课程名称：学术之道
姓名：蒋佳轩余建刚张洪源（按所负责模块在论文中位置排序）
小班号：14
助教姓名：黄蕙昭
计算图形学
摘要
本文将在库恩提出的范式与科学革命的框架下剖析计算图形学的发展历史，展示计算图形学目前的应用，展望计算图形学将来的前景。
1 综述
计算机图形学是计算机科学的分支,它应用计算机技术
2 计算机图形学发展史
2.1 开端
MIT林肯实验室24岁的萨瑟兰（Ivan E.Sutherland）完成了关于人机通信的图形系统的博士论文。萨瑟兰引入了分层存储符号的数据结构，开发了交互技术，可以用键盘和光笔实现定位、选项和绘图，还提出了至今仍在沿用的许多图形学的其他基本思想和技术。1
萨瑟兰的博士论文被认为既是计算机图形学的奠基，也是现代计算机辅助设计之肇始。他首次使用了“计算图形学”这一词。他发明了鼠标与窗口界面并开发了“画图”系统。
在此阶段计算机科学家们是在“实现人机交互”的范式下研究问题。其主要研究目的是把计算机中的数据直观的用图像给人展示出来，人通过图像信息操作计算机。
2.2 第一次范式转变
由于各种计算机人机交互的系统的兴起，不同人与不同计算机系统之间的隔阂出现，计算机之间的交流变得困难。
因为通用、与设备无关的图形软件的发展，图形软件功能的标准化问题被提了出来。1974年，美国国家标准化局（ANSI）在 ACM SIGGRAPH 的一个与“与机器无关的图形技术”的工
1Computer graphics (computer science)-Wikipedia[EB/OL].
https://https://www.doczj.com/doc/763499514.html,/wiki/Computer_graphics_(computer_science). 2018-05-16.
作会议上，提出了制定有关标准的基本规则。此后 ACM 专门成立了一个图形标准化委员会，开始制定有关标准。该委员会于 1977、1979 年先后制定和修改了“核心图形系统”（Core GraphicsSystem）。ISO 随后又发布了计算机图形接口 CGI(Computer Graphics Interface)、计算机图形元文件标准 CGM（Computer Graphics Metafile）、计算机图形核心系统GKS(Graphics Kernel system)、面向程序员的层次交互图形标准 PHIGS（Programmer's Hierarchical Interactive Graphics Standard）等。这些标准的制定，为计算机图形学的推广、应用、资源信息共享，起到了重要作用。2
重要进展有光栅显示器的产生，真实感图形学和实体造型技术的产生。
在此阶段计算机科学家们是在“实现各系统交互”的范式下研究问题。其主要研究目的是计算机图像系统的推广、应用、资源信息共享、标准化。
2.3 第二次范式转变
计算机处理速度跟不上复杂图像处理所需要的运算速度。
超大规模集成电路的发展，为图形学的飞速发展奠定了物质基础。计算机的运算能力的提高，图形处理速度的加快，使得图形学的各个研究方向得到充分发展。
科学家们改进了展示图形的算法，构建了立体建模、投影、渲染的图形表达模式。帧缓冲区、平面片、粒子系统的运用也大大加快了运算速度。
在此阶段计算机科学家们是在“图像更逼真、计算更快”的范式下研究问题。其主要的研究方向已经从理论探索转变为了面向对象的应用。
3. 应用
3.1在曲面造型技术中的应用
曲面造型技术是计算机图形学应用的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。源于飞机、船舶的外形放样工艺，经过三十多年，随着计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强，随着几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢的趋势的日益明显，随着图形工业和制造工业迈向一体化、集成化和网络化步伐的日益加快，随着激光测距扫描等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善，曲面造型在近几年来得到了长足的发展。
3.1.1研究领域
从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面位差。
2
3.1.2表示方法
从表示方法来看，以网格细分（Sub-division）为特征的离散造型与传统的连续造型相比，大有后来居上的创新之势。而且，这种曲面造型方法在生动逼真的特征动画和雕塑曲面的设计加工中如鱼得水，得到了高度的运用。
3.2在计算机辅助设计（CAD）的应用
这是一个最广泛，最活跃的应用领域。计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。CAD技术目前已广泛应用于国民经济的各个方面，其主要的应用领域有以下几个方面。
3.2.1制造业中的应用
CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。现在较常用的软件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD应用系统，这些系统主要运行在图形工作站平台上。在PC平台上运行的CAD应用软件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各种因素，目前在二维CAD系统中Autodesk公司的AutoCAD占据了相当的市场。
3.2.2工程设计中的应用
CAD技术在工程领域巾的应用有以下几个方面：①建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计等。②结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析等。③设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。④城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨等。⑤市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气等。⑥交通工程设计，如公路、桥梁、铁路等。⑦水利工程设计，如大坝、水渠等。⑧其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算等。
3.2.3仿真模拟和动画制作。
在文化娱乐界已大量利用计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外星人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一个个激动人心的巨片。
3.2.4其他应用
