计算机图形学复习资料
第一章
1 图形学定义
ISO的定义：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、方法和技术的一门学科。
通俗定义：计算机图形学以表达现实世界中的对象及景物为主要目标，其核心是解决如何用图形方式作为人和计算机之间传递信息的手段，即人机界面问题。
计算机图形学的研究对象——图形。图形是从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。
图形的构成要素：几何要素：点、线、面、体等描述对象的轮廓、形状。非几何要素：描述对象的颜色、材质等。
图形的表示方法：点阵法：枚举出图形中所有点(简称图像)。参数法：由图形的形状参数(简称图形)。
2 图形与图像
图像：狭义上又称为点阵图或位图图像。图像是指整个显示平面以二维矩阵表示，矩阵的每一点称为一个像素，由像素点所取亮度或颜色值不同所构成的二维画面。
特点：
A文件所占的空间大。
B位图放大到一定的倍数后会产生锯齿。
C位图图像在表现色彩、色调方面的效果比矢量图更加优越。
图形：狭义上又称为矢量图形或参数图形。按照数学方法定义的线条和曲线组成，含有几何属性。或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。
特点：
A文件小。
B可采取高分辨印刷。
C图形可以无限缩放。
3图形学过程
3D几何建模、3D动画设置、绘制（光照和纹理）、生成图像的存储和显示
4 与图像处理
计算机图形学：研究模型及数据的建立和由模型生成图像的过程和方法。（模型到图像）图像处理：将客观景物数字化成图像，研究数字化图像的采集、去噪、压缩、增强、锐化、复原及重建等。（图像到特征）
对立统一的关系。
5 计算机图形信息的特点
图形信息表达直观，易于理解。
图形信息表达精确、精炼。
图形信息能“实时”的反映事物的分布和变化规律
6计算机图形学的应用
计算机辅助设计及计算机辅助制造
科学计算可视化
地图制图与地理信息系统
计算机动画、游戏
用户接口
计算机艺术
7 计算机图形系统
作为一个图形系统，至少应具有计算、存储、输入、输出、对话等五个方面的基本功能。
计算机图形系统主要有三部分构成：人、图形软件包、图形硬件设备。
图像硬件设备通常由图形处理器、图形输入设备和输出设备构成。
第二章
1图形的扫描转换
确定一个像素集合及其颜色，用于显示一个图形的过程，称为图形的扫描转换。从本质上讲，图形的扫描转换是由参数表示形式到点阵表示形式的转换过程。
PS1：在输出设备上输出一个点，首先需要计算出最逼近该点的像素位置，其次需要把应用程序中的坐标信息转换成所用输出设备的相应指令
PS2：在显示器有限个像素中，确定最佳逼近该直线的一组像素，并且按扫描线顺序，对这些像素进行写操作，这个过程称为直线的扫描转换。
2 DDA算法
最基本思想：
从x的左端点x0开始，向x右端点步进，步长=1(个像素)。X步进后，用y=kx+b计算相应的y坐标。最后取像素点(x, 取整round(y))作为当前点的坐标。即当x每递增1，y递增k。
PS：实际代码时用Y+0.5替代取整。
PS2：当|k|>1时，必须把x，y地位互换。按照从(x1, y1)到(x2, y2)方向不同，分8个象限。例如对于方向在第1a象限内的直线而言，取增量值Dx=1，Dy=k。对于方向在第1b 象限内的直线而言，取增量值Dy=1，Dx=1/k。其余同理。
优点：
最简单，最直接的画线算法。采用增量的思想，每计算一个像素，只需计算一个加法。
缺点：
由于斜率很可能是小数（浮点数），因此每个加法都意味着是浮点运算，浮点运算不利于硬件实现；每次加法后还必须进行一次四舍五入后的取整运算。
3 中点画线法
假设当前像素点为P(xp, yp) ，则下一个像素点为P1（右）或P2（右上）。
设M=(xp+1, yp+0.5)，为p1与p2之中点，Q为理想直线与x=xp+1垂线的交点。将Q 与M的y坐标进行比较。
当M在Q的下方，则P2应为下一个像素点；M在Q的上方，应取P1为下一点。
具体算式：
d=F(M)=F(xp+1,yp+0.5) =a(xp+1)+b(yp+0.5)+c
（a=y0-y1，b=x1-x0，c=x0y1-x1y0）
当d<0，M在Q点下方，取右上方P2为下一个像素；
当d>0，M在Q点上方，取右方P1为下一个像素；
当d=0，选P1或P2均可，约定取P1为下一个像素；
改进1：根据前一点的判别式值d和整数增量即可得到后一点的判别式值d’。因此可采用增量计算，只有加法，提高运算效率。若当前像素处于d>0情况，则取正右方像素P1 (xp+1, yp ), 要判下一个像素位置，应计算d’=d+a；若d<0时，则取右上方像素P2 (xp+1, yp+1)。要判断再下一像素，则要计算d’= d+a+b
改进2：由于只判别d 的符号确定下一个像素位置，因此可以用2d来判别，化为整数算法。递推算法中只包含加、减运算，便于硬件实现。d’=d+2a；d’= d+2（a+b）
4 Bresenham算法
基本思想：过各行各列像素中心构造一组虚拟网格线。按直线从起点到终点的顺序计算直线与各垂直网格线的交点，然后根据误差项的符号确定该列像素中与此交点最近的像素。
算法：
假设起始位置像素落在直线上，d = 0；沿横坐标每前进一步，d 的值增加量为k, 即d = d + k；一旦d > 1，即令d = d－1，保证d 介于0与1之间。
当d > = 0.5 时，直线接近右上方像素，d < 0.5 时，直线接近右方像素。为便于判别，令e = d －0.5，则当e >= 0，取右上方像素，当e < 0，取右方像素。e 的初始值为－0.5。y在递增时，e在取值范围一般介于-0.5与0.5之间。
改进：
由于只判别e 的符号，确定像素的取舍，因此可令e’= 2 ×e ×dx，通过判别e’的符号确定像素取舍，不但可以避免小数运算，还能避免除法。
优点：增量算法、避免了浮点运算、避免了乘除法运算，节省运算量，并适合硬件实现，使用最广泛
5 圆的扫描转换
若已知圆弧上一点P1＝C（x, y），利用其对称性便可以得到关于四条对称轴的其它7个点，即：P2＝C（x,－y），P3＝C（－x, y），P4＝C（－x,－y），P5＝C（y，x），P6＝C（－y，x），P7＝C（y，－x），P8＝C（－y，－x）。这种性质称为八对称性。因此，只要扫描转换八分之一圆弧，就可以通过圆弧的八对称性得到整个圆。
6 中点画圆法
函数（圆心在原点为例）：F(x,y)=x2＋y2－R2，第一点为P（xp，yp）
圆上点：F(x,y)= 0；圆外点：F(x,y)> 0；圆内点：F(x,y)< 0
设M是待选像素P1，P2的中点, M坐标(xp+1,yp-0.5)，判断d=F(M)
若d<0, 则取右侧P1( xp+1,yp)为下一像素，而且再下一像素的判别式为d’=d+2xp+3；若d>=0, 则应取右下P2(Xp+1,Yp-1)为下一像素，而且下一像素的判别式为d’=d+2（xp-yp）
+5。
例：第一个像素是（0,R），第一个M的坐标为(1,R-0.5)，则判别式d的初始值为1.25-R。
改进：为了进一步提高算法的效率，可以将上面的算法中的浮点数改写成整数，将乘法运算改成加法运算，即仅用整数实现中点画圆法。即使用e=d-0.25代替d，即e0=1-R。则判别式d < 0 对应于e < -0.25 ,由于e0=1-R 的初值为整数，且在运算中增量为整数，故 e < -0.25 等价于e < 0 !
