计算机图形学10：色彩

第一章：一、计算机图形学研究内容1. 图形生成研究各种图形生成的数学模型：直线、圆、曲线、曲面、立体模型等2.图形处理研究图形模型变换、裁剪、投影等操作中的数学关系、方法3.图形显示研究图形填充、混淆与反混淆、图形消隐、光照模型、真实感图形技术等方法二．计算机图形的表示方法❒第一种分类方法：⏹点阵表示（明暗图）：具有面模型、色彩、浓淡和明暗层次效应的有真实感的图形。

⏹枚举出图形中所有的点(强调图形由点构成)⏹简称为图像（数字图像）⏹参数表示（线划图）：用线段来表示图形。

容易反映客观实体。

⏹由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数，线段的端点坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表示图形⏹简称为图形第二章：一、计算机图形系统主要由两部分组成：1、硬件设备⏹硬件系统：计算机主机；⏹交互设备：图形显示器、鼠标器、键盘；⏹输入输出设备：图形数字化板、绘图仪、图形打印设备；⏹存贮设备：磁带、磁盘；2、软件系统☐操作系统☐高级语言☐图形软件☐应用软件计算机图形系统与一般计算机系统的最主要的区别：☐具有图形的输入、输出设备、以及必要的交互设备；☐对主机的运行速度、存储容量要求高。

二、图形系统的基本功能图形系统至少要包括：☐计算☐存储☐输入☐输出对话等五项基本功能。

1、计算功能：包括计算、变换、分析等。

如直线、曲线、曲面的生成，坐标几何变换，线段、形体之间的求交、裁剪计算以及点的包含性检查等。

2、存储功能：包括各种形体的几何数据及形体之间的相互关系，可实现对有关数据的实时检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。

3、输入功能：包括对所设计的形体的几何参数（例如大小、位置等）以及各种命令的输入。

4、输出功能：在显示屏上显示、在打印机、绘图仪等硬设备上输出。

5、对话功能：通过人机交互设备直接进行人机通信。

包括：定位、拾取、输入各种参数、命令，实现增、删、改等操作。

三、图形系统的分类1、以大型机为基础的图形系统超大容量的存储器，极强的计算功能，大量的显示终端，高精度、大幅面的硬拷贝设备，功能齐全的应用软件。

两种颜料原色的相加
中性混合在生活中还存在另一种情况，就是颜色在进入人们的视觉之前没有发生混合，而是在一定位置、大小和视距等条件下，通过人眼的观看作用，在人的视觉内发生混合的感觉，这种色彩混合现象是生理混色。由于视觉混合的效果在人的知觉中没有发生颜色变亮或变暗的感觉，它所得的亮度感觉为相混合各色的平均值，因此被称为“中性混合”。
理想状态的色立体
色立体是一个假设的立体色彩模型，理想状态的色立体象一个地球仪。
球的中心是一条自上而下变化的灰度色彩中心轴，靠北极（上方）的一端是白色，靠南极（下方）的一端是黑色，用来表示色彩的明度变化。其他彩色的明度也跟中心轴的变化相一致，越往北极的颜色明度越高，到达北极点就是纯白色；越往南极的颜色明度越低，到达南极点就是纯黑色。最纯的颜色都附着在球的赤道表面，沿赤道作圆周运动，表示色彩的色相变化。从球的表面向中心轴的水平方向延伸，表示色彩的饱和度（彩度）变化。*
CMKY印刷颜色的色域
当今的印刷术以CMYK四色印刷为代表，它采用C（青）、M（品红）、Y（黄）、K（黑）四色高饱和度的油墨以不同角度的网屏叠印形成复杂的彩色图片*。
CMYK印刷颜色，是印刷油墨所能表现的色域，它与计算机上CMYK色彩模型能表达的色彩不是一回事*。（CMYK色域图）
经典颜料色彩的色域
幅点阵图由许多像素（可以看成是显示屏上的小点）组成，而这些像素（小点）对应储存器中的“位”，而就是这些“位”的数值的大小决定了图形的属性，如每个像素的颜色、灰度、明暗对比度等。当一个像素所占的位数越大时，它所能表现的颜色就越多，从整幅图形上看，色彩就更丰富、艳丽。图形的色彩越丰富，“位”的数值就会越大。
Y＋B=W（黄光＋蓝光＝白光）
C＋R=W（青光＋红光＝白光）
2.减色法混合减色法混合就是把不同色彩的色料（颜料）混合在一起，生成新的颜色，所以也称色料混合。青（C）、品红（M）、黄（Y）分别是红（R）、绿（R）、蓝（B）三基色（三原色）的补色。C、M、Y三色是常用的颜料三原色。它属于减色法混合，是一种颜料色彩的混合模式。颜料的三原色混合一对互补原料的原色混合相加