CAD技术除了在上述领域中的应用外，在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到CAD技术。CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是CAD技术发展的新趋向。
小结
计算机图形学成为当代几乎所有科学和工程技术领域用来加强信息理解和传递的技术和工具。与此同时，计算机图形学的硬件和软件应用本身已发展成为一个巨大的产业，有着广泛的发展前景，必将在人们的生活中起着越来越重要的作用。
4 展望
4.1计算机图形学主要研究方向
计算机图形学主演基于计算机研究图像的生成、处理和表达；研究如何利用计算机生成或者修改使得人们获得需要的图形。
图形基础研究方面可归纳为两个主要方向：建模技术和绘制技术。
建模技术又可分为两大分支：计算机辅助几何设计和自然景物建模。计算机辅助几何设计追求建模的精确度、可靠性和建模的速度；自然景物建模追求建模的逼真度和速度。
计算机图形学中的绘制技术是指基于光栅图形显示技术的"真实感图形"绘制技术,包括各种光照模型、明暗处理和纹理生成等内容。绘制技术追求的是真实感和绘制速度。
由其最重要的两大研究方向目标可以看出，计算机图形学追求“真实”与“速度”，即既要客观现实地反映研究对象，同时还要求高速实现这一过程。往往需要根据研究对象的不同和具体要求的不同而采取不同程度的折中，于是便引申出了计算机图形学发展的两个大方向，即不断追求对自身学科技术对突破、尝试与其它学科融合发展。
4.2初步探索计算机图形学的发展
4.2.1追求突破学科瓶颈
1，三维模型建模
三维建模是计算机图形学的基础应用之一，计算机图形学、几何建模和物体表面特性模拟技术的长期研究可以绘制逼真的图形。然而，计算机生成的图形与复杂的几何图形以及真实世界产生的微妙的光照效果之间仍然存在巨大差距。如果可以直接从现实世界中获取几何信息和材质属性（如照片）并在此基础上使用，则可以避免建模问题并获得更逼真的图
形。从而可以更加逼真的实现三维物体建模，其中利用到的技术有全能函数的运用等。
其中全能函数P是从任意的点（Vx，Vy，Vz），任意的视角（θ，φ）或者任意的时刻（t）开始的某个波长范围（λ）现场的描述。因此，我们通常采用的照片可以看作是全视图功能的一个示例。对于静止物体，在固定照明条件下，参数t和λ可以忽略不计，全视角函数P本质上是一个5维（5D）函数。如果我们知道某个物体的全视图函数P，我们可以通过给出一个视点（Vx，Vy，Vz）和一定的视角（θ，φ）并将它们代入到P中来获得视图。应用基于图像绘制问题的全视图函数可以被定义为：知道全视图函数的一组离散样本，找到全视图函数的连续表示，也就是说，根据图像的一组样本重构全视图功能这是全视图功能。
基于上述构成的3D模型建模方法是计算机图形学的重要基础，也是产生精美的三维场景和逼真的动态效果的前提。然而，传统的三维模型方法由于其主要思想方法来源于CAD中基于参数化调整的形状构造方法，造型效率低，学习阈值高，且不易推广和不允许非专业用户使用它。随着计算机图形技术的普及和发展，各类用户提出了高效的三维建模需求。目前需要解决的主要问题是：（1）C2点连续性在奇点处的有效构造方法; （ii）结合GPU 图形硬件的曲面处理方法。
2，高精度数据获取与处理
20世纪90年代早期推出的图形中时间限制计算的概念有力地促进了建模准确性和实时渲染的辩证结合，打开了基于几何建模、分层表示细节和分层渲染技术的新复杂性和研究方向。如何更加精准地表示出图形变成了一个庞大而有力量的分支。这其中主要运用的理论主要有小波变换等。
小波变换（WT）是一种半新的变换分析方法。它继承并发展了短时傅里叶变换的局部化思想，克服了窗口大小不随频率变化的缺点，实现了窗口能随频率变化。“时间频率”窗口是信号时间频率分析和处理的理想工具。其主要特点是可以通过变换充分突出问题的某些方面，并且可以对时间（空间）频率进行局部分析，并通过伸缩平移操作逐步多尺度化信号，最终达到高频率的时间细分和低频细分，能够自动适应时频分析的要求，使其能够专注于任何细节的信号，解决傅立叶变换的难题，并成为科学上的重大突破方法。
小波理论在计算机图形学中的应用已成为上述研究的有效工具。动态模拟高度真实的物理感觉，包括对各种变形，水，气，云，烟雾，燃烧，爆炸，撕裂，老化和其他物理现象的逼真模拟，都是计算机图形学试图实现的目标。
4.2.2多学科融合发展
1，与图形硬件紧密结合
计算机图形学与图形硬件结合是一个跨时代的工作，也是一个全新的体验。图形硬件正以微软的kincet为代表取得不俗的成就，而图形硬件、图形软件和基于图形的算法的有机结合和相互影响已经形成了今天的辉煌计算机图形。
历史上，由于图形显示技术的进步，早期向量图形显示向光栅图形显示的发展促进了逼真图形的形成；对图形渲染的实时需求促进了图形加速组件和图形专用芯片技术的使用和繁荣。计算机图形硬件一直是国际主要计算机图形会议中最重要的主题之一。美国SIGGRAPH和欧洲的Eurographics通常包括关于图形硬件论文的报告，后者还举办了一系列“计算机图形硬件研讨会”并成为计算机图形硬件工作者最重要的交流场合之一，与电脑动画相关的硬件和软件产品是本次会议产品展览的主角。世界着名的电脑动画软硬件公司占据
展会的主角，吸引大量观众。三维运动追踪器可以提供32个关节传感器，同时实时记录两个人的全身动作，并反映出屏幕上卡通人物的身体动作。这种实时多点跟踪装置的出现必将大大减少动画技术中运动设计的工作量，并提高运动的模拟速度。但是我们国家在这方面的工作比较落后，这也与社会对图形硬件和软件的认可度和使用度有关。
2，与人工职能相结合
人工智能无疑是现在热门研究课题之一，学科融合也成为现在发展趋势之一，因此相信计算机图形学与人工智能的结合是必然的，也是富有开创性的。
分析和处理三维形状是计算机图形学的基本任务和研究方向。近年来，随着三维数据采集的方便和三维数据集的快速增长，这一研究方向也面临着新的挑战和机遇。一方面，在新的数据情况下，传统算法的一些假设不再有效，开发新算法的需求即将到来。另一方面，大数据的出现可以使传统的三维分析与机器学习更有机地结合起来，从而帮助人们加深对三维世界的理解，有效地理解真实的三维几何世界并构建一个虚拟的数字世界。
虚拟现实方面，有可能实现大规模几何数据库的交互式边走边看技术以及图形学、动画、多媒体和虚拟现实中的人工生命体的建模和动画技术；虚拟现实技术是一个相对年轻，不成熟的研究和应用领域。因此，它的基本显示技术如何适应不同VR应用的需求，新兴VR建模语言的标准化及其未来发展问题，以及VR在认知科学和精神方面涉及的问题仍然需要深入讨论。关于VR的应用，在SIGGRAPH展览会上所谓的“数字水上乐园”，在建筑物，医学影像教学和诊断以及航空领域走路时，还会显示大量的VR。航空领域的应用实例和体现VR技术特征的一些包括游戏的实验原型系统。
