计算机图形学课后习题答案(孙家广)

第一章：P561、列出在你过去学习工作中用过与计算机图形学有关的程序c语言：#includegraphics.hmain(){intgraphdriver=VGA,graphmode=VGAHI;initgraph(&graphdriver,&graphmode,””);setbkcolor(BLUE);setcolor(WHITE);setfillstyle(1,LIGHTRED);bar3d(100,200,400,350,100,1);floodfill(450,300,WHITE);floodfill(250,450,WHITE);setcolor(LIGHTGREEN);rectangle(450,400,500,450);floodfill(470,420,LIGHTGREEN);getch();closegraph();}JAVA语言：例1、画点Importjava.io.*;Classpoint{intax;intay;intbx;intby;publicpoint(intax,intay,intbx,intby){floatk;//计算斜率floatb;k=(by-ay)/(bx-ax);b=ay-ax*k;system.out.println(“直线的方程为：y=”+k+”x”+”+”+b);}}例2、画矩形classDrawPanelextendsJpanel{publicvoidpaint(Graphicsg){super.paint(g);Graphics2Dg2=(Graphics2D);Doubleleftx=200;Doubletopy=200;Doublewidth=300;Doubleheight=250;Rectangle2Drect=newRectangle2D.double(leftx,topy,width,height);G2.draw(rect);}}2、列出你所用过的窗口系统中与观感有关的元素的功能，如图标、滚动棒、菜单等使用滚动条当文档、网页或图片超出窗口大小时，会出现滚动条，可用于查看当前处于视图之外的信息。下面的图片显示滚动条的组成部分。使用菜单大多数程序包含几十个甚至几百个使程序运行的命令（操作）。很多这些命令是组织在菜单下面。就像饭馆的菜单一样，程序菜单显示选择列表。为了使屏幕整齐，会隐藏这些菜单，只有在标题栏下的菜单栏中单击菜单标题之后才会显示菜单。例如，单击“画图”菜单栏中的“图像”可显示“图像”菜单：3、列出你所用过的图形输入、显示及输出设备的名称、型号、生产厂商、出厂时间及其主要优缺点。略4、比较个人计算机与工作站的图形功能个人计算机仅限于符合二维，又是单任务操作方式工作站可处理二、三维，多任务操作方式区别个人计算机工作站显示分别率640X4801024X900以上具有8个以上位面显示器尺寸12~14英寸16、19、27英寸图形处理能力符号或二维具有反走样、线和面消隐、光照模型等处理硬件；同时还具有丰富的图形生成和处理软件主要处理二维或三维图形、图象计算机性能主要取决于微处理器的性能具有更强的处理功能，在操作系统、页面虚拟存储器和主要用途都有所不同操作方式单任务多任务、多进程个人计算机的主要功能是字符处理，而工作站不仅有字符处理功能，还有较强的图形处理功能个人计算机的显示分辨率较小，一般在640X480的图形处理符号或二维图形；而工作站为了满足强大的图形处理，显示分辨率为一般为1024x1024的二维或三维图形个人计算机的显示器相对工作站较小个人计算机的图形系统是由个人计算机加上图形输入输出设备和有关的图形支撑软件集成起来的系统，其性能取决于个人计算机所采用的微处理器芯片，个人计算机的图形功能由于受到软件和硬件的限制，只适合处理比较简单的事情；个人计算机的显示分辨率一般在640X480的图形处理符号或二维图形而工作站在处理器、总线设计、存储器、操作系统等多个方面都有比个人计算机优越的地方，它配有专业的图形输入输出设备，并配有图形处理器以处理大量的复杂的图形运算；它可以处理多任务进程、处理显示分辨率为1024x1024的二维或三维图形、具有高速的科学计算能力、丰富的图形处理、灵活的窗口及网络管理功能的交互式计算机系统，它的图形功能比个人计算机图形系统强德多，但在造价上远高于个人计算机。