计算机图形学交互技术与用户接口1

计算机图形学期末复习第一章绪论●名词解释：图形、图像、点阵法、参数法。

图形：是指能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象。

点阵法：是具有灰度或颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形有哪些点组成，这些点具有什么灰度或色彩。

图形包括哪方面的要素参数法：是以计算机所记录的图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。

把参数法描述的图形叫做图形；把点阵法描述的图形叫做图像。

●图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？图形的要素可以分为两类，一类是刻画形状的点、线、面、体等几何要素；另一类是反应物体本身固有属性，如表面属性或材质的明暗、灰度、色彩（颜色信息）等非几何要素。

在计算机中表示带有颜色及形状的图和形常用两种方法：点阵法和参数法。

●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。

计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法、和技术的一门学科。

计算机图形学试图将参数形式的数据描述转换生成（逼真的）图像。

数据图像处理则着重强调图像之间进行变换，它旨在对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果，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，它模拟对客观事物模式的识别过程，是从图像到特征数据对象的描述表达处理过程。

●有关计算机图形学的软件标准有哪些？标准有：计算机图形核心系统（GKS）及其语言联编、三维图形核心系统（GKS-3D）及其语言联编、程序员层次交互式图形系统（PHIGS）及其语言联编、计算机图形元文件(CGM)、计算机图形接口（CGI）、基本图形转换规范（IGES）、产品数据转换规范（STEP）等。

●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？近年来计算机图形学已经广泛地用于多种领域，如科学、医药、商业、工业、政府部门、艺术、娱乐业、广告业、教育和培训等。

第二章计算机图形系统及图形硬件●名词解释：刷新、刷新频率、像素点、屏幕分辨率、位平面、屏幕坐标系。

计算机图形学技术在软件开发中的应用案例计算机图形学技术是计算机科学的一个分支，它研究如何使用计算机来处理、生成和显示图像。

随着计算机硬件的不断升级和软件的不断发展，计算机图形学技术已经广泛应用于各个领域，例如游戏、动画、虚拟现实等。

本文将介绍计算机图形学技术在软件开发中的应用案例。

1. 图形界面设计计算机图形学技术可以用于设计和开发图形用户界面（GUI）。

GUI是计算机软件的可视化界面，它使用户可以使用图形和符号来与计算机交互，而不是通过命令行输入。

在GUI中，计算机图形学技术被应用于实现按钮、文本框、菜单栏等基本界面元素，以及各种复杂的视觉效果，例如动画、特效等。

通过图形用户界面，计算机程序能够更加直观和用户友好。

2. 游戏开发计算机图形学技术在游戏开发中被广泛应用。

游戏是计算机图形学技术应用的一个典型例子，因为游戏需要更加高级的图形处理和大量的动画效果。

计算机图形学技术被用于实现游戏中的3D模型、环境设计、光影效果、特效等。

随着游戏市场对高品质游戏的需求不断增加，计算机图形学技术的发展也在不断推进。

3. 图像处理和识别计算机图形学技术可以用于图像处理和识别。

图像处理主要是对数字图像进行各种操作，如图像增强、去噪、旋转、裁剪等。

计算机图形学技术可以提供强大的图像处理工具，帮助开发人员实现各种图像处理算法。

图像识别是计算机通过算法和技术来识别和分类图像的过程。

计算机图形学技术可以提供计算机视觉相关的工具和框架，使算法和技术更加精准和高效。

4. 虚拟现实和增强现实计算机图形学技术可以用于虚拟现实和增强现实。

虚拟现实是一种计算机技术，它通过计算机生成的虚拟环境来模拟真实环境。

增强现实是一种技术，它通过计算机和传感器将虚拟图像叠加在真实环境中，使用户可以看到增强现实的虚拟元素。

计算机图形学技术是实现虚拟现实和增强现实的关键技术之一，它可以提供更加高级的3D建模、物理模拟、场景渲染、事件驱动等技术。

5. 数据可视化计算机图形学技术可以用于数据可视化。

1. 阐述计算机图形学,图象处理,模式识别和计算几何这四门学科之间的关系.答: 计算机图形学研究是数据模型和几何模型转化为图像信号，模式识别是研究图像信号到数据模型和几何模型图像处理是处理图像到图像。

