計算機圖形學名詞解釋

1、第一章：計算機圖形學：怎樣用計算機生成、處理和顯示圖像的學科。圖形：能夠在人們視覺系統(tǒng)中形成視覺印象的對象稱為圖形，包括自然景物和人工繪圖。數(shù)字圖像處理：針對圖像進行各種加工以改善圖像的效果,為圖像分析做準備。位圖：顯示屏幕上的矩形陣列的0,1表示。圖形：計算機圖形學的研究對象，能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對象，包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學方法描述的圖形等等像素：構(gòu)成屏幕（圖像）的最小元素。分辨率：陰極射線管在水平或垂直方向單位長度上能識別的最大像素個數(shù)。顏色查找表：是一維線性表、其每一項的內(nèi)容對應(yīng)一種顏色，其長度由幀緩存單元的位數(shù)決定。作用：在幀緩存單元位數(shù)不增加的情況下，具有

2、大范圍內(nèi)挑選顏色的能力；對顏色進行索引光柵掃描式圖形顯示器（畫點設(shè)備）：幀緩存（數(shù)字設(shè)備）+寄存器+DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）+電子槍+光柵顯示器（模擬設(shè)備）具有N個位面的幀緩存，顏色查找表至少有N位字寬（實際為W，W>N），有2n項，可同時顯示2n個顏色（灰度級），總共可以有2w個。（全色光柵掃描圖形顯示器/全色幀緩存：三種原色電子槍，每種原色的電子槍有8個位面，組合成224種顏色，幀緩存至少為24位，每組原色配一個顏色查找表）顯卡作用：根據(jù)CPU提供的指令和有關(guān)數(shù)據(jù)將程序運行過程和結(jié)果進行相應(yīng)處理、并轉(zhuǎn)換成顯示器能夠接受的文字和圖形顯示信號，通過屏幕顯示出來。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)：由計算機生成的一個

3、實時的三維空間。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的3I特性：沉浸（immersion）、交互（interaction）、想象（imagination）第二章：圖形標準：圖形系統(tǒng)及其相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)中各界面之間進行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標準，以及供圖形應(yīng)用程序調(diào)用的子程序功能及其格式標準。前者稱為數(shù)據(jù)及文件格式標準，后者稱為子程序界面標準。（計算機圖形接口（CGI）、計算機圖元文件（CGM）、圖形核心系統(tǒng)（GKS）、程序員層次交互式圖形系統(tǒng)（PHIGS）、基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范（IGES）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換標準（STEP）、計算機圖形參考模型（CGRM）圖形系統(tǒng)標準的作用：方便不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換；方便程序移植；硬件隔離，實現(xiàn)

4、圖形系統(tǒng)的硬件無關(guān)性。（提高圖形軟件、應(yīng)用軟件、相關(guān)開發(fā)人員在計算機系統(tǒng)和圖形設(shè)備之間的可移植性）計算機圖形接口（CGI）：使應(yīng)用程序和圖形庫直接與各種不同的圖形設(shè)備相作用，使其在各種圖形設(shè)備上不經(jīng)修改就可以運行。計算機圖元文件（CGM）：提供了一個在虛擬設(shè)備接口上存貯與傳輸圖形數(shù)據(jù)及控制信息的機制第三章：用戶接口的常用形式：子程序庫：使用方便，但需要用戶熟悉某種通用程序設(shè)計語言，如OpenGL專用語言：一般為解釋性語言，如VRML交互命令：圖形界面或命令行方式，進行人機交互圖段：具有相同屬性的一組輸出圖元的集合。交互設(shè)備與交互任務(wù)：定值、筆畫、定位、選擇、拾取、字符串交互技術(shù)：集合約束、拖拽

5、、三維輸入。（選擇、定位、定向、定路徑、定量、文本、橡皮筋、徒手畫、拖動）拾取圖形：點拾取、符號及集拾取、直線段拾取、折線集拾取、曲線拾取、字符串拾取、多邊形拾取、重疊圖形拾取、三維圖形拾取。（加速圖形拾取的措施：過濾器、區(qū)域粗判、硬件實現(xiàn)）輸入控制（畫圖說明）：請求方式（程序初始化設(shè)備）、取樣方式（程序和設(shè)備同時工作）、事件方式（設(shè)備初始化程序）第四章：區(qū)域填充的幾種算法：活性邊表法；邊填充算法；柵欄填充算法；邊標志算法；種子填充算法；掃描線種子填充算法。圖形的掃描轉(zhuǎn)換光柵化：確定一個像素集合及其顏色，用于顯示一個圖形的過程。裁剪：確定一個圖形的哪些部分在窗口內(nèi)，必須顯示；哪些部分在窗口外，