机器学习方面，相对比较成熟的是三维网格去噪，即通过大数据的机器学习，使得图形更加“标准”，由于一般采集的数据非常大，并且附有各种噪声和冗余信息，因此如何进行处理和压缩以适合图形应用是主要问题；一旦获得相关数据，如何重用是一个主要话题，因此基于数据驱动方法，与机器学习相交叉的图形方法是最近的一个研究热点。同时纷繁芜杂的三维数据构建了多姿多彩的三维几何世界，如何整合数据的力量、结合机器学习与图形学知识来认识三维世界也是未来研究的重点方向。
参考文献：
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计算机图形学Ⅰ 专业：计算机科学与技术 计算机科学与技术2092 2012年12月
第1章绪论 1、计算机图形学的概念？（或什么是计算机图形学？） 计算机图形学是研究怎样利用计算机表示、生成、处理和显示图形的(原理、算法、方法和技术)一门学科。 2、图形与图像的区别？ 图像是指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的灰度信息；图形含有几何属性，更强调物体（或场景）的几何表示，是由物体（或场景）的几何模型(几何参数)和物理属性(属性参数)共同组成的。 3、计算机图形学的研究内容？ 计算机图形学的研究内容非常广泛，有图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真和虚拟现实等。 4、计算机图形学的最高奖是以 Coons 的名字命名的，而分别获得第一届（1983年）和第二 届（1985年）Steven A. Coons 奖的，恰好是 Ivan E. Sutherland 和 Pierre Bézier 。 5、1971年，Gourand提出“漫反射模型+插值”的思想，被称为 Gourand 明暗处理。 6、1975年，Phong提出了著名的简单光照模型—— Phong模型。 7、1980年，Whitted提出了一个光透明模型—— Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算 法的范例，实现了Whitted模型。 8、以 SIGGRAPH 会议的情况介绍，来结束计算机图形学的历史回顾。 9、什么是三维形体重建？ 三维形体重建就是从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及其拓扑关系，从而实现形体的重建。 10、在漫游当中还要根据CT图像区分出不同的体内组织，这项技术叫分割。 11、一个图形系统通常由图形处理器、图形输入设备和输出设备构成。 12、CRT显示器的简易结构图 12、LCD液晶显示器的基本技术指标有：可视角度、点距和分辨率。
名词解释 将图形描述转换成用像素矩阵表示的过程称为扫描转换。 1．图形 2．像素图 3．参数图 4．扫描线 5．构造实体几何表示法 6．投影 7．参数向量方程 8．自由曲线 9．曲线拟合 10．曲线插值 11．区域填充 12．扫描转换 三、填空 1．图形软件的建立方法包括提供图形程序包、和采用专用高级语言。 2．直线的属性包括线型、和颜色。 3．颜色通常用红、绿和蓝三原色的含量来表示。对于不具有彩色功能的显示系统，颜色显示为。 4．平面图形在内存中有两种表示方法，即和矢量表示法。 5．字符作为图形有和矢量字符之分。 6．区域的表示有和边界表示两种形式。 7．区域的内点表示法枚举区域内的所有像素，通过来实现内点表示。 8．区域的边界表示法枚举区域边界上的所有像素，通过给赋予同一属性值来实现边界表示。 9．区域填充有和扫描转换填充。 10．区域填充属性包括填充式样、和填充图案。 11．对于图形，通常是以点变换为基础，把图形的一系列顶点作几何变换后，
连接新的顶点序列即可产生新的变换后的图形。 12．裁剪的基本目的是判断图形元素是否部分或全部落在之内。 13．字符裁剪方法包括、单个字符裁剪和字符串裁剪。 14．图形变换是指将图形的几何信息经过产生新的图形。 15．从平面上点的齐次坐标，经齐次坐标变换，最后转换为平面上点的坐标，这一变换过程称为。 16．实体的表面具有、有界性、非自交性和闭合性。 17．集合的内点是集合中的点，在该点的内的所有点都是集合中的元素。 18．空间一点的任意邻域内既有集合中的点，又有集合外的点，则称该点为集合的。 19．内点组成的集合称为集合的。 20．边界点组成的集合称为集合的。 21．任意一个实体可以表示为的并集。 22．集合与它的边界的并集称集合的。 23．取集合的内部，再取内部的闭包，所得的集合称为原集合的。 24．如果曲面上任意一点都存在一个充分小的邻域，该邻域与平面上的（开）圆盘同构，即邻域与圆盘之间存在连续的1-1映射，则称该曲面为。 25．对于一个占据有限空间的正则（点）集，如果其表面是，则该正则集为一个实体（有效物体）。 26．通过实体的边界来表示一个实体的方法称为。 27．表面由平面多边形构成的空间三维体称为。 28．扫描表示法的两个关键要素是和扫描轨迹。 29．标量：一个标量表示。 30．向量：一个向量是由若干个标量组成的，其中每个标量称为向量的一个分量。 四、简答题 1. 什么是图像的分辨率？
实验1 直线的绘制 实验目的 1、通过实验，进一步理解和掌握DDA和Bresenham算法； 2、掌握以上算法生成直线段的基本过程； 3、通过编程，会在TC环境下完成用DDA或中点算法实现直线段的绘制。实验环境 计算机、Turbo C或其他C语言程序设计环境 实验学时 2学时，必做实验。 实验内容 用DDA算法或Besenham算法实现斜率k在0和1之间的直线段的绘制。 实验步骤 1、算法、原理清晰，有详细的设计步骤； 2、依据算法、步骤或程序流程图，用C语言编写源程序； 3、编辑源程序并进行调试； 4、进行运行测试，并结合情况进行调整； 5、对运行结果进行保存与分析； 6、把源程序以文件的形式提交； 7、按格式书写实验报告。 实验代码：DDA： # include
void DDALine(int x0,int y0,int x1,int y1,int color) { int dx,dy,epsl,k; float x,y,xIncre,yIncre; dx=x1-x0; dy=y1-y0; x=x0; y=y0; if(abs(dx)>abs(dy)) epsl=abs(dx); else epsl=abs(dy); xIncre=(float)dx/(float)epsl; yIncre=(float)dy/(float)epsl; for(k=0;k<=epsl;k++) { putpixel((int)(x+0.5),(int)(y+0.5),4); x+=xIncre; y+=yIncre; } } main(){ int gdriver ,gmode ;
