计算机图形学王汝传1-4章课后作业参考答案资料
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计算机图形学基础课后答案1. 什么是计算机图形学?计算机图形学是研究如何使用计算机表示、生成、操作和渲染图像的科学和技术领域。
它涵盖了很多方面,包括图像的数学表示、3D建模与渲染、光线追踪、图像处理、动画等。
计算机图形学通常用于创建和处理图像、动画和视觉效果。
2. 计算机图形学的应用领域有哪些?计算机图形学的应用领域非常广泛,包括但不限于以下几个方面:1.游戏开发:计算机图形学在游戏开发中起着非常重要的作用,可以实现逼真的游戏场景和角色设计。
2.电影和电视广告制作:计算机图形学在电影和电视广告中被广泛应用,可以实现令人惊叹的特效和视觉效果。
3.虚拟现实和增强现实:计算机图形学可以用于创建虚拟现实和增强现实的场景和效果,使用户可以沉浸在虚拟环境中。
4.医学图像处理:计算机图形学在医学图像处理中可以用于大脑扫描、X光片分析等,帮助医生进行诊断。
5.工程设计:计算机图形学可以用于工程设计中的建模和渲染,例如建筑设计、汽车设计等。
6.数据可视化:计算机图形学可以用于将数据以图形的方式展示,帮助人们理解和分析复杂的信息。
3. 什么是光栅化?光栅化是计算机图形学中将连续的几何形状转换为离散数据的过程。
在光栅化过程中,3D对象被映射到2D屏幕上的像素阵列中,以便显示和渲染。
在光栅化过程中,首先将3D对象的几何形状进行投影,以确定如何在2D屏幕上呈现。
然后,使用扫描线算法或边界填充算法等方法,将几何形状转换为像素阵列,并确定像素的颜色和亮度。
光栅化是计算机图形学中的关键步骤,它可以使计算机能够实时处理和显示图形,并在屏幕上呈现各种特效和细节。
4. 什么是图形渲染管线?图形渲染管线是计算机图形学中的一个核心概念,它描述了图形生成和渲染的过程。
图形渲染管线通常包括几个关键阶段,每个阶段都负责图形处理的一个特定方面。
典型的图形渲染管线包括以下阶段:1.顶点输入:将3D对象的顶点数据作为输入,其中包括顶点的位置、法线、颜色等信息。
《计算机图形学》习题与解答第一章概述1. 试描述你所熟悉的计算机图形系统的硬软件环境。
计算机图形系统是计算机硬件、图形输入输出设备、计算机系统软件和图形软件的集合。
例如:计算机硬件采用PC、操作系统采用windows2000,图形输入设备有键盘、鼠标、光笔、触摸屏等,图形输出设备有CRT、LCD等,安装3D MAX图形软件。
2. 计算机图形系统与一般的计算机系统最主要的差别是什么?3. 图形硬件设备主要包括哪些?请按类别举出典型的物理设备?图形输入设备:鼠标、光笔、触摸屏和坐标数字化仪,以及图形扫描仪等。
图形显示设备:CRT、液晶显示器(LCD)等。
图形绘制设备:打印机、绘图仪等。
图形处理器:GPU(图形处理单元)、图形加速卡等等。
4. 为什么要制定图形软件标准?可分为哪两类?为了提高计算机图形软件、计算机图形的应用软件以及相关软件的编程人员在不同计算机和图形设备之间的可移植性。
图形软件标准通常是指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,另外还有供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准。
5. 请列举出当前已成为国际标准的几种图形软件标准,并简述其主要功能。
(1)CGI(Computer Graphics Interface),它所提供的主要功能集包括控制功能集、独立于设备的图形对象输出功能集、图段功能集、输入和应答功能集以及产生、修改、检索和显示以像素数据形式存储的光栅功能集。
(2)GKS(Graphcis Kernel System),提供了应用程序和图形输入输出设备之间的接口,包括一系列交互和非交互式图形设备的全部图形处理功能。
主要功能如下:控制功能、输入输出功能、变换功能、图段功能、询问功能等。
6. 试列举计算机图形学的三个应用实例。
(1)CAD/CAM(2)VISC(3)VR.第二章光栅图形学1. 在图形设备上如何输出一个点?为输出一条任意斜率的直线,一般受到哪些因素影响?若图形设备是光栅图形显示器,光栅图形显示器可以看作是一个像素的矩阵,光栅图形显示器上的点是像素点的集合。