6、不該顯示的過程。多邊形填充：把多邊形的頂點表示轉(zhuǎn)換為點陣表示。即從多邊形的給定邊界出發(fā)，求出位于其內(nèi)部的各個像素，并將幀緩沖器內(nèi)的各個對應(yīng)元素設(shè)置相應(yīng)的灰度或顏色。 4連通的區(qū)域: 取區(qū)域內(nèi)任意兩點，在該區(qū)域內(nèi)若從其中一點出發(fā)通過上、下、左、右四種運動可到達另一點。8連通區(qū)域: 取區(qū)域內(nèi)任意兩點，若從其中任一點出發(fā)，在該區(qū)域內(nèi)通過沿水平方向、垂直方向和對角線方向的八種運動可到達另一點。線寬處理：線刷子、方刷子、區(qū)域填充走樣（混淆）：用離散量(像素)表示連續(xù)的量(圖形)而引起的失真。反走樣：用于減少或消除失真效果的技術(shù)。（提高分辨率、簡單區(qū)域取樣、加權(quán)區(qū)域取樣、不同灰度表示）走樣現(xiàn)象：階梯狀邊界

7、；狹小圖形遺失；圖形細節(jié)失真第6章 ：位置矢量：曲線上任意一點的坐標可用矢量p(t)表示，p(t)=x(t),y(t),z(t)。切矢量：方向曲線的切線方向的矢量成為切矢量。撓率：副法線方向(或密切平面)對于弧長的轉(zhuǎn)動率。曲率：曲線的彎曲程度。（曲線上兩點的切矢量夾角與兩點間弧長的比值）插值：給定一組有序的數(shù)據(jù)點Pi，i=0, 1, , n，構(gòu)造一條曲線順序通過這些數(shù)據(jù)點，稱為對這些數(shù)據(jù)點進行插值，所構(gòu)造的曲線稱為插值曲線。（線性插值；拋物線插值）逼近：型值點（插值點）比較多時，很難用低次函數(shù)進行內(nèi)插，因此可選用一個低次函數(shù)盡量的逼近這些點。（最小二乘法）光順：指曲線的拐點不能太多。（光順的條

8、件：具有二階幾何連續(xù)性G2；不存在多余拐點和奇異點；曲率變化較?。M合：構(gòu)造一條曲線使之在某種意義下最接近給定的數(shù)據(jù)點(但未必通過這些點)，所構(gòu)造的曲線為擬合曲線。（可用插值和逼近實現(xiàn)）參數(shù)連續(xù)性：如果曲線P=P(t)在t=t0處滿足左右n階導矢均存在且相等，則稱曲線P(t)在t=t0處是n階參數(shù)連續(xù)的，或稱Cn連續(xù)。（C0連續(xù)和G0連續(xù)：兩條線端點重合；C1連續(xù)：端點重合處切矢量方向相同，大小相等；G1連續(xù)：端點重合處切矢量方向相同，大小不等；G2連續(xù)：二階導矢方向相同，大小不等）Bernstein基函數(shù)的性質(zhì)：正性、權(quán)性、對稱性、遞推性、導函數(shù)Bezier曲線的性質(zhì)：端點性質(zhì)（端點位置矢量

9、：曲線端點與特征多邊形端點重合；切矢量：端點處切矢量方向與特征多邊形第一條/最后一條邊走向一致；曲率）、對稱性、凸包性、幾何不變性、變差縮減性。Bezier曲線的缺點：缺少局部性；曲線與控制多邊形的逼近程度較差；表示復雜形狀較難B樣條曲線的性質(zhì)：局部性；連續(xù)性；幾何不變性；變差縮減性；造型的靈活性區(qū)分均勻/非均勻B樣條函數(shù)：均勻：節(jié)點沿參數(shù)軸是均勻等距分布的；非均勻：節(jié)點沿參數(shù)軸的分布式不等距的。第七章：窗口區(qū)和視圖區(qū)的坐標變換：齊次坐標：用n+1維向量表示n為向量。（齊次坐標的優(yōu)越性：提供了用矩陣運算進行圖形變換的有效方法；表達的一致性，便于硬件運算；簡化了復合圖形變換的形式，提高了效率；可