一、填空题 1．将多边形外部一点A与某一点B用线段连接，若此线段与多边形边界相交的次数为??????????，则点B在多边形外部。若此线段与多边形边界相交的次数为??????????，则点B在多边形内部。 2．生成直线的四点要求是_______________________，____________________________，____________________________________，速度要快。 3．由5个控制顶点Pi(i=0,1,…4)所决定的3次B样条曲线，由??????????段3次B样条曲线段光滑连接而成。 4．用于减少或克服在“光栅图形显示器上绘制直线、多边形等连续图形时，由离散量表示连续量引起的失真”的技术叫??????????。 5．图形的数学表示法一般有??????????，??????????，??????????。 1.一个交互性的计算机图形系统应具有、、、、 输入等五方面的功能。 2.阴极射线管从结构上可以分为、和。 3.常用的图形绘制设备有和，其中支持矢量格式。 4.PHIGS和GKS将各种图形输入设备从逻辑上分为六种：定位设备、笔划设 备、、、和。 5.通常可以采用和处理线宽。 6.齐次坐标表示就是用维向量表示n维向量。 7.平行投影根据可以分为投影和投影。 8.一个交互式计算机图形处理系统包括图形软件和_____________，图形软件又分为 _____________、_____________和三部分。 9.构成图形的要素包括和，在计算机中通常用采用两种方法来表示 图形，他们是和。 10.荫罩式彩色显像管的结构包括、、和。 11.目前常用的PC图形显示子系统主要由3个部件组成：、和一 个ROM BIOS芯片。 12.在交互输入过程中，图形系统中有_____________、、和其组 合形式等几种输入（控制）模式。 13.填充一个特定区域，其属性选择包括、和。 14.计算机中表示带有颜色及形状信息的图和形常用和参数法，其中用参数法描 述的图形称为，用描述的图形称为。 15.在显示技术中，我们常常采用提高总的光强等级。 16.常用的交互式绘图技术有、、和。
计算机图形学课程设计——扫雷游戏程序设计
《计算机图形学》课程设计报告 VC++扫雷游戏的程序设计 专业班级： 小组成员：
指导老师： 日期：2012年12月24日 1、需求分析 本课程设计实现类似于Windows XP操作系统自带的扫雷游戏。该设计以V isual C++ 6.0为开发环境， Windows 7/XP为程序运行平台。在程序设计中，把整个雷区看成一个二维数组，把雷方块定义为具有所在雷区二维数组的行和列、当前状态、方块属性、历史状态的结构体，采用了MFC机制解决问题的方法。整个游戏程序包括了布雷、扫雷过程和结果三个阶段，在处理鼠标响应事件中伴随着GDI绘图。程序通过调试运行，实现简单的设计目标，满足扫雷游戏初学者的需要。 通过本课程设计，以便更好的巩固计算机图形学相关知识，掌握课程设计基本的方法和技巧，同时增加同学之间的团队合作精神以及培养分析问题、解决问题的能力。 2.总体设计 2.1 功能概述 扫雷游戏的游戏界面如图1所示。在这个界面中，由众多面积均等的小方块所组成的区域称之为雷区，雷区的大小由用户设置的游戏等级决定。
图1 游戏开始时，系统会在雷区中随机布下若干个地雷。安放地雷的小方块称之为雷方块，其他的称之为非雷方块。部署完毕后，系统会在其他非雷方块中填充一些数字。某一个具体数字表示与其紧邻的8个方块 中有多少雷方块。玩家可以根据这些信息去判断是否可以鼠标点击方块， 并把认为是地雷的方块打上标识。当玩家将所有地雷找出后，其余的非雷方块区域都已打开，此时游戏结束。在游戏过程中，一旦错误地打开了雷方块则立即失败，游戏结束。 游戏规则总结： ●开始：按左键开始游戏，按按钮或菜单重新开始。 ●左键：按下时，是雷则结束，非雷则显示数字。 ●数字：代表此数字周围一圈八格中雷的个数。 ●右键：奇次按下表示雷，偶数按下表示对上次的否定。 ●结束：左键按到雷结束，找出全部雷结束。 在游戏开始后，雷区上方有两个计数器。右边的计数器显示用户扫
湖北民族学院信息工程学院实验报告 （数字媒体技术专业用） 班级：0312413姓名：谌敦斌学号：031241318实验成绩： 实验时间：2013年10 月14 日9、10 节实验地点：数媒实验室课程名称：计算机图形学基础教程实验类型：设计型 实验题目：直线与圆的绘制 一、实验目的 通过本次实验，熟练掌握DDA、中点、Bresenham直线绘制方法和中点、Bresenham圆的画法，能够在vc环境下独立完成实验内容，逐渐熟悉opengl的语法特点，提高程序基本绘图的能力。 二、实验环境（软件、硬件及条件） Microsoft vc++6.0 多媒体计算机 三、实验内容 1.从DDA、中点、Bresenham画线法中任选一种，完成直线的绘制。 2.从中点、Bresenham画圆法中任选一种，完成圆的绘制。 四、实验方法与步骤 打开vc++6.0，新建一个工程，再在工程里面建一个.cpp文件，编辑程序，编译连接后执行即可。
程序如下 bresenham画线法： #include
《计算机图形学》 实 验 报 告 姓名：邬维 学号： 20107989 班级：计算机科学与技术一班 指导老师：廖宁 成绩： 完成时间：2012-12-26
实验一 实验名称：Visual C++图形程序 一．实验目的 Visual C++是在Microsoft C 的基础上发展而来的，随着计算机软、硬件技术的快速发展，如今Visual C++已成为集编辑、编译、运行、调试于一体功能强大的集成编程环境。本章以Visual C++ 6.0 为对象，主要介绍V isual C++集成编成环境的使用、图形设备接口和常用图形程序设计、鼠标编程以及菜单设计等基础，目的是通过对Visual C++的学习，掌握V isual C++图形程序设计的方法，为计算机图形学原理部分的算法实现提供程序工具和方法。 二．实验环境 XP系统，Visual C++ 6.0。 三．实验内容 1．学习V isual C++图形程序设计的方法； 2．掌握V isual C++集成编成环境的使用、图形设备接口和常用图形程序设计、鼠标编程、橡皮筋交互技术、画刷与画笔以及菜单设计等； 3．利用CDC类已有的画笔划线等函数绘制一张笑脸，要求有眼睛鼻子和嘴巴，笑脸处于屏幕的中央，并加入文字。 四．实验步骤 1．先建立一个CDC工程。 2．在CCDCview找到OnDraw()函数编写一下代码： void CAAA View::OnDraw(CDC* pDC) { CAAADoc* pDoc = GetDocument(); ASSERT_V ALID(pDoc); // TODO: add draw code for native data here CPen mypen,*oldpen; mypen.CreatePen(PS_SOLID,2,RGB(0,0,0)); oldpen=pDC->SelectObject(&mypen); pDC->Ellipse(275,170,425,320); pDC->Arc(360,215,410,240,410,255,360,225); pDC->Arc(290,215,340,240,340,255,290,225); pDC->Arc(320,240,380,300,320,270,380,270); pDC->SelectObject(oldpen); pDC->TextOut(300,350,"开开心心每一天!"); pDC->MoveTo(350,240); pDC->LineTo(350,270); 3．编译、调试和运行程序，查看程序结果。
