計(jì)算機(jī)圖形學(xué)簡(jiǎn)答題.和名詞解釋.doc

1、簡(jiǎn)述圖像處理、模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的關(guān)系。圖像處理、模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的三個(gè)分支學(xué)科，它們之間有一定的關(guān)系和區(qū)別，它們的共同之處就是計(jì)算機(jī)所處理的信息都是與圖有關(guān)的信息。它們本質(zhì)上是不同的：圖像處理是利用計(jì)算機(jī)對(duì)原存在物體的映象進(jìn)行分析處理，然后再現(xiàn)圖像；模式識(shí)別是指計(jì)算機(jī)對(duì)圖形信息進(jìn)行識(shí)別和分析描述，是從圖形到描述的表達(dá)過(guò)程；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究根據(jù)給定的描述用計(jì)算機(jī)生成相應(yīng)的圖形、圖像。計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)主要具有哪些功能？答案：1.計(jì)算功能2.存儲(chǔ)功能3.輸入功能4.輸出功能5.交互功能多邊形的頂點(diǎn)和點(diǎn)陣表示各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答案：頂點(diǎn)表示是用多邊形的頂點(diǎn)序列來(lái)描述多邊形。該表示幾何意義強(qiáng)、占內(nèi)存少、幾何變換方便；但它不能直觀地說(shuō)明哪些像素在多邊形內(nèi)，故不能直接用于面著色。點(diǎn)陣表示用位于多邊形內(nèi)的像素的集合來(lái)描述多邊形。該方法雖然沒(méi)有多邊形的幾何信息，但便于用幀緩存表示圖形，可直接用于面著色。為什么需要隱藏面消隱算法？答：因?yàn)槲覀冊(cè)谟糜?jì)算機(jī)生成三維物體的真實(shí)感圖形，必須要做的是確定物體的可見(jiàn)部分，只有確定了物體的可見(jiàn)部分，我們才能在計(jì)算機(jī)中真實(shí)地再現(xiàn)三維物體。因此，我們就需要一個(gè)隱藏面消隱算法來(lái)去掉物體的不可見(jiàn)部分，從而避免錯(cuò)誤地將不可見(jiàn)部分顯示出來(lái)，這樣就可以在計(jì)算機(jī)中生成一個(gè)三維物體的真實(shí)感圖形了。z緩沖器算法是怎么判斷哪個(gè)面應(yīng)消隱的？答：z緩沖器算法設(shè)置了一個(gè)二維數(shù)組，類(lèi)似于幀緩沖器。但是z緩沖器存放的是每個(gè)象素點(diǎn)的深度值，而不是幀緩沖器中的顏色值。z緩沖器的初始值為某個(gè)大的數(shù)值，通常是后裁剪平面的距離。在判斷像素),(yx上的哪個(gè)平面更靠近觀察者時(shí)，就可以簡(jiǎn)單地比較z緩沖器中的深度值和當(dāng)前平面的深度值。如果當(dāng)前平面的值比z緩沖器中的值?。淳嘁朁c(diǎn)更近），則用新值替換原z緩沖器中的值，像素的顏色值也變成新平面的顏色值。顏色的基本特征是什么？答：顏色的基本特征是：波長(zhǎng)、亮度和飽和度。波長(zhǎng)是依賴(lài)于物質(zhì)的，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍大約是350nm780nm。物體表面的亮度與周?chē)h(huán)境的亮度無(wú)關(guān)，但表面的明度即人體感知的亮度與周?chē)h(huán)境的亮度相關(guān)。飽和度也叫純度，它說(shuō)明光的顏色表現(xiàn)的多純，淡的顏色說(shuō)明不太純。列舉幾種顏色模型并簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。答：RGB模型：三基色為R（紅）、G（綠）和B（藍(lán)），是一個(gè)加色模型。RGB三個(gè)基色定義的顏色集合是紅綠藍(lán)顏色坐標(biāo)系統(tǒng)中的單位立方體，坐標(biāo)原點(diǎn)代表黑色，坐標(biāo)點(diǎn)(1,1,1)代表白色。它適合于以黑色為背景色的顯示設(shè)備，如CRT顯示等。