计算机图形学知识点.pdf

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1、1、计算机图形系统硬件：图形输入、处理、显示、存储、输出等设备软件：图形生成、显示、处理算法以及图形数据存储、交换格式等2、硬件设备的发展：图形显示器是计算机图形学中的关键设备画线显示器存储管式显示器刷新式光栅扫描显示器液晶显示器和等离子显示器3、随机扫描显示器：（由电子束的随机运动产生光点）随机扫描方式指屏幕上的图形是按矢量线段一笔一笔画出的，其顺序完全按用户的绘图指令来决定。又称为画线式显示器、矢量式显示器存储管式显示器：【特点】不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态修改图形功能，不适合交互式液晶显示器：体积小，辐射弱等离子显示器：平板式、透明。显示图形无锯齿现象；不需要刷新缓冲存储器。4、

2、输入设备：将各种形式的信息转换成适宜计算机处理的形式图形输入设备从逻辑上分为6 种：定位(Locator)、笔划(Stroke)、数值(Valuator)、选择(Choice)、拾取(Pick)、字符串(String)5、计算机图形学算法研究的发展：1）光栅扫描图形生成；2）图形变换；3）真实感图形生成；4）几何建模；5）曲线与曲面生成算法；6）图形学应用算法计算机图形学的应用领域：图形用户界面、计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)、科学计算可视化、地理信息系统、娱乐、计算机艺术、虚拟现实、逆向工程6、计算机图形：计算机图形是通过计算机利用算法在专用显示设备上设计和构造出来的。7、计算机视觉

3、与模式识别：图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）。手写体识别、机器视觉。8、逆向工程：也称反求工程、反向工程)是一种现代化新产品开发技术，解决了由产品实物模型到产品数字模型，进而作修改和详细设计，快速开发出新产品的过程，为现代设计方法和快速原型制造等提供了技术支持。9、计算机图形学研究的内容：图形的输入、表示（存储）、处理、显示与输出。1、图形显示设备：是一个画点设备。可以把光栅图形显示器看成许多离散点组成的矩阵，每个点都可以发光2、帧缓冲存储器：是一大块连续存储空间作用：存放画面的数字信息。说明：帧缓冲存储器即通常所说的显存。帧缓冲存储器中单元的数目与显

4、示器上像素的数目相同，单元与像素一一对应，各单元的数值决定了其对应的像素的颜色。通常的显示卡所包含的主要部件即为视频控制器与帧缓冲存储器。视频控制器是负责刷新的部件，它建立了帧缓冲存储器单元与屏幕像素之间的一一对应。3、位平面：光栅中的每个像素在帧缓冲存储器中至少要有1 位（bit），每个像素一位的存储容量称为位平面(bit plane)。说明：画面就是由帧缓冲器中的这些位信息组成的。由于一个二进制位只有两个状态，所以单独一个位平面只能产生黑白（单色）显示。由于帧缓冲器是数字设备，而光栅显示器是模拟设备，所以将帧缓冲器中的信息读出并在光栅CRT 显示器上显示时需要将数字量转换成模拟量。这个工作

5、由数模转换器(DAC)完成。帧缓冲存储器中的每一个像素，只有在读出并转换为模拟量以后才能显示在荧光屏上。如果增加帧缓冲存储器的位平面数，光栅显示器就可以表示彩色或不同的灰度级。4、光栅化：把物体的数学描述以及与物体相关的颜色信息转换为屏幕上的像素的过程。5、计算机图形软件的分类：通用编程软件包和专业应用图形软件包几何造型平台：ACIS和Parasolid 通用编程软件包：常常是图形库，提供了生成各种图形、实现图形的处理和输入输出操作、控制和处理各种图形设备以及交互过程中的各种事件，如GLGL、OpenGLOpenGL。专业应用图形软件包：专业应用图形软件包是具有图形处理能力的交互式图形软件系统

