計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課件重點(diǎn)總結(jié)

1、學(xué)習(xí)好資料歡迎下載計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章1962 年的 I.E.薩瑟蘭德（）在他的博士論文中提出了一個(gè)名為“Sketchpad”的人機(jī)交互式圖形系統(tǒng)，在論文中首次使用了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)” 1974 年，美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)成立了一個(gè)圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)90 年代后，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)朝著標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的方向發(fā)展1. 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（ Computer Graphics）：研究通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門(mén)顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。 （國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 定義 )基本含義是使用計(jì)算機(jī)將圖形的數(shù)據(jù)、模型通過(guò)算法和程序在輸出設(shè)備上構(gòu)造出圖形來(lái)。2. 計(jì)算機(jī)圖形的應(yīng)用領(lǐng)域:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造（

2、CAD/CAM）辦公自動(dòng)化和電子出版字制圖和地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)環(huán)境模擬（虛擬現(xiàn)實(shí)輔助教學(xué)與訓(xùn)過(guò)程控制學(xué)計(jì)算可視化娛樂(lè)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)計(jì)算機(jī)藝術(shù)數(shù)科第二章1. 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)是一個(gè)由軟、硬相互結(jié)合的有機(jī)整體。系統(tǒng)在工作時(shí)，由主機(jī)執(zhí)行應(yīng)用程序， 通過(guò)圖形輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)或交互裝置讀取數(shù)據(jù)， 按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織起來(lái)，不斷調(diào)用事先存儲(chǔ)好的圖形顯示子程序， 將處理后得到的數(shù)據(jù)送往顯示處理器， 從圖形顯示器或其它輸出設(shè)備輸出圖形。2. 一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)應(yīng)具有計(jì)算、存儲(chǔ)、對(duì)話、輸入、輸出等五個(gè)方面基本功能。3. 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)常用的輸入輸出設(shè)備由哪些?圖形圖象輸入設(shè)備可分為矢量型和光柵型兩大系列。矢量型設(shè)備 -

3、采取跟蹤軌跡、 記錄坐標(biāo)點(diǎn)的方法輸入圖形，得到的數(shù)據(jù)形式為點(diǎn)、直線或折線組成圖形數(shù)據(jù)。常用的設(shè)備有跟蹤式數(shù)字化儀、鼠標(biāo)、光筆等。光柵型設(shè)備-采取逐行掃描、按一定密度采樣的方式輸入圖形，獲取的數(shù)據(jù)為一幅由像素構(gòu)成的數(shù)字矩陣，成為圖像（Image）。常用的設(shè)備有掃描儀和攝像機(jī)。圖形圖象輸出設(shè)備可分為光柵掃描型和向量型兩大系列。光柵掃描型設(shè)備是按光柵矩陣方式掃描輸出整幅圖畫(huà)，特點(diǎn)是設(shè)備成圖速度快，色彩豐富，產(chǎn)品種類多，應(yīng)用范圍廣。如圖形顯示器、噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)等。向量型設(shè)備是以畫(huà)筆的方式繪制圖畫(huà)，特點(diǎn)是設(shè)備繪圖精度高、圖形精細(xì)，繪圖速度慢、色彩較少。如筆式繪圖機(jī)等。第三章1. 點(diǎn)亮點(diǎn)有位置、有

4、大小，其大小是一個(gè)像素，像素是最小的圖形單位。像素的大小取決于顯示器的尺寸和分辨率。在某個(gè)位置畫(huà)點(diǎn)，即是用某種灰度或顏色將該點(diǎn)的像素“點(diǎn)亮2 繪制直線的常用方法有幾種?各有何特點(diǎn) ?繪制直線的常用算法：數(shù)值微分法,DDA 算法DDA 算法的特點(diǎn)：DDA 算法是根據(jù)直線的斜率來(lái)計(jì)算出下一個(gè)值，經(jīng)取整以后確定下一個(gè)像素點(diǎn)，因?yàn)檫M(jìn)行取整運(yùn)算，故難以避免所取像素點(diǎn)偏離實(shí)際直線的某一側(cè)。中點(diǎn)畫(huà)線法中點(diǎn)畫(huà)線法的特點(diǎn)：由于只判別d 的符號(hào)確定下一個(gè)像素位置，因此可以用遞推算法中只包含加、減運(yùn)算，便于硬件實(shí)現(xiàn)。2d 來(lái)判別，化為整數(shù)算法。學(xué)習(xí)好資料歡迎下載Bresenham 法 (重點(diǎn) )Bresenham

