计算机图形学超强总结.pdf

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1、第第 1 1 章：简答和名词解释章：简答和名词解释图形：图形：是人类传达知识、 表达感情的重要手段， 它通常指能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象，包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等。电脑图形：电脑图形：是指能够通过电脑加以表示、存储、 处理、显示并作用于人的视觉系统的客观对象。构成图形的要素：构成图形的要素： 形状构成要素、属性控制要素形状构成要素形状构成要素：是指利用欧氏几何或过程式方法所表示的有关图形对象的轮廓、 形状等，如点、线、面、体或分形、粒子系统等属性控制要素属性控制要素：指的是对图形对象的显示方式有控制作用的属性信息，如宽度、 线型、填充模式、颜色、材质等

2、图形的表示方法：图形的表示方法：点阵表示法、参数表示法点阵表示法点阵表示法：通过枚举出图形中所有的点来表示图形， 它强调图形由哪些点构成， 这些点具有什么样的颜色。通常称点阵法描述的图形为像素图或位图bitmap 。参数表示法参数表示法由图形的形状参数和属性参数来表示图形。形状参数形状参数：描述图形的方程或分析表达式的系数，线段或多边形的端点坐标等。电脑中的图形按绘制方式分为电脑中的图形按绘制方式分为： 线框图wire frame 、真实感图形线框图：线框图：利用点、线描绘图形外部框架的图形，如工程图、等高线地图、曲面的线框图；真实感图形：在线框图的基础上利用填色、 纹理贴图、光照处理等技术处

3、理后具有与真实图形外观接近的图形。电脑图形学的权威定义：电脑图形学的权威定义：研究利用电脑进行数据和图形之间相互转换的方法和技术。图形软件研究的主体内容图形软件研究的主体内容：图形生成、处理和显示的原理和算法。1图形数据结构及点、线、圆、多边形等基本图元生成;2基本图元的几何变换、投影变换、窗口裁减;3曲线和曲面;4三维对象的表示与三维造型;5隐藏线及隐藏面的消除与真实感图形显示;6电脑动画;7数据场的可视化及虚拟现实;8图形开发技术与综合应用;9图形的实时显示及并行算法。图形用户界面图形用户界面graphical user interface,GUI是人机交互的主要形式和接口，是人们使用电脑

4、的第一观感。电脑图形系统电脑图形系统：为了完成图形的显示、计算、存储、交互、输入和输出功能而将涉及电脑硬件、图形输入输出设备、系统软件、图形标准和图形软件集成在一起的有机系统。电脑图形系统的功能电脑图形系统的功能 2、图形存储 3、人机交互 4、输入功能 5、输出功能电脑图形系统的结构电脑图形系统的结构: :由图形硬件和图形软件组成。图形硬件图形硬件包括高性能的图形电脑系统和图形设备。 图形设备由图形输入设备、 图形显示设备和图形硬拷贝输出设备组成。图形软件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。图形输入设备图形输入设备是指可以完成定位、描画、定值、选择、拾取、字符逻辑输入

5、功能的一类物理设备。键盘、鼠标、数字化仪、触摸屏、图像扫描仪、光笔图形显示设备：图形显示设备：光栅扫描显示器(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子显示器光栅扫描图形显示器光栅扫描图形显示器raster-scan displayer是画点设备，它将屏幕分割成一个矩形网格阵列，每一个阵列单元就是一个像素， 这些像素按阵列位置可进行编址， 并可以控制每一个点阵单元的发光与否及亮度。液晶显示器液晶显示器(liquid crystal display，LCD)是一种采用了液晶控制透光技术来实现色彩显示的显示器。优点：优点：1、无须考虑刷新率，保持色彩稳定； 2、画面稳定、无闪烁感；3、完全平面；4、色

