原因是圖的卻是一個(gè)個(gè)離散的像素。這種用離散的量(像素)形信號(hào)是連續(xù)的,而在光柵顯示系統(tǒng)中,用來表示圖形表示連續(xù)的量(圖形)而引起的失真,叫做走樣,或稱為混淆。6、答案:三基色:顏色的描述需要三個(gè)量,其中任意互不相關(guān)的三種顏色(任意兩種的組合不能產(chǎn)生第三種顏色)構(gòu)成了顏色空間的一組基,稱為三基色。最常用的三基色是紅色、綠色與藍(lán)色。三基色通過適當(dāng)?shù)幕旌夏墚a(chǎn)生所有的顏色。7、答案:滅點(diǎn):不平行于投影平面的平行線,通過透視投影之后交匯(相交)于一點(diǎn),稱為滅點(diǎn)。在三維空間中,平行線只在無窮遠(yuǎn)點(diǎn)相交,因而,滅點(diǎn)可看作三維空間的無窮遠(yuǎn)點(diǎn)在投影平面上的投影點(diǎn)。三維空間中存在無數(shù)族平行線,從而滅點(diǎn)也有無數(shù)多個(gè)。8、答案中利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)來繪制高精度的地理、地質(zhì)及其他自然資源和現(xiàn)象的圖形可以提供直觀、形象的決策支持。9、答案:齊次坐標(biāo):點(diǎn)(x,y)的齊次坐標(biāo)定義為(xh,yh,h),其中h≠0,xh=hx,yh=hy。事實(shí)上,(x,y):地理信息系統(tǒng):地理信息系統(tǒng)是建立在地理圖形基礎(chǔ)上的信息管理系統(tǒng)。在地理信息系統(tǒng),如地形圖、氣象圖等,點(diǎn)對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)為三維空間的一條直線,該直線上的每一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)同一個(gè)二維坐標(biāo)點(diǎn)(x,y)這種多對(duì)一的映射往往使運(yùn)算較復(fù)雜,所以通常?。▁,y)的齊次坐標(biāo)為(x,y,1)。當(dāng)h=0而xh和yh都不等于零時(shí),計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第21頁共30頁
齊次坐標(biāo)(xh,y,0h)對(duì)應(yīng)二維空間的無窮遠(yuǎn)點(diǎn)。使用齊次坐標(biāo)使得二維圖形的變換可采用統(tǒng)一的矩陣運(yùn)算形式實(shí)現(xiàn)。10、答案:平行投影:平面幾何投影分為兩大類:透視投影與平行投影。它們之間的區(qū)別在于投影中心與投影平面之間的距離不同。當(dāng)投影中心到投影平面之間距離有限時(shí),即為透視投影,當(dāng)這個(gè)距離為無限的時(shí)候,為平行投影。11、答案:CSG樹:一個(gè)復(fù)雜的物體被表示成一棵二叉樹,它的中間節(jié)點(diǎn)是正則集合運(yùn)算,而葉節(jié)點(diǎn)為基本體素,這棵樹就叫CSG樹。12、答案:坐標(biāo)變換:坐標(biāo)變換是根據(jù)圖形在一個(gè)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)求出在另一個(gè)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。當(dāng)然,在進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)必須給出兩個(gè)坐標(biāo)系之間的關(guān)系。二、簡(jiǎn)答題1、答案:①利用連貫性②將透視投影變換為平行投影③包圍盒技術(shù)④背面剔除⑤空間分割技術(shù)⑥物層次表示。2、答案:①把顯示器分辨率提高一倍,直線經(jīng)過兩倍的象素,寬度也減小了一倍,所以顯示出的直線段看起來就平直光滑了一些。這種反走樣方法是以4倍的存儲(chǔ)器代體的鋸齒也增加一倍,但同時(shí)每個(gè)階梯的價(jià)和掃描轉(zhuǎn)換時(shí)間獲得的。