CMY模型：三基色為C(青)、M（品紅）和Y（黃），是一個(gè)減色模型。CMY模型的三基色與RGB模型的三基色互為補(bǔ)色，它對(duì)應(yīng)的單位立方體（可見(jiàn)光顏色子空間）與RGB模型的完全相同，只是各種顏色的坐標(biāo)發(fā)生了變化。CMY模型主要用于硬拷貝設(shè)備，如彩色繪圖儀，打印機(jī)等。它們共同的特點(diǎn)就是都用白色背景。YIQ模型：它以CIE-XYZ模型中的概念為基礎(chǔ)，形成的是電視監(jiān)視器的組合視頻信號(hào)。YIQ系統(tǒng)采用紅、綠、藍(lán)顏色間之差的線(xiàn)性組合和Y值所表示色彩及飽和度等色彩信息。I顏色值（同相信號(hào)）包含橙青彩色信息，而Q（正交信號(hào)）包含綠品紅彩色信息。在YIQ模型的三分量中，亮度值Y占有重要地位。它的優(yōu)點(diǎn)是在固定頻帶寬的條件下，最大限度地?cái)U(kuò)大了傳送信息量，可應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的壓縮、傳送、編碼和解碼。HSV模型：H表示色彩,S表示飽和度，V表示明度。它用極坐標(biāo)來(lái)定義顏色空間，是一個(gè)倒立的單位正六棱錐，六棱錐的錐頂位于HSV坐標(biāo)系的原點(diǎn)，表示黑色，錐底面的中心表示白色，底面六個(gè)頂點(diǎn)分別表示最亮的六種純色。其亮度信息由HSV顏色空間采樣點(diǎn)沿軸向的坐標(biāo)來(lái)表示，飽和度由該采樣點(diǎn)與中心軸線(xiàn)的徑向距離決定，而色彩H則被表示成它與紅色向量的夾角。用戶(hù)可以用HSV模型來(lái)精確的指定顏色。簡(jiǎn)述環(huán)境反射、漫反射和鏡面反射的區(qū)別。答：物體對(duì)照射到其表面的光線(xiàn)進(jìn)行反射，反射現(xiàn)象簡(jiǎn)單地可以分為三類(lèi)：環(huán)境反射、漫反射和鏡面反射環(huán)境反射指從周?chē)h(huán)境中均勻入射的光入射至景物表面并等量的向各個(gè)方向反射出去的現(xiàn)象。而漫反射和鏡面反射都是由特定的光源照射在物體上產(chǎn)生的反射現(xiàn)象。漫反射指粗糙的物體表面將反射光線(xiàn)向各個(gè)方向均勻地散射出去，人眼所接收到的光亮度與觀察者的位置無(wú)關(guān)。通常所說(shuō)的物體顏色實(shí)際上就是物體經(jīng)漫反射后所表現(xiàn)出來(lái)的顏色。除了漫反射，光源還會(huì)在物體上產(chǎn)生高光或強(qiáng)光，也就是鏡面反射。鏡面反射遵循光的反射定律。在光滑的物體上，這種現(xiàn)象十分明顯，但粗糙物體表面上鏡面反射效果卻很差。敘述Gouraud和Phong明暗處理技術(shù)的基本原理和兩者異同。答：1.Gouraud明暗處理技術(shù)的基本原理：Gouraud明暗處理是將曲面表面某一點(diǎn)的光亮度做近似表示，近似值為該曲面的各多邊形頂點(diǎn)光亮度的雙線(xiàn)性插值。具體來(lái)說(shuō)，使用Gouraud明暗處理技術(shù)，在采用掃描線(xiàn)算法對(duì)多邊形進(jìn)行繪制時(shí)，可按以下計(jì)算步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算多邊形頂點(diǎn)處的光亮度。用頂點(diǎn)處的光亮度通過(guò)線(xiàn)性插值計(jì)算出當(dāng)前掃描線(xiàn)與多邊形邊界交點(diǎn)處的光亮度。用邊界交點(diǎn)處的光亮度做線(xiàn)性插值求出多邊形與掃描線(xiàn)相交區(qū)段上每一采樣點(diǎn)的光亮度值。2.Phong明暗處理技術(shù)的基本原理：Phong明暗處理的基本原理與Gouraud明暗處理類(lèi)似，所不同的只是Phong明暗處理對(duì)多邊形頂點(diǎn)處法向量做雙線(xiàn)性插值，在多邊形內(nèi)構(gòu)造一個(gè)連續(xù)變化的法向量函數(shù)。把由法向量函數(shù)得到的多邊形內(nèi)各采樣點(diǎn)的法向量代入光亮度計(jì)算公式，即得到由多邊形近似表示的曲面上的光亮度。3.