6、彩偏差和损失小；5、功耗低。等离子显示器、阴极射线管、彩色阴极射线“虚拟现实”“虚拟现实”是指用电脑生成的一种特殊环境， 人可以通过使用各种特殊装置将自己投入到这个环境中去操作、控制这个环境中的对象。虚拟现实有两个关键特征虚拟现实有两个关键特征：浸入性和交互性。扫描转换扫描转换scan conversion就是在显示处理器的作用下，将应用程序所给出的图形定义数字化为一组像素强度值，并存放在帧缓存对应位置的过程。坐标系坐标系是用来描述空间对象大小、形状、位置、方向和相互空间关系的重要参照框架。图形功能图形功能：1、基本图元生成2、基本图元的几何变换、投影变换、窗口裁剪3、输入的交互控制 4、图形

7、元素的求交及分类5、隐藏线及隐藏面的消除与真实感的图形显示图形标准图形标准：1、应用程序与它所处理的数据之间的数据接口 2、应用程序与图形软件包之间的接口 3、图形软件包与图形硬件之间的接口4、数据文件接口第第 2 2 章：填空题章：填空题OpenGL(即开放图形库 Open Graphics Library)，是一个三维的电脑图形和模型库。OpenGL 的核心库核心库包括 100 多个用于 3D 图形操作的函数，功能功能：对象外形描述、矩阵变换、灯光处理、着色处理、材质、三维图形图像密切相关的其他功能OpenGL 工具库工具库所包含的辅助函数是 OpenGL 基本函数的补充，功能：功能： 、

8、坐标变换、错误处理、绘制球体、锥体、柱体、曲线、曲面等图形实体、绘制物体:真实世界里的多数物体都可以在电脑中用简单的点、线、多边形及过程式点、线、多边形及过程式方法来描述。OpenGL 提供了一系列基本的变换基本的变换：取景变换、模型变换、投影变换及视口变换。并在此基础上提供了对应的矩阵操作函数矩阵操作函数可以很方便地实现这些变换过程。绘制有真实感的三维物体必须进行光照处理光照处理。OpenGL 中可以处理辐射光、环境光、漫反射辐射光、环境光、漫反射光和镜面光光和镜面光。OpenGL 提供了两种物体着色模式两种物体着色模式，一种是 RGBARGBA 颜色模式颜色模式，另一种是颜色索引模式颜色索

9、引模式。在电脑图形学中，把包含颜色、颜色、alphaalpha 值、亮度值、亮度等数据的矩形数组称为纹理纹理。动画:OpenGL 提供了双缓存区技术双缓存区技术来实现动画绘制。OpenGL 还能实现深度暗示、运动模糊深度暗示、运动模糊等特殊效果。OpenGL 是一种过程性过程性而不是描述性描述性的图形 API。OpenGL 采用流水线流水线工作方式。OpenGL 的库函数函数大致可以分为六类： OpenGL 核心库、 OpenGL 实用库、 OpenGL 辅助库、 OpenGL工具库 Windows 专用库、Win32 API 函数库OpenGL 的库函数命名方式；glColor*()；glV

10、ertex*v()在 OpenGL 中基本图元基本图元包括点、线段和多边形。点、线段和多边形。OpenGL 状态变量设置状态变量设置：颜色缓冲区状态、亮度状态、深度缓冲区状态、纹理状态、模板缓冲区状态和像素状态。多边形多边形可分为三角形、四边形、多边形、相连的三角形、扇形三角形和相连的四边形6 种。第三章：填空题、简答题、论述题第三章：填空题、简答题、论述题基本的二维图元基本的二维图元有点、线段、圆、椭圆、多边形和字符串等理解所有算法过程的思维主线：理解所有算法过程的思维主线：1该问题在数学或几何上的意义是什么，相应的数学计算公式是什么；2在光栅显示器上每一个像素点都占据一定的空间；3生成某种

