计算机图形学完整复习资料

计算机图形学第一章1.计算机图形学（ComputerGraphics）计算机图形学是研究怎样利用计算机来生成、处理和显示图形的原理、方法和技术的一门学科。2.计算机图形学的研究对象——图形通常意义下的图形：能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。计算机图形学中所研究的图形从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。3.图形的表示点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。通常把参数法描述的图形叫做图形（Graphics）把点阵法描述的图形叫做图象（Image）4.与计算机图形学相关的学科计算机图形学试图从非图象形式的数据描述来生成（逼真的）图象。数字图象处理旨在对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果。计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术。特征数据、结构数据计算机图形学计算机视觉图象信号数字图象处理图1-1图形图象处理相关学科间的关系5.酝酿期（50年代）阴极射线管(CRT)萌芽期（60年代）首次使用了“ComputerGraphics”发展期（70年代）普及期（80年代）光栅图形显示器提高增强期（90年代至今）图形显示设备60年代中期，随机扫描的显示器60年代后期，存储管式显示器70年代中期，光栅扫描的图形显示器。图形硬拷贝设备打印机绘图仪图形输入设备二维图形输入设备三维图形输入设备6.图形软件标准与设备无关、与应用无关、具有较高性能7.计算机图形学的应用1、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）2、计算机辅助绘图3、计算机辅助教学（CAI）4、办公自动化和电子出版技术(ElectronicPublication)5、计算机艺术6、在工业控制及交通方面的应用7、在医疗卫生方面的应用8、图形用户界面8.计算机图形系统的功能9.图1-2图形系统基本功能框图显示器交互输出计算输入存贮数据库图形输出设备图形输入设备10.计算机图形系统的结构图形硬件图形软件图形应用数据结构图形应用软件图形支撑软件图形计算机平台图形设备图形系统图1-3计算机图形系统的结构11.人机交互按着用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做-一致性12.真实感图形的生成：场景造型→取景变换→视域裁剪→消除隐藏面→可见面光亮度计算第二章1.图像扫描仪(Scaner)灰度或彩色等级被记录下来，并按图像方式进行存储。2.阴极射线管（CRT）3.液晶显示器——原理液晶分子的排列在微弱的外部电场、磁场或者应力、温度变化等作用下非常容易改变。当液晶分子的某种排列状态在电场作用下变为另一种状态时，液晶的光学性质随之改变，这种产生光被电场调制的现象称为液晶的电光效应。液晶显示器——彩色液晶显示器利用在一侧的玻璃基板上加上一个彩色滤光片（CF，ColorFilter）实现彩色。彩色滤光片上均匀分布着红、绿、蓝色小点，每个小点有各自不同的灰度，相邻的一组RGB小点构成一个基本的彩色显示单元，即一个像素。4.像素点是指图形显示在屏幕上时候，按当前的图形显示分辨率所能提供的最小元素点。5.像素：是指在由一个数字序列表示的图像中的一个最小单位，称为像素。像素仅仅只是分辨率的尺寸单位，是基本原色素及其灰度的基本编码。屏幕分辨率，也称为光栅分辨率，它决定了显示系统最大可能的分辨率，任何显示控制器所提供的分辨率也不能超过这个物理分辨率。通常用水平方向上的光点数与垂直方向上的光点数的乘积来表示。显示分辨率是计算机显示控制器所能够提供的显示模式分辨率，实际应用中简称为显示模式。对于文本显示方式，显示分辨率用水平和垂直方向上所能显示的字符总数的乘积表示。对于图形显示方式，则用水平和垂直方向上所能显示的象素点总数的乘积表示。显示分辨率不同，它所对应的象素点大小也不同。5.帧缓存大小的计算：x方向的像素点数×y方向的像素点数×log2n/8（BYTE）其中：n为颜色数或灰度等级数6.屏幕上一个象素点就对应帧缓存中的一组信息。组合像素法（PackedPixelMethod）：一个图形象素点的全部信息被编码成一个数据字节颜色位面法（ColorPlaneMethod）：帧缓存被分成若干独立的存储区域，每一个区域称为一个位面7.OpenGL一个跨平台开放式图形编程接口。应用软件OpenGL窗口系统操作系统图形硬件颜色管理，使用RGB颜色模型。一种颜色用红、绿、蓝三种颜色成分混合而成，每种颜色成分使用0.0到1.0之间的任意有效浮点数来表示颜色值。第三章1.用户接口设计特点：易于被用户理解并接受；易于操作、使用；高效率、可靠性和实用性。1用户模型2显示屏幕的有效利用3反馈4一致性原则：按用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做。5减少记忆量：重要的原则是唤醒用户的识别而不是记忆。6回退和出错处理7联机帮助8视觉效果设计9适应不同的用户老师PPT上的内容第一章提出问题1、什么是计算机图形学？计算机图形学（ComputerGraphics）计算机图形学是研究怎样利用计算机来生成、处理和显示图形的原理、方法和技术的一门学科。2、计算机图形学研究的对象是什么？计算机图形学的研究对象——图形通常意义下的图形：能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。3、图形的表示？点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。通常把参数法描述的图形叫做图形（Graphics）把点阵法描述的图形叫做图象（Image）4、计算机图形处理系统的构造？图1-2图形系统基本功能框图显示器交互输出计算输入存贮数据库图形输出设备图形输入设备图形硬件图形软件图形应用数据结构图形应用软件图形支撑软件图形计算机平台图形设备图形系统图1-3计算机图形系统的结构5、计算机图形学的确立发展？