因此,增加分辨率雖然簡(jiǎn)單,但是不經(jīng)濟(jì)的方法,而且它也只能減輕而不能消除鋸齒問題。②區(qū)域采樣方法假定每個(gè)象素是一個(gè)形。當(dāng)直線段與象素有值。從取樣理論的角度,區(qū)域取樣方法相當(dāng)于使用法有兩個(gè)缺點(diǎn):(1)象素的亮度與相交區(qū)域的面積成正比,而與相交區(qū)域落在象素內(nèi)的位置無關(guān),這然會(huì)導(dǎo)致鋸齒效應(yīng)。(2)直線條上沿理想直線方向的相鄰兩個(gè)象素有時(shí)會(huì)有較大的灰度差。③加權(quán)區(qū)域取樣:為了克服上述兩個(gè)缺點(diǎn),可以采用加權(quán)區(qū)域取樣方法,使相交區(qū)域?qū)ο笏亓炼鹊呢暰哂幸欢娣e的小區(qū)域,將直線段看作具有一定寬度的狹長(zhǎng)矩交時(shí),求出兩者相交區(qū)域的面積,然后根據(jù)相交區(qū)域面積的大小確定該象素的亮度盒式濾波器進(jìn)行前置濾波后再取樣。非加權(quán)區(qū)域采樣方仍獻(xiàn)依賴于該區(qū)域與象素中心的距離。3、答案:①圖形的輸入②圖形的處理③圖形的生成和輸出。4、答案:在影,再將它們?cè)谕队捌矫嫒菀?。但是需要?duì)所有物體進(jìn)行投影變換,而三維圖形顯示過程中,需要對(duì)顯示的圖形進(jìn)行消隱處理。要進(jìn)行消隱處理,必須有圖形的深度信息,所以消隱必須在投影之前完成。而消隱過程是非常耗時(shí)的,因此希望在進(jìn)行消隱處理之前,能裁剪掉不可見圖以提高消隱的效率。因此,一般來說,在投影之前進(jìn)行裁剪相對(duì)比較合理。三維圖形顯示的過程中,裁剪在投影變換之前或之后進(jìn)行做關(guān)于窗口的裁剪。這樣所做的裁剪是二維裁剪,實(shí)現(xiàn)起來比三維裁剪其中部分物體可能是落在視景體的外部,根本不可見的。在都可以。如果先對(duì)物體進(jìn)行投上的投影形,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第22頁共30頁
5、答案:K個(gè)位面分辯率是M×N的顯示器,需要K×M×N位的存儲(chǔ)器。若存儲(chǔ)器位為640×480,則幀緩存每為1024×768,則每個(gè)長(zhǎng)固定,則屏幕分辯率與同時(shí)可用的顏色種數(shù)成反比關(guān)系。1兆字節(jié)的幀緩存,若設(shè)分辯率個(gè)單元可有24位,可能同時(shí)顯示224種顏色,若設(shè)分辯率8,只能工作于256色顯示模式下。單元分得的位數(shù)僅略多于6、答案:科學(xué)計(jì)算可視化是用圖形或圖像表示科學(xué)計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)以及計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù),便于人們分析和理解這些抽象數(shù)據(jù)。可視化技術(shù)不僅能夠提高海量數(shù)據(jù)的處理效率,而且在不可見數(shù)據(jù)場(chǎng)方面更能顯示其特長(zhǎng),亦即seetheunseen,這在溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、電磁場(chǎng)、流場(chǎng)數(shù)等據(jù)場(chǎng)的分析過程中發(fā)揮了重要作用。7、答案:(1)端點(diǎn)性質(zhì)a.曲線端點(diǎn)位置矢量由Bernstein基函數(shù)的端點(diǎn)性質(zhì)可以推得,當(dāng)t=0時(shí),P(0)=P0;當(dāng)t=1時(shí),P(1)=Pn。由此可見,Bezier曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)與相應(yīng)的特征多邊形的起點(diǎn)、終點(diǎn)重合。b.