11、图形的算法可能有多种，可以根据使用场合不同，用某些指标来衡量算法的效能。中点画线算法中点画线算法基于这种思想的图形绘制算法中所需要解决的问题就是如何确定后一个像素点。中点画线、Bresenham 画线、中点画圆、Bresenham 画圆 。几何图形在空间位置上具有连贯性：几何图形在空间位置上具有连贯性：1根据图形的几何方程式构造判断条件 即判别式 ，根据判断条件的值与0 之间的关系可以确定下一个图形取值点的坐标；2根据坐标增量规律计算判别条件之间的递推关系，并确定在起点坐标处的初始判别条件值；3观察判别条件中有无可能进行一些调整来减少运算的复杂程度。并行画线算法并行画线算法两头并进算法、双步算

12、法、N 步画线算法利用并行电脑进行并行处理也是提高画线速度的一种方式。通过某种分割方法将线段分解成假设干部分， 并分配到多个处理器上分别进行线段像素位置计算中点画圆算法中点画圆算法分割凹多边形：分割凹多边形： 向量法、旋转法多边形有两种表示方法：多边形有两种表示方法：顶点表示、点阵表示区域填充的过程可以分为两步：区域填充的过程可以分为两步：1确定哪些像素属于区域内部，哪些属于区域外部；2对属于区域内部的像素，按所要求的填充色或图案来填充对应的像素填充算法分为两大类：填充算法分为两大类：1扫描线填充算法扫描交点奇偶数判断法 2种子填充算法堆栈式四邻法完整的 OpenGL 多边形是用 glBegi

13、n、 glEnd 之间所描述的顶点集合顶点集合来描述， 多边形的形状由glBegin 函数中参数的 6 种不同的符号常量常量阵列每个像素的值为 0 或 1 的像素阵列称为位图位图在点阵字库中，每个字符都被定义成字符掩膜的矩阵字符掩膜的矩阵。OpenGL 基本库仅提供了显示单个字符显示单个字符和文字串文字串的基本支持。常见曲线常见曲线有圆锥曲线、三角和指数函数、概率分布、通用多项式和样条函数。任何影响图元显示方式的参数都可称为图元属性控制参数图元属性控制参数。属性控制参数属性控制参数包括颜色、大小、线型、填充方式、字体、可见性、可检测性等点的属性点的属性一般涉及颜色和大小 2 个属性直线的基本显

14、示属性直线的基本显示属性包括颜色、线宽、线型填充方式填充方式: :实填充、图形填充、图案填充、符号填充走样：走样：基本图元生成算法绘制的非水平且非垂直的直线、 多边形的边或圆弧、椭圆弧时，会产生锯齿状图形的现象。解决走样问题的解决走样问题的 3 3 种方法：种方法：过取样；区域取样；像素移相硬件反走样第第 4 4 章章填空题填空题传统的工业产品造型包括两类：传统的工业产品造型包括两类：一类是由初等解析几何初等解析几何所表达的曲线、曲面，如圆锥曲线、球面、圆环面等，可用 画法画法几何和机械制图几何和机械制图的方法完整、清晰、准确地表达和传递所包含的全部形状信息；另一类是自由曲线、自由曲线、 曲面

15、曲面， 特点是其形状不能简单地用画法几何和机械制图的方法表达。非参数表示法：显式表示、隐式表示非参数表示法：显式表示、隐式表示电脑图形学中对曲线、曲面描述的主要形式：参数表示方式式：参数表示方式一条样条曲线是由控制点的坐标控制点的坐标来定义、建模和控制定义、建模和控制OpenGLOpenGL 为逼近样条提供了绘制绘制 B B zierzier 样条、样条、B B 样条及有理或非有理的样条及有理或非有理的 NURBSNURBS 样条样条的相关函数第第 5 5 章章填空题、名词解释和简答题填空题、名词解释和简答题图形的几何变换图形的几何变换一般是指将表示图形的几何信息经过几何变换后产生新的图形的过