酝酿期（50年代）阴极射线管(CRT)萌芽期（60年代）首次使用了“ComputerGraphics”发展期（70年代）普及期（80年代）光栅图形显示器提高增强期（90年代至今）总体特征：技术发展、需求驱动6、与计算机图形学相关的学科？计算机图形学试图从非图象形式的数据描述来生成（逼真的）图象。数字图象处理旨在对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果。计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术。特征数据、结构数据计算机图形学计算机视觉图象信号数字图象处理图1-1图形图象处理相关学科间的关系7、计算机图形学的应用1、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）2、计算机辅助绘图3、计算机辅助教学（CAI）4、办公自动化和电子出版技术(ElectronicPublication)5、计算机艺术6、在工业控制及交通方面的应用7、在医疗卫生方面的应用8、图形用户界面8、人机交互是让计算机服务并适应于人类的需要，而不是强迫人类去适应计算机。按着用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做-一致性9、虚拟现实由计算机生成的一个实时三维空间。使用户产生一种身临其境的感觉。习题1.名词解释：图形、图象、点阵法、参数法、2.图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？3.什么叫计算机图形学？分析计算机图形学、数字图象处理和计算机视觉学科间的关系。4.有关计算机图形学的软件标准有哪些？核心图形系统CGS(CoreGraphicsSystem)计算机图形接口CGI(ComputerGraphicsInterface)；计算机图形元标准CGM(ComputerGraphicsMetafile);5.一个交互性计算机图形系统必须具有哪几种功能？其结构如何？6.试列举你所知道的图形输入与输出设备。7.你用过哪些图形软件包？对比它们的功能和特点。第三章1、如何在指定的输出设备上根据坐标描述构造基本二维几何图形（点、直线、圆、椭圆、多边形域、字符串及其相关属性等）。图形的生成：是在指定的输出设备上，根据坐标描述构造二维几何图形。图形的扫描转换：在光栅显示器等数字设备上确定一个最佳逼近于图形的象素集的过程。2、区域填充实面积图形:封闭图形（或有界表面），在其封闭的面积上（轮廓内）具有相同的亮度或色彩，这意味着要让计算机填充光栅扫描图形显示器（点阵图形显示器）中封闭面积上的每一个显示点（像素点）。实面积图形的生成可分为两大类：(1)多边的填充：即实面积图形的轮廓用其封闭多边形的顶点坐标数据来描述定义（简称实面积图形的图形表示法），在其封闭的多边形内部填充用户指定的颜色；（2）种子填充：即用点阵方式描述定义实面积图形，这个图形的实面积由用户指定的点阵颜色包围或组成（简称实面积图形的图像表示法），在图形的实面积上填充用户指定的颜色，其中这个指定的第一个填充点又称为种子。由于种子填充算法原则上属图像处理方法，故不在此讨论。第五章图形的几何变换是指对图形的几何信息经过平移、比例、旋转等变换后产生新的图形，是图形在方向、尺寸和形状方面的变换。图形几何变换的目的：是用已有的简单图形构造复杂图形1、如何对二维图形进行方向、尺寸和形状方面的变换齐次坐标齐次坐标表示就是用n+1维向量表示一个n维向量。规范化齐次坐标表示就是w=1的齐次坐标表示。1平移变换平移是指将p点沿直线路径从一个坐标位置移到另一个坐标位置的重定位过程。平移是一种不产生变形而移动物体的刚体变换（rigid-bodytransformation）1010001yxTT2比例变换比例变换是指对p点相对于坐标原点沿x方向放缩Sx倍，沿y方向放缩Sy倍。其中Sx和Sy称为比例系数。1000000yxSS3旋转变换二维旋转是指将p点绕坐标原点转动某个角度（逆时针为正，顺时针为负）得到新的点p’的重定位过程。逆时针旋转θ角1000cossin0sincos4对称变换(1)关于x轴对称100010001(2)关于y轴对称100010001(3)关于原点对称100010001(4)关于y=x轴对称100001010(5)关于y=-x轴对称1000010105错切变换错切变换（主要用于三维图形变换），也称为剪切、错位变换，用于产生弹性物体的变形处理。错切变换是指图形沿某坐标方向产生不等量的移动而引起图形变形的一种变换。错切变换（主要用于三维图形变换），也称为剪切、错位变换，用于产生弹性物体的变形处理。1000101cb2、如何方便地实现在显示设备上对二维图形进行观察3、如何输出二维图元及其输出属性4、例题结论图形在坐标系中的放大等效于图形保持不变而让坐标系刻度尺寸缩小；图形在坐标系中沿坐标轴正向移动等效于图形保持不变而让坐标系沿坐标轴负向移动；图形在坐标系的正向旋转等效于图形保持不变而让坐标系负向旋转；图形相对X轴进行反射变换等效于该图形保持不变而让Y轴自身发生反射变换等。这一结论对计算机图形学分析非常有用。由此结论可知，表示坐标系变换所需要的矩阵就是在坐标系中反向变换这些点所需要的矩阵。第六章平面几何投影平行投影透视投影正投影斜投影三视图正轴测斜等测斜二测正等测正二测正三测主视图侧视图俯视图一点透视二点透视三点透视图7-3平面几何投影的分类第七章OpenGL（全写OpenGraphicsLibrary）是指定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业的图形程序接口。它用于三维图像（二维的亦可），是一个功能强大，调用方便的底层图形库。第八章提出问题如何设计一个好的用户接口为什么要定义逻辑输入设备交互式绘图技术有哪些？1、用户接口最重要的就是高效率和对用户的友好性显示屏幕的有效利用1.信息显示的布局合理性。2.充分而又正确地使用图符3.恰当地使用各种表示方法进行选择性信息显示。一致性原则1.按用户认为最正常、最