计算机图形学复习

重点复习概要

　　第一章
　　1. 计算机图形：用数学方法描述，通过计算机生成、处理、存储和显示的对象。
　　2. 图形和图像的主要区别是表示方法不同：图形是用矢量表示；图像是用点阵表示的。图形和图像也可以通过光栅显示器（或经过识别处理）可相互转化。
　　3. 于计算机图形学紧密相关的学科主要包括 图像处理、计算几何和计算机视觉模式识别。它们的共同点是 以图形/图像在计算机中的表示方法为基础。
　　4. 交互式计算机图形系统的发展可概括为以下4个阶段：字符、矢量、二维光栅图形、三维图形。
　　5. 图形学研究的主要内容有：①几何造型技术 ②图形生成技术 ③图形处理技术 ④图形信息的存储、检索与交换技术 ⑤人机交互技术 ⑥动画技术 ⑦图形输入输出技术 ⑧图形标准与图形软件包的研发。
　　6. 计算机辅助设计和计算机辅助制造 是计算机图形学最广泛最活跃的应用领域。
　　7. 计算机图形学的基本任务：一是如何利用计算机硬件来实现图形处理功能；二是如何利用好的图形软件；三是如何利用数学方法及算法解决实际应用中的图行处理问题。
　　8. 计算机图形系统是由硬件系统和软件系统组成的。
　　9. 计算机图形系统包括处理、存储、交互、输入和输出五种基本功能。
　　10. 键盘和鼠标是最常用的图形输入设备。鼠标根据测量位移部件的不同，分为光电式、光机式和机械式3种。
　　11. 数字化仪分为电子式、超声波式、磁伸缩式、电磁感应式等。小型的数字化仪也称为图形输入板。
　　12. 触摸屏是一种 定位设备，它是一种对于触摸能产生反应的屏幕。
　　13. 扫描仪由3部分组成：扫描头、控制电路和移动扫描机构。扫描头由光源发射和光鲜接收组成。按移动机构的不同，扫描仪可分为平板式和滚筒式2种。
　　14. 显示器是计算机的标准输出设备。彩色CRT的显示技术有2种：电子穿透法和荫罩法。
　　15. 随机扫描是指电子束的定位及偏转具有随意性，电子束根据需要可以在荧光屏任意方向上连续扫描，没有固定扫描线和扫描顺序限制。它具有局部修改性和动态性能。
　　16. 光栅扫描显示器是画点设备。
　　17. 点距是指相邻像素点间的距离，与分辨指标相关。
　　18. 等离子显示器一般有三层玻璃板组成，通常称为等离子显示器的三层结构。
　　19. 用以输出图形的计算机外部设备称为硬拷贝设备。
　　20. 打印机是廉价的硬拷贝设备，从机械动作上常为撞击式和非撞击式2种。
　　21. 常用的喷墨头有：压电式、气泡式、静电式、固体式。
　　22. 绘图仪分为静电绘图仪和笔式绘图仪。
　　23. 图形软件的分层。由下到上分别是：①图形设备指令、命令集、计算机操作系统 ②零级图形软件 ③一级图形软件 ④二级图形软件 ⑤三级图形软件。
　　24. 零级图形软件是面向系统的、最底层的软件，主要解决图形设备与主机的通信与接口问题，又称设备驱动程序。
　　25. 一级图形软件即面向系统又面向用户，又称基本子系统。
　　26. 图形应用软件是系统的核心部分。
　　27. 从物理学角度，颜色以主波长、色纯度和辉度来描述；从视觉角度来看，颜色以色彩、饱和度和亮度来描述。
　　28. 用适当比列的3种颜色混合，可以获得白色，而且这3种颜色中的任意2种的组合都不能生成第三种颜色，称为三原色理论。
　　29. RGB模型的匹配表达式是：c=rR+gG+bB。
　　30. 常用颜色模型
　　颜色模型名称 使用范围
　　RGB 图形显示设备（彩色CRT和光栅显示器）
　　CMY 图形打印、绘制设备
　　HSV 对应画家本色原理、直观的颜色描述
　　HSL 基于颜色参数的模型
　　用基色青、品红、黄定义的CMY颜色模型用来描述硬拷贝设备的输出颜色。它从白光中滤去某种颜色，故称为减色性原色系统。

