计算机图形系统功能

什么是计算机图形学?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、方法和技术的学科计算几何：研究几何模型和数据处理的学科，探讨几何形体的计算机表示、分析和综合计算机图形学研究内容:建模,绘制,动画图形系统的基本功能1.计算功能元素生成、坐标变换、求交、剪裁计算。

2.存储功能存储数据:形体的集合数据、形体间相互关系、数据的实时检索、保存图形的编辑等信息。

3.输入功能输入信息: 数据、图形信息、图象信息等输入。

命令关键字、操作信息。

4.输出功能输出信息: 图形信息、文件信息；静态图形、动态图形。

5.交互功能人─机交互:拾取对象、输入参数；接受命令、数据等。

显示器种类阴极射线管、随机扫描、存储管式、光栅扫描、等离子和液晶显示器从以下几个方面介绍图形显示设备：图形硬件显示原理CRT;CRT是利用电子枪发射电子束来产生图像，容易受电磁波干扰液晶显示器;液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过未来显示器光栅显示系统的组成图形显示方式:随机扫描存储管式扫描光栅扫描图形显示质量与一帧的画线数量有关:当一帧线条太多，无法维持30～60帧/秒刷新频率，就会出现满屏闪烁光栅扫描显示器的常用概念:行频、帧频（图像刷新率）水平扫描频率为行频。

垂直扫描频率为帧频。

隔行扫描、逐行扫描隔行扫描方式是先扫偶数行扫描线，再扫奇数行扫描线。

像素屏幕被扫描线分成n 行，每行有m 个点，每个点为一个象素。

整个屏幕有m ×n 个象素。

具有灰度和颜色信息分辨率指CRT单位长度上能分辨出的最大光点(象素)数。

分为水平分辨率和垂直分辨率。

点距：相邻象素点之间的距离指标相关。

带宽：（水平像素数*垂直像数数*帧频）显示速度指显示字符、图形特别是动态图像的速度，与显示器的分辨率及扫描频率有关。

可用最大带宽来表示。

图像刷新刷新是指以每秒30帧以上的频率反复扫描不断地显示每一帧图像。

交互式图形系统的设计与实现Interact Design and Implementation of Graphic Systems引言随着计算机科学技术的发展，交互式图形系统的设计与实现逐渐成为了计算机科学领域中不可或缺的一部分。

交互式图形系统的设计与实现涉及到了图形学、计算机视觉、计算机图形学、图像处理等多个方面的知识，而如何将这些知识融合在一起，设计并实现交互式图形系统，是一个值得深入探讨的问题。

交互式图形系统的基本原理交互式图形系统的基本原理是通过计算机的硬件和软件技术，将人类的视觉感知和计算机的图形处理能力结合在一起。

具体而言，它包括以下几个方面：一、图形显示原理：交互式图形系统的设计与实现是建立在图形学的基础之上的。

图形学是研究如何将二维或三维物体的模型表示在计算机上的技术，包括点、线、面等基本元素的表示方法、坐标系的构建、变换等内容。

而图形显示原理是图形学的一项关键技术，其主要目的是将三维模型转化为二维平面上的图形进行显示。

二、图形处理算法：图形处理算法是实现交互式图形系统的另外一个重要组成部分。

它主要涉及到数学、物理及计算方法等多个领域的知识，如多项式曲线、Bezier曲线、深度缓存技术等等。

这些算法主要用于模拟物理世界中的光照、阴影、反射等等现象。

三、用户界面设计：交互式图形系统的设计与实现中，用户界面设计也是至关重要的一步。

用户界面设计需要遵循用户习惯，简单易用。

它还需要考虑用户的不同需求和背景，设计出适合不同用户的图形界面。

交互式图形系统的设计与实现设计和实现交互式图形系统是需要一定的技术和方法。

以下是实现交互式图形系统的主要步骤：一、选择合适的图形库：选择合适的图形库对于设计和实现交互式图形系统十分重要。

常用的图形库有OpenGL、DirectX等，我们可以根据实际需求选择合适的图形库。

二、数据结构设计：在设计交互式图形系统时，需要合适的数据结构对图形进行存储和处理。

常用的数据结构有线性表、树、图、堆栈等等。

计算机图形学主要知识点归纳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“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)。

