第10章 计算机图形学的几何造型技术
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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20922012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。
几何造型技术的名词解释几何造型技术是一种应用数学几何学原理和方法,用于描述和呈现物体形状和结构的技术。
在现代科技领域,几何造型技术被广泛应用于计算机图形学、工程设计、建筑设计、汽车设计、航空航天等领域。
1. CAD(计算机辅助设计)CAD是几何造型技术的重要应用之一。
它使用计算机软件辅助进行图形设计和模型构建。
通过CAD软件,设计师可以轻松创建三维模型,并进行模拟和分析。
CAD技术大大提高了设计效率和精确度,并广泛应用于工业制造、建筑设计等领域。
2. 曲线和曲面造型曲线和曲面造型是几何造型技术中常用的方法。
曲线可以用来描述二维图形的形状,曲面则用于描述三维物体的形状。
常见的曲线造型方法包括贝塞尔曲线、B样条曲线等,而曲面造型方法则有贝塞尔曲面、B样条曲面等。
这些方法能够准确描述复杂物体的形状,并为后续的分析和加工提供基础。
3. 多边形网格多边形网格是一种常用的离散化表示方法,用于描述三维物体的表面。
它将物体的表面划分成由三角形或四边形组成的网格结构,每个网格点都有自己的坐标和法线向量。
多边形网格可以通过各种技术生成,如手动建模、扫描、造型软件生成等。
它广泛应用于计算机图形学、三维建模等领域。
4. 网格编辑和细分网格编辑和细分是几何造型技术中常用的操作。
在网格编辑过程中,设计师可以对多边形网格进行修改,包括添加、删除或移动网格点等操作,从而调整物体的形状。
而网格细分则是通过对网格进行逐步细化,使其更加平滑和精细。
这些操作可以帮助设计师创建更加复杂和精美的几何模型。
5. 参数化造型参数化造型是一种通过调整参数值来自动生成不同形状的技术。
设计师可以通过改变一些参数值,如长度、角度、比例等,从而快速生成不同形态的模型。
参数化造型技术在计算机辅助设计中经常使用,它提供了一种高效、灵活的方式来生成各种形状。
6. 隐式曲面隐式曲面是一种通过数学方程来描述几何形状的技术。
它可以通过一个或多个方程来表示曲面的形状,而不需要用户指定具体的曲面边界。
几何造型技术研究背景与意义几何造型技术是一门研究如何以几何形状和图案来表达和传达信息的学科。
它涵盖了许多领域,如计算机图形学、建筑设计、艺术设计等。
几何造型技术的研究背景和意义在于推动了人类对于几何形状的理解和应用,为各个领域的发展带来了巨大的影响。
几何造型技术的研究背景可以追溯到古代。
古人在建筑设计和艺术创作中就开始运用几何形状来表达美感和传达信息。
例如,古希腊建筑中的柱子和梁的几何形状不仅仅是为了支撑结构,更是为了展示力与美的结合。
古代艺术中的几何图案也是以几何形状为基础,通过排列和组合不同的几何元素来表达丰富的意境和情感。
随着科技的发展和计算机技术的应用,几何造型技术得到了飞速的发展。
计算机图形学的出现使得人们可以通过计算机生成和处理各种复杂的几何形状。
在建筑设计中,几何造型技术的应用使得建筑师可以更加准确地表达设计意图,并且可以通过数字化的手段进行模拟和优化,提高设计效率和质量。
在艺术设计中,几何造型技术的应用使得艺术家可以创造出更加抽象和独特的艺术作品,打破传统的表现形式,开拓了艺术的边界。
几何造型技术的研究意义在于它为各个领域的发展提供了新的思路和方法。
在建筑设计中,几何造型技术的应用可以帮助建筑师更好地理解和掌握建筑结构的力学特性,优化结构设计,提高建筑的安全性和耐久性。
在艺术设计中,几何造型技术的应用可以帮助艺术家创造出更加独特和富有表现力的艺术作品,丰富了艺术的形式和内涵。
在计算机图形学中,几何造型技术的研究可以帮助人们更好地利用计算机生成和处理几何形状,为虚拟现实、游戏开发等领域提供技术支持。
几何造型技术的研究还有助于促进不同领域之间的交流和合作。
几何造型技术作为一门跨学科的研究领域,吸引了来自不同学科背景的研究者和专家。
他们可以通过共同的研究和合作,促进知识的交流和创新的产生。
例如,在建筑设计中,结构工程师和建筑师可以通过几何造型技术的应用,实现结构和形式的无缝衔接,提高建筑的整体性和美感。