7 Bresenham画圆法
基本思路：通过比较临近像素点到圆弧的距离，设法求出该距离的递推关系，并通过符号判别像素取舍。
设从点Pi(xi,yi)出发，顺时针画第一个四分圆。待选点与圆弧只可能有5种关系。下一像素有3种可能的选择：
ΔH=(xi+1)2+yi2-R2
ΔD=(xi+1)2+(yi-1)2-R2
ΔV=xi2 +(yi-1)2-R2
选择像素的原则：使其与实际圆弧的距离平方达到最小
具体算法：考察右下角像素D 与实际圆弧的近似程度：ΔD=(xi+1)2+(yi-1)2-R2
当ΔD<0时，D在圆内，情形①②
当ΔD=0时，D在圆上，情形③
当ΔD>0时，D在圆外，情形④⑤
结论：
当ΔD<0时,
若2 (ΔD+yi) -1 ≤0，选H
若2 (ΔD+yi) -1 >0，选D
当ΔD>0时,
若2 (ΔD -xi)-1 ≤0，选D
若2 (ΔD -xi)-1 >0，选V
当ΔD=0时，选D
完整流程：
(1) 初值:从(0, R)开始画圆，ΔD=(0+1)2+(0-1)2-R2 =2(1－R)；
(2) 根据ΔD的符号判断，计算dHD或dDV，确定选中D、H、V中某点；
(3) 若下一像素为H(x’,y’) ＝(x＋1，y)，则Δ’D＝ΔD＋2x’＋1；
(4) 若下一像素为D(x’,y’) ＝(x＋1，y－1)，则Δ’D ＝ΔD＋2x’－2y’＋2；
(5) 若下一像素为V(x’,y’) ＝(x，y－1)，则Δ’D ＝ΔD－2y’＋1；
(6) 重复(2)～(5), 直至完成圆弧。
第三章
1多边形的表示方法
A顶点表示：用多边形的顶点序列来刻画多边形。
特点：表示方法直观，几何意义强，占内存空间少。但没指明哪些像素在多边形内，不能直接用于着色
B点阵表示：用位于多边形内部或边界上的像素集合来刻画多边形。会失去很多重要的几何信息，但它是光栅显示系统显示面着色时所需的图形表示形式。
2 扫描转换与区域填充的联系与区别
（1）定义
多边形的扫描转换：
从多边形顶点表示到点阵表示的转换，这种转换称为多边形的扫描转换。
这种转换就是给多边形包围的区域着色的过程。即从多边形的给定边界出发，求出位于其内部的各个像素，并将其灰度和颜色值写入帧缓存中相应单元。主要用来填充多边形区域以及由多边形拟合的其他简单曲线区域。
区域填充：
从给定的位置开始涂描直到指定的边界为止。
区域是指一组相邻而又相连的像素，且具有相同的属性。区域填充可用在具有复杂形状边界的多边形以及交互式绘图系统中。
（2）联系
都是光栅图形面着色，二者可相互转换。
当已知顶点表示的多边形内一点作为种子点，并用扫描转换直线段的算法将多边形的边界表示成八连通区域后，多边形扫描转换问题就可转化为区域填充问题；若已知给定区域是多边形区域，并且通过一定的方法求出它的顶点坐标，则区域填充问题便可以转化为多边形扫描转换问题。
（3）区别
A基本思想不同，各自应用的场合不同。
多边形扫描转换是指将多边形的顶点表示转换成点阵表示的方法，而区域填充只改编了区域的填充颜色，没有改变区域的表示方法。
B对边界的要求不同。
多边形扫描转换不要求多边形的边界封闭。而区域填充为了防止递归填充时跨越区域的边界，需设定边界。
C基于的条件不同。
多边形扫描转换是从多边形的边界信息出发，利用多种形式的连贯性进行填充；区域填充算法给定区域内一点作为种子点，从这点根据连通性将新的颜色扩散到整个区域。
3 矩形填充
填充从ymin到ymax每条扫描线位于xmin和xmax之间的区段就可以了。
共享边的处理方式：如果像素的中心落在矩形边界的左方或下方时，该像素属于矩形，否则不属于该矩形区域，也就是说，如果象素的中心落在矩形边界的右方或上方时，该象素不属于矩形区域。
4 扫描转换三种方法
逐点判断算法（射线法、弧长法）；扫描线填充算法；边缘填充算法
（1）射线法
由被测点向某方向做射线，计算此射线与多边形所有边的交点个数。若交点个数为奇数，则被测点在多边形内部；若交点个数为偶数(包括0)，则该点在多边形的外部。
规定射线过顶点时，计数为1；在射线左边的边与该射线相交时交点有效，应计数；而在射线右边的边与射线相交时交点无效，不计数(左闭右开原则)。
（2）弧长法
前提：多边形由有向边组成, 即规定沿多边形各边的走向其左侧(或右侧)为多边形的内部。
方法：以被测点为圆心作单位圆，将全部有向边向单位圆作径向投影，并计算其在单位圆上弧长的代数和。若代数和为0，则被测点在多边形之外；若代数和为2Pi，则被测点在多边形之内。（效率低）
（3）扫描线填充算法
算法思想：按扫描线顺序，先计算出扫描线与多边形区域边界的交点，然后判断扫描线上的哪些部分在区域边界之内，最后用要求的颜色对边界内的像素填色。
实现方法：依次考察各条扫描线，一条扫描线从左至右与多边形的交点是成对出现的。即A、B点，C、D点之间的像素都位于多边形之内，则A、B为一个区段，C、D为一个区段。对这些区段内的像素用指定的颜色进行填充后，就完成了该扫描线的填充工作，再继续下一条扫描线。
实现步骤（四步）：
A求交点：计算扫描线与多边形各边的交点
B交点排序：把所有交点按递增顺序进行排序
C交点配对：第一个交点与第二个交点，第三个交点与第四个交点等,每对交点代表扫描线与多边形的一个相交区间((A、B) (C、D))
D区间填色：把这些相交区间内的象素置成多边形颜色，把相交区间外的象素置成背景色。
注1：如何保证交点正确配对？答：检查两相邻边在扫描线的哪一侧。若共享顶点的两条边：分别落在扫描线两边，取交点1次；均高于扫描线，取交点2次；均低于扫描线，取交点0次。（具体实现：检查顶点的两条边的另外两个端点的y值，按这两个y值中大于交点y值的个数是0、1、2来决定交点是取零个、一个、两个。）
注2：边界上像素的取舍问题？答：落在右/上边界的象素不予填充，而落在左/下边界的象素予以填充。（具体实现：对扫描线与多边形的相交区间，取“左闭右开”；而正确配对则保证了多边形的“下闭上开”。）
数据结构：
为了求出扫描线与多边形边的交点，最简单的方法是将多边形的所有边放在一个表中,称之为边表，在处理每条扫描线时，从表中顺序取出所有的边，分别求这些边与扫描线的交点。实际上在进行扫描线与多边形边求交点时，应只求那些与扫描线相交的边的交点。
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，称此链表为活性边表。
边表(ET)构造：
先按端点的纵坐标值对所有边作总分组，再将同一组中的边按端点X坐标递增的顺序进行排序。
活性边表(AET) ：假设当前扫描线与多边形的某一条边的交点坐标为x，那么下一条扫描线与该边的交点不必从头计算，只要加上一个增量即可。（设边AB的斜率为k，若其与扫描线yi的交点横坐标为xi，则与扫描线yi＋1的交点的横坐标为：xi＋1＝xi＋1/k ）活性边表(AET)的结点中至少应为对应边保存如下内容：
X: 边与当前扫描线的交点的X坐标；
ΔX: 当前扫描线到下一扫描线之间x的增量
Ymax: 边所交的最高扫描线号；
算法步骤：
优点：