10、以表達無窮遠點。）用戶域：程序員用來定義草圖的整個自然空間。窗口區(qū)：用戶指定的任一區(qū)域叫做窗口。屏幕域：設(shè)備輸出圖形的最大區(qū)域，是有限的整數(shù)域。視圖區(qū)：任何小于或等于屏幕域的區(qū)域都成為視圖區(qū)。圖形變換：是指對圖形的幾何信息經(jīng)過幾何變換后產(chǎn)生新的圖形。仿射變換：形式為x=ax+by+c,y=dx+ey+f的坐標變換稱為二維仿射變換。投影變換：把三維物體變?yōu)槎S圖形表示的過程稱為投影變換。（平行投影；透視投影）（一點透視投影線方程：XS=XC+(X-XC)t）滅點：透視投影的視線（投影線）是從視點（觀察點）出發(fā)，視線是不平行的。不平行于投影平面的平行線投影后匯聚的一點稱為滅點，在坐標軸上的滅點叫做

11、主滅點。（按照主滅點的個數(shù)，透視投影可分為一點透視、二點透視和三點透視）投影空間：相對于二維的窗口概念，三維的投影窗口稱為投影空間。觀察坐標系：視點在該坐標系的原點，投影平面與xOy平面平行的左手坐標系，是一個過渡坐標系。不改變圖形大小和形狀的變換：平移；旋轉(zhuǎn)；對稱（比例變換不改變形狀，但改變大小）不改變圖形角度關(guān)系的變換：平移；旋轉(zhuǎn)；對稱；比例（錯切改變角度關(guān)系）（拓撲不變的幾何變換不改變圖形的連接關(guān)系和平行關(guān)系。）第八章：幾何造型：利用點、線、面、體等幾何元素，經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)、比例等幾何變換和交、叉、并等集合運算，產(chǎn)生實際或想象的物體模型。（三維幾何造型：實體造型、曲面造型）正則形體：對于

12、任一形體，如果它是3維歐氏空間R3中非空、有界的封閉子集，且其表面任意一點的足夠小的鄰域在拓撲上應(yīng)該是一個等價的封閉圓，我們稱該形體為正則形體，否則稱為非正則形體?？刂泣c：用來確定曲線和曲面的位置與形狀，相應(yīng)的曲線和曲面不一定經(jīng)過的點。型值點：用來確定曲線和曲面的位置與形狀，相應(yīng)的曲線和曲面一定經(jīng)過的點。（考點：控制點和型值點的區(qū)別）插值點：為提高曲線和曲面的輸出精度，在型值點之間插入的一系列點。體素：可以用有限個尺寸參數(shù)定位和定形的體。（來源：從實體中選擇出來；參數(shù)輪廓線掃描產(chǎn)生；代數(shù)半空間定義）線框模型：用頂點和鄰邊來表示形體；表面模型：用有向棱邊圍成的部分來定義形體表面，由面的集合來定義

13、形體；實體模型：明確定義了表面的那一側(cè)存在形體。（在表面模型基礎(chǔ)上定義實體模型的三種方法：a.在定義表面的同時，給出實體存在一側(cè)的一點P；b.直接用表面的外法矢量來指明實體存在的一側(cè)；c.用有向棱邊的方向表示外法矢方向，右手法則確定外法矢量）構(gòu)造實體幾何：將一些簡單的基本體素通過正則集合運算來構(gòu)造、表示新的物體。拓撲信息：物體的拓撲信息是指物體上所有的頂點、棱邊、表面之間是怎樣連接到歐拉公式：V-E+F=2；V-E+F=2(S-H)+R第九章：真實圖形：經(jīng)過消影的投影圖稱為物體的真實圖形。明暗效應(yīng)：對光照射到物體表面所產(chǎn)生的反射或透射現(xiàn)象的模擬。明暗模型（光照模型）：泛光；漫反射；鏡面反射泛光