计算几何是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.2.计算机图形学的研究内容是什么？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.计算机图形学的研究内容非常广泛，主要有以下几个方面：计算机图形学的应用；计算机图形设备和系统；国际标准化组织(ISO)发布的图形标准；人机交互接口技术；基本图形实体、自由曲线和自由曲面的生成算法；图形变换和裁剪；曲面和实体造型算法；颜色、光照模型及真实感图形显示技术与算法等内容。

2. 简述计算机图形学的发展过程和发展趋势发展过程:1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风I（Whirlwind I）计算机的附件诞生了。

该显示器用一个类似于示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。

1958年美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒式绘图仪，GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪。

1962年，MIT林肯实验室的Ivan E.Sutherland 发表了一篇题“Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统”的博士论文，他在论文中首次使用了计算机图形学Computer Graphics”这个术语，证明了交互计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域，从而确定了计算机图形学作为一个崭新的科学分支的独立地位。

1973年开始，相继出现了英国剑桥大学CAD小组的Build系统、美国罗彻斯特大学的PADL-1系统等实体造型系统。

从80年代中期以来，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，图形学已广泛应用于动画、科学计算可视化、CAD/CAM、影视娱乐等各个领域。

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》1-8章习题解答《计算机图形学》1-4章习题解答习题11．计算机图形学的研究内容是什么？答：几何模型构造，图形生成，图形操作与处理，图形信息的存储、检索与交换，人机交互及用户接口，动画，图形输出设备与输出技术，图形标准与图形软件包的研究等。

2．计算机图形学与图像处理有何联系？有何区别？答：计算机图形学与图像处理都是用计算机来处理图形和图像，结合紧密且相互渗透，但其属于两个不同的技术领域。

计算机图形学是通过算法和程序在显示设备上构造图形，是从数据到图像的处理过程；而图像处理是对景物或图像的分析技术，是从图像到图像的处理过程。

3．简述计算机图形学的发展过程。

答：略。

（参考：教材P3）4．简述你所理解的计算机图形学的应用领域。

5．如果使用每种基色占10比特的直接编码方式表示RGB 颜色的值，每一像素有多少种可能的颜色？答：824107374110242223101010==⨯⨯6．如果每个像素的红色和蓝色都用5比特表示，绿色用6比特表示，一共用16比特表示，总共可以表示多少种颜色？答：65536222655=⨯⨯7．解释水平回扫、垂直回扫的概念。

答：水平回扫：电子束从CRT 屏幕右边缘回到屏幕左边缘的动作。

垂直回扫：电子束到达每次刷新周期末尾，从CRT 屏幕右下角回到屏幕左上角的动作。

8．为什么很多彩色打印机使用黑色颜料？ 答：彩色颜料（青、品红、黄）相对来说较贵，并且在技术上很难通过多种颜色产生高质量的黑色。

9．简述随机扫描显示器和光栅扫描显示器的简单工作原理和各自的特点。

答：随机扫描显示器的工作原理：要显示的图形定义是一组画线命令，存放在刷新缓存中，由显示控制器控制电子束的偏移，周期性地按画线命令依次画出其组成线条，从而在屏幕上产生图形。

特点：其显示的图形质量好，刷新缓存中的内容可局部或动态修改，分辨率和对比度高，并且图形不会产生锯齿状线条。

光栅扫描显示器的工作原理：将CRT屏幕分成由像素构成的光栅网格，其中像素的灰度和颜色信息保存在帧缓存中。

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。

vr虚拟现实技术的原理介绍虚拟现实（VR）是一种能够模拟真实环境的技术，它可以将用户带入一个虚拟的世界，通过头戴式设备、手柄等交互设备，使用户可以像在现实世界一样感知和操作虚拟环境中的对象。