A数据结构和算法本身要比逐点判断算法复杂。
B速度比逐点判断算法快得多。
C利用边的连贯性来加速交点的计算
D利用AET以排除盲目求交
E利用扫描线的连贯性以避免逐点判别
缺点：对各种表的维持和排序开销大。
（4）边缘填充算法
基本思想：对于每一条扫描线和每条多边形边的交点(x1,y1)，将该扫描线上交点右方的所有像素取补。（对该区域内象素颜色作偶数次取补运算后，该区域内象素的颜色保持不变，而做奇数次取补运算后，该区域内象素的颜色变为M’。）
优点是算法简单，缺点是对于复杂图形，每一象素可能被访问多次，增加了运算量。
（5）(栅栏)边缘填充算法
栅栏：指的是一条与扫描线垂直的直线。栅栏位置通常取多边形的顶点，且把多边形分
1：简述计算机图像学与数字图像处理和计算几何以及模式识别等学科之间的区别：计算机图形学研究计算机显示图像,即现实世界在计算机中的表示,其逆过程就是计算机视觉；图像处理：对图像进行处理包括图像变换，图像分析，边缘检测，图像分割等。模式识别：对数据的模式分析,涉及数据分析统计学,模式分类等。 2：第一台图像显示器是起源于：1950年麻省理工的旋风一号。 3：I.E萨瑟兰德被誉为计算机图像学之父，1963年他的SKETCHPAD被作为计算机图像学作为一个新学科的出现的标志。 4：列举计算机图像学的应用领域：计算机辅助绘图设计；事务管理中的交互式绘图；科学技术可视化；过程控制；计算机动画及广告；计算机艺术；地形地貌和自然资源的图形显示。5：计算机图形系统包括哪些组成：硬件设备和相应的程序系统（即软件）两部分组成。6：图像系统的基本功能：计算功能；存储功能；输入功能；输出功能；对话功能。 7：图像系统的分类：用于图形工作站的图形系统；以PC为基础的图形系统；小型智能设备上的图形系统 8：显示器的分类：阴极射线管（CRT）；液晶显示器（LCD）；LED（发光二极管）显示器；等离子显示器。 9：什么是CRT？其组成部分：即阴极射线管。组成有电子枪，加速结构，聚焦系统，偏转系统，荧光屏。 10：彩色阴极射线管生成彩色的方法：射线穿透法。应用：主要用于画线显示器。优点：成本低。缺点：只能产生有限几种颜色；影孔板法。 11：显示器的刷新方式经历了哪几个阶段：随机扫描显示；直视存储管式显示；光栅扫描显示。 12：什么是显示处理器，它与CPU是一回事吗？：显示处理器又称视觉处理器，是一种专门在PC，游戏机和一些移动设备上图像运算工作的微处理器，是显卡中重要组成部分。它的作用是代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转换，几何变换，裁剪，光栅操作，纹理映射等。 13：什么是显存，它与内存的区别：显存全称显示内存，即显示卡专用内存。它负责存储显示芯片需要处理的各种数据。电脑的内存是指CPU在进行运算时的一个数据交换的中转站，数据由硬盘调出经过内存条再到CPU。区别：显存是显卡缓冲内存。内存是电脑的内部存储器。是不同的概念。 14：黑白显示器需要1个位平面；256级灰度显示器需要8个，真彩色需要24个位平面。15：OpenGL是什么？它在计算机图形学中的作用？OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口，可以方便的用它开发出高质量的静止或动画三维彩色图形，并有多种特殊视觉效果，如光照，文理，透明度，阴影等。 16：图元：图形元素，可以编辑的最小图形单位。是图形软件用于操作和组织画面的最基本素材，是一组最简单，最通用的几何图形或字符。基本二维图元包括：点，直线，圆弧，多边形，字体符号和位图等。 17：直线的生产算法有：逐点比较法；数值微分法（DDA）；中点画线法；Bresenham算法。18：采用哪种平移方法可以使任意二维直线变为第一和第二象限中的直线：逐点比较法。19：交互式图形系统的基本交换任务包括：定位，选择，文字输入，数值输出。定位任务是向应用程序指定一个点的坐标，定位中考虑的基本问题：坐标系统；分辨率；网格；反馈。选择任务是指从一个被选集中挑选出一个元素来。在作图系统中，操作命令、属性值、物种种类、物体等都可能是被选集。被选集可根据其元素的变化程度分为可变集和固定集。可变集的选择技术：指名和拾取。固定集的选择技术：指名技术、功能键、菜单技术、模式识
计算机图形学 C o m p u t e r G r a p h i c s E-M A I L:t y z h u w e n b o@163.c o m 主要内容 ?计算机图形学绪论 ?基本二维图形的生成（图形生成算法原理）?二维变换及二维观察（二维图形变化的数 学原理） ?三维变换及三维观察（三维图形变化的数 学原理及变化方法） ?曲线曲面的生成（三维曲线曲面的几种形 式） ?总结全课程 图形学概述 计算机图形学（C o m p u t e r G r a p h i c s) ?定义：计算机图形学是研究怎样用数字计 算机生成、处理和显示图形的一门学科。 ?图形表示和绘制+输入/输出设备 M o d e l i n g+R e n d e r i n g v i a I n p u t/o u t p u t ?计算机图形学计算机科学中，最为活跃、 得到广泛应用的分支之一 数据计算机图形系统图形 计算机图形学 图形及图形的表示方法 ?图形：计算机图形学的研究对象 ?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 ?构成图形的要素 ?几何要素：刻画对象的轮廓、形状等 ?非几何要素：刻画对象的颜色、材质 等 ?表示方法 ?点阵表示 ?枚举出图形中所有的点(强调图 形由点构成) ?简称为图像（数字图像） ?参数表示 ?由图形的形状参数(方程或分析 表达式的系数，线段的端点坐标 等)+属性参数(颜色、线型等)来 表示图形简称为图形 ?图形主要分为两类： ?基于线条信息表示 ?明暗图(S h a d i n g) 第一章绪论 ?1.计算机图形学的发展简史 ?2.计算机图形学的研究内容 ?3.计算机图形学的应用 ?4.常用的图形设备 1.1C G的发展历史 ?50年代 ?1950年，第一台图形显示器作为美国 麻省理工学院（M I T）旋风I号 （W h i r l w i n d I）计算机的附件诞生了 ?1958年，美国C a l c o m p公司由联机的 数字记录仪发展成滚筒式绘图仪， G e r B e r公司把数控机床发展成为平板 式绘图仪 ?50年代末期，M I T的林肯实验室在 “旋风”计算机上开发S A G E空中防 御体系 ?60年代 ?1962年，M I T林肯实验室的I.E. S u t h e r l a n d发表了一篇题为 “S k e t c h p a d：一个人机交互通信的图 形系统”的博士论文--确定了交互图 形学作为一个学科分支（提出基本交互 技术、图元分层表示概念及数据结 构…)。 ?1962年，雷诺汽车公司的工程师P i e r r e Béz i e r提出Béz i e r曲线、曲面的理论 ?1964年M I T的教授S t e v e n A.C o o n s提出 了超限插值的新思想，通过插值四条任 意的边界曲线来构造曲面。 ?70年代（蓬勃发展时期） ?光栅图形学迅速发展 ?区域填充、裁剪、消隐等基本图形 概念、及其相应算法纷纷诞生 ?图形软件标准化 ?1974年，A C M S I G G R A P H的“与机 器无关的图形技术”的工作会议 ?A C M成立图形标准化委员会，制定 “核心图形系统”（C o r e G r a p h i c s S y s t e m） ?I S O发布C G I、C G M、G K S、P H I G S
