计算机图形学

计算机图形学模拟试题一

1、 举例说明计算机图形学的主要应用领域（至少说明5个应用领域）

计算机及辅助设计与制造、可视化、图形实时绘制与自然景物仿真、计算机动画、用户接口、计算机艺术

2、 分别解释直线生成算法DDA法、中点画线法和Bresenham法的基本原理。

DDA法：设过端点P0(x0 ,y0)、P1(x1 ,y1)的直线段为L(P0 ,P1)，则直线段L的斜率L的起点P0的横坐标x0向L的终点P1的横坐标x1步进，取步长=1(个象素)，用L的直线方程y=kx+b计算相应的y坐标，并取象素点(x,round(y))作为当前点的坐标。因为： yi+1 = kxi+1+b= k1xi+b+kDx = yi+kDx所以，当Dx =1; yi+1 = yi+k。也就是说，当x每递增1，y递增k(即直线斜率)。

假定直线斜率k在0~1之间，当前象素点为（xp,yp），则下一个象素点有两种可选择点P1（xp+1,yp）或P2（xp+1,yp+1）。若P1与P2的中点（xp+1,yp+0.5）称为M，Q为理想直线与x=xp+1垂线的交点。当M在Q的下方时，则取P2应为下一个象素点；当M在Q的上方时，则取P1为下一个象素点。这就是中点画线法的基本原理。

Bresenham法的基本原理：过各行各列象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，然后确定该列象素中与此交点最近的象素。该算法的巧妙之处在于采用增量计算，使得对于每一列，只要检查一个误差项的符号，就可以确定该列的所求象素。

3、 什么是反走样？常用的反走样方法有哪三种？

在光栅图形中，非水平和垂直的直线用象素集合表示时，会呈锯齿状，这种现象称之为走样。反走样方法：提高分辨率、区域采样、加权区域采样。

4、 与显式、隐式方程表示曲线、曲面相比，参数方程法有哪些优势？

求导方便，不会出现计算上的困难。参数方程中，代数、几何相关和无关的变量是完全分离的，而且对变量个数不限，从而便于用于把低维空间的曲线、曲面扩展到高维空间去。这种变量分离的特点使 可以用数学公式处理几何分量。

图形及其要素、表示法；图像；

OpenGL等图形标准；

点阵法:是用具有颜色信息的点阵来（枚举）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。输入和输出设备：输入设备：光笔、鼠标、键盘、触摸屏、跟踪球、操纵杆、数据手套、数字化仪、扫描仪、音频和视频输入系统；输出设备:阴极射线管(CRT)：光栅扫描图形显示器；平板显示器，液晶显示器、等离子显示器等；光点：电子束打在显示器的荧光屏上，显示器能够显示的最小发光点，一般用其直径来标明光点的大小。像素点：图形显示在屏幕上时候，按当前的图形显示分辨率所能提供的最小元素点，其最小尺寸等于光点。象素信息从应用程序转换并放入帧缓冲区的过程称之为扫描转换过程帧缓冲存储器简称帧缓存或显存，它是屏幕所显示画面的一个直接映象，又称为位映射图(Bit Map)或光栅。帧缓存的每一存储单元对应屏幕上的一个像素，整个帧缓存对应一帧图像。位平面;位平面是与象素一一对应的一个bit矩阵。每个象素的单一颜色值对应一个bit，就构成了一个位平面。对一幅用多个比特表示其灰度值的图象来说，其中的每个比特可看作表示了1个二值的平面，也称位面。这类方法主要有两个步骤：位平面分解和位平面编码。三种分辨率：屏幕分辨率也称光栅或者物理分辨率，指屏幕上最多可能安置的象素的总数。，决定了显示器的最大可能分辨率，任何显示器所提供的分辨率都不可能超过这个物理分辨率，用水平方向与垂直方向的光电数的乘积来表示。显示分辨率：显示分辨率是显示器在显示图像时的分辨率，分辨率是用点来衡量的，显示器上这个“点”就是指像素(pixel)。显示分辨率的数值是指整个显示器所有可视面积上水平像素和垂直像素的数量。存储分辨率：它是指帧缓冲区的大小，一般用缓冲区的字节数来表示。在光栅系统中，像素点亮度值的二进制表示春处在帧缓冲区中，因此像素点的数目受到缓冲区大小的限制。光栅中的像素数目成为帧缓冲区的分辨率。图形的实现－－直接存储颜色数据：黑白图形的实现：一个bit有两个值0，1，对应黑和白。即一个位平面就可以实现黑白图形。前例为：1M比特内存。灰度图形的实现：增加位平面的个数。一个象素对应多个位平面的相同矩阵位置，其颜色为各个位平面的组合。