5、畫(huà)線算法的優(yōu)點(diǎn)：常量只計(jì)算一次避免了浮點(diǎn)運(yùn)算避免了乘除法運(yùn)算節(jié)省運(yùn)算量，并適合硬件實(shí)現(xiàn)！3.DDA 算法繪制直線的基本思想?為什么選定x 2x1 和y2y1中較大者作為步進(jìn)方向?DDA 算法生成的直線為什么會(huì)偏離實(shí)際直線的某一側(cè)?偏離方向和步進(jìn)方向有何關(guān)系?(不全 )原因 :因?yàn)檫@樣可以保證沒(méi)一次 x 或者 y 以單位步長(zhǎng)遞增時(shí)，不會(huì)遺漏像素點(diǎn)，取得像素點(diǎn)更密集 ,比較連續(xù)圖形效果比較好 .DDA 算法的基本思想：選定 x 2x 1 和 y2y1 中較大者作為步進(jìn)方向。假設(shè)x 2 x1較大，取該方向上的x為一個(gè)像素單位長(zhǎng)，即x 每次遞增 1（一個(gè)像素） ，然后利用下式計(jì)算相應(yīng)的 y 值，把每次

6、計(jì)算出的（xi 1, yi 1 ）經(jīng)取整后順序輸出到顯示器，則得光柵化的直線。 yi 1 yiy2y1xx2x1可通過(guò)計(jì)算 x 方向的增量x 引起 y 的改變來(lái)生成直線yi 1yiy y i 1y iyx2y 1xx 1y 方向的增量2也可通過(guò)計(jì)算由xi 1xixxi 1 xix2x1yy 引起 x 的改變來(lái)生成直線y2y14. 什么是曲線插值和曲線擬合 ?各有什么特點(diǎn) ?曲線插值 -是根據(jù)已知點(diǎn)分段建立代數(shù)多項(xiàng)式， 使其函數(shù)通過(guò)已知節(jié)點(diǎn)， 并保持節(jié)點(diǎn)上的一階或二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)， 經(jīng)過(guò)內(nèi)插加密點(diǎn)連接， 來(lái)獲得光滑曲線的方法。 這種方法繪制的光滑曲線嚴(yán)格地通過(guò)已知的節(jié)點(diǎn)。曲線擬合 -根據(jù)已知的離散點(diǎn)

7、，建立一個(gè)適當(dāng)?shù)慕馕鍪?，使它表示的連續(xù)曲線反映和逼近已知點(diǎn)的分布趨勢(shì)的方法，其特點(diǎn)是被光滑處理的曲線，原則上并不要求嚴(yán)格通過(guò)已知的節(jié)點(diǎn)，而只要求盡可能從給定點(diǎn)的附近通過(guò)。（1）三次樣條插值曲線：有很高的光滑性 (整體二階導(dǎo)數(shù)連續(xù) ),過(guò)節(jié)點(diǎn)， 計(jì)算較復(fù)雜。 這種曲線能整體保持其二階導(dǎo)數(shù)連續(xù) .（2）分段三次多項(xiàng)式插值曲線(五點(diǎn)光滑法 ) ：光滑性稍差（整體一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)） , 過(guò)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算簡(jiǎn)單，并且只有加、減和乘法運(yùn)算，所以程序量也不大。所繪出的曲線嚴(yán)密地經(jīng)過(guò)每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。（3）線性迭代擬合曲線（抹角法）：計(jì)算簡(jiǎn)單，不過(guò)節(jié)點(diǎn)。圖形一般是往內(nèi)收縮該方法較適用于那些對(duì)曲線定位精度要求不高的曲線圖形，

8、例如地圖上的等溫線、等降水線、等壓線等。（4）最小二乘法擬合曲線：計(jì)算較復(fù)雜，不過(guò)節(jié)點(diǎn)。保留了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可避免地各種誤差，真實(shí)反映數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。5. 常用的區(qū)域填充算法有哪些?試述掃描線填充多邊形的步驟?學(xué)習(xí)好資料歡迎下載區(qū)域填充算法1、掃描線填充算法基本思路： 按掃描線順序，計(jì)算掃描線與多邊形的交點(diǎn)， 交點(diǎn)將多邊形分成幾個(gè)區(qū)間， 最后確定填充區(qū)間。掃描線填充多邊形的步驟(1) 輸入?yún)?shù)：多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)、點(diǎn)數(shù)等(2) 計(jì)算多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)中 Ymax、 Ymin，確定掃描線的處理范圍。(3) 對(duì)處理范圍內(nèi)的每條掃描線重復(fù)以下步驟：1)求交點(diǎn) 2)交點(diǎn)排序 3)奇偶交點(diǎn)區(qū)間填充2、邊填充算法3、種