6、具有相同分辨率的彩色光栅显示器与黑白光栅在结构上有何区别？彩色：对于红、绿、蓝的三个原色有三个位面的帧缓存和三个电子枪，每个位面的帧缓冲对应一个电子枪即对应一种颜色；对每个颜色的电子枪可以通过增加帧缓存位面来提高颜色种类和灰度级，通过三种原色的组合可以产生不同种类的颜色。彩色光栅显示器主要是有红、绿、蓝的三个原色所组成，每种原色电子枪有8个位面的帧缓存和8位的数模转换器，每种原色有256种亮度，三种原色组合可为16771216种颜色，也可以通过颜色查找表查找，故帧缓存位数至少24位。黑白：黑白光栅显示器的帧缓存是一块连续的计算机存储器，每个像素需1位存储器，每个存储器只有0或1两个状态。因此一个位面的帧缓存只能产生黑白图形。可以增加象素点的位面数，通过多个位面显示出多种灰度级。7、在光栅显示器上显示斜线的45º角时常会发生锯齿状，请考虑减少锯齿状效果的各种方法并说明采用这些方法的代价。在光栅图形显示器上显示斜线时常会发生锯齿，这是由于直线或多边形边界在光栅图形显示器的对应图形都是由一系列相同亮度的离散象素构成的。这种用离散量表示连续亮引起的失真称为走样，而用于减少或消除这种效果的技术，称为反走样。一般而言，减少锯齿有三种方法，下面以直线扫描转换为例，分别介绍三种方法：（1）提高分辨率假设把显示器的分辨率提高一倍，虽然直线经过2倍的象素，锯齿也会增加一倍。但由于每个锯齿在X方向和Y方向都只有低分辨率的一半，所以效果看起来会好一些，这种改进方法是以4倍的存储器代价和4倍的扫描转换时间获得的。因此增加分辨率是不经济的方法，它只能减轻，不能消除锯齿。（2）简单的区域取样在直线扫描算法假定象素是数学上的一个点，象素的颜色是由对应于象素中心的图形中一点的颜色决定的。但是，实际上象素不是一个点，而是一个有限区域。屏幕上所画的直线段不是数学意义上的无宽度的理想线段，而是一个宽度至少为一个象素单位的线条。因此，把屏幕上的直线看成是长方条形更为合理。在绘制直线条时，所有与该长方条相交的象素都采用适当的宽度给予显示。这要求显示器各象素可以用多灰度显示。例，设象素中心是在网格点上的不相交的正方形，象素的灰度与它落在直线条内的面积成正比。在多灰度黑白显示器上，若一个象素整个落在线条上，则将它置成前景色。若一个象素与线条部分相交，根据相交部分的大小来选择不同的灰度，相交部分大的象素前景色成分更多一些，相交部分小的象素前景色成分更少一些。这种方法将产生模糊的边界，以此来减轻锯齿效应。在实际应用中，常采用盒式滤波器（3）加权区域取样加权区域取样方法采用更为优化的圆锥形滤波器。圆锥的底圆中心在当前象素中心，底圆半径为一个单位，锥高为1。当直线条经过该象素时，该象素的灰度值是在二者相交区域上对滤波器进行积分的积分值。用这种圆锥形滤波器有如下特点：一是接近理想直线的象素将被分配更多的灰度值。二是相邻两个象素的滤波器相交，所以直线条经过该相交区域时，将对这两个象素分配给适当的灰度值，这有利于缩小直线条上相邻象素的灰度差。第二章：P1281、为什么要制定和采用计算机图形标准？已经ISO批准的计算机图形标准软件有哪些？为了提高计算机图形软件、计算机图形的应用软件以及相关软件的编程人员在不同的计算机和图形设备之间的可移植性。已获ISO批准的计算机图形标准软件有：计算机图形核心系统（GKS）及其语言联编程序员层次交互式图形系统（PHIGS）及其语言联编三维图形核心系统（GKS-3D）及其语言联编计算机图形元文件（CGM）计算机图形接口（CGI）基本图形转换规范（IGES）产品数据转换规范（STEP）等2、CGI标准的主要功能是什么？试用CGI中的图形输出功能绘制一副机械零件图。