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？
第一章 一、什么是计算机图形学？ 计算机图形学是研究如何利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。 国际标准化组织(ISO)定义： 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 电气与电子工程协会（IEEE）定义： 计算机图形学是利用计算机产生图形化的图像的艺术和学科。 三、举例说明计算机图形学有哪些应用，分别用来解决什么实际问题？ 应用领域： 1.计算机辅助设计与制造（CAD,CAM） 用于大楼，汽车，飞机，建筑工程，电子路线等的设计和制作过程中。 2.计算机辅助绘图 计算机辅助绘图的典型例子包括计算机可视化，近年来，这种技术已用于有限元分析的后处理，分子模型构造，地震数据处理，大气科学，生物信息及生物化学等领域。 3.计算机辅助教学（CAI） 4.办公自动化和电子出版社 5.计算机艺术 6.在工业控制及交通方面的应用 7.在医疗卫生方面的应用 8.图形用户界面 四、人机交互，什么是一致性原则 人机交互学是一门关于设计、评估和执行交互式计算机系统以及研究由此而发生的相关现象的学科。 一致性原则：指在设计系统的各个环节时，应遵从统一的、简单的规则，保证不出现例外和特殊的情况，无论是信息显示还是命令输入都应如此 一致性原则包含这样一些内容：1.一个特定的图符应该始终只有一个含义而不能依靠上下文来代表多个动作或对象；2.菜单总是放在相同的关联位置，使用户不必总是去寻找；3.键盘上的功能键，控制键以及鼠标上的按钮的定义需要前后一致；4.总是使用一种彩色编码，使相同的颜色在不同的情况下不会有不同的含义；5.输入时交互式命令和语法的一致性等 第二章 四、CRT的组成和工作原理是什么？ CRT（Cathode Ray Tube）阴极射线管 ?是一种真空器件，它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束，偏转到屏幕的不
计算机图形学复习题 基本知识点 1、在图形文件系统中，点、线、圆等图形元素通常都用其几何特征参数来描述，在图形系统中，图形处理运算的精度不取决于显示器的分辨率，在彩色图形显示器中，使用RGB颜色模型。计算机图形学以计算几何为理论基础。 2、深度缓存算法并不需要开辟一个与图像大小相等的深度缓存数组，深度缓存算法能并行实现，深度缓存算法中没有对多边形进行排序。 3、计算机图形处理中，除了应用到各种算法外，还经常会处理大量的图形方面的数据，因而必须应用到数据库技术，图形数据库设计的子库层次是一个简单的、具有普遍存储规则的许多物体的集合，图形数据库的设计一般有物体和子库两个层次。 4、投影线从视点出发，主灭点最多有3个，任何一束不平行于投影面的平行线的透视投影将汇成一点。在平面几何投影中，若投影中心移到距离投影面无穷远处，则成为平行投影。 5、实体模型和曲面造型是CAD系统中常用的主要造型方法，曲面造型是用参数曲面描述来表示一个复杂的物体，从描述复杂性和形状灵活性考虑，最常用的参数曲面是3次有理多项式的曲面，在曲线和曲面定义时，使用的基函数应有两个重要性质：凸包性和仿射不变性。 6、简单光反射模型，又称为Phong模型，它模拟物体表面对光的反射作用，简单光反射模型主要考虑物体表面对直射光照的反射作用，在简单光反射模型中，对物体间的光反射作用，只用一个环境光变量做近似处理。 7、定义了物体的边界也就唯一的定义了物体的几何形状边界，物体的边界上的面是有界的，而且，面的边界应是闭合的，物体的边界上的边可以是曲线，但在两端之间不允许曲线自相交。 8、透视投影的投影线从视点出发，主灭点最多有3个，任何一束不平行于投影面的平行线的透视投影将汇成一点。 9、图形数据按照目的不同一般可以分为图形的表示数据和图形的显示数据。 10、双线性法向插值法（Phong Shading）的优点是高光域准确。 11、画圆弧的算法有角度DDA 法、逐点比较法、终点判断法、Bresenham画圆法四种。 12、Z缓冲器消隐算法是最简单的消除隐藏面算法之一。 13、若要对某点进行比例、旋转变换，首先需要将坐标原点平移至该点，在新的坐标系下做比例或旋转变换，然后再将原点平移回去。 14、在种子填充算法中所提到的八向连通区域算法同时可填充四向连通区。 15、多边形被两条扫描线分割成许多梯形，梯形的底边在扫描线上，腰在多边形的边上，并且相间排列，多边形与某扫描线相交得到偶数个交点，这些交点间构成的线段分别在多边形内、外，并且相间排列，边的连贯性告诉我们，多边形的某条边与当前扫描线相交时，很可能与下一条扫描线相交。 16、透视投影又可分为一点透视、二点透视、三点透视，斜投影又可分为斜等测、斜二测，正视图又可分为主视图、侧视图、俯视图。 17、Bezier曲线不一定通过其特征多边形的各个顶点，Bezier曲线两端点处的切线方向必须与起特征折线集（多边形）的相应两端线段走向一致，Bezier曲线可用其特征多边形来定义。 18、扫描线算法对每个象素只访问一次，主要缺点是对各种表的维持和排序的耗费较大，边填充算法基本思想是对于每一条扫描线与多边形的交点，将其右方象素取补，边填充算法较适合于帧缓冲存储器的图形系统。 19、深度缓冲器算法最简单常用的面向应用的用户接口形式：子程序库、专用语言和交互命令。图形用户界面的基本元素有窗口、图标、菜单、指点装置。在计算机图形学中，被裁剪的对象可以是线段、多边形和字符三种形式。 20、扫描仪最重要的参数是光学精度和扫描精度。
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。
