計算機圖形學究極題庫-副本

計算機圖形學究極題庫---副本名詞解釋：1．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。2．像素圖：點陣法列舉圖形中的所有點。用點陣法描述的圖形稱為像素圖。3．參數(shù)圖：參數(shù)法描述圖形的形狀參數(shù)和屬性參數(shù)。用參數(shù)法描述的圖形稱為參數(shù)圖。4．掃描線：在光柵掃描顯示器中，電子槍掃過的一行稱為一條掃描線。5．構造實體幾何表示法：用簡單的實體(也稱為體素)通過集合運算組合成所需的物體的方法稱為構造實體幾何表示法。6．投影：投影是從高維（物體）空間到低維（投影）空間的一種映射。7．參數(shù)向量方程：參數(shù)向量方程是包含參數(shù)和向量的方程。8．自由曲線：形狀比較復雜、不能用二次方程來表示的曲線稱為自由曲線，通常以三次參數(shù)方程來表示9．曲線擬合：給定一個點列，用該點列來構造曲線的方法稱為曲線擬合。10．曲線插值：已知曲線上的一個點列，求曲線況下，對于每一個具體的顯示設備，都有一個單獨的坐標系統(tǒng)，在定義了成像窗口的情況下，可進一步在屏幕坐標系統(tǒng)中定義稱為視圖區(qū)的有界區(qū)域，視圖區(qū)中的成像即為實際所觀察到的圖形對象。19、觀察坐標系：觀察坐標系通常是以視點的位置為原點，通過用戶指定的一個向上的觀察向量來定義整個坐標系統(tǒng)，缺省為左手坐標系，觀察坐標系主要用于從觀察者的角度對整個世界坐標系內的對象進行重新定位和描述，從而簡化幾何物體在投影面的成像的數(shù)學推導和計算。填空題：1．在處理圖形時常常涉及的坐標系有模型坐標系（局部坐標系），世界坐標系，觀察坐標系，設備坐標系。2．生成直線的四點要求是:生成的直線要直，直線的終止點要準，直線的粗細要均勻，速度要快。3．掃描線的連貫性是多邊形區(qū)域連貫性在一條掃描線上的反映；邊的連貫性是多邊形區(qū)域連貫性在相鄰兩掃描線上的反映。4．具有256級灰度、分辨率為1024*1024個象素陣列的光柵掃描式顯示器需要1024KB的緩沖器。5．計算機圖形學是研究怎樣用數(shù)字計算機生成、處理和顯示圖形的一門學科。1．圖形軟件的建立方法包括提供圖形程序包、修改高級語言和采用專用高級語言。2．直線的屬性包括線型、線寬和顏色。3．顏色通常用紅、綠和藍三原色的含量來表示。對于不具有彩色功能的顯示系統(tǒng)，顏色顯示為灰度級（或亮度級）。4．平面圖形在內存中有兩種表示方法，即柵格表示法和矢量表示法。5．字符作為圖形有點陣字符和矢量字符之分。6．區(qū)域的表示有內點表示和邊界表示兩種形式。7．區(qū)域的內點表示法枚舉區(qū)域內的所有像素，通過給區(qū)域內的像素賦予同一屬性值來實現(xiàn)內點表示。8．區(qū)域的邊界表示法枚舉區(qū)域邊界上的所有像素，通過給區(qū)域邊界的像素點賦予同一屬性值來實現(xiàn)邊界表示。9．區(qū)域填充有種子填充和掃描轉換填充。10．區(qū)域填充屬性包括填充式樣、填充顏色和填充圖案。11．對于線框圖形，通常是以點變換為基礎，把圖形的一系列頂點作幾何變換后，連接新的頂點序列即可產生新的變換后的圖形。12．裁剪的基本目的是判斷圖形元素是否部分或全部落在窗口區(qū)域之內。13．字符裁剪方法包括矢量裁剪、單個字符裁剪和字符串裁剪。14．圖形變換是指將圖形的幾何信息經過幾何變換后產生新的圖形。15．從平面上點的齊次坐標，經齊次坐標變換，最后轉換為平面上點的坐標，這一變換過程稱為規(guī)范化過程。16．實體的表面具有連通性、有界性、非自交性和閉合性。17．集合的內點是集合中的點，在該點的一個充分小鄰域內的所有點都是集合中的元素。18．空間一點的任意鄰域內既有集合中的點，又有集合外的點，則稱該點為集合的邊界點。19．內點組成的集合稱為集合的內部。20．邊界點組成的集合稱為集合的邊界。21．任意一個實體可以表示為內部和邊界的并集。22．集合與它的邊界的并集稱集合的閉包。23．取集合的內部，再取內部的閉包，所得的集合稱為原集合的正則（點）集。