16、程。在电脑图形学中使用齐次坐标技术齐次坐标技术， 图形几何变换中的复杂计算可通过将图形的点集矩阵图形的点集矩阵与某些变换矩阵相乘某些变换矩阵相乘的方式来实现齐次坐标表示法齐次坐标表示法就是用 n+1 维矢量表示一个 n 维矢量。即 n 维空间中的点的位置矢量(P1,P2,Pn)被表示为具有 n+1 个坐标分量的位置矢量(hP1,hP2,hPn,h)，且不唯一。采用齐次坐标表示法的优点：采用齐次坐标表示法的优点：(1)用变换矩阵实现对图形的几何变换； (2)它提供了用矩阵运算把二维、 三维甚至高维空间中的一个点集从一个坐标系变换到另一个坐标系的有效方法；(3)它可以表示无穷远的点。平移、平移、

17、旋转和缩放旋转和缩放是所有图形软件均支持的基本几何变换形式， 在有些软件包中还支持反射和错切变换复杂图形的几何变换复杂图形的几何变换(1)图形是由顶点集合组成，且相邻顶点间有线段相连，如多边形、曲线等。采用对每一顶点施加几何变换；(2)以某些参考点为中心并使用某种算法来生成的图形，如圆锥曲线。采用选择中心点变换,对其他控制量进行变换； 3可用参数表示的曲线或曲面图形。采用直接进行几何变换。而相对于某个参考点xf,yf的二维几何变换，其基本过程相二维几何变换，其基本过程相同：1将参考点进行平移变换，使其与坐标原点重合。变换式为T(-xf,-yf)。2针对原点进行二维几何变换。变换式为R()或 S

18、Sx，Sy 。3进行逆平移变换，将参考点移回原始位置。变换式为T(xf,yf)。三维空间的几何变换三维空间的几何变换是在二维空间几何变换的基础上拓展了拓展了 z z 轴轴所代表的第三维空间变换，其特点如下：1在平移、旋转、缩放等变换中增加了第三维分量；2旋转变换的参考对象由二维变换中以绕某个点坐标变化为绕某个旋转轴进行；3齐次坐标表示变为4 元列向量，变换矩阵也变为44 矩阵。三维平移变换是一种使得图形对象沿x、y、z 方向移动一个位置的刚体几何变换。第第 6 6 章章填空题、简答题、名词解释、论述题填空题、简答题、名词解释、论述题观察变换过程：观察变换过程： 世界坐标系观察坐标系图形裁剪，

19、窗口到视区的变换变换视区中的图形到设备坐标系显示。窗口：窗口：为了观察和处理图形对象而在世界坐标系中划出的一个坐标区域。视区：视区：在设备坐标系(屏幕坐标系)中划分出用来显示对应窗口所需显示图形的坐标区域。二维观察变换：二维观察变换：将二维世界坐标系场景描述映射到设备坐标系的变换处理。观察坐标系观察坐标系和标准化设备坐标系标准化设备坐标系作为从世界坐标系到设备坐标系的过渡。观察坐标系观察坐标系：是观察平面一般为 xoy 平面所在的坐标系，观察平面是从观察者的角度所看到的图形对象映射其影像的平面，相当于照相机的胶片。标准化设备坐标系：标准化设备坐标系：是电脑图形软件描绘设计对象所用的介质，标准化

20、设备坐标系定义 x方向和 y 方向的变化范围均为 01采用标准化设备坐标系可使观察变换独立于输出设备。 一旦将图形对象变换到标准化设备坐标系， 只要对标准化设备坐标系中描述的图形对象做一个简单的乘法即可将其映射到具体输出设备的显示区。二维观察变换的流程二维观察变换的流程：建模坐标变换世界坐标系场景 定义窗口和观察坐标系 观察坐标系标准化设备坐标系设备坐标在图形设备上输出图形将观察坐标系叠加到世界坐标系过程：将观察坐标系叠加到世界坐标系过程：1通过平移变换将观察坐标系的坐标原点与世界坐标系重合，即T(-x0，-y0)；2对观察坐标系的坐标轴进行旋转变换,使 2 个坐标系的对应坐标轴重合,即 R；