Phong Lighting 该模型计算效率高、与物理事实足够接近。Phong模型利用4个向量计算表面任一点的颜色值，考虑了光线和材质之间的三种相互作用：环境光反射、漫反射和镜面反射。Phong模型使用公式：I s=K s L s cosαΦα：高光系数。计算方面的优势：把r和v归一化为单位向量，利用点积计算镜面反射分量：I s=K s L s max((r，v)α，0)，还可增加距离衰减因子。 在Gouraud着色这种明暗绘制方法中，对公用一个顶点的多边形的法向量取平均值，把归一化的平均值定义为该顶点的法向量，Gouraud着色对顶点的明暗值进行插值。Phong着色是在多边形内对法向量进行插值。Phong着色要求把光照模型应用到每个片元上，也被称为片元的着色。 颜色模型RGB XYZ HSV RGB:RGB颜色模式已经成为现代图形系统的标准，使用RGB加色模型的RGB三原色系统中，红绿蓝图像在概念上有各自的缓存，每个像素都分别有三个分量。任意色光F都可表示为F＝r [ R ] + g [ G ] + b [ B ]。RGB颜色立方体中沿着一个坐标轴方向的距离代表了颜色中相应原色的分量，原点(黑)到体对角线顶点(白)为不同亮度的灰色 XYZ:在RGB 系统基础上，改用三个假想的原色X、Y、Z建立了一个新的色度系统, 将它匹配等能光谱的三刺激值,该系统称为视场XYZ色度系统，在XYZ空间中不能直观地评价颜色。 HSV是一种将RGB中的点在圆柱坐标系中的表示法，H色相S饱和度V明度，中心轴为灰色底黑顶白，绕轴角度为H，到该轴距离为S，沿轴高度为S。 RGB优点:笛卡尔坐标系，线性，基于硬件(易转换)，基于三刺激值，缺点:难以指定命名颜色，不能覆盖所有颜色范围，不一致。 HSV优点:易于转换成RGB，直观指定颜色，’缺点:非线性，不能覆盖所有颜色范围，不一致 XYZ:覆盖所有颜色范围，基于人眼的三刺激值，线性，包含所有空间，缺点:不一致 交互式计算机程序员模型 (应用模型<->应用程序<->图形库)->(图形系统<->显示屏).应用程序和图形系统之间的接口可以通过图形库的一组函数来指定，这和接口的规范称为应用程序编程人员接口(API)，软件驱动程序负责解释API的输出并把这些数据转换为能被特定硬件识别的形式。API提供的功能应该同程序员用来确定图像的概念模型相匹配。建立复杂的交互式模型，首先要从基本对象开始。良好的交互式程序需包含下述特性：平滑的显示效果。使用交互设备控制屏幕上图像的显示。能使用各种方法输入信息和显示信息。界面友好易于使用和学习。对用户的操作具有反馈功能。对用户的误操作具有容忍性。Opengl并不直接支持交互，窗口和输入函数并没有包含在API中。 简单光线跟踪、迭代光线跟踪 光线跟踪是一种真实感地显示物体的方法，该方法由Appel在1968年提出。光线跟踪方法沿着到达视点的光线的相反方向跟踪，经过屏幕上每一象素，找出与视线所交的物体表面点P0，并继续跟踪，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。光线跟踪器最适合于绘制具有高反射属性表面的场景。优缺点：原理简单，便于实现，能生成各种逼真的视觉效果，但计算量开销大，终止条件：光线与光源相交光线超出视线范围，达到最大递归层次。一般有三种：1)相交表面为理想漫射面，跟踪结束。2)相交表面为理想镜面，光线沿镜面反射方向继续跟踪。3)相交表面为规则透射面，光线沿规则透射方向继续跟踪。 描述光线跟踪简单方法是递归，即通过一个递归函数跟踪一条光线，其反射光想和折射光线再调用此函数本身，递归函数用来跟踪一条光线，该光线由一个点和一个方向确定，函数返回与光线相交的第一个对象表面的明暗值。递归函数会调用函数计算指定的光线与最近对象表面的交点位置。 图形学算法加速技术BVH, GRID, BSP, OCTree 加速技术：判定光线与场景中景物表面的相对位置关系，避免光线与实际不相交的景物表面的求交运算。加速器技术分为以下两种：Bounding Volume Hierarchy 简写BVH，即包围盒层次技术，是一种基于“物体”的场景管理技术，广泛应用于碰撞检测、射线相交测试之类的场合。BVH的数据结构其实就是一棵二叉树（Binary Tree）。它有两种节点（Node）类型：Interior Node 和Leaf Node。前者也是非叶子节点，即如果一个Node不是Leaf Node，它必定是Interior Node。Leaf Node 是最终存放物体/们的地方，而Interior Node存放着代表该划分（Partition）的包围盒信息，下面还有两个子树有待遍历。使用BVH需要考虑两个阶段的工作：构建（Build）和遍历（Traversal）。另一种是景物空间分割技术，包括BSP tree，KD tree Octree Grid BSP:二叉空间区分树 OCTree:划分二维平面空间无限四等分 Z-buffer算法 算法描述：1、帧缓冲器中的颜色设置为背景颜色2、z缓冲器中的z值设置成最小值（离视点最远）3、以任意顺序扫描各多边形a) 对于多边形中的每一个采样点，计算其深度值z(x,y) b) 比较z(x, y)与z缓冲器中已有的值zbuffer(x,y)如果z(x, y) >zbuffer(x, y)，那么计算该像素(x, y)的光亮值属性并写入帧缓冲器更新z缓冲器zbuffer(x, y)＝z(x, y) Z-buffer算法是使用广泛的隐藏面消除算法思想为保留每条投影线从COP到已绘制最近点距离，在投影后绘制多边形时更新这个信息。存储必要的深度信息放在Z缓存中，深度大于Z缓存中已有的深度值，对应投影线上已绘制的多边形距离观察者更近，故忽略该当前多边形颜色，深度小于Z缓存中的已有深度值，用这个多边形的颜色替换缓存中的颜色，并更新Z缓存的深度值。 void zBuffer() {int x, y; for (y = 0; y < YMAX; y++) for (x = 0; x < XMAX; x++) { WritePixel (x, y, BACKGROUND_VALUE); WriteZ (x, y, 1);} for each polygon { for each pixel in polygon’s projection { //plane equation doubl pz = Z-value at pixel (x, y); if (pz < ReadZ (x, y)) { // New point is closer to front of view WritePixel (x, y, color at pixel (x, y)) WriteZ (x, y, pz);}}}} 优点：算法复杂度只会随着场景的复杂度线性增加、无须排序、适合于并行实现 缺点：z缓冲器需要占用大量存储单元、深度采样与量化带来走样现象、难以处理透明物体 着色器编程方法vert. frag 着色器初始化：1、将着色器读入内存2、创建一个程序对象3、创建着色器对象4、把着色器对象绑定到程序对象5、编译着色器6、将所有的程序连接起来7、选择当前的程序对象8、把应用程序和着色器之间的uniform变量及attribute变量关联起来。 Vertex Shader：实现了一种通用的可编程方法操作顶点，输入主要有：1、属性、2、使用的常量数据3、被Uniforms使用的特殊类型4、顶点着色器编程源码。输入叫做varying变量。被使用在传统的基于顶点的操作，例如位移矩阵、计算光照方程、产生贴图坐标等。Fragment shader：计算每个像素的颜色和其他属性，实现了一种作用于片段的通用可编程方法，对光栅化阶段产生的每个片段进行操作。