《计算机图形学》测试题一、名词解释:(每个4分)1.计算机图形学2.图象处理3.模式识别4.计算几何5.凸多边形6.种子填充算法7.窗口8.视区9.光顺性10.拟合11.多项式插值12.小挠度曲线13.图形变换14.齐次坐标系15.凸包16.轮廓线17.等值线18.图形的翼边表示19.ER模型20.图形消隐21.本影22.半影23.用户坐标系24.规范化设备坐标系25.构造26.约束技术27.光线跟踪28、走样29、CRT(Cathode Ray Tube)30、隔行(interlaced)扫描31、输入模式32、取样方式(sample mode)33、区域34、边界表示法35、复合变换36、二维复合平移37.二维复合比例38.二维复合旋转39.视区(Viewport)40、投影变换41、平面几何投影42. 参数图43. 像素图44.人机界面45.地理信息系统46.虚拟现实47.几何造型技术48.扫描转换49. 插值曲线50.逼近曲线51. 用户接口52. 交互技术53. 交互式图形系统的基本交互任务54. 定位任务55. 选择任务56. 拾取任务57 .选择技术58. 菜单技术59. 文字输入任务60. 数值输入任务61.动画62.帧63.场64. 消隐65.物体空间的消隐算法66. 漫反射光67. 环境光68. 镜面反射光二、选择题(每题2分)1、计算机图形学与计算几何之间的关系是( )。
A)学术上的同义词B)计算机图形学以计算几何为理论基础C)计算几何是计算机图形学的前身D).两门毫不相干的学科2、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3、触摸屏是( )设备。
A)输入B)输出C)输入输出D)既不是输入也不是输出4.计算机绘图设备一般使用什么颜色模型?( )A)RGB;B)CMY;C)HSV ;D)HLS5. 计算机图形显示器一般使用什么颜色模型?( )A)RGB;B)CMY;C)HSV ;D)HLS6.分辨率为1024×1024的显示器各需要多少字节位平面数为24的帧缓存?( ) A)512KB;B)1MB;C)2MB ;D)3MB7.哪一个不是国际标准化组织(ISO)批准的图形标准?( )A)GKS;B)PHIGS;C)CGM ;D)DXF8.下述绕坐标原点逆时针方向旋转a角的坐标变换矩阵中哪一项是错误的? ( )| A B || C D |A) cos a;B) sin a;C) sin a;D) cos a9、在多边形的逐边裁剪法中,对于某条多边形的边(方向为从端点S到端点P)与某条裁剪线(窗口的某一边)的比较结果共有以下四种情况,分别需输出一些顶点.请问哪种情况下输出的顶点是错误的? ( )A)S和P均在可见的一侧,则输出S和P.B)S和P均在不可见的一侧,则输出0个顶点.C)S在可见一侧,P在不可见一侧,则输出线段SP与裁剪线的交点.D)S在不可见的一侧,P在可见的一侧,则输出线段SP与裁剪线的交点和P.10、在物体的定义中对边的哪条限制不存在? ( )A) 边的长度可度量且是有限的B) 一条边有且只有两个相邻的面C) 一条边有且只有两个端点D) 如果一条边是曲线,那么在两个端点之间不允许曲线自相交11.下述哪一条边不是非均匀有理B样条(NURBS)的优点? ( )A) NURBS比均匀B样条能表示更多的曲面B) 对于间距不等的数据点,用NURBS拟合的曲线比用均匀B样条拟合的曲线更光滑C) NURBS提供的权控制方法比用控制点更能有效的控制曲线的形状D) 使用NURBS可以提高对曲面的显示效率12.下列关于图的存储表示的叙述中,哪一个是不正确的?A) 无向图的相邻矩阵是对称矩阵B) 对于带权的图,其相邻矩阵中值为1的元素,其值可以用边的权来权替C) 用邻接表法存储包括n个结点的图需要保存一个顺序存储的结点表和n个链接存储的边表D) 用邻接表法存储包括n条边的图需要保存一个顺序存储的结点表和n个链接存储的边表13*.在面片的数量非常大的情况下哪一个消隐算法速度最快? ( )A) 深度缓存算法(Z-Buffer)B) 扫描线消隐算法C) 深度排序算法(画家算法)D) 不知道14*.下面关于深度缓存消隐算法(Z-Buffer)的论断哪一条不正确? ( )A) 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B) 深度缓存算法不能用于处理对透明物体的消隐C) 深度缓存算法能并行实现D) 深度缓存算法中没有对多边形进行排序15.在用射线法进行点与多边形之间的包含性检测时,下述哪一个操作不正确? ( )A) 当射线与多边形交于某顶点时且该点的两个邻边在射线的一侧时,计数0次B) 当射线与多边形交于某顶点时且该点的两个邻边在射线的一侧时,计数2次C) 当射线与多边形交于某顶点时且该点的两个邻边在射线的两侧时,计数1次D) 当射线与多边形的某边重合时,计数1次16*、扫描消隐算法在何处利用了连贯性(相关性Coherence)?(1)计算扫描线与边的交点;(2)计算多边形在其边界上的深度;(3)计算多边形视窗任意点处的深度值;(4)检测点与多边形之间的包含性。