21、3对象在世界坐标系的顶点坐标与组合的二维变换矩阵相乘变换到观察坐标系。裁剪算法一般应包括裁剪算法一般应包括 2 2 步步：1判断图元与裁剪窗口之间的位置关系； 2假设图元与窗口边框之间有交点，则确定落在窗口之内的部分，并在显示窗口中仅显示该部分。常用的线段裁剪方法：常用的线段裁剪方法：Cohen-Sutherland、中点分割算法和梁友栋barskey 算法。裁剪处理的第一步是判断线段与裁剪窗口的位置关系：Cohen-SutherlandCohen-Sutherland 裁剪算法裁剪算法1、对于每条线段 P1P2 按其与窗口间的关系不同分为三种情况处理；2、使用区域编码法来判断线段 2 个顶点

22、与窗口之间的关系；3、求交点、裁剪。Nicholl-Lee-NichollNicholl-Lee-Nicholl 算法算法简称 NLN 算法根据线段的起点位置不同将窗口及其周边划分为多个区域， 然后通过比较线段斜率与窗口划分区域边界线段的斜率大小， 确定线段终点落在的区域范围，从而防止对一条直线进行多次裁剪。Weiler-AthertonWeiler-Atherton 多边形裁剪算法的基本思想多边形裁剪算法的基本思想是： 从多边形的某一顶点出发， 按某种顺序 如顺时针或逆时针 有时沿着多边形的边界方向来处理顶点 包括多边形边界与窗口边框的交点 ，有时沿着窗口边框的方向来处理顶点。具体采用哪个方

23、向取决于多边形被遍历的方向和当前处理的多边形顶点对是由窗口外部到内部还是由内部到外部。第第7 7章章填空题填空题场景建模、观察变换过程、三维图形的裁剪、隐藏线、面的消隐处理、光照模型、纹理贴图等处理三维观察过程与使用照相机拍摄照片相类似。三位观察流程：三位观察流程： 从应用程序得到对象的世界坐标观察坐标系对观察坐标的用户窗口裁剪投影到 3d 标准化的区域变换到设备坐标空间在图形设备上输出从世界坐标系向三维观察坐标系变换，从世界坐标系向三维观察坐标系变换，首先需要在世界坐标系中定义三维观察坐标系，然后得到观察变换的计算矩阵， 再将此变换矩阵作用于世界坐标系的图形对象， 即可得到三维观察坐标系中图

24、形的描述。从不同的角度和方向对物体进行观察，一般是通过移动视点移动视点的方法来实现的在三维观察变换中是通过在世界坐标系中定义不同的观察坐标系的原点称为观察参考点、观察位置或视点等 ，并在观察方向上定义不同的观察平面来获得各种观察效果。获得各种观察效果。通过改变视点的位置或改变通过改变视点的位置或改变 N N 的方向的方向使用户可在不同的距离和角度观察三维图形对象生成的观察效果生成的观察效果1保持视点位置不变，通过改变N 的方向来得到多种观察效果。2保持 N 的方向不变，而改变视点位置也可获得多种观察效果。3视点和 N 的方向同时改变，可取得在场景中漫游的视觉效果。投影变换投影变换是一种人们观察

25、自然景物并以某种方式将其观察结果映射到平面介质的观察方式，常被画家或制图人员用来作为把三维立体物体投射到投影面上得到二维平面图形的主要手段。平行投影正投影和斜投影平行投影正投影和斜投影 、透视投影、透视投影三维裁剪算法三维裁剪算法就是以投影观察体的边界平面为区域范围通过一定的算法将图形对象区分为内部和外部两部分， 处于内部区域的图形对象将会在输出设备上显示， 而处于区域外部的图形对象将被消除掉。第第8 8章章填空题填空题用户接口可分为两大类：用户接口可分为两大类：程序开发接口、用户交互操作接口交互式用户接口交互式用户接口就是基于某种模型， 在图形系统支持下以系统程序实现用户所需对图元的输入、选