输入：Varying 变量、Uniforms-用于片元着色器的常量，Samples-用于呈现纹理、编程代码。输出：内建变量。 观察变换 建模变换是把对象从对象标架变换到世界标架 观察变换把世界坐标变换成照相机坐标。VC是与物理设备无关的，用于设置观察窗口观察和描述用户感兴趣的区域内部分对象，观察坐标系采用左手直角坐标系，可在用户坐标系中的任何位置、任何方向定义。其中有一坐标轴与观察方向重合同向并与观察平面垂直。观察变换是指将对象描述从世界坐标系变换到观察坐标系的过程。（1）：平移观察坐标系的坐标原点，与世界坐标系的原点重合，（2）：将x e，y e轴分别旋转（-θ）角与x w、y w轴重合。 规范化设备坐标系 规范化设备坐标系是与具体的物理设备无关的一种坐标系，用于定义视区，描述来自世界坐标系窗口内对象的图形。 光线与隐式表面求交 将一个对象表面定义为f(x,y,z)=f(p)=0,来自P0，方向为d的光线用参数的形式表示为P(t)=P0+td. 交点位置处参数t的值满足：f(P0+td)=0,若f是一个代数曲面，则f是形式为X i Y j Z k的多项式之和，求交就转化为寻求多项式所有根的问题，满足的情况一：二次曲面，情况二：品面求交，将光线方程带入平面方程：p*n+c=0可得到一个只需做一次除法的标量方程p=p0+td。可通过计算得到交点的参数t的值：t=(p0*n+c)/(n*d). 几何变换T R S矩阵表示 三维平移T 三维缩放S旋转绕z轴Rz( ) 100dx 010dy 001dz 0001 Sx000 0Sy00 00Sz0 0001 cos-sin00 sin cos00 0010 0001 θθ θθ 旋转绕x轴Rx(θ) 旋转绕y轴Ry(θ) 1000 0cos-sin0 0sin cos0 0001 θθ θθ cos0sin0 0100 -sin0cos0 0001 θθ θθ 曲线曲面 Bezier曲线性质：Bezier曲线的起点和终点分别是特征多边形的第一个顶点和最后一个顶点。曲线在起点和终点处的切线分别是特征多边形的第一条边和最后一条边，且切矢的模长分别为相应边长的n倍；（2）凸包性；（3）几何不变性（4）变差缩减性。端点插值。 均匀B样条曲线的性质包括：凸包性、局部性、B样条混合函数的权性、连续性、B样条多项式的次数不取决于控制函数。 G连续C连续 C0连续满足：C1连续满足： (1)(0) p(1)=(1)(0)(0) (1)(0) px qx py q qy pz qz == ???? ???? ???? ???? (1)(0) p'(1)=(1)'(0)(0) (1)(0) p x q x p y q q y p z q z == ???? ???? ???? ???? C0(G0)连续:曲线的三个分量在连接点必须对应相等 C1连续:参数方程和一阶导数都对应相等 G1连续:两曲线的切线向量成比例 三维空间中，曲线上某点的导数即是该点的切线，只要求两个曲线段连接点的导数成比例，不需要导 数相等，即p’(1)=aq’(0) 称为G1几何连续性。将该思想推广到高阶导数，就可得到C n和G n连续性。
第一章 计算机图形学是：研究怎么利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。 计算机图形学的研究对象是图形。构成图形的要素有两类：一类是几何要素（刻画图形状的点、线、面、体），另一类是非几何要素（反映物体表面属性或材质的明暗、灰度、色彩）.。 计算机中表示图和形常有两种方法：点阵法和参数法。 软件的标准：SGI等公司开发的OpenGL，微软开发的Direct X，Adobe的Postscript 等。 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 计算机图形系统可以定义为计算机硬件、图形输入输出设备、计算机系统软件和图形软件的集合。 交互式计算机图形系统应具有计算、存储、对话、输入和输出等五方面的功能。 真实感图形的生成一般须经历场景造型、取景变换、视域裁剪、消除隐藏面及可见面光亮度计算等步骤。 虚拟现实系统又称虚拟现实环境，是指由计算机生成的一个实时三维空间。用户可以在其中“自由地”运动，随意观察周围的景物，并可通过一些特殊的设备与虚拟物体进行交互操作。 科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中及计算结果的数据转换为图形及图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。 第二章 鼠标器是用来产生相对位置。鼠标器按键数分为两种：MS型鼠标（双按键鼠标）和PC型鼠标（三按键鼠标）。 触摸屏也叫触摸板，分为：光学的红外线式触摸屏、电子的电阻式触摸屏和电容式触摸屏、声音的声波式触摸屏。 数据手套是由一系列检测手和手指运动的传感器的构成。来自手套的输入可以用来
给虚拟场景中的对象定位或操纵该场景。 显示设备的另一个重要组成部分的是显示控制器。它是控制显示器件和图形处理、转换、信号传输的硬件部分，主要完成CRT的同步控制、刷新存储器的寻址、光标控制以及图形处理等功能。 阴极射线管CRT由电子枪、偏转系统及荧光屏3个基本部分组成。电子枪的主要功能是产生一个沿管轴（Z轴）方向前进的高速的细电子束（轰击荧光屏）。 光栅的枕形失真是由于同样的偏转角增量所造成的偏转距离增量的最大。 荧光粉的余辉特性是指这样一种性质：电子束轰击荧光粉时，荧光粉的分子受激而发光，当电子束的轰击停止后，荧光粉的光亮并非立即消失，而是按指数规律衰减，这种特性叫余辉特性。余辉时间定义为，从电子束停止轰击到发光亮度下降到初始值的1%所经历的时间。 CRT图形显示器分为：随机扫描的图形显示器，直视存储管图形显示器，光栅扫描的图形显示器。 目前常用的PC图形显示子系统主要由3个部件组成：帧缓冲存储器、显示控制器和一个ROM BIOS芯片。 分辨率分为屏幕分辨率、显示分辨率和图形存储分辨率。3种分辨率的概念既有区别又有联系，对图形的显示都会产生一定的影响。在三者之间，屏幕分辨率决定了所能显示的最高分辨率；但显示分辨率和存储分辨率对所能显示的图形分辨率也有控制作用。如果存储分辨率小于屏幕分辨率，尽管显示分辨率可以提供最高的屏幕分辨率，屏幕上也不能显示出应有的显示模式。存储分辨率还必须大于显示分辨率，否则不能够显示出应有的显示模式。 第三章 图形输入设备的逻辑分类：定位设备、笔划设备、数值设备、选择设备、拾取设备、字符串设备。 引力域、橡皮筋技术、草拟技术 第四章 按所构造的图形对象可分为规则对象和不规则对象。 规则对象是指能用欧式几何进行描述的形体。其造型又称为几何造型。 一个完整的几何模型应包括物体的各部分几何形状及其在空间的位置（即几何信息）和各部分之间的连接关系（即拓扑信息）。 不规则对象的造型系统中，大多采用过程式模拟，即用一个简单的模型以及少量的易于调节的参数来表示一大类对象，不断改变参数，递归调用这一模型就能一步一步地产生数据量很大的对象，这一技术也被称为数据放大技术。 不规则对象造型方法主要有：基于分数维理论的随机模型、基于文法的模型、粒子系统模型和非刚性物体模型等等。 一般在二维图形系统中将基本图形元素称为图素或图元，而在三维图形系统中称为体素。 图素是指可以用一定的几何参数和属性参数描述的最基本的图形输出元素，包括点、线、圆、圆弧、椭圆、二次曲线等。体素是三维空间中可以用有限个尺寸参数定位和定形的最基本的单元体。段是指具有逻辑意义的有限个图素（或体素）及其附加属性的集合。 几何信息一般指形体在欧式空间中的位置和大小；而拓扑信息则是形体各分量（点、