6、，为非程序员提供的而且往往应用于某个或某些领域，如AutoCADAutoCAD、3DS MAX3DS MAX等。6、产生彩色的常用方法：射线穿透法、影孔板法7、影孔板类型：点状、栅格式、沟槽式8、与光栅扫描显示器有关的几个概念扫描线与扫描顺序、一帧（Frame）、水平回扫期、垂直回扫期、逐行扫描、隔行扫描9、可视角度：视线与屏幕中心法向成一定角度时，人们就不能清晰地看到屏幕图象，而那个能看到清晰图象的最大角度被我们称为可视角度。一般所说的可视角度是指左右两边的最大角度相加。10、液晶显示器分辨率：指其真实分辨率，表示水平方向的像素点数与垂直方向的像素点数的乘积。11、计算机图形软件的分类：通用

7、编程软件包和专业应用图形软件包几何造型平台：ACIS和 Parasolid 12、图形标准：图形系统及其相关应用系统中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准，以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准，前者称为数据及文件格式标准，后者称为子程序界面标准。制定目的：为了在不同的计算机系统和外设之间进行图形应用软件的移植移植性包括：应用程序在不同系统之间的可移植性、应用程序与图形设备的无关性、图形数据的可移植性、程序员层次的可移植性13、应用接口：应用程序与图形软件的接口，隔离了应用程序与处理图形的实际物理设备的联系保证了应用程序在不同系统之间的可移植性虚拟图形设备接口：图形软件及其外部设备之

8、间的接口，保证了图形软件与图形外部设备的无关性。数据接口：规定了记录图形信息的数据文件的格式，使得软件与软件之间可以交换图形数据。14、GL（Graphic Library）图形程序库，UNIX 下运行，OpenGL微机，分类：基本图素；坐标变换；设置属性和显示方式；I/O 处理；真实图形显示。15、Windows 程序设计是针对事件或消息的处理进行。Windows 程序的执行顺序取决于事件发生的顺序，程序的执行顺序是由顺序产生的消息驱动的，但是消息的产生往往并不要求有次序之分。16、应用程序框架：指的是用于生成一般的应用程序所必须的各种面向对象的软件组件的集成集合。17、类库：一个可以在应用

9、程序中使用的相互关联的C+的集合。来源：随编译器一起提供的（MFC）、由其他软件公司销售的、由用户自己开发的18、Visual C+程序设计框架：以My 为工程名，VC+自动生成的类:CMyApp 类、CMyFrame 类、CMyDoc 类、CMyView 类（“文档视图”结构）19、OpenGL：图形硬件的一个软件接口（是一种应用程序编程接口，而不是一种编程语言）。20、OpenGL的背景情况：OpenGL（open graphics library，开放性图形库）是以SGI的 GL三维图形库为基础制定的一个开放式三维图形标准。22、OpenGL 的主要功能：绘制模型、各种变换、着色模、光照

10、处理、纹理映射、位图和图像、制作动画、选择和反馈、点线和多边形的反走样技术、特殊效果（深度暗示、运动模糊、雾化)。23、OpenGL 提供了描述点、线、多边形的绘制机制。它们通过glBegin()函数和glEnd()函数配对来完成。glBegin()函数有一个类型为Glenum 的参数，gLEnd()函数标志着形状的结束，该函数没有参数。24、OpenGl 函数及结构：1）核心库，函数以gl 开头；2）实用库，函数以glu 开头；3）辅助库，函数以aux 开头4）Windows 专用函数，用于连接OpenGL和 Windows 窗口系统，以wgl 开头5）实用函数工具包(GLUT)提供了与任意

11、屏幕窗口系统进行交互的函数库，函数以glut 开头。1、为什么要研究真实感图形学？真实感图形绘制是计算机图形学研究的重要内容之一，简单地讲，真实感图形绘制就是借助数学、物理、计算机等学科的知识在计算机二维显示屏上产生三维场景的真实逼真图像、图形的过程。真实感图形绘制在人们日常的工作、学习和生活中已经有了非常广泛的应用，如计算机辅助设计、多媒体教育、科学计算可视化、动画制作、电影特技模拟、计算机游戏等许多方面，都可以看到真实感图形在其中发挥了重要的作用，而且人们对于计算机在视觉感受方面的要求越来越严格，这就需要研究更多更逼真的真实感图像生成算法。2、真实感图形的生成技术：消隐技术、光照技术、物体