a.扫描线算法：目标：利用相邻像素之间的连贯性，提高算法效率。处理对象：简单多边形，非自交多边形（边与边之间除了顶点外无其它交点）。扫描线：平行于坐标轴的直线，一般取平行于X轴。区间：扫描线与边的交点间的线段。基本原理：将整个绘图窗口内扫描多边形的问题分解到一条条扫描线，只要完成每条扫描线的绘制就实现了多边形的扫描转换；一条扫描线与多边形的边有偶数个交点，每2个点形成一区间。步骤：(对于每一条扫描线)(1)计算扫描线与边的交点(2)交点按x坐标从小到大排序(3)交点两两配对，填充区间。算法：1、建立ET；2、将扫描线纵坐标y的初值置为ET中非空元素的最小序号，如图中，y=1；3、置AEL为空；4、执行下列步骤直至ET和AEL都为空．4.1、如ET中的第y类非空，则将其中的所有边取出并插入AEL 中；4.2、如果有新边插入AEL，则对AEL中各边排序；4.3、对AEL中的边两两配对，（1和2为一对，3和4为一对，…），将每对边中x坐标按规则取整，获得有效的填充区段，再填充．4.4、将当前扫描线纵坐标 y 值递值1；4.5、将AEL中满足y = ymax边删去（因为每条边被看作下闭上开的）；4.6、对AEL中剩下的每一条边的x 递增deltax，即x = x+deltax． b.走样与反走样：走样：用离散量（像素）表示连续的量（图形）而引起的失真，称为走样，或称为混淆。光栅图形的走样现象：阶梯（锯齿）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：在图形显示过程中，用于减少或消除走样（混淆）现象的方法。方法：提高分辨率方法{方法简单，但代价非常大，显示器的水平、竖直分辩率各提高一倍，则显示器的点距减少一倍，帧缓存容量则增加到原来的4倍，而扫描转换同样大小的图元却要花4倍时间}、非加权区域采样{扫描转换线段的两点假设：像素是数学上抽象的点，它的面积为0，它的亮度由覆盖该点的图形的亮度所决定；直线段是数学上抽象直线段，它的宽度为0。而现实：像素的面积不为0；直线段的宽度至少为1个像素；假设与现实的矛盾是导致走样出现的原因之一。解决方法：改变直线段模型，线上像素灰度不等。方法步骤：1、将直线段看作具有一定宽度的狭长矩形；2、当直线段与某像素有交时，求出两者相交区域的面积；3、根据相交区域的面积，确定该像素的亮度值}、加权区域采样{权函数w(x, y)，以像素A的中心为原点建立二维坐标系，w(x, y)反应了微面积元dA对整个像素亮度的贡献大小，与 dA 到像素中心距离d 成反比。实现步骤：1．求直线段与像素的相交区域2．计算的值3．上面所得到的值介于0、1之间，用它乘像素的最大灰度值，即设该像素的显示灰度。问题：计算量大。 c.为什么需要齐次坐标? 1、对多个点计算多次不同的变换时，分别利用矩阵计算各变换导致计算量大2、运算表示形式不统一：平移为“＋”、旋转和放缩为“·”3、统一运算形式后，可以先合成变换运算的矩阵，再作用于图形对象。 d.Sutherland-Hodgman算法：S-H算法基本思想（亦称逐边裁剪算法）：将多边形关于矩形窗口的裁剪分解为多边形关于窗口四边所在直线的裁剪。步骤：1、多边形由一系列顶点表示：V1V2…Vn2、按一定(左上右下)的次序依次裁剪; 与左边所在直线裁剪
计算机图形学课程设计报告 系（院）：计算机科学学院 专业班级：信计11102 姓名：吴家兴 学号：201106262 指导教师：严圣华 设计时间：2014.6.16 - 2014.6.26 设计地点：10教机房
(此处目录根据自己情况可以调整改动) 一、课程设计目的 ................................................. 错误！未定义书签。 二、课程设计具体要求..................................... 错误！未定义书签。 三、需求分析与总体设计 ..................................... 错误！未定义书签。 四、详细设计与实现[含关键代码和实现界面] ... 错误！未定义书签。 五、小结......................................................................................... 错误！未定义书签。 一、课程设计目的 计算机图形学课程设计是验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识的必要环节，通过上机实验，培养学生的自学能力、动手能力、综合运用知识解决实际问题的能力。要求学生运用计算机图形学理论与技术设计、编写、调试程序并撰写课程设计报告。 二、课程设计具体要求 1.独立完成设计并撰写课程设计报告。 2.在规定时间将程序和设计报告用附件(信计111X班XXX 图形学课设报告.RAR)发送到274548837@https://www.doczj.com/doc/763499514.html,，并上交纸质打印稿（A4纸10页左右）。 3. 课程设计报告内容包括： (1)列出设计者姓名及本人详细信息、所用开发工具； (2)程序的基本功能介绍； (3)程序实现步骤和关键算法的理论介绍； (4)关键源代码实现说明。（不要打印全部源程序！） (5)程序运行界面截图（3幅左右） (6)课设总结和自我评价。 4.《计算机图形学》课程的知识结构体系： （1）课设为期两周：总学时为40学时，2学分 （2）学生必须完成二维线画图元和二维填充图元两个大功能。二维裁剪和二维图形变换至少实现两个内容。总共不少于10个算法。 (3)程序应做到：通用性、交互性、界面友好性！
计算机图形学图形的几何变换的实现算 法
实验二 图形的几何变换的实现算法 班级 08信计 学号 59 姓名 分数 一、实验目的和要求： 1、掌握而为图形的基本几何变换，如平移，旋转，缩放，对称，错切变换；。 2、掌握OpenGL 中模型变换函数，实现简单的动画技术。 3、学习使用OpenGL 生成基本图形。 4、巩固所学理论知识，加深对二维变换的理解，加深理解利用变换矩阵可由简单图形得到复杂图形。加深对变换矩阵算法的理解。 编制利用旋转变换绘制齿轮的程序。编程实现变换矩阵算法，绘制给出形体的三视图。调试程序及分析运行结果。要求每位学生独立完成该实验，并上传实验报告。 二、实验原理和内容： . 原理: 图像的几何变换包括:图像的空间平移、比例缩放、旋转、仿射变换和图像插值。 图像几何变换的实质:改变像素的空间位置，估算新空间位置上的像素值。 图像几何变换的一般表达式：[,][(,),(,)]u v X x y Y x y = ，其中，[,]u v 为变换后图像像素的笛卡尔坐标， [,]x y 为原始图像中像素的笛卡尔坐标。这样就得到了原始图像与变换后图像的像素的对应关系。 平移变换：若图像像素点 (,)x y 平移到 00(,)x x y y ++，则变换函数为 0(,)u X x y x x ==+， 0(,)v Y x y y y ==+，写成矩阵表达式为： 00x u x y v y ??????=+???????????? 其中，x 0和y 0分别为x 和y 的坐标平移量。 比例缩放：若图像坐标 (,)x y 缩放到（ ,x y s s ）倍，则变换函数为：