26、择、拾取、增、删、改等操作。PHIGSPHIGS 和和 GKSGKS 将各种图形输入设备按逻辑功能分为将各种图形输入设备按逻辑功能分为 6 6 类类:1.定位设备.描画设备 3.定值设备4.选择设备 5.拾取设备 6.字符串设备图形输入控制方式图形输入控制方式:请求、取样、事件、组合请求方式下，请求方式下， 只有输入设置命令对相应的设备设置所需要的输入方式后， 该设备才能作相应的输入处理。 应用程序和输入设备轮流处于工作状态和等待状态， 由程序支配输入设备的启动。取样输入模式取样输入模式工作过程中， 程序和输入设备同时运行。 一旦对一台或多台设备设置了取样方式，立即就可以进行数据输入，而不必等

27、待程序中的输入语句。输入设备不断地产生数据，并把数据输入数据缓冲区，从而不断用新数据覆盖缓冲区的旧内容事件方式事件方式程序和设备将同时工作。 输入设备所产生的数据被组织成事件结点， 排入事件队列中等待程序的处理。 程序运行到事件处理语句时， 就从事件队列中检索出队列首事件予以处理。如果事件队列为空，程序则等待一定的时间片，等待事件的发生。 ，拾取是拾取是对图元进行编辑、 修改、删除等操作的基础， 其目的是要在众多的图元或结构中选择要进一步操作的部分。拾取方法：光标定位拾取法、拾取窗口法、特征点法、指定名称法。拾取方法：光标定位拾取法、拾取窗口法、特征点法、指定名称法三维交互技术采用有六个自由度

28、三维交互技术采用有六个自由度输入设备。所谓六自由度所谓六自由度, ,指沿三维空间 X、Y、Z 轴平移和绕 X、Y、Z 轴旋转并以回调函数回调函数的形式来处理输入程序图形用户界面是图形用户界面是用户接口中最为重要的一部分，是用户与电脑系统打交道的主要场合。在图形用户界面的设计中，应重点考虑以下在图形用户界面的设计中，应重点考虑以下 8 8 种因素种因素:用户模型、显示屏幕的有效利用、反馈、一致性原则、减少记忆量、回退与出错处理、视觉效果设计、适应不同用户第第9 9章章名词解释和填空题名词解释和填空题根据构造图形对象的方式构造图形对象的方式不同可将图形对象的表示方法分为两类：规则对象和非规则对象。

29、规则对象和非规则对象。规则对象又称欧氏几何对象欧氏几何对象是指能够用欧氏几何方式欧氏几何方式加以描述的图形对象，如点、直线、如点、直线、曲线、平面或实体等曲线、平面或实体等非规则对象又称过程性描述对象过程性描述对象：以自然景物自然景物为主要描述对象图形对象在电脑中的表示受到表示图形的数据结构和图形的正则性正则性等性质的限制。 图形对象按其所形成的图形是否符合传统造型需要是否符合传统造型需要而分为正则图形对象正则图形对象和非正则图形对象。正则图形对象。在非正则图形对象中可以处理维数不一致的拓扑元素， 从而将线框、线框、 曲面和实体模型曲面和实体模型统一起来，扩大了几何造型的覆盖域覆盖域。它允许孤

30、立点、孤立点、悬边和悬面悬边和悬面的存在，而这些在正则图形对象中是不允许的。顶点顶点: :是 0 维拓扑元素，其位置用几何点Point来表示。边边：是 1 维拓扑元素，是两个邻面(对正则形体而言)、或多个邻面(对非正则形体而言)的交集，边有方向，它由起始顶点和终止顶点来界定。环环：是有序、有向边直线段或曲线段组成的封闭边界。面面：是2 维拓扑元素，由一个外环和假设干个内环可以没有内环来表示，内环完全在外环之内。面有方向性，一般用其外法向量方向作为该面的正向。体体：是 3 维拓扑元素，由封闭外表围成的有效空间，也是R3 中非空有界的封闭子集，其边界是有限面的并集。在几何造型中，图形对象模型的建立