　　第二章
　　31. 直线生成的3个常用算法：数值微分法（DDA）、中点划线法和Bresenham算法。
　　32. DDA算法的C语言实现：
　　DDA算法生成直线，起点（x0,y0）,终点（x1,y1）.
　　Void CMy View ::OnDdaline()
　　{
　　CDC *pDC=GetDC(); //获得设备指针
　　int x0=100,y0=100,x1=300,y1=200,c=RGB(250,0,0);//定义直线两端点和直线颜色
　　int x,y,i;
　　float dx,dy,k;
　　dx=(float)(x1-x0);
　　dy=(float)(y1-y0);
　　k=dy/dx;
　　x=x0;
　　y=y0;
　　if(abs(k)<1)
　　{ for(;x<=x1;x++)
　　{pDC—>SetPixel(x,int(y+0.5),c);
　　y=y+k;}
　　}
　　if(abs(k)>=1)
　　{ for(;y<=y1;y++)
　　{pDC—>SetPixel(int(x+0.5),y,c);
　　x=x+1/k;}
　　}
　　ReleaseDC(pDC); //释放设备指针
　　}
　　33. 任何影响图元显示方法的参数称为属性参数。图元的基本表现是线段，其基本属性包括线型、线宽和色彩。
　　34. 最常见的线型包括实线、虚线、细线和点划线等，通常默认的线型是实线。
　　35. 线宽控制的实线方法：垂直线刷子、水平线刷子、方形线刷子。生成具有宽度的线条还可以采用区域填充算法。
　　36. 用离散量表示连续量时引起的失真现象称为走样。为了提高图形显示质量，减少或消除走样现象的技术称为反走样。
　　37. 反走样技术有：提高分辨率（硬件方法和软件方法）、简单区域取样、加权区域取样。
　　38. 区域连通情况分为四连通区域和八连通区域。四连通区域是指从区域上某一点出发，可通过上下左右4个方向移动，在不越出区域的前提下到达区域内的任意像素；八连通区域是指从区域内某一像素出发，可通过上下左右、左上左下、右上右下8个方向的移动，在不越出区域的前提下到达区域内的任意像素。
　　39. 字符的图形表示可以分为点阵式和矢量式两种形式。
　　40. 在图形软件中，除了要求能生成直线、圆等基本图形元素外，还要求能生成其他曲线图元、多边形及符号等多种图元。
　　41. 在扫描线填充算法中，对水平边忽略而不予处理的原因是实际处理时不计其交点。
　　42. 关于直线生成算法的叙述中，正确的是：Bresenham算法是对中点画线算法的改进。
　　43. 在中点画圆算法中叙述错误的是：为了减轻画圆的工作量，中点画圆利用了圆的四对称性性质。
　　44. 多边形填充时，下列论述错误的是：在判断点是否在多边形内时，一般通过在多变形外找一点，然后根据该线段与多边形的交点数目为偶数即可认为在多边形内部，若为奇数则在多边形外部，且不考虑任何特殊情况。
　　第三章
　　1. Cohen-Sutherland算法，也称编码裁剪法。其基本思想是：对于每条待裁剪的线段P1P2分三种情况处理：①若P1P2完全在窗口内，则显示该线段，简称“取”之；②若P1P2完全在窗口外，则丢弃该线段，简称“舍”之；③若线段既不满足“取”的条件也不满足“舍”的条件，则求线段与窗口边界的交点，在交点处把线段分为两段，其中一段 完全在窗口外，可舍弃之，然后对另一段重复上述处理。
　　2. Sutherland-Hodgman算法，又称逐边裁剪算法。其基本思想是用窗口的四条边所在的直线依次来裁剪多边形。多边形的每条边与裁剪线的位置关系有4种情况（假设当前处理的多边形的边为SP）：a>端点S在外侧，P在内侧，则从外到内输出P和I；b>端点S和P都在内侧，则从内到内输出P；c>端点S在内侧，而P在外侧，则从内到外输出I；d>端点S和P都在外侧，无输出。
　　3. 按裁剪精度的不同，字符裁剪可分为三种情况：字符串裁剪、字符裁剪和笔画裁剪。
　　4. 在线段AB的编码裁剪算法中，如A、B两点的码逻辑或运算全为0，则该线段位于窗口内；如AB两点的码逻辑与运算结果不为0，则该线段在窗口外。
　　5. n边多边形关于矩形窗口进行裁剪，结果多边形最多有2n个顶点，最少有n个顶点。
　　6. 对一条等长的直线段裁剪，编码裁剪算法的速度和中点分割算法的裁剪速度哪一个快，无法确定。（√）
　　7. 多边形裁剪可以看做是线段裁剪的组合。（X）
　　8. 对于线段来说，中点分割算法要比其他线段裁剪算法的裁剪速度快。（X）
　　9. 多边形的Weiler-Atherton裁剪算法可以实现对任意多边形的裁剪。（√）
　　第四章
　　1. 几何变换是指改变几何形状和位置，非几何变换是指改变图形的颜色、线型等属性。变换方法有对象变换（坐标系不动）和坐标变换（坐标系变化）两种。
　　2. 坐标系可以分为以下几种：世界坐标系（是对计算机图形场景中所有图形对象的空间定位和定义，是其他坐标系的参照）、模型坐标系（用于设计物体的局部坐标系）、用户坐标系(为了方便交互绘图操作，可以变换角度、方向)、设备坐标系（是绘制或输出图形的设备所用的坐标系，采用左手系统）。
　　3. 将用户坐标系中需要进行观察和处理的一个坐标区域称为窗口，将窗口映射到显示设备上的坐标区域称为视区。从窗口到视区的变换，称为规格化变换。（eg.4-1）
　　4. 所谓体素，是指可以用有限个尺寸参数定位和定形的体，如长方体、圆锥体。
　　5. 所谓齐次坐标表示，就是用n+1维向量表示n维的向量。
　　6. 二维点（x,y）的齐次坐标可以表示为：（hx hy h）,其中h≠0。当h=1时称为规范化的齐次坐标，它能保证点集表示的唯一性。
　　7. 旋转变换公式的推导、对称变换