计算机科学技术：计算机图形学题库四1、填空题一个交互式计算机图形系统应具有（）、（）、（）、（）、（）等五个方面的功能。

答案：计算；存储；对话；输入；输出2、多选下列图元的光栅化算法中，在第一个四分之一象限内，哪种图元按照（直线/法线）斜率分别处理时，不是在八分之一象限处进行分界？（）A.直线的中点画线法；B.直线的DDA方法；C.圆的中点画线法；D.椭圆的中点画线法；答案：A,B,C3、填空题区域的内点表示法枚举区域内的所有像素，通过给区域内的像素赋予（）属性值来实现内点表示。

答案：同一4、单选空间球最多能提供（）个自由度。

A.一个；B.三个；C.五个；D.六个；答案：D5、填空题边界点组成的集合称为集合的（）。

答案：边界6、判断题如果投影空间为平面，投影线为直线，则称该投影为平面几何投影。

答案：对7、多选对生成直线的一般要求中，以下描述正确的有（）A.象素是均匀分布的。

B.所画的线应是直的，且有精确的起点和终点。

C.所显示的亮度应沿直线不变，且与直线的长度和方向无关。

D.生成速度没有特别要求。

答案：A,B,C8、判断题 Sutherland-Hodgeman多边形裁剪中，常用向量叉积法来测试当前点P是否在边界内侧。

当窗口边界A（30，100）、B（40，180），某点P（50，200），通过计算v=AB*AP，可知P点在边界内侧。

答案：错9、单选计算机图形学与计算机图象学的关系是（）。

A.计算机图形学是基础，计算机图象学是其发展B.不同的学科，研究对象和数学基础都不同，但它们之间也有可转换部分C.同一学科在不同场合的不同称呼而已D.完全不同的学科，两者毫不相干答案：B10、多选帧缓存各单元保存的是相应像素的（）。

A.亮度值B.颜色值C.灰度值D.颜色索引答案：B,C11、填空题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。

答案：一个充分小邻域12、单选点阵字符的存储是（）。

计算机图形学第一章1.计算机图形学（Computer Graphics）计算机图形学是研究怎样利用计算机来生成、处理和显示图形的原理、方法和技术的一门学科。

2.计算机图形学的研究对象——图形通常意义下的图形:能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。

计算机图形学中所研究的图形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。

3.图形的表示点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方法, 它强调图形由哪些点组成, 并具有什么灰度或色彩。

参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。

通常把参数法描述的图形叫做图形（Graphics）把点阵法描述的图形叫做图象（Image）4.与计算机图形学相关的学科计算机图形学试图从非图象形式的数据描述来生成（逼真的）图象。

数字图象处理旨在对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果。

计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术。

图1-1 图形图象处理相关学科间的关系5.酝酿期（50年代）阴极射线管(CRT)萌芽期（60年代）首次使用了“Computer Graphics”发展期（70年代）普及期（80年代）光栅图形显示器提高增强期（90年代至今）图形显示设备60年代中期, 随机扫描的显示器60年代后期, 存储管式显示器70年代中期, 光栅扫描的图形显示器。

图形硬拷贝设备打印机绘图仪图形输入设备二维图形输入设备三维图形输入设备6.图形软件标准与设备无关、与应用无关、具有较高性能 7.计算机图形学的应用1.计算机辅助设计与制造（CAD/CAM ）2.计算机辅助绘图3.计算机辅助教学（CAI ）4.办公自动化和电子出版技术(Electronic Publication)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 8.计算机图形系统的功能9.图1-2 图形系统基本功能框图10.计算机图形系统的结构图形硬件图形软件图形应用数据结构图形应用软件图形支撑软件图形计算机平台图形设备图形系统图1-3 计算机图形系统的结构11.人机交互按着用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做-一致性12.真实感图形的生成:场景造型→取景变换→视域裁剪→消除隐藏面→可见面光亮度计算第二章1.图像扫描仪(Scaner)灰度或彩色等级被记录下来, 并按图像方式进行存储。

计算机图形学教程课后习题参考答案文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]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。