粗糙整理计算机图形学考试.pdf

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1、什么是计算机图形学?计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科 计算几何：研究几何模型和数据处理的学 科，探讨几何形体的计算机表示、分析和 综合 计算机图形学研究内容:建模,绘制,动画 图形系统的根本功能 元素生成、坐标变换、求交、剪裁计算。存储数据:形体的集合数据、形体间相互关系、数据的实时检索、保存图形的编辑等信息。输入信息:数据、图形信息、图象信息等输入。命令关键字、操作信息。输出信息:图形信息、文件信息；静态图形、动态图形。人机交互:拾取对象、输入参数；承受命令、数据等。显示器种类 阴极射线管、随机扫描、存储管式、光栅扫描、等离子和液晶

2、显示器 从以下几个方面介绍图形显示设备：图形硬件显示原理 CRT;CRT 是利用电子枪发射电子束来产生图像，容易受电磁波干扰 液晶显示器;液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列那么变得混乱，阻止光线通过 未来显示器 光栅显示系统的组成 图形显示方式:随机扫描 存储管式扫描 光栅扫描 图形显示质量及一帧的画线数量有关:当一帧线条太多，无法维持3060 帧/秒刷新频率，就会出现满屏闪烁 光栅扫描显示器的常用概念:行频、帧频图像刷新率 水平扫描频率为行频。垂直扫描频率为帧频。隔行扫描、逐行扫描 隔行扫描方式是先扫偶数行扫描线，再扫

3、奇数行扫描线。像素 屏幕被扫描线分成 n 行，每行有 m 个点，每个点为一个象素。整个屏幕有 m n 个象素。具有灰度和颜色信息 分辨率 指 CRT 单位长度上能分辨出的最大光点(象素)数。分为水平分辨率和垂直分辨率。点距：相邻象素点之间的距离指标相关。带宽：水平像素数*垂直像数数*帧频 显示速度 指显示字符、图形特别是动态图像的速度，及显示器的分辨率及扫描频率有关。可用最大带宽来表示。图像刷新 刷新是指以每秒 30 帧以上的频率反复扫描不断地显示每一帧图像。图像的刷新频率等于帧频，用每秒刷新的帧数表示。目前刷新频率标准为每秒 50-120 帧。色彩及亮度等级 亮度等级又称灰度，主要指单色显示

4、器的亮度变化。色彩包括可选择显示器颜色的数目以及一帧画面可同时显示的颜色数，及荧光屏的质量有关，并受显示存储器 VRAM 容量的影响。总结：分辨率 M*N、颜色个数 K 及帧缓存大小 V 的关系 举例：分辨率是 10241024 的显示器假设要显示 8 种颜色，需要帧缓存大小至少为多少 KB?如果是 16M 种颜色呢？1024*1024*log28(Bit)1024*1024*log28/8/1024(KByte)图形软件分类:通用编程软件包:GL、OpenGL、VRML、DirectX、Java2D 和 Java3D等 图形系统标准:图形标准：图形系统及其相关应用系统中各界面之间进展数据传送

5、和通信的接口标准，及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准 前者:数据及文件格式标准 后者:子程序界面标准 软件标准目标：可移植性 方便将为一个硬件系统设计的程序移植到另一个系统 总结：图形系统标准分类:面向图形设备的接口标准：计算机图形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,)计算机图形接口(CGI).设备驱动程序 面向应用软件的标准：三维图形核心系统 GKSGraphical Kernel System 程序员层次交互式图形系统PHIGS)OpenGL:事实上的图形标准 面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其文件格式：根本图形转换标准IGES 产品数据转换标准STEP 直线的生成算法

6、:画一条从(x1,y1)到(x2,y2)的直线，实质上是一个发现最正确逼近直线的像素序列，并填入色彩数据的过程。这个过程也称为直线光栅化。直线 DDA 算法:点阵通常有两种情况：内点表示 边界表示 填色算法分类 扫描线填色 种子填色 字符：点阵式字 矢量式字 反走样 用离散量表示连续量引起的失真现象称之为走样 光栅图形的走样现象：阶梯状边界；图形细节失真；狭小图形遗失：动画序列中时隐时现，产生闪烁。反走样概念及方法 用于减少或消除走样现象的技术称为反走样 反走样方法：提高分辨率 简单区域取样 加权区域取样 提高分辨率方法简单，但代价非常大，而且它也只能减轻而不能消除锯齿问题 简单区域取样缺点：

7、象素的亮度及相交区域的面积成正比，而及相交区域落在象素内的位置无关，这仍然会导致锯齿效应。直线条上沿理想直线方向的相邻两个象素有时会有较大的灰度差。加权区域取样特点：接近理想直线的像素将被分配更多的灰度值。相邻的两个像素的滤波器相交，有利于缩小直线条上相邻像素的灰度差。区域填充算法：边界填充和种子填充算法 区域表示方法：内点表示 边界表示 曲面造型：研究在计算机内如何描述和表示一张曲面并对其控制。实体造型：研究在计算机内如何秒速、定义及表示一个三维物体。实体造型根底：1点 2边 3环 4面 5体 有效实体：符合正那么形体的实体。简称实体 欧拉公式：V：顶点数，E：边数，F：外表数 V-E+F=

8、2 三维实体的表示方法：边界表示多边形网格表示 构造实体几何表示 空间细分表示 建模路线 灭点：不平行于投影平面的平行线，经过透视投影之后收敛于一点，称为灭点投影变换 消隐依据:三维坐标 消隐结果:二维坐标 以视点为标准将对象按空间位置排序 消隐解决方案：先三维排序,再绘制二维画家算法 二维绘制,同时依据三维判定可见性Z-Buffer 算法 Z-Buffer 算法 优点：1简单稳定，利于硬件实现 2不需要整个场景的几何数据 缺点:1 需要一个额外的 Z 缓冲器 2 在每个多边形占据的每个像素处都要计算深度值，计算量大 影响光照效果:视点,物体,光源 整体光照明模型 简单光照明模型中，我们假定所考虑的物体外表是不透明的，实际上并非所有的物体都是不透明的，例如玻璃、花瓶、车窗等。简单光照模型不考虑周围环境对当前景物外表的光照明影响，忽略了光在环境景物之间的传递，很难表现自然界复杂场景的高质量真实感图形。为了增加图形的真实感，必须考虑环境的漫射、镜面反射和规那么投射对景物外表产生的整体照明效果。