　　第五章
　　1. 交互绘图技术是一种处理用户输入图形数据的技术，是设计交互绘图系统的基础。常见的交互绘图技术有：定位技术、橡皮筋技术、拖曳技术、定值技术、拾取技术、网格与吸附技术。
　　2. 常用的橡皮筋技术有：橡皮筋直线、橡皮筋矩形、橡皮筋圆。
　　3. 拖曳技术是将形体在空间移动的过程动态地、连续地表示出来，直到用户满意。
　　4. 定值技术有2种：一种是键入数值，另一种是改变电位计阻值产生要求的数量，可以用模拟的方式实现电位计功能。
　　5. 拾取一个基本的对象可以通过：指定名称法、特征点发、外界矩阵法、分类法、直接法。

　　第六章
　　1. 点、线、面是形成三维图形的基础，三维变换是从点开始。
　　2. 三维图形变换分类：三维图形变换包括三维几何变换和平面几何变换，三维几何变换包括基本几何变换和复合变换；平面几何变换包括平行投影和透视投影，平行投影包括正投影和轴测投影，透视投影包括一点透视、二点透视、三点透视。
　　3. 投影中心与投影面之间的距离是无限的投影叫做平行投影，它包括正投影和轴测投影。
　　4. 正投影形成的视图包括：主视图、俯视图和左视图。轴测投影形成的视图为轴测图。
　　5. 透视投影也称为中心投影，其投影中心与投影面之间的距离是有限的。其特点是产生近大远小的视觉效果
　　6. 对于透视投影，不平行于投影面的平行线的投影会汇聚到一个点，这个点称为灭点。透视投影的灭点有无限多个，与坐标轴平行的平行线在投影面上形成的灭点称为主灭点。主灭点最多有3个，其对应的透视投影分别称为一点透视、二点透视、三点透视。

　　第七章
　　1. 型值点是曲面或曲线上的点，而控制点不一定在曲线曲面上，控制点的主要目的是用来控制曲线曲面的形状。
　　2. 插值和逼近是曲线曲面设计中的两种不同方法。插值—生成的曲线曲面经过每一个型值点，逼近—生成的曲线曲面靠近每一个控制点。
　　3. 曲线曲面的表示要求：唯一性、统一性、几何不变性、几何直观、易于界定、易于光滑连接。
　　4. 曲线曲面有参数和非参数表示，但参数表示较好。非参数表示又分为显式和隐式两种。
　　5. 对于一个平面曲线，显式表示的一般形式是：y=f(x)。一个x与一个y对应，因此显式方程不能表示封闭或多值曲线。例不能用显式方程表示一个圆。
　　6. 如果一个曲线方程表示为f(x,y)=0的形式，我们称之为隐式表示。其优点是易于判断函数f(x,y)是否大于、小于或等于零，即易于判断是落在所表示曲线上还是在曲线的哪一侧。
　　7. 参数连续与几何连续的区别：参数连续性是传统意义上的、严格的连续，而几何连续性只需限定两个曲线段在交点处的参数导数成比例，不必完全相等，是一种更直观、易于交互控制的连续性。
　　8. 在曲线曲面造型中，一般只用到C1（1阶参数连续）、C2（2阶参数连续）、G1（1阶几何连续）、G2（2阶几何连续）。切矢量（一阶导数）反映了曲线对参数t的变化速递，曲率（二阶导数）反映了曲线对参数t变化的加速度。
　　9. 通常C1连续必能保证G1的连续，但G1的连续并不能保证C1连续。
　　10. 对于三次Hermite曲线，用于描述曲线的可供选择的条件有：端点坐标、切矢量和曲率。
　　11. 三次Hermite曲线特点：①可局部调整，因为每个曲线段仅依赖于端点约束；②基于Hermite样条的变化形式有Cardinal样条和Kochanek-Bartels样条；③具有几何不变性。
　　12. Bezier曲线的性质：①端点性质②端点切矢量③端点的曲率④对称性⑤几何不变性⑥凸包性⑦变差缩减性。
　　13. 一次Bezier曲线是连接起点P0和终点P1的直线段，二次Bezier曲线对应一条起点P0终点在P2处的抛物线。
　　14. B样条曲线的性质：①局部性②连续性或可微性③几何不变性④严格凸包性⑤近似性⑥变差缩减性。
　　15. NURRS曲线具有以下性质：①局部性②可微性③仿射不变性④严格保凸性⑤一般性⑥变差缩减性⑦端点性质。

　　第八章
　　1. 要把三维物体的信息显示在二维显示设备中，必须通过投影变换。由于投影变换失去了深度信息，往往会导致二义性，要消除二义性，就必须在绘制时消除实际不可见的线和面，称作消除隐藏线和隐藏面，简称消隐。
　　2. 面消隐常用算法有：深度缓冲区（Z-buffer）算法和深度排序算法（画家算法）。
　　3. 深度缓冲区算法和深度排序算法的区别：

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