计算机图形学基础课后答案答案1:基本概念计算机图形学是研究计算机对图像的生成、显示和处理的学科。
它主要涉及到影像处理、计算机视觉、计算机动画等领域。
在这门课中,我们学习了一些基本的概念和原理,以下是一些常见问题的答案。
问题一:什么是像素?答:像素是图像的最小单位,它代表了图像中的一个点。
每个像素都有一个特定的颜色值,这决定了它在图像中的显示颜色。
问题二:什么是位图和矢量图?答:位图是由像素组成的图像,它以不同的颜色和亮度值来表示图像中的每个像素。
矢量图是由几何形状和曲线组成的图像,它是通过数学公式来表示的,可以无限放大而不失真。
问题三:什么是光栅化?答:光栅化是将矢量图转换为位图的过程。
在这个过程中,计算机将矢量图中的几何形状和曲线转换为像素,通过填充相应的颜色和亮度值来生成位图。
问题四:什么是渲染?答:渲染是将三维模型转换为二维图像的过程。
在渲染的过程中,计算机通过考虑光照、材质、视角等因素来计算每个像素的颜色值,然后将颜色值应用于每个像素上,生成最终的图像。
答案2:光栅化算法光栅化算法是计算机图形学中一种常用的技术,用于将矢量图转换为位图。
以下是几个光栅化算法的答案。
问题一:什么是扫描线算法?答:扫描线算法是一种光栅化算法,它通过对图像的每一行进行检查,找出与之相交的线段或多边形,并确定相交的像素。
问题二:什么是边界填充算法?答:边界填充算法是一种光栅化算法,它用于将矩形、圆形或任意形状的边界填充成指定的颜色。
算法通过扫描边界的方式,将边界内的像素填充为指定的颜色。
问题三:什么是多边形填充算法?答:多边形填充算法是一种光栅化算法,它用于将多边形的内部填充为指定的颜色。
算法通过扫描多边形的每一行,确定与多边形相交的像素,并将其填充为指定的颜色。
问题四:什么是反走样算法?答:反走样算法是一种光栅化算法,它用于解决图像中锯齿边缘的问题。
算法通过在像素的边界上增加额外的颜色值,使得边缘部分的颜色过渡更加平滑,从而减少锯齿效应。
计算机图形学王汝传1-4章课后作业参考答案计算机图形学王汝传1-4章课后作业参考答案第一章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决的问题,大大提高了工作效率。
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。
计算机图形学作业答案第一章序论第二章图形系统1.什么是图像的分辨率?解答:在水平和垂直方向上每单位长度(如英寸)所包含的像素点的数目。
2.计算在240像素/英寸下640×480图像的大小。
解答:(640/240)×(480/240)或者(8/3)×2英寸。
3.计算有512×512像素的2×2英寸图像的分辨率。
解答:512/2或256像素/英寸。
第三章二维图形生成技术1.一条直线的两个端点是(0,0)和(6,18),计算x从0变到6时y所对应的值,并画出结果。
解答:由于直线的方程没有给出,所以必须找到直线的方程。
下面是寻找直线方程(y =mx+b)的过程。
首先寻找斜率:m =⊿y/⊿x =(y2-y1)/(x2-x1)=(18-0)/(6-0) = 3接着b在y轴的截距可以代入方程y=3x+b求出 0=3(0)+b。
因此b=0,所以直线方程为y=3x。
2.使用斜截式方程画斜率介于0°和45°之间的直线的步骤是什么?解答:(1)计算dx:dx=x2-x1。
(2)计算dy:dy=y2-y1。
(3)计算m:m=dy/dx。
(4)计算b: b=y1-m×x1(5)设置左下方的端点坐标为(x,y),同时将x end设为x的最大值。
如果dx < 0,则x=x2、y=y2和x end=x1。
如果dx > 0,那么x=x1、y=y1和x end=x2。
(6)测试整条线是否已经画完,如果x > x end就停止。
(7)在当前的(x,y)坐标画一个点。
(8)增加x:x=x+1。
(9)根据方程y=mx+b计算下一个y值。
(10)转到步骤(6)。
3.请用伪代码程序描述使用斜截式方程画一条斜率介于45°和-45°(即|m|>1)之间的直线所需的步骤。