31、主要依靠描述图形的几何信息几何信息和拓扑信息拓扑信息进行。几何信息几何信息一般指被描述形体在欧氏空间中的位置、 大小和方向， 这些信息的量化需要依赖于一定的坐标系。拓扑信息拓扑信息则是形体各分量如点、线、面的数目和相互间的连接关系。正则物体的性质正则物体的性质: :刚性；维数的一致性；空间占有性；边界确实定性；封闭性正则物体的欧拉公式正则物体的欧拉公式 V - E + F = 2；V-E+F-C=1；V-E+F-H=2面(F)、边(E)、顶点(V)三维空间分割成 C 个多面体单元在几何造型系统中，描述物体的三维模物体的三维模型有三种，即线框模型、外表模型和实体模型。扫描表示扫描表示Sweep

32、Representation是利用简单的运动规则沿着某种路径移动基本形体而产生复杂有效实体的过程。构造实体几何表示构造实体几何表示是通过对体素定义运算方式而得到新的形体的一种表示方法CSG 的数据结构可以表示成一棵有序的二叉树一棵有序的二叉树，其叶结点是各种体素、或是形体变换参数。叶结点是各种体素、或是形体变换参数。八叉树八叉树O Octrees又称分层树结构，它是采用一定的判别标准对物体所占有的立方体进行自适应划分，用具有层次结构的八叉树来表示实体粒子系统粒子系统particle system是利用一群粒子生成、变换和消失来模拟具有某种物理特性的运动物体。可视化过程的组成内容：可视化过程的组

33、成内容：数据预处理、映射、绘制、显示表示方式：表示方式：使用图表来表示数据的分布，如各种饼图、柱图等；伪色彩方法，如卫星云图；等值线方法，如地图等；轮廓面方法，如在医疗可视化中对器官切片数据的处理；体绘制，体绘制是最具应用前景的一种科学可视化方法， 它不但在科学可视化中一展身手， 同时还丰富了电脑图形学中的三维图形绘制技术。第第1010章章填空题和简答题填空题和简答题从应用应用的角度看，两类消隐算法：线消隐、面消隐线消隐、面消隐按照操作对象操作对象的不同，消隐算法可以分为两大类：对象空间方法和图像空间方法对象空间方法和图像空间方法对象空间法对象空间法是在对象所构成的三维空间中， 通过分析各对象

34、和对象的各个组成部件的三维空间遮挡关系来确定其是否可见。图像空间法图像空间法是将对象投影到投影平面后分解为像素， 并按照一定的规律比较投影到该像素的各个物体对象之间的 z 值大小，从而确定其是否可见。在消隐算法中排序和连贯性排序和连贯性是提高算法效率的重要方法区域排序算法的基本思想：区域排序算法的基本思想： 由于隐藏面是场景中位于可见面之后的多边形外表或外表的一部分，它们在投影面上的投影区域完全为可见面的投影所覆盖， 因此，将待显示的所有多边形按深度值z 坐标值从小到大排序，用前面可见多边形去切割后面的多边形，最终使得每个多边形要么是完全可见，要么是完全不可见。区域排序算法处理过程：区域排序算

35、法处理过程：设场景中有假设干多边形， 且沿 z 轴负方向进行观察， 则 z 值小的多边形离观察者远。为了处理多边形的可见性，可设立三张表分别用来存放不同的多边形，M 用来存放待处理的多边形，N 用来存放可见多边形，L 用来存放经过按多边形最小 z 坐标排序的多边形，对于每个多边形均存放了遍历该多边形顶点集中z 坐标最小值。该算法同时运用对象空间对象空间和图像空间图像空间的操作。通常使用 Weiler-AthertonWeiler-Atherton 裁剪算法裁剪算法。深度缓存深度缓存(Z-buffer)(Z-buffer)算法算法是一种最简单最简单的图像空间下的面消隐算法两个缓冲区：两个缓冲区：