一、 判断题（10x1=10分）1、 构成图形的要素可分为两类:刻画形状的点、线、面、体的非几何要素与反映物体表面属性或材质的明暗、色彩等的几何要素.（ 错误 ）2、 参数法描述的图形叫图形；点阵法描述的图形叫图像。

( 正确 ）3、 EGA/VGA 为增强图形显示效果的一种图形处理软件的名称.（ 错误 ）4、 对山、水等不规则对象进行造型时,大多采用过程式模拟方法。

（ 正确 ）5、 若两个图形是拓扑等价的，则一个图形可通过做弹性运动与另一个图形相重合。

（ 正确 ）6、 0阶参数连续性和0阶几何连续性的定义是相同的。

( 正确 ）7、 Bezier 曲线可做局部调整。

（ 错误 ）8、 字符的图形表示分为点阵和矢量两种形式。

（ 正确 ）9、 LCD 表示发光二极管显示器.（ 错误 ）10、 使用齐次坐标可以将n 维空间的一个点向量唯一的映射到n+1维空间中.( 错误 ) 二、 填空题(15x2=30分)1、目前常用的PC 图形显示子系统主要由3个部件组成：（1）帧缓冲存储器、（2）显示控制器、（3)ROM BIOS 。

2、 图形的输入设备有（4）键盘、鼠标、光笔（至少写三种）；图形的显示设备有（5)CRT 显示器、LCD 、投影仪(至少写三种）。

3、常用坐标系一般可以分为：建模坐标系、用户坐标系、（6观察坐标系、（7)规格化设备坐标系、（8）设备坐标系.4、在多边形的扫描转换过程中，主要是通过确定穿越多边形区域的扫描线的覆盖区间来填充，而区域填充则是从（9）给定的位置开始涂描直到（10)指定的边界条件为止。

5、一个交互式计算机图形系统应具有（11）计算 、（12）存储、（13）对话、（14)输入和输出等五个方面的功能。

三、 简答题(5x6=30分)1、 请列举常用的直线段裁减算法（四种）。

答:答：直接求交算法、编码算法、中点再分算法、Cyrus-Beck 算法.2、 考虑三个不同的光栅系统,分辨率依次为480640⨯，10241280⨯，20482560⨯。

第一章1.计算机图形学的主要研究内容是什么？答：计算机中图形的表示方法，以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。

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、虚拟现实等。

2.列举三个以上图形学的应用领域。

答：计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、可视化、真实感图形实时绘制与自然景物仿真、计算机动画、用户接口、计算机艺术等。

3.一个图形系统通常由哪些图形设备组成？答：一个图形系统通常由图形处理器、图形输入设备和图形输出设备构成。

4.有哪些常用的图形输入设备？答：键盘、鼠标、光笔和触摸屏等。

第二章1.字符串裁剪可按哪三个精度进行？答：串精度，字符精度，笔画或像素精度。

2.简述裁剪方法和中点裁剪方法的思想，并指出中点裁剪方法的改进之处及这种改进的理由。

答：（1）裁剪就是确定图形中哪些部分落在显示区之内，哪些落在显示区之外，最后只需显示落在显示区内的那部分图形，以便提高显示效率的过程。

一般的裁剪方法是：先裁剪再扫描转换。

（2）中点裁剪方法的思想是首先对线段端点进行编码，并把线段与窗口的关系分为三种情况，即在全在窗口内、完全不在窗口内和线段与窗口有交。

对第一种情况，显示该线段；对第二种情况，丢弃该线段；对第三种情况，用中点分割法求出线段与窗口的交点，即从线段的一端的端点出发找出距该端点最近的可见点，并从线段的另一端点出发找出距该端点最近的可见点，两个可见点之间的连线即为线段的可见部分。

（3）中点裁剪方法改进之处：对第三种情况,不直接解方程组求交,而是采用二分法收搜索交点。

这样改进的理由是：计算机屏幕的像素通常为 1024×1024,最多十次二分搜索即可到像素级,必然能找到交点，而且中点法的主要计算过程只用到加法和除2运算,效率高,也适合硬件实现。