假设线段的两个端点为(x1,y1)和(x2,y2),且y1<y2int x = x1, y = y1;float x f, m = (y2-y1)/(x2-x1), b = y1-mx1;setPixel( x, y );/*画一个像素点*/while( y < y2 ) {y++;x f = ( y-b)/m;x = Floor( x f +0.5 );setPixel( x, y );}4.请用伪代码程序描述使用DDA算法扫描转换一条斜率介于-45°和45°(即|m|≤1)之间的直线所需的步骤。
计算机图形学习题参考答案第1章绪论1、第一届ACM SIGGRAPH会议是哪一年在哪里召开的?解:1974年,在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH年会。
2、计算机图形学之父是谁?解:Sutherland3、列举一些计算机图形学的应用领域(至少5个)。
解:计算机辅助设计、图示图形学、计算机艺术、娱乐、教学与培训、可视化、图像处理、图形用户界面等。
4、简要介绍计算机图形学的研究内容。
解:(1)图形的输入。
如何开发和利用图形输入设备及相关软件把图形输入到计算机中,以便进行各种处理。
(2)图形的处理。
包括对图形进行变换(如几何变换、投影变换)和运算(如图形的并、交、差运算)等处理。
(3)图形的生成和输出。
如何将图形的特定表示形式转换成图形输出系统便于接受的表示形式,并将图形在显示器或打印机等输出设备上输出。
5、简要说明计算机图形学与相关学科的关系。
解:与计算机图形学密切相关的学科主要有图像处理、计算几何、计算机视觉和模式识别等。
计算机图形学着重讨论怎样将数据模型变成数字图像。
图像处理着重研究图像的压缩存储和去除噪音等问题。
模式识别重点讨论如何从图像中提取数据和模型。
计算几何着重研究数据模型的建立、存储和管理。
随着技术的发展和应用的深入,这些学科的界限变得模糊起来,各学科相互渗透、融合。
一个较完善的应用系统通常综合利用了各个学科的技术。
6、简要介绍几种计算机图形学的相关开发技术。
解:(1)OpenGL。
OpenGL是一套三维图形处理库,也是该领域事实上的工业标准。
OpenGL独立于硬件、操作系统和窗口系统,能运行于不同操作系统的各种计算机,并能在网络环境下以客户/服务器模式工作,是专业图形处理、科学计算等高端应用领域的标准图形库。
以OpenGL为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植;OpenGL与C/C++紧密接合,便于实现图形的相关算法,并可保证算法的正确性和可靠性;OpenGL使用简便,效率高。
5.3 试用中点Bresenham 算法画直线段的原理推导斜率在[-1, 0]之间的直线段绘制过程(要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程)。
解:-1≤|k |≤0,|△x |/|△y |>=1,所以x 为最大位移方向。
直线的方程:xy x x y y k b kx y y x f ∆∆=--=--=2121,),(故有: ⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧-=+=++1111i ii i i y y y x x 构造判别式:b x k y y x f y x f d i i i i M M i -+--=-+==)1(5.0)5.0,1(),(。
推导d i 的各种情况:⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧>-≤=+=++ )0( 1)0( 111i i i i i i i d y d y y x x递推公式的推导:当d i ≤0时:kd k b x k y b x k y y x f y x f d i i i i i i i i i i -=--+--=-+--=-+==+++)1(5.0 )2(5.0)5.0,2(),(111当d i >0时:kd k b x k y b x k y y x f y x f d i i i i i i i i i i --=---+--=-+--=-+==+++11)1(5.0 )2(5.1)5.1,2(),(111初始值d 0的计算:kk b kx y b x k y y x f d --=----=-+--=-+=5.05.0 )1(5.0)5.0,1(0000000用2d △x 代替d ,令D =2d △x :y x k x xdD ∆-∆-=--∆=∆=2)5.0(220当d i ≤0时,即D ≤0:y D y xd k d x xdD i i i i i ∆-=∆-∆=-∆=∆=++222)(2211当d i >0时,即D >0:y x D y x xd k d x xdD i i i i i ∆-∆-=∆-∆-∆=--∆=∆=++22222)1(2211算法步骤:1. 