24．如果曲面上任意一點都存在一個充分小的鄰域，該鄰域與平面上的（開）圓盤同構，即鄰域與圓盤之間存在連續(xù)的1-1映射，則稱該曲面為二維流形。25．對于一個占據有限空間的正則（點）集，如果其表面是二維流形，則該正則集為一個實體（有效物體）。26．通過實體的邊界來表示一個實體的方法稱為實體的邊界表示法。27．表面由平面多邊形構成的空間三維體稱為平面多面體。28．掃描表示法的兩個關鍵要素是掃描體和掃描軌跡。29．標量：一個標量表示一個數(shù)值。30．向量：一個向量是由若干個標量組成的一個元組，其中每個標量稱為向量的一個分量。1、目前常用的PC圖形顯示子系統(tǒng)主要由3個部件組成：（1）幀緩沖存儲器、（2）顯示控制器、（3）ROMBIOS。2、圖形的輸入設備有（4）鍵盤、鼠標、光筆（至少寫三種）；圖形的顯示設備有（5）CRT顯示器、LCD、投影儀（至少寫三種）。3、常用坐標系一般可以分為：建模坐標系、用戶坐標系、（6觀察坐標系、（7）規(guī)格化設備坐標系、（8）設備坐標系。4、在多邊形的掃描轉換過程中，主要是通過確定穿越多邊形區(qū)域的掃描線的覆蓋區(qū)間來填充，而區(qū)域填充則是從（9）給定的位置開始涂描直到（10）指定的邊界條件為止。5、一個交互式計算機圖形系統(tǒng)應具有（11）計算、（12）存儲、（13）對話、（14）輸入和輸出等五個方面的功能。1、一個交互式計算機圖形系統(tǒng)應具有（計算）、（存儲）、（對話）、（輸入）、（輸出）等五個方面的功能。2.將三維物體變?yōu)槎S圖形的變換稱為（投影變換），其有兩種基本方式：（平行投影）、（透視投影）。3、形體的定義和圖形的輸入輸出都是在一定的坐標系下進行的，通常這些坐標系分為：建模坐標系，（用戶坐標系），（觀察坐標系），規(guī)格化設備坐標系和（設備坐標系）。4、X掃描線算法中，每次用一條掃描線進行填充，對一條掃描線填充的過程可分為4個步驟：（求交）、（排序）、（交點配對）、（區(qū)間填色）。5、平面幾何投影可分為兩大類，分別是：（透視投影），（平行投影）。6、用一組型值點來指定曲線曲面的形狀時，形狀完全通過給定的型值點列，用該方法得到的曲線曲面稱為曲線曲面的（擬和），而用控制點列來指定曲線曲面的形狀時，得到的曲線曲面不一定通過控制點列，該方法稱為曲線曲面的（逼近）。7、對于基本幾何變換，一般有平移、旋轉、反射和錯切等，這些基本幾何變換都是相對于（坐標原點）和（坐標軸）進行的幾何變換。什么是圖像的分辨率？答：在水平和垂直方向上每單位長度（如英寸）所包含的像素點的數(shù)目。2.為什么需要隱藏面消影法？解答：需要用隱藏面消影法來判斷哪些物體和表面遮擋了放在它們后面的物體和表面，從而產生更逼真的圖像。3.局部光照模型和全局光照模型的不同之處是什么？答：局部光照模型主要是考慮光源發(fā)出的光對物體的直接影響。另外，全局光照模型除了處理光源發(fā)出的光之外，還考慮其他輔助光的影響，如光線穿過透明或半透明物體，以及光線從一個物體表面反射到另一個表面等。4.說出表面明暗處理的三個部分和用于計算每個部分的輔助光線。答：局部貢獻（陰影光線），反射光貢獻（鏡面反射光線）和透射光貢獻（鏡面透射光線）。5.實體采用八叉樹表示法有哪些優(yōu)點？答：實體采用八叉樹表示法有以下優(yōu)點：（1）可以用統(tǒng)一而且簡單的形體來表示空間任意形狀的實體。（2）易于實現(xiàn)實體之間的集合運算，如交、并和差等運算。（3）易于檢查實體之間是否接觸。（4）易于計算實體的統(tǒng)計量，如體積、質量和重量等。（5）在對實體進行顯示時，易于實現(xiàn)消隱。6.實體采用八叉樹表示法有哪些缺點？答：實體采用八叉樹表示法有以下缺點：（1）在分辨率較高時，所需的存儲容量較大。（2）難于實現(xiàn)某些幾何變換，如旋轉和任意比例系數(shù)的比例變換等。3）只能近似地表示空間實體，難于轉換為表達更精確的邊界表示。7.什么是中點分割裁剪法？答：中點分割裁剪法又稱對分裁剪法，該方法用于代替求交運算。如圖11所示，AB為線段P1P2的可見部分。