14、：光是來自四面八方的，它在各個方向都有均勻的光照強度顏色：人的視覺系統(tǒng)對所接受到的光信號產(chǎn)生的一種感覺,不同波長的光信號帶給人不同的顏色感受光效率函數(shù)：它表示人眼感受各種波長的光的敏感度。反映了不同波長的光刺激人眼產(chǎn)生亮度的效率。顏色模型：指的是某個三維顏色空間中的一個可見光子集，它包含某個顏色域的所有顏色。目的是在某個顏色域中方便的指定顏色。基色：在顏色模型中，用來生成其它顏色的兩種或三種顏色稱為基色CIE：國際照明委員會紋理：是物體表面的細小結(jié)構(gòu)紋理映射：是把紋理圖象值映射到三維物體的表面的技術(shù)顏色查找表有什么作用？一個有8個位面的幀緩存，可以表達2的24次方種顏色的顯示系統(tǒng)，其顏色查找表

15、應(yīng)該有多少位？多少項？能夠同時顯示的顏色數(shù)是多少？圖形標準化的目的是什么？常用的國際標準和事實上的工業(yè)標準有哪些？各有什么作用？舉例說明用戶接口的常用形式，并簡單說明各有什么特點。交互式圖形系統(tǒng)中輸入控制的方式有哪些？簡要描述每種輸入控制方式的一般過程。簡答：如果彩色顯示器有R,G,B三個電子槍，每個電子槍有8個位面的幀緩存，和10個位面的顏色查找表，這種顯示器可同時顯示多少種顏色？最多可顯示多少種顏色？可以同時顯示224種顏色；最多230種顏色.簡要描述計算機圖形學和數(shù)字圖像處理之間的關(guān)系（文字或圖示）計算機圖形學是用計算機生成、處理和顯示圖像，是模型到圖像的過程；圖像處理是通過計算機及有關(guān)

16、數(shù)字技術(shù)對圖像進行運算和處理，是圖像到圖像的過程。計算機圖形的標準有哪些？各有什么作用？CGI：使應(yīng)用程序和圖形庫直接與各種不同的圖形設(shè)備相作用，使其在各種圖形設(shè)備上不經(jīng)修改就可以使用。CGM：把不同圖形系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖形集成到一起。GKS：提供了應(yīng)用程序和輸入輸出設(shè)備之間的接口。PHIGS：提供了動態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段。IGES：在不同的CAD/CAM系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)。STEP：擴大轉(zhuǎn)換CAD/CAM系統(tǒng)中幾何、拓撲數(shù)據(jù)的范圍。CGRM：比較現(xiàn)有和將來的計算機圖形標準、描述它們之間的關(guān)系簡述三種基本輸入控制方式的流程和特點。請求方式：此時只有輸入方式設(shè)置的命令對相應(yīng)的設(shè)備設(shè)置需要的輸

17、入方式，該設(shè)備才能作相應(yīng)的輸入處理；（程序驅(qū)動設(shè)備）取樣方式：一旦對一臺計算機設(shè)置取樣方式，立即就可以進行數(shù)據(jù)輸入，而不必等待程序的輸入語句。即信息的輸入和應(yīng)用程序的輸入命令無關(guān)，當應(yīng)用功能程序遇到取樣命令時，就把相應(yīng)的物理設(shè)備此時的值作為取樣數(shù)值。事件方式：當一臺設(shè)備被設(shè)置為事件方式時，設(shè)備和程序并行工作。所有被設(shè)置成事件方式的輸入數(shù)據(jù)都被存放在一個事件隊列中，該隊列是以事件發(fā)生的次序排列的。什么是（反）走樣？常用的反走樣算法有哪些？用離散量表示連續(xù)量時引起的失真叫作走樣。用于減少和消除這種現(xiàn)象的技術(shù)叫作反走樣。反走樣算法：提高分辨率；簡單區(qū)域取樣；加權(quán)區(qū)域取樣；用不同灰度表示什么是4連通？

18、什么是8連通？四連通：從區(qū)域內(nèi)一點出發(fā)，可以上下左右移動到達其他區(qū)域。八連通：區(qū)域內(nèi)每一像素可以通過八個方向移動組合到達。RGB顏色模型為什么不能表達自然界中所有的顏色？只有CIE模型可以表示自然界中的所有顏色，RGB所表示的顏色范圍是CIE模型的子集。在進行多邊形掃描填充時，對邊界的填充要遵循什么樣的原則？為什么？原則：右邊界和上邊界的像素不填充，左邊界和下邊界的像素填充。左閉右開，下閉上開。原因：避免擴大或縮小像素區(qū)域。寫出bresenham算法和中點畫線法對直線進行掃描轉(zhuǎn)換的基本過程。Bresenham算法：通過各行、各列像素中心構(gòu)造一組虛擬縱橫網(wǎng)格線，按直線從起點到終點順序，計算各垂直