二者的區(qū)別：Gouraud明暗處理模型是對(duì)頂點(diǎn)處的光亮度進(jìn)行線(xiàn)形差值，而Phong模型是對(duì)頂點(diǎn)處的法向量進(jìn)行線(xiàn)形差值，然后再把各采樣點(diǎn)的法向量代入光亮度公式進(jìn)行計(jì)算。二者相比Phong明暗處理較好地模擬了表面的光滑性，尤其是對(duì)鏡面高光現(xiàn)象模擬的更加真實(shí)并能大大減輕馬赫帶效應(yīng)，因而可得到更好的曲面繪制效果。優(yōu)缺點(diǎn)：采用Gourand明暗處理不單可以克服用多邊形近似表示曲面時(shí)，曲面的光亮度不連續(xù)的現(xiàn)象，而且計(jì)算量也很小，盡管ground明暗處理簡(jiǎn)單易行，但有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的繪制效果，此外gourand明暗處理技術(shù)不能正確地模擬高興，phong明暗處理可以克服這些卻能克服這些缺點(diǎn)。2光柵掃描式的圖形顯示器的原理：光柵掃描式圖形顯示器是畫(huà)點(diǎn)設(shè)備，可以將其看成一個(gè)點(diǎn)陣單元發(fā)生器，并可控制每個(gè)點(diǎn)陣單元的亮度，也就是說(shuō)把它看做是由許多離散點(diǎn)組成的矩陣，每個(gè)點(diǎn)都可以發(fā)光，光柵掃描式圖形顯示器發(fā)出的電子束的偏移方式是固定的，它采用自上而下從左到右的掃描方式，在熒光屏上形成一幅幅光柵，每一副光柵稱(chēng)為一幀，圖形是通過(guò)電子束掃描到光柵上的圖形像素時(shí)呈現(xiàn)的亮度或顏色與光柵背景的亮度或顏色不同而襯托出的，并可形成多級(jí)灰度或顏色的實(shí)面積自然圖形；透視投影和平行投影的區(qū)別：透視討厭的投影中心和透視平面之間的距離是有限的，而平行投影的投影中心和投影平面之間的距離是無(wú)限的，平行投影的投影線(xiàn)是相互平行的，因此，定義透視投影，要給出投影中心，對(duì)于平行投影，由于投影是相互平行的，只要給出投影方向就可，透視投影的方式和人眼觀察物體的方式相同，所以透視投影的真實(shí)感更強(qiáng)，而平行投影的真實(shí)感相對(duì)較差，但可以用于精確測(cè)量。4人機(jī)交互輸入模型有哪些模型？ 求模式樣本模式事件模式輸入方式的混合使用人機(jī)交互的設(shè)備：輸入設(shè)備（鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，光筆，圖形掃描儀，觸摸屏）輸出設(shè)備：（顯示器，打印機(jī)）有效可見(jiàn)面的判定算法（或叫隱藏面消除算法）和判定技術(shù)有哪些？技術(shù)：邊界盒后向面消除投影規(guī)范化算法：區(qū)域細(xì)分算法（基于窗口和多邊形的細(xì)分算法）八叉樹(shù)算法Z緩沖器算法和掃描線(xiàn)算法深度排序算法光線(xiàn)投射算法計(jì)算某一點(diǎn)的光亮度，需要分別求：環(huán)境反射光，漫反射光，鏡面反射光bezier曲線(xiàn)優(yōu)缺點(diǎn)，端點(diǎn)性質(zhì)特性?xún)?yōu)點(diǎn)：保凸性，凸包性，曲線(xiàn)形狀，不依賴(lài)于坐標(biāo)的選擇和人機(jī)交互手段靈活等3、圖形變換有什么特點(diǎn)？最基本的幾何變換有哪些？答：圖形變換的特點(diǎn)：大多數(shù)幾何變換（如平移、旋轉(zhuǎn)和變比）是保持拓?fù)洳蛔兊?，不改變圖形的連接關(guān)系和平行關(guān)系。對(duì)于線(xiàn)框圖形，通常是以點(diǎn)變換為基礎(chǔ)，把圖形的一系列頂點(diǎn)作幾何變換后，連接新的頂點(diǎn)序列即可產(chǎn)生新的變換后的圖形。對(duì)于用參數(shù)方程描述的圖形，可以通過(guò)參數(shù)方程幾何變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的變換（基于效率的考慮）。最基本的幾何變換有：平移、旋轉(zhuǎn)、比例、錯(cuò)切、投影等。4、常用的線(xiàn)段裁剪方法有幾種？簡(jiǎn)述它們的優(yōu)缺點(diǎn)。答：常用的線(xiàn)段裁剪方法有三種，它們是：（1）Cohen-SutherLand裁剪算法；（2）中點(diǎn)分割算法；（3）參數(shù)化裁剪算法（Cyrus-Beck算法）；Cohen-SutherLand裁剪算法與中點(diǎn)分割算法在區(qū)碼測(cè)試階段能以位運(yùn)算方式高效率地進(jìn)行，因而當(dāng)大多數(shù)線(xiàn)段能夠簡(jiǎn)單地取舍時(shí)，效率較好。