記P1和P2的中點為Pm。從P1出發(fā)求A，如果P1Pm部分可見部分不可見，則A點在該線段上，用該線段代替P1P2繼續(xù)求解；否則，用PmP2代替P1P2繼續(xù)求解。求解過程直到P1P2的長度小于預先給定的一個常數(shù)時結束，這時，P2為離A最近的可見點。類似地可以求解B。PP2BAPBAP18.二維編碼裁剪法如何對線段的端點進行編碼？解答：將用戶域用為9個區(qū)域，每個區(qū)域都有相應的編碼，當線段的端點落在某個區(qū)域內時，對該端點進行相應的編碼。從高位開始，每位編碼如下：第1位，端點在y=ymax上方則取1，否則取0；第2位，端點在y=ymin下方則取1，否則取0；第3位，端點在x=xmax右方則取1，否則取0；第4位，端點在x=xmin左方則取1，否則取0。如果線段兩端點的4位編碼全為零，則線段全部在窗口內；如果兩端點的4位編碼按位進行與運算，結果為非零，則此線段全部在窗口之外；其他情況下，線段部分在窗口內，部分在窗口外。編碼裁剪法的編碼用于判斷線段與窗口的關系。00000000區(qū)域編碼001010100110010010000101000110019．多邊形填充掃描線算法包括哪些計算步驟？答：對于一個給定的多邊形，用一組水平（垂直）的掃描線進行掃描，求出每條掃描線與多邊形邊的交點，這些交點將掃描線分割為相間排列的落在多邊形內和外的線段，將落在多邊形內的線段上的所有象素點賦以給定的多邊形的顏色值。計算過程如下：求交：計算掃描線與多邊形各邊的交點；排序：把所有交點按遞增順序進行排序；交點配對：每對交點表示掃描線與多邊形的一個相交區(qū)間；區(qū)間填色：相交區(qū)間內的象素置成多邊形顏色，相交區(qū)間外的象素置成背景色。10．消隱算法有哪些類型，它們各有什么特點？答：消隱算法可以分為兩大類：對象空間方法（ObjectSpaceMethods）和圖象空間方法（imageSpaceMethods）。對象空間方法是通過分析對象的三維特性之間的關系來確定其是否可見。例如，將三維平面作為分析對象，通過比較各平面的參數(shù)來確定它們的可見性。圖象空間是對象投影后所在的二維空間。圖象空間方法是將對象投影后分解為象素，按照一定的規(guī)律，比較象素之間的z值，從而確定其是否可見。11．深度緩存（Z-buffer）消隱算法包括哪些步驟？答：深度緩存（Z-buffer）算法是一種典型的、簡單的圖象空間面消隱算法。該算法需要一個深度緩存數(shù)組ZB，此外還需要一個顏色屬性數(shù)組CB，它們的大小與屏幕上像素點的個數(shù)相同。Z-buffer算法的步驟如下：（1）初始化ZB和CB，使得ZB(i,j)=Zmax,CB(i,j)=背景色，i=1,…，m;j=1,…，n;（2）對多邊形P，計算它在點（i,j）處的深度值zi,j,（3）若zi,j<ZB(i,j),則ZB（i,j）=zi,j,CB(i,j)=多邊形P的顏色；（4）對每個多邊形重復（2）、（3）兩步，最終在CB中存放的就是消隱后的圖形。這個算法的關鍵在第（２）步，要盡快判斷出哪些點落在一個多邊形內，并盡快求出一個點的深度值。這里需要應用多邊形點與點之間的相關性，包括水平相關性和垂直相關性。12．什么叫觀察空間？：在透視投影中，從投影中心出發(fā)，過觀察窗口邊線的射線所圍成的四棱錐稱為透視投影的觀察空間；在平行投影中，從投影參考點到觀察窗口中心的方向為投影方向，過觀察窗口邊線且平行于投影方向的直線包圍的四棱柱稱為平行投影的觀察空間。1、簡述光柵掃描式圖形顯示器的基本原理。答：光柵掃描式圖形顯示器(簡稱光柵顯示器)是畫點設備，可看作是一個點陣單元發(fā)生器，并可控制每個點陣單元的亮度，它不能直接從單元陣列中的—個可編地址的象素畫一條直線到另一個可編地址的象素，只可能用盡可能靠近這條直線路徑的象素點集來近似地表示這條直線。光柵掃描式圖形顯示器中采用了幀緩存，幀緩存中的信息經過數(shù)字／模擬轉換，能在光柵顯示器上產生圖形。3、圖形變換有什么特點？最基本的幾何變換有哪些？