數字媒體技術導論期末考試試卷及參考答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在數字圖像處理中，若將一幅8位灰度圖的像素值整體右移一位（相當于整幅圖像除以2），則其直方圖會呈現(xiàn)下列哪種變化？A.整體向左平移128個灰度級B.整體向右平移128個灰度級C.整體壓縮為原來的一半寬度并左對齊D.整體壓縮為原來的一半寬度并右對齊答案：C2.在H.264/AVC編碼框架中，用來消除視頻幀間冗余的核心模塊是：A.變換與量化B.熵編碼C.幀內預測D.運動估計與補償答案：D3.下列關于RGB與HSV顏色空間的描述，正確的是：A.HSV的H分量在0°~360°之間連續(xù)，可直接用于線性濾波B.RGB轉HSV時，V分量等于max(R,G,B)C.在HSV空間中降低S相當于在RGB中同時等比例提高三分量D.HSV的H分量對光照變化敏感，故不適合做膚色檢測答案：B4.在WebGL渲染管線中，執(zhí)行頂點著色器之后、片元著色器之前必經的固定階段是：A.光柵化B.模板測試C.深度寫入D.幀緩沖混合答案：A5.使用48kHz采樣率、16bit量化、雙聲道無壓縮音頻，存儲10分鐘聲音所需的存儲空間約為：A.112.5MBB.88.2MBC.55.5MBD.176.4MB答案：A6.在數字水印的魯棒性測試中，下列哪種攻擊屬于同步攻擊？A.JPEG壓縮B.高斯噪聲C.行裁剪D.旋轉5°并縮放答案：D7.在基于物理的渲染（PBR）中，微表面模型的Roughness參數主要影響：A.菲涅爾反射強度B.鏡面反射波瓣寬度C.漫反射顏色D.次表面散射距離答案：B8.下列關于HTTP/2與HTTP/1.1在傳輸Web3D模型時的差異，錯誤的是：A.HTTP/2支持服務器推送，可減少請求往返B.HTTP/2采用多路復用，降低隊頭阻塞C.HTTP/2強制加密，TLS握手會增加首包延遲D.HTTP/2無法傳輸.glb二進制格式，必須改用.gltf文本答案：D9.在Unity引擎中，使用HDRP渲染管線時，ShaderGraph的MasterStack默認輸出的主顏色空間是：A.sRGB8bitB.Linear16bitC.ACEScgD.Rec.2020答案：B10.在基于特征點的SLAM中，出現(xiàn)“軌跡漂移”最主要的內在原因是：A.回環(huán)檢測失敗B.特征點提取耗時C.IMU白噪聲D.單目尺度不可觀答案：D二、多項選擇題（每題3分，共15分；多選少選均不得分）11.下列技術中，可用于降低360°全景視頻傳輸帶寬的有：A.分塊投影（CMP）B.視口依賴式流送（ViewportdependentStreaming）C.基于立方體的動態(tài)tilingD.雙目立體分離編碼E.基于深度圖的中間視合成答案：A、B、C12.在數字音頻工作站（DAW）中，下列插件接口可同時支持macOS與Windows平臺的有：A.AUB.VST3C.AAXD.LV2E.CLAP答案：B、E13.關于WebXR設備API，下列說法正確的有：A.支持在同一頁面中混合AR與VR會話B.必須依賴OpenXRruntimeC.可訪問手持控制器姿態(tài)D.提供深度感知（DepthSensing）擴展E.默認允許后臺線程渲染答案：C、D14.在基于神經輻射場（NeRF）的三維重建中，下列策略可加速訓練收斂的有：A.位置編碼（PositionalEncoding）B.分層采樣（HierarchicalSampling）C.可學習體素網格（DVGO）D.哈希編碼（InstantNGP）E.表面光場（SurfaceLightField）答案：B、C、D15.下列屬于HDR10靜態(tài)元數據字段的有：A.MaxFALLB.MaxCLLC.MasteringDisplayColorVolumeD.DynamicMetadata+E.min_luminance答案：B、C、E三、判斷題（每題1分，共10分；正確打“√”，錯誤打“×”）16.PNG格式支持16bit深度圖通道，因此可直接保存單通道浮點深度。答案：×17.在FFT運算中，補零至2的整數次冪長度可提高頻譜分辨率。答案：×18.使用線性插值對四元數做球面旋轉時，必須先歸一化再lerp，否則會產生速度不均。