输入直线的两端点P 0(x 0, y 0)和P 1(x 1,y 1)。
第9章消隐
9.2 答:消隐算法的效率很大程度上取决于排序的效率,而在消隐算法中利用连贯性是提高排序效率的一种重要手段。
所谓连贯性是指所考察的物体或视区内的图像局部保持不变的一种性质。
连贯性利用得越充分、越巧妙,消隐算法的效率也越高。
9.6 答:Z-buffer算法步骤如下:
(1)初始化。
把Z缓存中各(x,y)单元置为z的最小值,而帧缓存各(x,y)单元置为背景色。
(2)在把物体表面相应的多边形扫描算法转换成帧缓存中的信息时,对于多边形内的每一个采样点(x,y)进行以下几步处理:
A.计算采样点(x,y)的深度z(x,y)。
B.如果z(x,y)大于Z缓存中在(x,y)处的值,则把z(x,y)存入Z缓存中的(x,y)处,再把多边形在Z(x,y)处的颜色值存入帧缓存的(x,y)地址中。
光线投射算法步骤如下:
(1)通过视点和投影平面上的所有像素点作一入射线,形成投影线。
(2)将任一投影线与场景中的所有多边形求交。
(3)若有交点,则将所有交点按z值的大小进行排序,取出最近交点所属多边形的颜色;若没有交点,则取出背景的颜色。
(4)将该射线穿过的像素点置为取出的颜色。
异同比较:光线投射算法与Z-buffer算法类似,只不过Z-buffer算法是从多边形出发得到每个投影点的深度值,光线投射算法则是从投影点出发反过来求与多边形的交点。
光线投射算法不需要帧缓存,节约存储单元,但它需要计算交点。
可以利用连贯性、外接矩形以及空间分割技术来加速交点的计算。
另外,光线投射算法对于包含曲面,特别是球面的场景有很高的计算效率,而Z-buffer算法对于曲面的计算效率较低。
习题与解答4.1根据一个对象点绕原点旋转变换写出对应的矩阵表示。
解答:参见图4-13。
根据sin 和cos 的三角函数定义计算得到:'cos(),x r θφ=+ 's i n ()y r θφ=+ 和cos ,x r φ= s i n y r φ=根据三角公式,得出:cos()(cos cos sin sin )cos sin r r x y θφθφθφθθ+=-=-和s i n ()(s i n c o s c o s s i n )s i n r r x y θφθφθφθθ+=+=- 或'c o s s i n x x y θθ=- 's i n c o s y x y θθ=+ 设 '','x x P P y y ⎛⎫⎛⎫==⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭且 0cos sin ()sin cos R θθθθ-=则可得出0'P R P =∙。
P(x图4-13 第4.1题的旋转变换4.2(a)写出对象绕原点旋转的旋转变换矩阵。
(b)设点为P(2,-4),旋转后的新坐标是什么?解答:(a)根据第4.1题:c o s30s i n302321()sin30cos3042112R⎫⎛⎪⎪⎫︒-︒⎪⎛⎫===⎪⎪︒︒--⎝⎭⎪⎝⎪⎪⎝⎭(b)新的坐标可以通过矩阵乘法得到:221422112⎛⎫⎪⎪⎫⎪⎛⎫-=⎪⎪--⎝⎭⎪⎝⎪⎪⎝⎭4.3写出点Q(x,y)绕定点P(h,k)旋转变换(见图4- 14)。
解答:通过三步确定:(1)平移对象,使它的旋转中心P与原点重合;(2)绕原点旋转;(3)将P 平移回(h,k)。
使用u=h I+k J作为平移向量,,pRθ可通过组合变换得到:图4-14 第4.3题绕定点P(h,k)的旋转变换4.4 写出绕P (h,k )旋转变换的通用矩阵。
解答:根据第4.3题,,p R T R T θυθυ-=,其中=hI kJ υ+。