9、子填充算法4、圖案填充算法6. 光柵參數(shù)中 ,線寬是怎么實(shí)現(xiàn)的 ?試分別以斜率大于1 和小于 1 來(lái)說(shuō)明對(duì)于斜率絕對(duì)值小于1 的線，通過(guò)在沿線的每個(gè)位置畫(huà)像素的垂直段來(lái)顯示粗線。對(duì)于斜率絕對(duì)值大于 1 的線，通過(guò)在水平段交替地拾取線段路徑左邊和右邊的像素形成粗線。7. 漢字字模分幾種？各自實(shí)現(xiàn)的原理？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？（不對(duì)）矢量字模用矢量方法表示漢字字符圖形的坐標(biāo)點(diǎn)集。點(diǎn)陣字模用柵格方法表示漢字字符圖形的數(shù)據(jù)矩陣。點(diǎn)陣漢字的特點(diǎn)不能任意放大，放大比例高時(shí)易產(chǎn)生鋸齒；原理： 點(diǎn)陣漢字是漢字字形最基本的表示法，對(duì)于16 16 的點(diǎn)陣漢字來(lái)說(shuō)，就是把一個(gè)方塊橫向分成16 格，該矩形也有了256 個(gè)格

10、，點(diǎn)陣中每個(gè)字格都可以著黑白兩種顏色。用這樣的點(diǎn)陣描出的漢字，稱為點(diǎn)陣漢字。特點(diǎn)：適合打印、顯示；存儲(chǔ)空間大；不便于變形字體矢量漢字的原理把每個(gè)漢字看成一個(gè)簡(jiǎn)單的子圖形，將字符各筆畫(huà)的坐標(biāo)和表示落筆書(shū)寫(xiě)或抬筆移動(dòng)的數(shù)字信息放在一個(gè)文件中。文件中每組數(shù)據(jù)是一個(gè)三元數(shù)組(mode,X，Y)。mode:筆畫(huà)狀態(tài) mode=1:抬筆移動(dòng)至、 mode=2:落筆畫(huà) 、 ode=3:筆歸原點(diǎn)，結(jié)束：符x,號(hào)坐y標(biāo)系中 x 軸和 y 軸的增量數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：矢量漢字可以無(wú)級(jí)放大派生出左斜、右斜、聳肩等字體。還可以勾繪出空心字體8試述逐邊裁減多邊形算法的步驟逐邊裁剪法是薩瑟蘭德（）和霍德曼（ Hodgman ）在

11、 1974 年提出的。采用了分割處理，逐邊裁剪的方法。依據(jù)是簡(jiǎn)單地通過(guò)對(duì)單一邊或面的裁剪實(shí)現(xiàn)對(duì)多邊形的裁剪。1)將多邊形表示為頂點(diǎn)表，即 P1， P2，Pn-1，Pn, 并生成邊表 P1P2 ， P2P3， Pn-1Pn ， PnP1，(2)用窗口邊裁剪原多邊形，生成中間多邊形(3)對(duì)中間多邊形重復(fù)步驟(2)， 直至被窗口所有邊裁剪完為止9.窗口區(qū)？視口區(qū)？什么是窗口-視圖變換？變換矩陣？（不全）窗口 -用戶可以在用戶域中指定任意區(qū)域輸出到屏幕上，這個(gè)指定區(qū)域稱為窗口區(qū)視口 -是在屏幕上定義的一個(gè)小于或等于屏幕區(qū)域的矩形塊窗口視圖變換 :由于窗口和視圖是在不同坐標(biāo)系中定義的，因此，在把窗口中圖

12、形信息送到視圖區(qū)之前，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換，即把用戶坐標(biāo)系的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為設(shè)備（屏幕）坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，這個(gè)變換稱為窗口視圖變換。學(xué)習(xí)好資料歡迎下載變換矩陣： xvyv1=x wyw1第四章圖像變換1.圖形變換是指將圖形的幾何信息經(jīng)過(guò)幾何變換后產(chǎn)生新的圖形。2.基本的幾何變換是研究物體坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等變換的規(guī)律3.齊次坐標(biāo)的定義 : 以 n+1 維向量表示一個(gè) n 維向量，在 n 維空間中點(diǎn)的位置向量用非齊次坐標(biāo)表示時(shí)，具有 n 個(gè)坐標(biāo)分量 (p1,p2, , pn)，且是唯一的。若用齊次坐標(biāo)表示則為(hp1, hp2, , hpn, h)， 且不唯一4.為什么采用齊次坐標(biāo)表示圖形變換?