答：圖形變換的特點：大多數(shù)幾何變換（如平移、旋轉和變比）是保持拓撲不變的，不改變圖形的連接關系和平行關系。對于線框圖形，通常是以點變換為基礎，把圖形的一系列頂點作幾何變換后，連接新的頂點序列即可產生新的變換后的圖形。對于用參數(shù)方程描述的圖形，可以通過參數(shù)方程幾何變換，實現(xiàn)對圖形的變換（基于效率的考慮）。最基本的幾何變換有：平移、旋轉、比例、錯切、投影4、常用的線段裁剪方法有幾種？簡述它們的優(yōu)缺點。答：常用的線段裁剪方法有三種，它們是：（1）Cohen-SutherLand裁剪算法；（2）中點分割算法；（3）參數(shù)化裁剪算法（Cyrus-Beck算法）；Cohen-SutherLand裁剪算法與中點分割算法在區(qū)碼測試階段能以位運算方式高效率地進行，因而當大多數(shù)線段能夠簡單地取舍時，效率較好。參數(shù)化裁剪算法（Cyrus-Beck算法）在多數(shù)線段需要進行裁剪時，效率更高。這是因為運算只涉及到參數(shù)，僅到必要時才進行坐標計算。5、簡述幀緩存與顯示器分辨率的關系。分辨率分別為640×480，1280×1024和2560×2048的顯示器各需要多少字節(jié)位平面數(shù)為24的幀緩存？答：幀緩存的大小和顯示器分辨率之間的關系是：幀緩存的大小=顯示器分辨率的大小*幀緩存的位平面數(shù)/8。例如：分辨率分別為640*480的顯示器所需要的緩存的大小是：640*480*24/8=921600字節(jié)；分辨率為1280*1024的顯示器所需要的緩存的大小是：1280*1024*24/8=3932160字節(jié)；分辨率為2560*2048的顯示器所需要的緩存的大小是：2560*2048*24/3=15728640字節(jié)。6、什么是圖形掃描轉換？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置象素的過程稱為圖形的掃描轉換或光柵化。對于一維圖形，在不考慮線寬時，用一個象素寬的直線或曲線來顯示圖形。二維圖形的光柵化必須確定區(qū)域對應的象素集，將各個象素設置成指定的顏色和灰度，也稱之為區(qū)域填充。7、為什么使用非均勻有理B樣條？答：非均勻B樣條函數(shù)的節(jié)點參數(shù)沿參數(shù)軸的分布是不等距的，近年來，它得到了廣泛的發(fā)展和應用，主要原因是：（1）對標準的解析形狀（如圓錐曲線，二次曲線，回轉面等）和自由曲線，曲面提供了統(tǒng)一的數(shù)學表示，無論是解析形狀還是自由格式的形狀均有統(tǒng)一的表示參數(shù)，便于工程數(shù)據庫的存取和應用。（2）可通過控制點和權因子來靈活的改變形狀。（3）對插入節(jié)點，修改，分割，幾何插值等的處理工具比較有利。（4）具有透視投影變換和仿射變換的不變性。（5）非有理B樣條，有理及非有理Bezier曲線，曲面是NURBS的特例表示。8、簡述非均勻有理B樣條曲面（NURBS）的性質？答：非均勻有理B樣條曲面（NURBS）的性質有：a.端點性質；b.仿射不變性；c.保凸性；d.局部性：當Pi,j，wi,j變化時，僅僅影響u[ui,uip1)×v[vj,vjl1)矩形區(qū)域所對應的曲面部分；e.非有理B樣條和Bezier、有理Bezier曲面是NURBS曲面的特殊情況；f.不具有變差遞減性。1、簡述圖像處理、模式識別與計算機圖形學的關系。圖像處理、模式識別與計算機圖形學是計算機應用領域發(fā)展的三個分支學科，它們之間有一定的關系和區(qū)別，它們的共同之處就是計算機所處理的信息都是與圖有關的信息。它們本質上是不同的：圖像處理是利用計算機對原存在物體的映象進行分析處理，然后再現(xiàn)圖像；模式識別是指計算機對圖形信息進行識別和分析描述，是從圖形到描述的表達過程；計算機圖形學是研究根據給定的描述用計算機生成相應的圖形、圖像。2.簡述直線段生成的數(shù)值微分算法基本思想。設（x1，y1）和（x2，y2）分別為所求直線的端點坐標，選定x2－x1和y2－y1中較大者作為步進方向（假設x2－x1較大），取該方向上的