这种技术已经成为了当今科技和娱乐领域的一个热门话题，被广泛应用于游戏、教育、医疗、旅游等领域。

一、VR技术原理介绍VR技术的核心是利用计算机图形学、人机接口技术、传感技术等多种技术手段，将用户带入一个虚拟的环境中。

在VR环境中，用户可以看到360度全景画面，可以听到虚拟环境中的声音，甚至可以通过手柄等交互设备感受到虚拟环境中的触觉。

1.计算机图形学计算机图形学是VR技术的基础，它是一种能够将2D或3D图形转化为图像的技术。

在VR环境中，计算机需要不断地渲染画面，以保证画面的流畅性和逼真感。

计算机图形学还包括很多其他的技术，如光照模型、纹理贴图、阴影处理等，这些技术都可以增加VR环境的真实感。

2.人机接口技术人机接口技术是VR技术的关键，它是一种能够让用户与虚拟环境进行交互的技术。

在VR环境中，用户可以通过头戴式设备、手柄等交互设备来操作虚拟环境中的对象。

这些交互设备会通过人机接口技术与计算机进行通信，将用户的操作转化为计算机可以理解的指令，从而实现对虚拟环境的操作。

3.传感技术传感技术是VR技术的辅助手段，它可以通过对用户的头部、手部等部位的姿态和位置进行检测，将用户的动作转化为虚拟环境中的动作。

这种技术可以帮助用户更好地与虚拟环境进行交互，提高用户的沉浸感和体验感。

二、VR技术的实现方式VR技术的实现方式有多种，包括头戴式显示器、手柄等交互设备、计算机硬件和软件等。

其中，头戴式显示器是最重要的设备之一，它可以直接戴在用户的头上，将用户带入虚拟的环境中。

头戴式显示器需要具备高分辨率、宽阔的视野、低延迟等特点，以保证用户的沉浸感和体验感。

手柄等交互设备也是重要的设备之一，它可以让用户与虚拟环境中的对象进行交互。

一、填空题（每空0.5分，共 1 0 分）1、 计算机图形学中的图形是指由点、线、面、体等 和明暗、灰度（亮度）、色彩等 构成的，从现实世界中抽象出来的带有灰度、色彩及形状的图或形。

2、 一个计算机图形系统至少应具有 、 、输入、输出、 等基本功能。

3、 常用的字符描述方法有：点阵式、 和 。

4、 字符串剪裁的策略包括 、 和笔划/像素精确度 。

5、 所谓齐次坐标就是用 维向量表示一个n 维向量。

6、 投影变换的要素有：投影对象、 、 、投影线和投影。

7、 输入设备在逻辑上分成定位设备、描画设备、定值设备、 、拾取设备和 。

8、 人机交互是指用户与计算机系统之间的通信，它是人与计算机之间各种符号和动作的 。

9、 按照光的方向不同，光源分类为： ， ， 。

10、从视觉的角度看，颜色包含3个要素：即 、 和亮度。

二、单项选择题（每题 2分，共 30 分。

请将正确答案的序号填在题后的括号内）1、在CRT 显示器系统中，（ ）是控制电子束在屏幕上的运动轨迹。

A. 阴极B.加速系统 C. 聚焦系统 D. 偏转系统 2、分辨率为1024×1024的显示器需要多少字节位平面数为16的帧缓存？（ ）A. 512KBB. 1MBC. 2MBD. 3MB3、计算机图形显示器一般使用什么颜色模型？（ ）A. RGBB. CMYC. HSVD. HLS4、下面哪个不属于图形输入设备？（ ）A. 键盘B. 绘图仪C. 光笔D. 数据手套 5、多边形填充算法中，错误的描述是（ ）。

A. 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B. 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C. 边填充算法较适合于帧缓冲存储器的图形系统D. 边标志算法也不能解决象素被重复访问的缺点6、 在扫描线填色算法中，扫描线与顶点相交时，对于交点的取舍问题，下述说法正确的是（ ）。