12、表面细节的模拟、阴影的生成、图形反走样技术、用OpenGL生成真实感图形3、消隐技术:消除隐藏线、隐藏面(消除不可见的线和面，从而消除图像二义性)真实图形：经过消隐得到的投影图称为物体的4、判别可见面算法的分类：按照实现时所基于的坐标系物空间算法和像空间算法物空间算法：在定义、描述物体的世界坐标系中实现的。优点：精度高，与机器精度相同在工程应用方面特别有用像空间算法：在观看物体的屏幕坐标系下实现的。（局限于屏幕的分辨率）5、物空间算法和像空间算法显著区别:在于算法所需要的计算量不同。6、为什么判别可见面算法并非在物空间实现？1）判别可见面的算法离不开排序2）排序一般是基于体、面、边或点到视点的

13、距离3）判别可见面的算法的效率很大程度上取决于排序的效率4）扫描线的方式实现像空间算法时容易利用连贯性质,使得像空间算法更具效率连贯性：是物体特征变化趋势具有局部不变性。8、提高消隐算法效率的方法：利用连贯性、包围盒技术、背面剔除、区域分割技术、物体分层表示9、消隐的基本（核心）问题：排序10、整体排序：画家算法算法思想:1）按多边形离观察者的远近来建立一张表距观察者远的优先级低，近的优先级高。2）如果这张表能正确地建立好，那么只要从优先级低的多边形开始，依次把多边形的颜色填入帧缓冲存储器中以形成该多边形的图形3）直到优先级最高的多边形的图形送入帧缓冲器后，整幅图就显示好了。11、点排序：Z缓

14、冲器算法优点：算法简单、稳定，便于硬件加速，不需要整个场景的几何数据缺点：需要Z 缓冲器，计算复杂度大需要计算的像素深度值次数=多边形个数*多边形平均占据的像素个数12、消除隐藏面主要算法包括：画家算法、Z缓冲区（Z-Buffer）算法、扫描线Z-buffer 算法、区间扫描线算法、区域子分割算法光线投射算法1、Bresenham 算法基本思想：助于一个误差量(直线与当前实际绘制像素点的距离)，来确定下一个像素点的位置。算法的巧妙之处在于采用增量计算，使得对于每一列，只要检查误差量的符号，就可以确定该下一列的像素位置。是应用最广泛的直线扫描转换算法！2、扫描线算法目标：利用相邻像素之间的连贯性

15、，提高算法效率处理对象：非自交多边形（边与边之间除了顶点外无其它交点）基本思想：按扫描线顺序，计算扫描线与多边形的相交区间，再用要求的颜色显示这些区间的像素，即完成填充工作。步骤：（1）求交（2）排序（3）配对（4）填色3、活性边表(AET)：把与当前扫描线相交的边称为活性边，并把它们按与扫描线交点x 坐标递增的顺序存放在一个链表中4、区域填充算法：区域指已经表示成点阵形式的填充图形，它是像素的集合。区域可采用内点表示和边界表示两种表示形式。区域可分为4 向连通区域和8 向连通区域。区域填充指先将区域的一点赋予指定的颜色，然后将该颜色扩展到整个区域的过程。区域填充算法要求区域是连通的5、区域填充算法缺点：(1)有些像素会入栈多次，降低算法效率；栈结构占空间。(2)递归执行，算法简单，但效率不高，区域内每一像素都引起一次递归，进/出栈，费时费内存6、区域填充的扫描线算法法步骤：1）首先填充种子点所在扫描线上的位于给定区域的一个区段2）然后确定与这一区段相连通的上、下两条扫描线上位于给定区域内的区段，并依次保存下来。3）反复这个过程，直到填充结束。