几何和特征造型技术及应用几何和特征造型技术是计算机图形学中的两个重要领域,它们在不同的应用中发挥着重要的作用。
在这篇文章中,我将介绍几何和特征造型技术的基本概念,并介绍它们在不同领域的应用。
几何造型是计算机图形学中用于描述和表示物体形状的一种技术。
它通过使用一系列的几何图元(如点、线、面)来构建物体的模型。
几何造型技术可以分为两类:基于顶点的造型和基于体素的造型。
基于顶点的造型是通过定义物体的顶点和边来描述其形状的。
这种技术可以使用多边形网格来表示物体的表面。
多边形网格是由一系列的三角形、四边形等简单几何形状所组成的。
它可以用于建模各种形状的物体,从简单的立方体到复杂的有机形状都可以使用多边形网格进行表示。
基于顶点的造型技术常用于计算机游戏、动画制作和虚拟现实等领域。
基于体素的造型是通过将物体空间分割成一系列的小立方体来描述其形状的。
这种技术可以用于建模实体物体,如建筑物、车辆等。
基于体素的造型技术通常需要大量的计算和存储资源,因此在实际应用中常常只用于建模少数物体。
除了几何造型技术,特征造型技术也是计算机图形学中的重要技术之一。
特征造型是一种用于描述和表示物体结构和特征的技术。
特征可以是物体的局部形状、纹理、颜色等。
特征造型技术可以分为两类:基于模型的特征造型和基于图像的特征造型。
基于模型的特征造型是通过对物体进行建模和分析来提取物体的特征。
这种技术通常需要使用专门的算法和工具来完成。
基于模型的特征造型技术可以用于人脸识别、目标跟踪等应用。
基于图像的特征造型是通过对物体的图像进行处理和分析来提取物体的特征。
这种技术通常需要使用计算机视觉和图像处理的技术来完成。
基于图像的特征造型技术可以用于图像检索、图像分类等应用。
几何和特征造型技术在很多领域中都有广泛的应用。
在工业设计中,几何和特征造型技术可以用于产品设计和建模。
在医疗领域中,几何造型技术可以用于制作人体器官的模型,以及进行医学图像的分析和处理。
《计算机图形学》练习试题及答案一、名词解释1、齐次坐标系2、光顺性3、种子填充算法4、镜面反射光5、投影变换6、光线跟踪7、复合变换8、走样9、几何造型技术10、虚拟现实二、简答题1、前截面距离F和后截面距离B定义了什么?2、计算机动画的制作主要步骤3、计算机图形显示器和绘图设备表示颜色的方法各是什么颜色系统?它们之间的关系如何?4、图形软件主语言的选择应考虑哪些因素?5、制定CGI,CGM,IGES标准的目的分别是什么?6、自由曲面的表示通常有哪两种?7、什么叫做走样?什么叫做反走样?反走样技术包括那些?8、简述区域连贯性、扫描线的连贯性以及边的连贯性。
9、简述Bezier曲线的不足之处。
10、建立图形软件可采用哪三种方法?11、在观察空间中,如何确定投影的类型和方向?12、简述编码裁剪法(即Cohen-Sutherland线段裁剪法)的算法过程。
三、应用题1、分析边标志算法的实现过程,并写出其算法的C语言描述。
2、简述深度缓存算法及其特点。
3、假设在观察坐标系下窗口区的左下角坐标为(wxl=10,wyb=10),右上角坐标为(wxr=50,wyt=50)。
设备坐标系中视区的左下角坐标为(vxl=10,vyb=30),右上角坐标为(vxr=50,vyt=90)。
已知在窗口内有一点p(20,30),要将点p映射到视区内的点p`,请问p`点在设备坐标系中的坐标是多少?(本题10分)4、如下表是采用DDA算法画出(0,0)到(5,2)的直线的数据,请填写空格处。
i xi yi yi+0.5 int(yi+0.5)1 0 0 0.5 02 13 24 35 46 5 2 2.5 25、已知三角形ABC各顶点的坐标A(1,2)、B(5,2)、C(3,5),相对直线Y=4做对称变换后到达A’、B’、C’。
试计算A’、B’、C’的坐标值。
(要求用齐次坐标进行变换,列出变换矩阵)6、试对下图中的多边形进行裁剪,用图表示裁剪过程。