一、填空题（每空0。

5分，共 1 0 分)1、 计算机图形学中的图形是指由点、线、面、体等和明暗、灰度（亮度)、色彩等构成的，从现实世界中抽象出来的带有灰度、色彩及形状的图或形。

2、 一个计算机图形系统至少应具有、、输入、输出、等基本功能。

3、 常用的字符描述方法有：点阵式、和。

4、 字符串剪裁的策略包括 、和笔划/像素精确度 。

5、 所谓齐次坐标就是用维向量表示一个n 维向量.6、 投影变换的要素有:投影对象、、、投影线和投影。

7、 输入设备在逻辑上分成定位设备、描画设备、定值设备、、拾取设备和。

8、 人机交互是指用户与计算机系统之间的通信,它是人与计算机之间各种符号和动作的。

9、 按照光的方向不同，光源分类为：,，。

10、从视觉的角度看，颜色包含3个要素：即、和亮度。

二、单项选择题（每题 2分，共 30 分。

请将正确答案的序号填在题后的括号内)1、在CRT 显示器系统中,（)是控制电子束在屏幕上的运动轨迹。

A 。

阴极B 。

加速系统C 。

聚焦系统D 。

偏转系统2、分辨率为1024×1024的显示器需要多少字节位平面数为16的帧缓存？（）A 。

512KBB 。

1MB C. 2MBD 。

3MB3、计算机图形显示器一般使用什么颜色模型?(）A. RGBB 。

CMYC 。

HSVD. HLS4、下面哪个不属于图形输入设备？（)A 。

键盘 B. 绘图仪 C 。

光笔 D.数据手套 5、多边形填充算法中,错误的描述是（）。

A. 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 B 。

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 C. 边填充算法较适合于帧缓冲存储器的图形系统D 。

边标志算法也不能解决象素被重复访问的缺点6、 在扫描线填色算法中，扫描线与顶点相交时，对于交点的取舍问题，下述说法正确的是（）.A. 当共享顶点的两条边分别落在扫描线的两边时，交点只算2个B. 当共享交点的两条边在扫描线的同一边时，若该点是局部最高点取1个C. 当共享交点的两条边在扫描线的同一边时,若该点是局部最低点取2个D. 当共享顶点的两条边分别落在扫描线的两边时，交点只算0个7、在多边形的逐边裁剪法中，对于某条多边形的边(当前处理的顶点为P ，先前已处理的多边形顶点为S）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。

《计算机图形学》课程教学大纲课程编号：20211501总学时数：32(理论18、实验14)总学分数：2课程性质：专业基础课适用专业：地理信息系统一、课程的任务和基本要求：课程任务：通过学习本课程，使学生加深对计算机图形学理论知识的理解；了解和掌握计算机图形学的基本编程技能与方法，培养独立分析解决问题的能力，具备一定的图形应用系统开发能力。

基本要求：掌握线段、圆等各类图形的生成方法、区域填充方法、线段和区域的裁剪方法、反走样方法和图形变换等理论方法，并用编程语言进行编程，在计算机上实现相关方法和算法。

二、基本内容和要求：第1章图形设备、系统和应用1.1 计算机图形学的发展及应用1.2 图形输入设备1.3 图形显示设备1.4 图形绘制设备1.5 图形系统和工作站要求：了解计算机图形学的发展阶段和基本应用，以及图形系统的软硬件构成第2章交互技术与用户接口2.1 用户接口的常用形式2.2 交互设备和交互任务2.3 输入控制2.4 如何构造一个交互系统要求：了解系统与用户之间的交互技术和用户接口，掌握构造交互系统的基本方法第3章基本图形生成算法3.1 直线的扫描转换3.2 圆与椭圆的扫描转换3.3 区域填充3.4 线宽与线型的处理3.5 裁剪要求：掌握基本图形的各类生成算法原理，并用编程语言实现第4章曲线和曲面4.1 基础知识4.2 常用的参数曲线4.3 常用的参数曲面要求：掌握曲线和曲面的生成算法原理，并用编程语言实现第5 图形变换第5章图形变换5.1 窗口视图变换5.2 几何变换5.3 形体的投影变换要求：掌握图形变换基本理论和计算，并用编程语言实现三、实践环节和要求：实验方式：1．由指导教师讲清各项实验的目的、内容、实验步骤、要求及安全事项；2．实验分组进行，由学生独立操作或教师演示进行；要求：1．熟悉各类图形的生成方法2．掌握二维和三维图形的变换的方法3．通过编程语言实现各类图形的生成和图形变换本大纲安排7个实验项目，每2学时做一个实验项目，计14学时。