36、存放深度信息的深度缓存 ZB，也就是所谓 Z-buffer；存放每个像素对应的颜色信息的帧缓存 CB(Color-buffer)。扫描线算法的基本思想扫描线算法的基本思想： 沿扫描线行顺序对物体外表投影在投影面上每一像素进行采样， 通过映射到同一像素的不同多边形平面采样点深度值的比较来确定该像素所对应的颜色值， 从而到达消隐目的。三维真实感图形的生成过程三维真实感图形的生成过程：场景建模；投影变换、裁剪；消隐处理；光照处理光照模型光照模型就是根据光学有关定律计算在一定的光照条件下不同材质的物体外表每一点投射到观察者眼中光线的光强和颜色组成的数学计算模型在光照模型中影响物体外表的色彩和明暗变化主

37、要因素影响物体外表的色彩和明暗变化主要因素有两个，即光源特性强度、色彩、方向和物体外表特性光源光源：点光源、分布式光源、漫射光源反射系数反射系数由物体外表材料和形状决定，分为环境光反射系数、漫反射系数和镜面反射系数恒定光强的多边形绘制： 使用扫描线算法实外表绘制： Gouraud 明暗处理、Phong 明暗处理。GourandGourand 明暗处理明暗处理又称为强度插值明暗处理。通过计算构成多边形的顶点的光强， 然后利用顶点光强对多边形内部像素进行线性插值来绘制多边形内部区域。GourandGourand 明暗处理步骤：明暗处理步骤： 1 计算出多边形顶点处的平均单位法向量， 即在多边形各顶

38、点处；2对每个顶点用光照模型求得V 点的光强度；3由两顶点的光强度，插值得出棱边上各点的光强度；由棱边上各点的光强度，插值得出平面上沿某条扫描线上各像素点的光强度PhongPhong 明暗处理明暗处理又称为法向量插值绘制：是用法向量进行插值计算来替代光强插值。然后，按照插值后每一点的法线方向，用光照模型求出其光强PhongPhong 明暗处理明暗处理步骤： 1计算每个多边形顶点处的平均单位法向量，计算过程与Gourand明暗处理中第一步的过程相同。2用双线性插值方法求得多边形内部各点的法向量。3最后按光照模型确定多边形内部各点的光强阴影阴影可分为本影和半影两种景物外表细节模拟景物外表细节模拟1

39、在符合物体尺寸的平面片上粘贴树木、花蕾、草丛等修饰物的图像；2采用纹理映射的方法在小的多边形区域建立外表图案；3使用过程纹理函数来修改物体外表颜色的映射关系；4通过修改外表法向量来生成局部的凹凸来模拟细小的皱纹和粗糙外表；5通过同时修改外表法向量和外表切向量来显示木头和其他材料上的图案。纹理映射的原理是纹理映射的原理是： 预先定义纹理模式， 然后建立被映射的多边形外表点与纹理模式点间的对应关系。当物体外表的可见点确定之后， 依据所确定的两个坐标空间的转换方式， 将物体外表点对应的纹理空间中纹素的颜色信息计算出来， 并以其作为参与光照模型计算的物体外表材质计算出其对应的光强。用扰动物体外表法线方

40、向的方法扰动物体外表法线方向的方法以模拟外表凹凸纹理模拟外表凹凸纹理的真实感显示效果。该方法是对原外表上的法线方向，附加一个扰动函数光线跟踪算法光线跟踪算法较好地表达了整体光照模型的思想。必须考虑环境光漫反射、镜面反射和规则透射环境光漫反射、镜面反射和规则透射对物体外表产生的照明效果。整体光照模型光照模型的典型代表有 Whitted 模型和辐射度模型。光线跟踪的基本原理光线跟踪的基本原理：光线跟踪算法建立一个投影参考点在z 轴，投影平面在 xy 平面的坐标系。 从投影参考点到投影平面上每个像素中心位置形成一条光线路径， 进入场景并沿反射和折射路径形成各种光线分支。 而光线跟踪方法就是沿着到达视点的光线相反方向跟踪， 找出与被跟踪光线相交的距离最近的物体外表点P0，并沿在P0 点产生镜面反射、折射的周围环境光路径继续跟踪， 找出影响 P0 点光强的所有的光源， 从而算出 P0 点上精确的光照强度。第第1111章章名词解释名词解释第第1212章章填空题填空题