答案：√19.在OpenGL中，若啟用EarlyZ，則片元著色器里寫入gl_FragDepth一定會導致性能下降。答案：√20.基于物理的相機模型中，fstop值越大，景深越淺。答案：×21.在數字圖像的直方圖均衡化過程中，映射函數一定是單調非減的。答案：√22.對音頻信號做時域拉伸（Timestretching）而不變調，必須采用相位聲碼器或類似頻域技術。答案：√23.在Unity的DOTS框架下，ComponentSystem已被完全移除，必須使用SystemBase。答案：×24.在MPEGDASH中，SegmentTemplate與SegmentTimeline可組合使用，實現(xiàn)精確的任意時長切片。答案：√25.使用高斯模糊時，二維卷積可分離為兩個一維卷積，計算復雜度從O(n2)降至O(n)。答案：√四、填空題（每空2分，共20分）26.在數字圖像處理中，若使用3×3Sobel算子計算x方向梯度，其水平模板為________，垂直模板為________。答案：\[\begin{bmatrix}1&0&1\\2&0&2\\1&0&1\end{bmatrix},\begin{bmatrix}1&2&1\\0&0&0\\1&2&1\end{bmatrix}\]27.在基于深度學習的超分辨率重建中，感知損失通常由________網絡中間層特征計算，其網絡名稱縮寫為________。答案：VGG，VGG28.若采樣頻率為44.1kHz，根據奈奎斯特定理，可記錄的最高頻率為________Hz；若采用512點FFT，則頻率分辨率為________Hz。答案：22050，86.1329.在WebGPU中，綁定組（BindGroup）的最大動態(tài)偏移數量默認上限為________；若超出，需請求________擴展。答案：8，"maxbindgroupsplusoffsets"30.在HDR渲染管線中，將線性空間顏色映射到顯示器的常用色調映射函數為________；若需保留高飽和顏色，可采用________曲線。答案：ACES，F(xiàn)ilmic五、簡答題（每題8分，共24分）31.簡述基于塊匹配（BlockMatching）的運動估計中“搜索算法”與“匹配準則”各自的作用，并給出一種快速搜索算法的名稱及其核心思想。答案：搜索算法負責在候選區(qū)域內快速定位最佳匹配塊，減少計算量；匹配準則用于衡量參考塊與候選塊的相似度，常見有SAD、SSD、NCC等?？焖偎阉魉惴ㄈ纭般@石搜索（DS）”，核心思想：以當前最佳點為中心，使用大鉆石模板（9點）進行粗定位，若中心最優(yōu)則換小鉆石模板（5點）精修，利用運動矢量中心偏置特性，大幅減少搜索點數。32.說明數字音頻中“抖動”（Dithering）技術的原理，并解釋為什么在進行16bit量化前加入小幅度的三角概率密度噪聲反而能提高動態(tài)范圍。答案：抖動是在量化前加入受控的隨機噪聲，其概率密度函數（PDF）為三角型，幅度約±1LSB。該噪聲使原始小信號在量化時不再固定到同一電平，而是隨機分布于相鄰量化階，打破諧波失真相關性；通過噪聲整形后，失真能量被推向高頻，基帶內信噪比提升，主觀聽覺動態(tài)范圍可等效增加3~4bit，避免“顆粒感”與“信號門限”效應。33.在實時渲染中，簡述“級聯(lián)陰影映射”（CSM）出現(xiàn)“陰影泳動”（shadowswimming）現(xiàn)象的原因，并給出兩種緩解方案。答案：原因：CSM每幀根據相機位置動態(tài)計算級聯(lián)分割與陰影矩陣，當相機移動時，陰影貼圖紋素在世界空間發(fā)生亞像素級偏移，導致陰影邊緣抖動。緩解方案：1.穩(wěn)定級聯(lián)（StableCSM）：在裁剪空間對陰影矩陣進行紋素對齊（texelsnapping），使紋素中心對齊世界空間固定網格；2.增加“陰影緩存”：對靜態(tài)物體預烘焙一張高分辨率陰影圖，僅動態(tài)物體使用實時CSM，減少更新頻率。六、計算與推導題（共31分）34.（10分）已知一幅灰度圖像I(x,y)在區(qū)域Ω內滿足：\[\nabla^2I=0\]即拉普拉斯為零，證明其均值等于邊界?