计算机图形学教案

第一章：计算机图形学概述

1.1 课程介绍

计算机图形学的定义

计算机图形学的发展历程

计算机图形学的应用领域

1.2 图形与图像的区别

图像的定义

图形的定义

图形与图像的联系与区别

1.3 计算机图形学的基本概念

像素与分辨率

矢量与栅格

颜色模型

图像文件格式

第二章：二维图形基础

2.1 基本绘图函数

画点函数

画线函数

填充函数

2.2 图形变换

平移变换 旋转变换

缩放变换

2.3 图形裁剪

矩形裁剪

贝塞尔曲线裁剪

多边形裁剪

第三章：三维图形基础

3.1 基本三维绘图函数

画点函数

画线函数

填充函数

3.2 三维变换

平移变换

旋转变换

缩放变换

3.3 光照与材质

基本光照模型

材质的定义与属性

光照与材质的实现

第四章：图像处理基础

4.1 图像处理基本概念

像素的定义与操作 图像的表示与存储

图像的数字化

4.2 图像增强

对比度增强

锐化

滤波

4.3 图像分割

阈值分割

区域生长

边缘检测

第五章：计算机动画基础

5.1 动画基本概念

动画的定义与分类

动画的基本原理

动画的制作流程

5.2 关键帧动画

关键帧的定义与作用

关键帧动画的制作方法

关键帧动画的插值算法

5.3 骨骼动画

骨骼的定义与作用

骨骼动画的制作方法 骨骼动画的插值算法

第六章：虚拟现实与增强现实

6.1 虚拟现实基本概念

虚拟现实的定义与分类

虚拟现实技术的关键组件

虚拟现实技术的应用领域

6.2 虚拟现实实现技术

头戴式显示器（HMD）

位置追踪与运动捕捉

交互设备与手势识别

6.3 增强现实基本概念与实现

增强现实的定义与原理

增强现实技术的应用领域

增强现实设备的介绍

第七章：计算机图形学与人类视觉

7.1 人类视觉系统基本原理

视觉感知的基本过程

人类视觉的特性和局限性

视觉注意和视觉习惯

7.2 计算机图形学中的视觉感知

视觉感知在计算机图形学中的应用

视觉线索和视觉引导 视觉感知与图形界面设计

科 技 学 院

课程实验报告

名 称： 计算机图形学

院 系： 信息工程系

班 级： 计算机11k2

学 号： 111909010232

学生姓名： 赵晓伟

指导教师： 姜丽梅

实验学时： 8

成 绩：

日期： 2014 年 6 月 4 日

《计算机图形学》课程实验

任 务 书

一、 目的与要求

1． 掌握计算机图形学及交互式计算机图形学的定义，了解OpenGL的功能及工作流程，掌握基于OpenGL Glut库的程序框架。

2． 掌握基本的二维线画图元的绘制算法及属性，掌握OpenGL基本图元的绘制。

3． 理解二维、三维图形的绘制流程，掌握二维图形和三维图形的图形变换。

4． 了解形体的真实感表示的内容，包括消隐技术、简单光照明模型、多边形的明暗绘制技术以及纹理映射技术。

5． 要求使用OpenGL及GLUT库在Visual C++环境下编写图形绘制程序实现基本图元绘制。

6． 要求对绘制的简单场景综合利用几何变换或gluLookAt函数实现交互式三维观察程序。

二、 主要内容

1． OpenGL基本图元绘制实验

在两个具有不同属性的窗口中分别显示一个旋转的三角形来演示单缓存和双缓存，在旋转过程中不断改变图形的颜色，利用鼠标或菜单可终止/启动图形旋转。明确程序包括哪些函数，各个函数的功能以及整个流程，从而为进一步做综合性的图形绘制实验奠定基础。

2． OpenGL三维观察综合实验

对于绘制的立方体（也可以自己拟定）通过键盘移动视点，利用鼠标或键盘控制立方体的旋转方向，从不同角度观察各面颜色不同的立方体，通过本实验加深理解计算机图形学中的三维图形绘制流程的工作原理和OpenGL三维观察流程及相应的函数实现。