切矢量Bezier曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)處的切線方向和特征多邊形的第一條邊及最后一條邊的走向一致。c.二階導(dǎo)矢2階導(dǎo)矢只與相鄰的3個(gè)頂點(diǎn)有關(guān),事實(shí)上,r階導(dǎo)矢只與(r+1)個(gè)相鄰點(diǎn)有關(guān),與更遠(yuǎn)點(diǎn)無關(guān)。(2)對(duì)稱性。Bezier曲線在起點(diǎn)處有什么幾何性質(zhì),在終點(diǎn)處也有相同的性質(zhì)。(3)凸包性Bezier曲線位于其控制頂點(diǎn)的凸包之內(nèi)。(4)幾何不變性。這是指某些幾何特性不隨坐標(biāo)變換而變化的特性。Bezier曲線的位置與形狀與其特征多邊形頂點(diǎn)Pi(i=0,1,...,n)的位置有關(guān),它不依賴坐標(biāo)系的選擇。(5)變差縮減性。若Bezier曲線的特征多邊形P0P1...Pn是一個(gè)平面圖形,則平面內(nèi)任意直線與P(t)的交點(diǎn)個(gè)數(shù)不多于該直線與其特征多邊形的交點(diǎn)個(gè)數(shù),這一性質(zhì)叫變差縮減性質(zhì)。此性質(zhì)反映了Bezier曲線比其特征多邊形的波動(dòng)小,也就是說Bezier曲線比特征多邊形的折線更光順。(6)仿射不變性對(duì)于任意的仿射變換A,P(t)的形式不變。8、答案:設(shè)過端點(diǎn)P0(x0,y0)、P1(x1,y1)的直線段為L(zhǎng)(P0,P1),則直線段L的斜率計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第23頁共30頁
L的起點(diǎn)P1的橫坐標(biāo)x1步進(jìn),取步長(zhǎng)=1(個(gè)象素),用L的直線方程y=kx+b計(jì)算相應(yīng)的y坐(x,round(y))作為當(dāng)前點(diǎn)的坐標(biāo)。因?yàn)椋篜0的橫坐標(biāo)x0向L的終點(diǎn)標(biāo),并取象素點(diǎn)yi+1=kxi+1+b=k1xi+b+kDx=yi+kDx所以,當(dāng)dx=1;yi+1=yi+k。也就是說,當(dāng)x每遞增1,y遞增k(即直線斜率)。根據(jù)這個(gè)原理,我們可以寫出DDA畫線算法程序。DDA畫線算法程序voidDDALine(intx0,inty0,intx1,inty1,intcolor){intx;floatdx,dy,y,k;dx=x1-x0;dy=y1-y0;k=dy/dx,;y=y0;for(x=x0;x<x1;x++){drawpixel(x,int(y+0.5),color);y=y+k;}}9、答案:是指先將區(qū)域內(nèi)的一點(diǎn)(稱為種子點(diǎn))賦予指定的顏色,然后將該顏色擴(kuò)展到整個(gè)區(qū)域的4連通區(qū)域的遞過程。內(nèi)點(diǎn)表示的歸填充算法如下:voidFloodFill4(intx,inty,intoldcolor,intnewcolor){if(getpixel(x,y)==oldcolor){drawpixel(x,y,newcolor);FloodFill4(x,y+1,oldcolor,newcolor);FloodFill4(x,y-1,oldcolor,newcolor);FloodFill4(x-1,y,oldcolor,newcolor);FloodFill4(x+1,y,oldcolor,newcolor);}}計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第24頁共30頁10、答案:Z-Buffer算法中,不僅需要有幀緩存來存放每個(gè)象素的顏色值,還需要一個(gè)深度緩存來Z緩沖器中每個(gè)單元的值是對(duì)應(yīng)象素點(diǎn)所反映對(duì)象的z坐標(biāo)值。Z緩沖器中每個(gè)單元的初值取成z的極小值,幀緩沖器每個(gè)單元的初值可放對(duì)應(yīng)背景顏色的值。