參數(shù)化裁剪算法（Cyrus-Beck算法）在多數(shù)線(xiàn)段需要進(jìn)行裁剪時(shí)，效率更高。這是因?yàn)檫\(yùn)算只涉及到參數(shù)，僅到必要時(shí)才進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算。6、什么是圖形掃描轉(zhuǎn)換？答：確定最佳逼近圖形的象素集合，并用指定的顏色和灰度設(shè)置象素的過(guò)程稱(chēng)為圖形的掃描轉(zhuǎn)換或光柵化。對(duì)于一維圖形，在不考慮線(xiàn)寬時(shí)，用一個(gè)象素寬的直線(xiàn)或曲線(xiàn)來(lái)顯示圖形。二維圖形的光柵化必須確定區(qū)域?qū)?yīng)的象素集，將各個(gè)象素設(shè)置成指定的顏色和灰度，也稱(chēng)之為區(qū)域填充。一、名詞解釋?zhuān)?、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：用計(jì)算機(jī)建立、存儲(chǔ)、處理某個(gè)對(duì)象的模型，并根據(jù)模型產(chǎn)生該對(duì)象圖形輸出的有關(guān)理論、方法與技術(shù)，稱(chēng)為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。2、計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)：計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)是指圖形系統(tǒng)及其相關(guān)應(yīng)用程序中各界面之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標(biāo)準(zhǔn)。3、圖形消隱：計(jì)算機(jī)為了反映真實(shí)的圖形，把隱藏的部分從圖中消除。4、幾何變換：幾何變換的基本方法是把變換矩陣作為一個(gè)算子，作用到圖形一系列頂點(diǎn)的位置矢量，從而得到這些頂點(diǎn)在幾何變換后的新的頂點(diǎn)序列，連接新的頂點(diǎn)序列即可得到變換后的圖形。5、計(jì)算幾何：計(jì)算幾何研究幾何模型和數(shù)據(jù)處理的學(xué)科，討論幾何形體的計(jì)算機(jī)表示、分析和綜合，研究如何方便靈活、有效地建立幾何形體的數(shù)學(xué)模型以及在計(jì)算機(jī)中更好地存貯和管理這些模型數(shù)據(jù)。6、裁剪：識(shí)別圖形在指定區(qū)域內(nèi)和區(qū)域外的部分的過(guò)程稱(chēng)為裁剪算法，簡(jiǎn)稱(chēng)裁剪。7、透視投影：空間任意一點(diǎn)的透視投影是投影中心與空間點(diǎn)構(gòu)成的投影線(xiàn)與投影平面的交點(diǎn)。8、投影變換：把三維物體變?yōu)槎S圖形表示的變換稱(chēng)為投影變換。9、走樣：在光柵顯示器上繪制非水平且非垂直的直線(xiàn)或多邊形邊界時(shí)，或多或少會(huì)呈現(xiàn)鋸齒狀。這是由于直線(xiàn)或多邊形邊界在光柵顯示器的對(duì)應(yīng)圖形都是由一系列相同亮度的離散像素構(gòu)成的。這種用離散量表示連續(xù)量引起的失真，稱(chēng)為走樣（aliasing）。10、反走樣：用于減少和消除用離散量表示連續(xù)量引起的失真效果的技術(shù)，稱(chēng)為反走樣。11、窗口：世界坐標(biāo)的范圍是無(wú)限大的。為了使規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)上所顯示的世界坐標(biāo)系中的物體有一個(gè)合適的范圍與大小，必須首先對(duì)世界坐標(biāo)系指定顯示范圍，它通常是一個(gè)矩形，這個(gè)矩形被稱(chēng)為窗口。12、視區(qū)：在規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系上也要指定一個(gè)矩形區(qū)域與窗