1、名词解释：直接设备、间接设备、绝对坐标设备、相对坐标设备、离散设备、连续设备、 回显、约束、网格、引力域、橡皮筋技术、草拟技术、拖动、旋转、形变。 1)直接设备：直接设备指诸如触摸屏一类用户可直接用手指指点屏幕进行操作从而实 现定位的设备。 2)间接设备：指诸如鼠标、操纵杆等用户通过移动屏幕上的光标实现定位的设备。 3)绝对坐标设备：绝对坐标设备包括数字化仪和触摸屏,它们都有绝对原点,定位坐标 相对原点来确定。绝对坐标设备可以改成相对坐标设备,如数字化仪,只要记录当前点位置与前一点位置的坐标差(增量),并将前一点看成是坐标原点,则数字化仪的定位范围也可变成无限大。 4)相对坐标设备：相对坐标设备可指定的范围可以任意大,然而只有绝对坐标设备才能 作为数字化绘图设备。 5)离散设备：键控光标则为离散设备。使用离散设备也难以实现精确定位。 6)连续设备：把手的连续运动变成光标的连续移动,鼠标、操纵杆、数字化仪等均为此 类设备。连续设备比离散设备更自然、更快、更容易用,且在不同方向上运动的自由度比离散设备大。使用离散设备也难以实现精确定位。 7)回显：回显作为一种最直接的辅助方式，大部分交互式绘图过程都要求回显。比如 在定位时，用户不仅要求所选的位置可在屏幕上显示出来，还希望其数据参数也在屏幕上显示，这样可以获得精确位置来调整定位坐标。在选择、拾取等过程中，用户也都希望能够直观地看到选择或拾取的对象以便确认。 8)约束：约束是在图形绘制过程中对图形的方向、对齐方式等进行规定和校准。约束 方式有多种，最常用的约束是水平或垂直直线约束，使用户可以轻松地绘制水平和垂直线而不必担心线的末端坐标的精度范围。另外，其他类型的约束技术用于产生
计算机图形学在实际中的应用 1963年，伊凡?苏泽兰在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士论文，它标志着计算机图形学的正式诞生。至今已有四十多年的历史。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能了，所以计算机图形学的建立具有重要的意义。现在计算机图形学有了长足的发展。 对于我们目前来说，计算机图形学能让我们感受到的主要在游戏和电影上的应用。比如《魔兽世界》、《使命召唤》等各类大型3D游戏，以及《阿凡达》等3D电影。我们享受着计算机图形学快速发展带来的各种便利中。 在电脑游戏中，计算机图形学的首要任务就是实现电脑游戏中的虚拟场景，这主要通过在计算机中重现真实世界场景来实现。游戏编程的主要任务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的形状，光学性质，表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。其中，光照和表面属性是最难模拟的。为了模拟光照，已有各种各样的光照模型。从简单到复杂排列分别是：简单光照模型、局部光照模型和整体光照模型。从绘制方法上看有模拟光的实际传播过程的光线跟踪法，也有模拟能量交换的辐射度方法。除了在计算机中实现逼真物理模型外，电脑游戏中图形学应用的另一个研究重点是加速算法，力求能在最短时间内绘制出最真实的场景，提高游戏的流畅度。 计算机图形学不仅在我们的娱乐中给我们带来越来越逼真的体验。没有计算机图形学的快速发展，iphone、android等智能手机将不能给我们带来现在这样好的体验。其实计算机图形学的在我们生活中的应用领域非常的广。 计算机图形学还应用在科学计算可视化方面。在数值仿真、气象卫星、石油勘探、遥感卫星、医学影像、蛋白质分子结构等都会产生大量的数据，即使是专业人员也们很难从一大堆枯燥乏味的数字中迅速发现其内在规律和变化趋势。计算机图形学帮助科技人员更直观形象地理解大规模数据所蕴涵的科学现象和规律。比如我现在正在学习的数字信号处理这门课程，全部都是对数据的分析处理，如果没有MatLab这个计算软件的话，学习将比现在还痛苦。而Matlab就是计算机图形学在科技计算方面的一个软件。它的全称叫做MA Trix LABoratory，将成为21世纪的语言。 现在在电子设计方面，国内外基本上全部转移到计算机上来。各种电路仿真软件，电路设计软件，极大的方便了硬件的设计。EDA技术的快速发展，也是由于计算机图形学的快速发展而产生的。也是计算机图形学的一个应用领域：计算机辅助设计和计算机辅助制造。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。 在计算机辅助制造这一应用中，对于机械制造业，利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程，极大的减轻人
数学与软件科学学院实验报告 学期：___2010 至_2011 第__一__ 学期2010年12月21日课程名称:____计算机图形学 _____ 专业:__信息与计算科学_ 2007级_5_班实验编号： 07 实验项目_____显示变换__ 指导教师__庞朝阳_ 姓名：学号： 20070605 __ 实验成绩：＿＿＿＿＿ 实验目的： (1) 了解掌握显示变换的相关知识，知道什么是平行投影和透视投影； 实验内容： (1) 知道显示变换是什么； (2) 掌握平行投影变换； (3) 掌握透视投影变换； (4) 编写并执行简单的Prolog程序，并熟悉测试或调试的方法。 实验步骤： (1)显示变换 三维空间中的物体要在二维的屏幕显示出来，必须通过投影的方式把三维物体转换成二维的平面图形。投影的方式有平行投影，透视投影。 平行投影变换 (2)平行投影变换 平行投影可根据投影方向与投影面的夹角分为：正投影和斜投影。当投影方向与投影面垂直时，为正投影；否则为斜投影。 A．正投影 1.假设投影平面垂直于Z轴，且位于Z=Z0外，则在视坐标系中任意一点 （X，Y，Z）的投影是过该点的投影线与投影平面的交点，如下图： P(x,y,z) p`(x`,y`,z`) Z0 Z 则空间点的坐标与投影坐标间关系为： x`=x , y`=y , z`=z 即 ` ` ` 1 x y z = 000 0100 0000 0001 Z . 1 x y z 2.