13、 1）提供了用矩陣運(yùn)算把二維、三維甚至高維空間中的一個(gè)點(diǎn)集從一個(gè)坐標(biāo)系變換到另一個(gè)坐標(biāo)系的有效方法。（ 2）可以表示無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)。 （ 3）便于圖形合成5.二維幾何變換的種類以及每種變換的變換矩陣?平移變換旋轉(zhuǎn)變換對(duì)稱變換100cossin0T010Tsincos0T=txty1001比例變換錯(cuò)切變換復(fù)合變換sx00T1 d0T0sy0b 1 00010 016.證明二維點(diǎn)相對(duì) x 軸作對(duì)稱，緊跟著相對(duì) y = -x 直線作對(duì)稱變換完全等價(jià)于該點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)作順時(shí)針 90 度的旋轉(zhuǎn)變換 ?第五章交互技術(shù)1.在交互輸入過(guò)程中采用的控制方式有哪些？各有什么特點(diǎn)？在交互輸入過(guò)程中，常用的控制方式是請(qǐng)求、

14、采樣、事件及其組合形式四種2.常用的交互技術(shù)有哪些?定位技術(shù)橡皮條技術(shù)拖曳技術(shù)菜單技術(shù)定值技術(shù)拾取技術(shù)網(wǎng)格與吸附技術(shù)三維空間控制技術(shù)語(yǔ)音交互技術(shù)基于手勢(shì)的交互技術(shù)視覺(jué)跟蹤的交互技術(shù)第六章1.生成真實(shí)感圖形的常用方法消隱技術(shù) 簡(jiǎn)單光照模型?明暗處理技術(shù)紋理技術(shù)2.通常使物體表面明暗光滑化的方法有哪些?通常采用的方法是采用插補(bǔ)的方法,Gourand方法和Phong 方法。第七章1.數(shù)字地圖是指一類地圖產(chǎn)品，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在地圖學(xué)中的應(yīng)用產(chǎn)生的一類不同于常規(guī)地圖的新產(chǎn)品，是空間信息的一種全新的表達(dá)方式。2.電子地圖是從廣義概念出發(fā)，電子地圖和數(shù)字地圖是同一概念，認(rèn)為電子地圖只不過(guò)是數(shù)字地圖的通俗稱

15、謂，實(shí)質(zhì)均指在計(jì)算機(jī)環(huán)境中制作、使用的地圖。 狹義的概念認(rèn)為電子地圖即屏幕地圖， 是供計(jì)算機(jī)環(huán)境中使用的一種新型的地圖產(chǎn)品，強(qiáng)調(diào)地圖信息的視覺(jué)感受特學(xué)習(xí)好資料歡迎下載征3.數(shù)字地圖制圖系統(tǒng)是基于完成一定的地圖制圖任務(wù)或地理空間信息管理和應(yīng)用的硬件子系統(tǒng)和軟件子系統(tǒng)組成的一個(gè)有機(jī)整體。4.地圖上各類信息如何用數(shù)字表示?地圖要素反映的信息主要包括幾何信息和屬性信息。幾何信息反映了地圖要素的空間位置和幾何形狀特征，屬性信息反映了地圖要素分類、分級(jí)和質(zhì)量、數(shù)量等屬性特征。此外，以圖解符號(hào)為語(yǔ)言的地圖， 還有效地表示了地圖要素的分布特征和相互間的關(guān)系， 這方面的信息稱為關(guān)系信息。5.常用檢索方法有哪些?

16、有何特點(diǎn) ?常用的檢索方法：定性、定位、拓?fù)錂z索和組合檢索（ 1）定性檢索是根據(jù)地圖要素的屬性標(biāo)志進(jìn)行的， 可以按要素類別、等級(jí)、 名稱或其它質(zhì)量特征（如橋梁的橋?qū)?、載重量）等進(jìn)行檢索，檢索的依據(jù)是要素編碼系統(tǒng)。（ 2）定位檢索是根據(jù)地圖要素的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行的，可以查詢指定地理區(qū)域范圍的地圖數(shù)據(jù)。定位檢索往往伴隨著大量的數(shù)據(jù)裁剪運(yùn)算。（ 3）拓?fù)錂z索是數(shù)字地圖分析應(yīng)用時(shí)常用的一種有效方式。拓?fù)錂z索建立在將地圖要素?cái)?shù)據(jù)表示成由結(jié)點(diǎn)、 鏈、多邊形這些拓?fù)湓亟M成的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上， 是利用數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)要素間的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)、鄰接和包含關(guān)系進(jìn)行檢索。（ 4）組合檢索是將定性、定位、拓?fù)錂z索三者組合使用