CGI的目的是提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法，它可以看成是图形设备驱动程序的一种标准。CGI在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立于设备的方式提供图形信息的描述和通信，使有经验的用户最大限度地、灵活地直接控制图形设备。它所提供的功能集包括：控制功能集独立于设备的图形对象输出功能集图段功能集输入和应答功能集产生修改、检索和显示以像素数据形式存储的光栅功能集3、CGM对文件管理的存储结构是采用何种形式？你认为应用这种结构有什么优缺点？采用生成多个与设备无关的图形定义，提供随机存取、传送、简洁定义图象的图形生成元文件的存储结构，它不是应用程序员的标准，而是为系统和系统开发而设计的，与CGI配套供用户使用。优点是：它具有通用性，即CGM应能广泛适应各种设备、应用系统。例如同一个文件即可在低分辩率的单色图形终端上输出，也可在高分辨率的多笔绘图仪上输出，或在高性能的光栅图形显示器上输出。这种结构的缺点是：它只是一个静态的图形生成元文件，即它不能产生和定义图形的动态效果，例如不能实现动态的几何变换。4、GKS、PHIGS、GI在应用程序中起的作用？试比较它们在输入输出功能上的相同和不同之处？GKS在应用程序和图形输入输出设备之间提供了功能接口，包括：控制功能、输出功能、输出属性、变换功能、图段功能、输入功能、询问功能、实用程序、元文件处理和出错处理。PHIGS向应用程序提供控制图形设备的图形系统接口，能够在系统中高效率地描述应用模型，迅速地修改图形模型的数据；并能够绘制显示修改后的图形模型。GL是工作站或UNIX上广泛应用的一个工业标准图形程序库，和PHIGS同样是提供用户与程序图形系统接口。包括基本图素、坐标变换、设置属性和显示方式、输入/输出处理、真实图形显示。相同点：三个都是提供用户与输入输出设备之间的图形系统接口的标准图形程序库。不同点：不同的数据结构可修改性属性的存储输出流水线等具体而言：GKS有6种输入功能和6种输出图素，在输入功能上可对各种设备初始化，设定设备工作方式、确定请求采样和事件输入；在输出功能上，可确定输出图形的类型PHIGS的输出流水线有5个坐标系；具有高度的动态性、输出交互性的三维图形，可以在系统中高效率地描述应用模型，迅速修改图形模型的数据，并能绘制显示修改后的图形模型GL的输入/输出处理用于启动输入输出设备，并对相应的事件队列进行处理，提供了更丰富的图元，如各种曲面。6、GKS-3D与PHIGS的主要区别是什么？用GKS-3D输出图形的过程是什么？主要区别：（1）数据结构GKS-3D：提供了单层、平面的图形数据结构其图段用来表示的是图象信息而不是图形的构造信息，其图段数据经过坐标规格化变换后，不再是定义该图段的坐标空间的数据PHIGS：其结构始终是在造型空间中定义的数据（2）可修改性GKS-3D：产生的图段，其内容不能修改，但影响图段整体特征的某些属性，如可见性、可检测性、图段的几何变换等是可以修改PHIGS：其任何结构，结构中的任何一部分元素则可以在任何时候进行修改（3）属性的存储GKS-3D：把图素属性和图素一起存入图形数据结构中，为了修改某图段中某个图素的属性，必须去除该图素的旧属性，重新生成一个新属性PHIGS：只要当遍历一个结构并要显示该结构时，其中的图素才能变成输出图素，此时，那些属性结构元素是灵活的，图形数据的修改也是容易的。（4）输出流水线GKS-3D：采用三种坐标系，用户坐标系、设备坐标系和规格化设备坐标系PHIGS：采用五种坐标系，造型坐标系、用户坐标系、观察坐标系、规格化的投影（空间）坐标系、设备坐标系过程：图素→规格化变换→图段变换→规格化裁减→视图变换→裁减操作和视图映象→工作站裁剪和变换→显示输出10、IGES和STEP有什么共同点和不同点？共同点：IGES和STEP都是与CAD/CAM系统提供中性产品数据的公共资源和应用模型，它涉及到土建工