`` ` 1 x y z = 1000010000000001 . 1 x y z 即平面投影的变换矩阵为： Mz （平）= 10000 100 00000 1 同理可得： 在y0z 平面的投影变换矩阵为： Mx(平) = 00000 10000000001 在x0z 平面的投影变换矩阵为： My(平) = 10000 00000100 2.斜投影 如下图 求空间中任意一点D （x,y,z ）在斜面ABC 上的投影。 Step1：确定一定Q,并过P 作斜面的法向量n 。 X Z Y A C B P
沈阳工业大学 软件学院 虚拟现实技术的发展与应用 学生姓名：汤常珩 学号：141201206 专业班级：1402 指导教师：马广焜
二零一六年九月二十一日 虚拟现实技术的发展与应用 摘要 虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。 关键词：虚拟现实；模拟；仿真技术
目录 第一章引言 (4) 第二章发展历史 (4) 第三章关键技术 (4) 3.1显示 (5) 3.2 声音 (5) 3.3 语音 (5) 第四章应用 (6) 4.1 医学 (6) 4.2 军事 (7) 4.3 游戏 (7) 第五章结论 (8) 参考文献 (8)
第一章引言 虚拟现实（Virtual Reality，VR）是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响，可以产生亲临对应真实环境的感受和体验。虚拟现实是人类在探索自然、认识自然过程中创造产生，逐步形成的一种用于认识自然、模拟自然，进而更好地适应和利用自然的科学方法和科学技术。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行业对VR技术的需求日益旺盛，人们对VR技术的研究日益重视，VR技术也取得了巨大进展，并逐步成为一个新的科学技术领域。 第二章发展历史 1956年，Heileg M. 开发了一个摩托车仿真器Sensorama，具有三维显示及立体声效果，并能产生振动感觉。他在1962年的“Sensorama Simulator”专利已具有一定的VR技术的思想。 计算技术和计算机的小型化的发展，推动了仿真技术的发展，逐步形成了计算机仿真科学技术学科。1965年，计算机图形学的重要奠基人Sutherland博士发表了一篇短文“The ultimate display“，以其敏锐的洞察力和丰富的想象力描绘了一种新的显示技术。他设想在这种显示技术支持下，观察者可以直接沉浸在计算机控制的虚拟环境之中，就如同日常生活在真实世界一样。同时，观察者还能以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互，如触摸感知和控制虚拟对象等。Sutherland的文章从计算机显示和人机交互的角度提出了模拟现实世界的思想，推动了计算机图形图像技术的发展，并启发了头盔显示器、数据手套等新型人机交互设备的研究。 1966年，Sutherland I. E. 等开始研制头盔式显示器，随后又将模拟力和触觉的反馈装置加入到系统中。1973年，Krueger M. 提出了“Artificial Reality”一词，这是早期出现的VR词语。由于受计算机技术本身发展的限制，总体上说20世纪六七十年代这一方向的技术发展不是很快，处于思想、概念和技术的酝酿形成阶段。 20世纪90年代以后，随着计算机技术与高性能计算、人机交互技术与设备、计算机网络与通信等科学技术领域的突破和高速发展，以及军事演练、航空航天、复杂设备研制等重要应用领域的巨大需求，VR技术进入了快速发展时期。[1] 第三章关键技术
1.列举计算机图形学的主要研究内容。 计算机中图形的表示方法、图形的计算、图形的处理和图形的显示。 图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法,以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。 2.常用的图形输出设备是什么? 显示器（CRＴ、LCD、等离子）、打印机、绘图仪等。 2.常用的图形输入设备是什么? 键盘、鼠标、跟踪球、空间球、数据手套、光笔、触摸屏、扫描仪等。 3.列出３种图形软件工具。 ＡutoＣＡＤ、SolidWorｋs、UG、ProEnｇiｎeｅr、CorｅlＤｒaw、Photｏshop、PａintShop、Viｓio、3ＤMAX、MＡYA、Alｉas、Softimａｇe等。 错误:CAD 4.写出｜k|>1的直线Ｂreseｎhａｍ画线算法。 d d d d 设直线方程为:y＝kｘ+ｂ，即ｘ=(y－b)/k，有x i+１=x i+(y i+1-y i)／ｋ＝x i＋1／k，其中ｋ=dy／dx。因为直线的起始点在象素中心,所以误差项d的初值ｄ0=0。y下标每增加1,d的值相应递增1／k，即d＝d＋1/k。一旦ｄ≥1，就把它减去1，这样保证d在0、１之间。 ●当ｄ≥0．5时,最接近于当前象素的右上方象素(xｉ+1,y i+1),x方向加１，d减 去1; ●而当d<０.5时,更接近于上方象素(x i,yｉ+1)。
为方便计算,令ｅ＝d-0.５，e的初值为－０.5,增量为1/k。 ●当e≥0时，取当前象素(x i,y i)的右上方象素(ｘｉ+1,y i＋1)，ｅ减小１; ●而当e<0时，更接近于上方象素(xｉ,yｉ+1)。 voiｄBrｅseｎhaｍｌine (int x0,int y0，inｔx１, inｔy１,ｉｎt colｏr) { int x,y，dx,ｄｙ; float k，ｅ; dx= ｘ1-x0, dy = ｙ1-y０，k=dｙ/dx; e=-0．５, x=x0, ｙ=y０； for (i=0; i≤dｙ; ｉ++） {ｄrawpiｘel(x, y，color); ｙ=y＋１，e=e＋１/k; if （ｅ≥0) { ｘ++, e=e-1;} } ｝ 4.写出|ｋ|>1的直线中点画线算法。 构造判别式:d=F(Ｍ)=Ｆ（ｘp+0.5,y p+１）＝a（x p+0．5）＋b(ｙp+１)+c ●当d<０,M在Ｑ点左侧，取右上方Ｐ２为下一个象素； ●当d＞0，M在Ｑ点右侧,取上方P1为下一个象素; ●当d=0,选P１或P2均可,约定取P１为下一个象素；