应急资源管理复习知识点 第一讲应急资源及应急资源管理概述 1、应急管理的四个阶段及内容 1）预防与应急准备： ①应急预案②演习演练③资源保障（队伍、物资、资金）④隐患排查⑤宣传培训 2）监测与预警：①监测预警②信息报送 3）应急处置与救援：①疏散撤离②先期处置③维持治安④灾民安置 4）事后恢复与重建：①恢复生产②恢复生活③恢复社会秩序 2、应急资源的概念 广义的应急资源包括防灾、应对、恢复等环节所需要的各种应急保障。 狭义的应急资源仅指应急管理所需要的各种物资保障。 本门课程：应急资源是指公共安全应急体系为有效开展应急活动，保障体系正常运行所需要的人力、物资、资金、设施、信息和技术等各类资源的总和。 既是应急管理的对象，也是应急管理有效开展的基础 为整个应急体系正常运转提供动力源。 既包括防灾、应对、恢复等环节所需要的各种物质资源（装备、物资和工具等），也包括与灾害防救相关的技术和人才资源。 应急资源管理的任务 1）为应急管理工作提供有效的资源保障能力 2）确保应急资源合理分配 3）确保应急资源发挥最大的效用！ 3、资源与应急资源的关系 1）资源：是指任何一种有形或者无形、可利用性有限的物体，或者是任何有助于维持生计的事物。 2）应急资源：是指公共安全应急体系为有效开展应急活动，保障体系正常运行所需要的人力、物资、资金、设施、信息和技术等各类资源的总和。 3）二者之间的关系： ①资源包含应急资源，应急资源是资源的一种； ②资源包含自然属性和社会属性，具有两面性；
③应急资源则侧重于社会属性。 4、资源管理与应急资源管理的关系 1）应急资源管理：是指在特定的应急保障机制作用下，通过科学的方法或手段合理地为处理突发事件来控制或调配应急人力资源、应急资金、应急物资和应急技术平台等应急资源的行为或过程。应急资源管理包括应急资源保障、应急资源配置和应急资源优化管理等。 2）二者之间的关系： ①应急资源管理是一种特殊的资源管理； ②资源管理是基于常态和非常态两种形式下的管理行为，而应急资源管理则针对的是非常态。 5、应急资源种类 ①人力资源②资金资源③物资资源④设施资源⑤技术资源⑥信息资源⑦特殊资源 应急人力资源 1）正规核心应急人员： ①应急管理人员：指开展突发公共事件预防、准备、响应、善后和改进管理工作的专职人员如应急办、安监局等工作人员 ②应急专家：各领域有独特能力的专业人士。专为有效开展公共安全应急活动提供各种建议和咨询。如技术、管理、安全等方面专家学者 ③专职应急队伍：从事突发公共事件应急响应处置工作的专业应急队伍。 如消防、公安、急救、医疗等 2）辅助应急人员：①志愿者队伍现状：比较薄弱 来自民间，参加应急工作接受政府管理，最好有经验、受过简单培训 –共青团、红十字会、中国青年志愿者协会等 ②社会应急组织③军队和国际组织 群众队伍临时征募，组织、工具、安全；需求情景：大量简单劳动力，非技术性 应急资金筹措渠道（4个） 1）政府专项应急资金：用于日常应急管理，应急研究，应急保障资源建设、维护、更新，项目建设，准备资金等 2）捐赠资金：包括社会捐赠和国际援助 3）商业保险基金：利用市场机制扩大资金供给，可弥补应急资金的不足，包括财产、人寿、保险等基金
《计算机图形学》课程教学大纲一、课程基本信息 课程代码：110053 课程名称：计算机图形学 英文名称：Computer Graphics 课程类别：专业课 学时：72 学分： 适用对象：信息与计算科学专业本科生 考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%） 先修课程：高级语言程序设计、数据结构、高等代数 二、课程简介 中文简介： 计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境：图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分，以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法，理解图形绘制的基本算法，学会初步图形程序设计。 英文简介： Computer Graphics is the subject which concerned with how computer builds， processes and shows graphics. Its importance has been shown in people’s more and more intensively need for harmony human-machine interface. Graphics user interface has become an important part of software. It is a significant trend to show abstract conception or data in graphics way. Through the learning of this course, students could master Computer Graphics’basic theories and methods，understand graphics basic algorithms and learn how to design basic graphics program. 三、课程性质与教学目的 《计算机图形学》是信息与计算科学专业的一门主要专业课。通过本课程的学习，使学生掌握基本的二、三维的图形的计算机绘制方法，理解光栅图形生成基本算法、几何造型技术、真实感图形生成、图形标准与图形变换等概念和知识。学会图形程序设计的基本方法，为图形算法的设计、图形软件的开发打下基础。 四、教学内容及要求 第一章绪论 (一)目的与要求 1.掌握计算机图形学的基本概念； 2.了解计算机图形学的发展、应用； 3.掌握图形系统的组成。