圖形消隱的過程就是給幀緩沖器和Z緩沖器中相應(yīng)單元填值的過程。在把顯示對(duì)象的每個(gè)面上每一點(diǎn)的屬性(顏色或灰度)值填入幀緩沖器相應(yīng)單元前,要把這點(diǎn)的z坐標(biāo)值和z緩沖器中相應(yīng)單元的值進(jìn)行比較。只有前者大于后者時(shí)才改變幀緩沖器的那一單元的值,同時(shí)z緩沖器中相應(yīng)單元的值也要改成這點(diǎn)的z坐標(biāo)值。如果這點(diǎn)的z坐標(biāo)值小于z緩沖器中的值,則說明對(duì)應(yīng)象素已經(jīng)顯示了對(duì)象上一個(gè)點(diǎn)的屬性,該點(diǎn)要比考慮的點(diǎn)更接近觀察點(diǎn)。對(duì)顯示對(duì)象的每個(gè)面上的每個(gè)點(diǎn)都做了上述處理后,便可得到消除了隱藏面的圖。Z-Buffer算法(){幀緩存全置為背景色深度緩存全置為最小Z值for(每一個(gè)多邊形){掃描轉(zhuǎn)換該多邊形for(該多邊形所覆蓋的每個(gè)象素(x,y)){計(jì)算該多邊形在該象素的深度值Z(x,y);if(Z(x,y)大于Z緩存在(x,y)的值){把Z(x,y)存入Z緩存中(x,y)處把多邊形在(x,y)處的顏色值存入幀緩存的(x,y)處}}}}計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第25頁共30頁11、答案:線框模型是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)較早采用的幾何模型。線框模型中物體只通過頂點(diǎn)和棱邊來描述,雖然所占的存儲(chǔ)空間較少,但沒有包含物體完整的信息,定義的物體存在多義性;此外線框模型不能處理物體的側(cè)影輪廓線,也不能生成剖切圖、消隱圖和明暗色彩圖等,其應(yīng)用范圍有限。表面模型是用面的集合來表示物體,常用于表面不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述的物體,如汽車、飛機(jī)、船舶的一些外表面。表面模型能夠表示物體的外表面的信息,空殼表示的物體模型無法計(jì)算和分析物體的整體性質(zhì)。12、答案:伴隨著圖形輸入、輸出技術(shù)的進(jìn)步,圖形軟件也從無到有、從低到高的不斷發(fā)展起來,并且它在圖形系統(tǒng)中占據(jù)越生產(chǎn)的圖形設(shè)備具有不同的功能,他們各自開發(fā)專用于自己硬件平臺(tái)的圖形軟件包和相應(yīng)的高級(jí)語言接口互不兼容,不具備可移植性,這一方面限制了圖形技術(shù)的發(fā)展,另一方面也阻礙了圖形硬件設(shè)備及。為了提高軟件的通用性,圖形軟件包的標(biāo)準(zhǔn)化問題引起了廣泛的重視。因此,制定圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)成為一項(xiàng)迫切的任務(wù)來越重要的位置。早期,各硬件廠商,致使圖形軟件包和建立于其上的應(yīng)用程序的推廣普。目前的國際標(biāo)準(zhǔn)包括:CGI、CGM、GKS、PHIGS、IGES、STEP等;工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn))包13、答案:①平移變換PPT②旋轉(zhuǎn)變換PR?P③放縮變換PS?P14、答案:對(duì)于每—條掃描線和每條多邊形邊計(jì)算交點(diǎn)(x1,y1),將該掃描線上交點(diǎn)(x1,y1)右方的所有象素的值取補(bǔ),存入幀緩沖器。對(duì)多邊形的每條邊作此處理,多邊形的邊的順序隨意。在處理完所有的邊后,按掃描線順序讀出幀緩沖器的內(nèi)容,送入顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。如圖所示。(建議答題時(shí)給出這樣的示意圖)邊填充算法最適用于具有幀緩沖器的圖形系統(tǒng),可按任意順序
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