19、網(wǎng)格線交點，然后確定該列像素中與此交點最近的像素。中點畫線算法：下一個與直線最近的像素為正右方像素（x+1,y）或右上方像素（x+1,y+1），取二者中點（x+1,y+0.5），帶入直線方程ax+by+c=0，比較該點與直線的相對方位，如果中點在直線下方，則取（x+1,y+1）為下一像素；否則?。▁+1,y）為下一像素詳細說明多邊形活化邊表填充算法。（關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)繪圖說明）按掃描線順序，計算掃描線與多邊形的相交區(qū)間，再用要求的顏色顯示這些區(qū)間的像素，即完成填充工作。對于一條掃描線填充過程可以分為四個步驟：（1）求交：計算掃描線與多邊形各邊的交點（2）排序：把所有交點按遞增順序進行排序（3）配對

20、：第一個與第二個，第三個與第四個。每對交點就代表掃描線與多邊形的一個相交區(qū)間。（4）填充：把這些相交區(qū)間內(nèi)的像素置成多邊形顏色，把相交區(qū)間外的顏色置成背景顏色存在問題：多邊形頂點與掃描線相交，交點數(shù)量計算不當會產(chǎn)生交點配對錯誤；邊界像素是否填充，處理不當會造成填充不足或填充范圍擴大。解決方法：頂點：共享頂點的兩條邊落在頂點兩側(cè)，則算一個交點；共享頂點的兩條邊落在頂點同側(cè)，若都在頂點上方，則算兩個交點，若都在頂點下方，則算0個交點；邊界：下閉上開，左閉右開算法步驟：1. (AET初始化)將邊的活性邊表AET設(shè)置為空；2. (y初始化)取掃描線縱坐標y的初始值為新邊表NET中非空元素的最小序號；3

21、. 按順序?qū)v坐標值為y的掃描線(當前掃描線)執(zhí)行下列步驟，直到NET和AET都變成空為止： 將AET中滿足y=ymax的邊刪去； 如果NET中的第y行元素非空，則將屬于該行的所有邊從NET中取出并插入AET中，AET中的各邊按照x值(當x的值相等時，按x值)遞增方向排序； 若相對于當前掃描線，AET非空，則將AET中的邊兩兩依次配對，即第1，2邊為一對，第3，4邊為一對，依此類推。每一對邊與當前掃描線的交點所構(gòu)成的區(qū)段位于多邊形內(nèi)，依次對這些區(qū)段上的點(像素)按多邊形屬性著色； 將AET剩下的每一條邊的x域累加x，即令x=x+x； 將當前的掃描線的縱坐標值y累加，即y=y+1。 （活性邊表A

22、ET） （NET）活性邊表：優(yōu)點：充分利用了多邊形各邊的連續(xù)性及掃描線的連續(xù)性，減少了求交運算，提高了效率。缺點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜，只適宜純軟件方式實現(xiàn)，難以硬件實現(xiàn)，對各種表的維持和排序開銷大。寫出種子點填充算法的基本流程，并說明缺點及改進方法。種子像素入棧，當棧非空時執(zhí)行如下操作：（1） 棧頂像素出棧（2） 講出棧像素設(shè)置為多邊形顏色（3） 按左上右下順序檢索與出棧像素相鄰的4個像素，若其中某個像素不在邊界或未設(shè)置成多邊形顏色，則把該像素入棧（4） 重復步驟（1）-（3）缺點：多個像素重復入棧，算法效率低，要求很大的存儲空間改進：掃描線種子填充算法說明編碼裁剪算法（Cohen-SutherLand算法）的原理、優(yōu)缺點及改進算法。原理：對窗口及其延長線分割出的平面9個區(qū)域進行編碼，根據(jù)線段兩個端點的編碼判斷其與窗口之間的關(guān)系。算法如下： 對線段的兩個端點P1、P2進行按其所處的位置進行編碼，分別記為code1、code2； 如果code1=0且code2=0,說明線段在窗口內(nèi)，全部可見；否則到； 若code1&code20，則說明線段在某一窗口邊的延長線的外側(cè)，全部不可見；否則到； 在線段與窗口延長線的交點處把線段分為兩段，并對兩