计算机图形学的发展 1963年，伊凡?苏泽兰(Ivan Sutherland)在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士论文，它标志着计算机图形学的正式诞生。至今已有三十多年的历史。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能了，所以计算机图形学的建立具有重要的意义。近年来，计算机图形学在如下几方面有了长足的进展： 1、智能CAD CAD 的发展也显现出智能化的趋势，就目前流行的大多数CAD 软件来看，主要功能是支持产品的后续阶段一一工程图的绘制和输出，产品设计功能相对薄弱，利用AutoCAD 最常用的功能还是交互式绘图，如果要想进行产品设计，最基本的是要其中的AutoLisp语言编写程序，有时还要用其他高级语言协助编写，很不方便。而新一代的智能CAD 系统可以实现从概念设计到结构设计的全过程。例如，德国西门子公司开发的Sigraph Design软件可以实现如下功能：（1）从一开始就可以用计算机设计草图，不必耗时费力的输入精确的坐标点，能随心所欲的修改，一旦结构确定，给出正确的尺寸即得到满意的图纸；（2）这个软件中具有关系数据结构，当你改变图纸的局部，相关部分自动变化，在一个视图上的修改，其他视图自动修改，甚至改变一个零件图，相关的其它零件图以及装配图的相关部分自动修改：（3）在各个专业领域中，有一些常用件和标准件，因此，希望有一个参数化图库。而Sigraph不用编程只需画一遍图就能建成自己的图库；（4）Sigraph还可以实现产品设计的动态模拟用于观察设计的装置在实际运行中是否合理等等。智能CAD的另一个领域是工程图纸的自动输入与智能识别，随着CAD技术的迅速推广应用，各个工厂、设计院都需将成千上万张长期积累下来的设计图纸快速而准确输入计算机，作为新产品开发的技术资料。多年来，CAD 中普遍采用的图形输入方法是图形数字化仪交互输入和鼠标加键盘的交互输入方法．很难适应工程界大量图纸输入的迫切需要。因此，基于光电扫描仪的图纸自动输入方法已成为国内外CAD工作者的努力探索的新课题。但由于工程图的智能识别涉及到计算机的硬件、计算机图形学、模式识别及人工智能等高新技术内容，使得研究工作的难点较大。工程图的自动输入与智能识别是两个密
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第一章 1、试述计算机图形学研究的基本内容？ 答：见课本P5-6页的1.1.4节。 2、计算机图形学、图形处理与模式识别本质区别是什么？请各举一例说明。 答：计算机图形学是研究根据给定的描述，用计算机生成相应的图形、图像，且所生成的图形、图像可以显示屏幕上、硬拷贝输出或作为数据集存在计算机中的学科。计算机图形学研究的是从数据描述到图形生成的过程。例如计算机动画制作。 图形处理是利用计算机对原来存在物体的映像进行分析处理，然后再现图像。例如工业中的射线探伤。 模式识别是指计算机对图形信息进行识别和分析描述，是从图形（图像）到描述的表达过程。例如邮件分捡设备扫描信件上手写的邮政编码，并将编码用图像复原成数字。 3、计算机图形学与CAD、CAM技术关系如何？ 答：见课本P4-5页的1.1.3节。 4、举3个例子说明计算机图形学的应用。 答：①事务管理中的交互绘图 应用图形学最多的领域之一是绘制事务管理中的各种图形。通过从简明的形式呈现出数据的模型和趋势以增加对复杂现象的理解，并促使决策的制定。 ②地理信息系统 地理信息系统是建立在地理图形基础上的信息管理系统。利用计算机图形生成技术可以绘制地理的、地质的以及其它自然现象的高精度勘探、测量图形。 ③计算机动画 用图形学的方法产生动画片，其形象逼真、生动，轻而易举地解决了人工绘图时难以解
5、计算机绘图有哪些特点？ 答：见课本P8页的1.3.1节。 6、计算机生成图形的方法有哪些？ 答：计算机生成图形的方法有两种：矢量法和描点法。 ①矢量法：在显示屏上先给定一系列坐标点，然后控制电子束在屏幕上按一定的顺序扫描，逐个“点亮”临近两点间的短矢量，从而得到一条近似的曲线。尽管显示器产生的只是一些短直线的线段，但当直线段很短时，连成的曲线看起来还是光滑的。 ②描点法：把显示屏幕分成有限个可发亮的离散点，每个离散点叫做一个像素，屏幕上由像素点组成的阵列称为光栅，曲线的绘制过程就是将该曲线在光栅上经过的那些像素点串接起来，使它们发亮，所显示的每一曲线都是由一定大小的像素点组成的。当像素点具有多种颜色或多种灰度等级时，就可以显示彩色图形或具有不同灰度的图形。 7、当前计算机图形学研究的课题有哪些？ 答：见课本P10-11页的1.4节。 8、简述三维图形生成和输出的流水线？ 答：见课本P13页1.5.6.节。 9、向量图形和点阵图形之间的区别有哪些？ 答：通过矢量法产生的图形称为矢量图形或者向量图形，用描点法产生的图形称为点阵图形。向量图形区别点阵图形的特点在于描述图形几何形状的数学模型及依据此模型生成几何图形的计算机命令。向量图形由各个基本图形构成，这就要求各个基本图形有各自独立的信息。如果用点阵图形来表示一个向量图形，构成向量图形的某个基本图形(如直线段、圆弧等)的所有点应有一个信息。因此，在描述一个基本图形时，同时要描述其相应的信息。向量图形最基本的优点是它本身是由精确的数据给出，所以可以充分利用各种输出图形设备的分辨率尽可能精确地输出图形。也正因为如此，向量图形的尺寸可以任意变化