1、图形与图像的区别 图形一般是计算机绘制的画面，其基本单位是图元，大多数是以矢量图的形式存在；图像则是指由输入设备捕捉的实际场景画面或以数字化形式存储的任意画面，其基本单位是像素，大多数是以位图的形式存在。图形经过缩放后不会产生失真，而图像经过缩放后会产生失真。图形不是客观存在的，是我们根据客观事物而主观形成的；图像则是对客观事物的真实描述。 2、图形学的最新进展 （一）基于图像的建模与绘制技术：由加州大学伯克利分校Pabul E.Dalevec等撰写的论文中介绍了利用几张已有建筑的照片，对该建筑进行建模和绘制的方法。该方法是基于几何和基于图像两种建模方法的混合方法,包括利用摄影测量学原理提取照片建筑的基本几何模型,利用基于模型的立体视图方法提取建筑立面的细节,利用视点无关的纹理映射方法绘制建筑的多种视图。该方法较其它基于几何或基于图像的建模和绘制方法更方便、更精确、更像真实的照片。（二）应用全视函数(plenoptic function)的绘制技术: 从真实世界中直接获取几何信息和物质属性(如照片),并以此为基 础进行绘制,就可以避开造型问题而获得逼真度更高的图形。这就是所谓基于图像的绘制问题。SIG-GRAPH’96论文集中有两篇论文从不同的角度研究了基于图像绘制技术的热点—————应用全视函数(p lenoptic function)的绘制技术。
（三）微软共司积极介入微机图形硬件：在四篇图形硬件体系结构学术论文中最引人注目的是由微软公司Jay Torborg和JamesT .Kajiye报告的"Talisman:Commodity Real Time 3D Graphics for the PC"。Talisman 3D 图形处理硬件的设计思想抛弃了传统图形处理流水线的概念,充分利用3D图形处理过程的时间连贯性和空间连贯性,同时采用图像处理技术来代替图像综合方法,以达到降低存储器带宽和容量的目的。 3、插值 插值的定义：插值就是事先给出一些离散的采样点，然后使用曲线（包括直线）把这些点连接起来。 （一）一元插值 一元插值是对一元数据点(xi,yi)进行插值。 调用格式： yi1=interp1(x,y,xi,’linear’) %线性插值（默认） yi2=interp1(x,y,xi,’nearest’)%近邻插值 yi3=interp1(x,y,xi,’spline’) %三次样条插值 yi4=interp1(x,y,xi,’cubic’) %三次多项式插值 说明：yi1、yi2、yi3为对应xi的不同类型的插值。x、y为已知数据点。
一、概念解释 1. 齐次坐标 就是由n+1维向量表示一个n 维向量。如n 维向量(P 1,P 2, … ,P n )表示为（hP 1,hP 2, hP n ,h ），其中h 称为哑坐标。 2．分辨率 显示器屏幕上水平方向和垂直方向上能被识别的光点的最大数目。 3. 投影中心 投影线汇聚的交点称为投影中心 4. 分析裁剪 确定图形中哪些部分落在显示区之内，哪些落在显示区之外,以便只显示落在显示区内的那部分图形的选择过程称为裁剪。图形是在世界坐标系定义，而在设备坐标系输出，因而裁剪可在世界坐标系中进行，或是在设备坐标系中进行，由于世界坐标系为实数坐标系，故世界坐标系中的裁剪也称为分析裁剪，表示精确。 二、问答题 1.试述计算机图形学的主要研究内容。 概括地说就是利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。主要包括：图形的输入，图形的处理，图形的生成和输出。 2.试述彩色CRT 显示器色彩显示原理。 利用复杂的荧光涂层技术，在荧光屏上均匀涂以能发出红绿蓝三基色为一组的荧光涂层，并利用置于荧光屏前的带孔的金属板使电子枪能精确定位每一组荧光涂层的三个荧光点，同时设置多个电子枪的强度级别，从而能使荧光点能组合出多种不同强度三基色发光组合来的产生丰富的色彩。 3.试画出三维显示流程。 4.简述曲线拟合的两种方法。 利用已知的若干点（称为型值点或控制点）来构造曲线称为曲线拟合。曲线拟合有插值和逼近两种方法，对给定的型值点（控制点），插值方法要求所构造的曲线要严格通过型值点，而逼近方法则只要求构造的曲线近似地接近已知的型值点 三、计算题 1.求关于参考点F(x f ,y f )的旋转变换矩阵。 采用变换合成的方法 先把旋转中心F (x f ,y f )平移至坐标原点，即坐标平移（-x f ,-y f ），变换矩 模型变换 观察变换 投影 窗口至视区变换 显示 关于视见 体裁剪 模型 坐标 世界 坐标 观察 坐标 投影平 面坐标
第一章 1.1 名词解释：图形、图像、点阵法、参数法。 1.2 图形包括哪两方面的要素？在计算机中如何表示它们？ 1.3 什么叫计算机图形学？分析计算机图形学、数字图像处理和计算机视觉学科间的关系。 1.4 有关计算机图形学的软件标准有哪些？ 1.5 试从科学发展历史的角度分析计算机图形学以及硬设备的发展过程。 1.6 试发挥你的想象力，举例说明计算机图形学有哪些应用范围，解决的问题是什么？ 1.7 一个交互性计算机图形系统必须具有哪几种功能？ 第二章 2.1 名词解释：随机扫描、光栅扫描、图形显示子系统、像素点、光点、屏幕分辨率、显示分辨率、存储分辨率、组合像素法、颜色位面法、位平面、颜色查找表。 2.2 试列举出你所知道的图形输入与输出设备。 2.3 阴极射线管由哪几部分组成？它们的功能分别是什么？ 2.4 简述什么叫桶形失真？如何校正？ 2.5 简述荫罩式彩色阴极射线管的结构和工作原理。 2.6 比较荫罩式彩色阴极射线管和穿透式彩色阴极射线管的异同。 2.7 简述黑底荫罩式彩色阴极射线管的结构和特点。 2.8 简述光栅扫描图形显示器的工作逻辑。 2.9 基于光栅扫描的图形显示子系统由哪几个逻辑部件组成？它们的功能分别是什么？ 2.10 什么是像素点？什么是显示器的分辨率？ 2.11 某些显示卡为什么要采用颜色查找表？采用颜色查找表的系统的工作原理是什么？
2.12 确定用你的系统中的视频显示器x和y方向的分辨率，确定其纵横比，并说明你的系统怎样保持图形对象的相对比例。 2.13 如何根据显示器的指标计算显示存储器的容量。 2.14 图形的硬拷贝设备有哪些，简述其各自的特点。 第三章 3.1 名词解释（可用图示）：回显、约束、网格、引力域、橡皮筋技术、草拟技术、拖动、旋转、形变。 3.2 什么是用户模型，设计一个好的用户接口要涉及到哪些因素？ 3.3 gks的有哪六种逻辑输入设备，试评价这六种逻辑分类方法。 3.4 举例说明什么是请求方式、取样方式、事件方式及其组合形式。 第四章 4.1 名词解释：造型技术、规则对象、不规则对象、几何造型、几何模型、图元、图素、体素、段、图形信息、非图形信息、几何信息、拓扑信息、刚体运动、拓扑运动、拓扑等价、建模坐标系、用户坐标系、观察坐标系、规格化设备坐标系、设备坐标系。 4.2 欧氏空间中的几何元素包含那些内容，如何表示。 4.3 试比较线框模型和实体模型的优缺点。 4.4 简述三维形体的扫描表示方法。 4.5 简述如何利用csg树来表示三维形体。 4.6 举例说明如何用四叉树表示二维形体。 4.7 图形系统中为什么要建立图形对象的层次结构。 5.1 名词解释：扫描转换、八分法画圆、多边形的顶点表示、多边形的点阵表示、字库、矢量字符、点阵字符、区域填充、边界填充、4-邻接点、8-邻接点、4-连通区域、8-连通区域、方刷子、线刷子、走样、反走样。