Ω上像素值的積分平均，即\[I(x,y)=\frac{1}{|\partial\Omega|}\oint_{\partial\Omega}I(s)\,{\rmd}s\]并說明該性質在圖像修復中的應用。答案：由調和函數性質，拉普拉斯為零的函數滿足均值定理：區(qū)域內任意點值等于以該點為中心的任何圓周上的平均值。將區(qū)域Ω離散為網格，利用離散拉普拉斯算子\[\nabla^2I_{i,j}=I_{i+1,j}+I_{i1,j}+I_{i,j+1}+I_{i,j1}4I_{i,j}=0\]可得\[I_{i,j}=\frac{1}{4}(I_{i+1,j}+I_{i1,j}+I_{i,j+1}+I_{i,j1})\]迭代至穩(wěn)態(tài)，內部值完全由邊界決定，故區(qū)域均值等于邊界積分平均。應用：在圖像修復（inpainting）中，將待修復區(qū)域內部拉普拉斯設為零，僅利用邊界顏色信息擴散，可實現(xiàn)無縫填充，避免模糊。35.（11分）給定一段音頻，采樣率48kHz，幀長20ms，幀移10ms，采用漢明窗，求：（1）每幀采樣點數N；（2）窗函數主瓣寬度（零交叉帶寬）Δω；（3）若做1024點FFT，則頻率軸分辨率Δf；（4）若目標為1/12倍頻程濾波器組，求最低中心頻率f?=50Hz時的上帶邊頻率f?。答案：（1）N=0.02×48000=960點（2）漢明窗主瓣寬Δω=8π/N=8π/960≈0.026rad（3）Δf=48000/1024≈46.88Hz（4）1/12倍頻程即\[f?=f?×2^{1/12}≈50×1.05946≈52.97\,\text{Hz}\]36.（10分）在基于物理的渲染中，給定GGX法線分布函數：\[D(h)=\frac{\alpha^2}{\pi[(n\cdoth)^2(\alpha^21)+1]^2}\]求證：\[\int_{\Omega^+}D(h)(n\cdoth)\,{\rmd}\omega_h=1\]并說明該歸一化在能量守恒中的意義。答案：令\[\cos\theta=n\cdoth\]采用球坐標\[{\rmd}\omega_h=\sin\theta\,{\rmd}\theta\,{\rmd}\phi\]積分變?yōu)閈[\int_0^{2\pi}\int_0^{\pi/2}\frac{\alpha^2\cos\theta\sin\theta}{\pi[\cos^2\theta(\alpha^21)+1]^2}\,{\rmd}\theta\,{\rmd}\phi\]令\[u=\cos^2\theta\]則\[{\rmd}u=2\cos\theta\sin\theta\,{\rmd}\theta\]積分化為\[2\pi\int_0^1\frac{\alpha^2}{2\pi}\frac{1}{[u(\alpha^21)+1]^2}\,{\rmd}u=\alpha^2\int_0^1\frac{1}{[u(\alpha^21)+1]^2}\,{\rmd}u\]解得原函數\[\frac{1}{(\alpha^21)[u(\alpha^21)+1]}\Big|_0^1=1\]意義：保證微表面模型中所有微法線分布的能量總和為1，使反射能量不超過入射能量，實現(xiàn)能量守恒。七、綜合設計題（共30分）37.某博物館擬開發(fā)一款“沉浸式壁畫復原”混合現(xiàn)實應用，需滿足：（1）游客佩戴HoloLens2，在真實壁畫殘損區(qū)域疊加高精度虛擬復原層；（2）復原層紋理分辨率8K，需支持實時自陰影與微表面細節(jié)；（3）30人同時體驗，網絡帶寬上限50Mbps；（4）需記錄游客視角視頻用于后期研究，存儲<200MB/人（10分鐘）。請給出系統(tǒng)架構圖（文字描述），并回答：a.采用何種三維注冊技術保證虛實對齊誤差<1mm？b.如何實現(xiàn)8K紋理的實時加載與內存控制？c.設計一種低碼率視角視頻采集方案，包括編碼參數與文件格式。答案：系統(tǒng)架構：“端邊云”三層：端：HoloLens2運行Unity2022LTS+OpenXR插件，本地緩存LOD紋理；邊：部署5GMEC服務器，運行共享錨點服務（AzureSpatialAnchors本地化版），提供動態(tài)紋理流送；云：存儲高分辨率PBR材質庫與NeRF預烘焙光照，支持按需拉流。a.三維注冊：采用視覺慣