17、。我們通常采用該方式比較多第八章1.用來(lái)表示地圖圖形的數(shù)據(jù)形式有哪些?各是怎樣表示地圖信息?各有什么特點(diǎn) ?a.數(shù)據(jù)形式有 :幾何數(shù)據(jù)的表示屬性數(shù)據(jù)的表示拓?fù)鋽?shù)據(jù)的表示b.圖形的幾何數(shù)據(jù)表示有兩種，即矢量地圖數(shù)據(jù)和柵格地圖數(shù)據(jù)，矢量數(shù)據(jù)就是表示地圖圖形位置的各離散點(diǎn)在某種坐標(biāo)系中坐標(biāo)（ x， y）的有序集合 ,柵格數(shù)據(jù)就是地圖圖形的柵格單元（又稱像元或像素）與空白像元構(gòu)成的一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣。屬性數(shù)據(jù)的要素的名稱屬性以名稱的字符串描述;寬度、建筑日期、車流量等定量特征的屬性則以其相應(yīng)屬性的數(shù)據(jù)值描述， 要素的類別、 等級(jí)等屬性通常是用代碼 （稱地圖要素編碼，簡(jiǎn)稱要素編碼）描述。拓?fù)鋽?shù)據(jù)是用拓?fù)潢P(guān)系來(lái)

18、表示地圖要素。C矢量數(shù)據(jù)（x， y）數(shù)據(jù)量小和內(nèi)容有關(guān)系。柵格數(shù)據(jù)矩陣數(shù)據(jù)量大和幅面有關(guān)系屬性數(shù)據(jù)包括地圖要素對(duì)象的編碼、名稱、數(shù)量和質(zhì)量的描述參數(shù)拓?fù)鋽?shù)據(jù)當(dāng)一個(gè)平面發(fā)生彈性變化如拉伸、壓縮、彎曲等，其面上圖形元素間的某些關(guān)系不變，這些關(guān)系即是拓?fù)潢P(guān)系。2.試論述地圖要素分類分級(jí)所遵循的基本原則及要素編碼原則?分類分級(jí)的基本原則科學(xué)性 :選擇最穩(wěn)定的屬性和特征作為分類依據(jù)。系統(tǒng)性:形成體系，低級(jí)類可以歸并到高級(jí)類?？蓴U(kuò)充性 :保證在增加新對(duì)象時(shí)不打亂已建體系。實(shí)用性:信息詳盡和完整的表示，信息獲取的方式和途徑，以及信息處理的能力。兼容性:應(yīng)盡量和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。要素編碼原則唯一性一個(gè)代碼只

19、唯一表示一個(gè)分類分級(jí)對(duì)象。合理性代碼結(jié)構(gòu)要與分類分級(jí)體系相適應(yīng)?？蓴U(kuò)充性留有足夠的備用代碼，適應(yīng)擴(kuò)充的需要。簡(jiǎn)單性結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度盡量短。 適用性代碼應(yīng)反映對(duì)象的特點(diǎn)，方便記憶和使用。規(guī)范性代碼的結(jié)構(gòu)、 類型及編寫(xiě)格式必須統(tǒng)一3.數(shù)字地圖制圖過(guò)程中需要做那些數(shù)據(jù)處理?幾何糾正投影變換格式轉(zhuǎn)換自動(dòng)拓?fù)涮幚韺W(xué)習(xí)好資料歡迎下載4.什么是地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分哪幾類？比較？地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指地圖數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的組織存貯形式?？煞譃槭噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，二者比較如下矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn) :數(shù)據(jù)量小 ,附加目標(biāo)實(shí)體的各種屬性信息、表示空間實(shí)體間的拓?fù)潢P(guān)系、單個(gè)空間實(shí)體定義和操作方便，易于實(shí)現(xiàn)定性查詢、拓?fù)洳樵?、網(wǎng)絡(luò)分析。不足：矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，操作和算法復(fù)雜，幾何、定位查詢復(fù)雜。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn) :數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位存取性能好。不足： 較高的幾何精度的代價(jià)是數(shù)據(jù)量的極大增加，柵格數(shù)