2016年春《计算机图形学》作业(答案)

本作业题共7页，第1页2016年北京大学现代远程教育《计算机图形学》作业题注意事项：1.本作业题中所标注的章节均以学习指导和课件为准；2.作业请独立自主完成，不要抄袭。一、填空题1．（第1章）图形是由点、线、面、体等几何要素和明暗、灰度（亮度）、色彩等非几何要素构成的，从现实世界中抽象出来的带有灰度、色彩及形状的图或形。2.（第2章）一个计算机图形系统至少应具有计算、存储、输入、输出、交互等基本功能；3.（第2章）光栅扫描图形显示器是画点设备，显示一幅图像所需要的时间等于显示整个光栅所需的时间，而与图像的复杂程度无（填“有”或“无”）关；4.（第3章）在计算机图形学中，多边形有两种重要的表示方法：顶点表示和点阵表示。5.（第3章）多边形填充的扫描线算法先求出扫描线与多边形边的交点，利用____扫描线的连续性求出多边形与扫描线相交的连续区域，然后利用多边形边的连续性，求出下一条扫描线与多边形的交点，对所有扫描线由下到上依次处理。6.（第3章）将区域内的一点(种子)赋予给定的颜色，然后将这种颜色扩展到整个区域内的过程叫区域填充；区域的表示方法有内点表示和边界表示两种。7.（第4章）常用坐标系一般可以分为世界坐标系、局部坐标系、观察坐标系、设备坐标系、标准化设备坐标系。8.（第4章）对于基本几何变换，一般有平移、旋转、反射和错切等。这些基本几何变换都是相对于坐标原点和坐标轴进行的几何变换。9.（第4章）在三维空间中的物体进行透视投影变换，最多可能产生3个主灭点。10.（第6章）根据输入数据的不同性质，图形核心系统(GKS)和三维图形系统本作业题共7页，第2页(PHIGS)把输入设备在逻辑上分成以下几类：定位___设备、笔画__设备、定值设备、选择设备、拾取设备、字符串设备。11.（第7章）隐藏面和隐藏线的消除有两种基本的算法，一种是基于图像空间的方法，一种是基于物体空间的方法。12.（第7章）扫描线z缓冲器算法所用到的数据结构包括一个多边形y筒、一个边y筒、一个多边形活化表__、一个边活化表___；13.（第8章）通常，人们把反射光考虑成3个分量的组合，这3个分量分别是_环境光反射、漫反射和镜面反射。14.（第8章）为了解决由多个平面片近似表示曲面物体的绘制问题，人们提出了各种的简单算法，其中最具代表性的两种方法：Gouraud光亮度插值技术和Phong法向量插值技术。15.（第9章）对于三次多项式曲线，常用四个几何条件进行描述：两端点的位置P0=P(0)和P1=P(1)；两端点的切矢量和；那么参数曲线的多项式表示为，其中，F0(t)=___13223tt__，F1(t)=__2332tt___，G0(t)=__ttt232___，G1(t)=____23tt___。二、选择题1.（第2章）下列不属于图形输入设备的是____D____；A．键盘B.鼠标C.扫描仪D.打印机2.（第2章）计算机系统中的图形设备中，用来完成对图形的描述、建立、修改等各种计算，并对图形实现有效的存储的是___A____;A.中央处理器B.图形显示设备C.图形绘制设备D.图形输出设备3.（第2章）通过图形数据库存放各种图形的几何数据及图形之间的相互关系；实现对图形的删除、增加、修改等操作，这是计算机图形系统的______C_______功能；A.计算B.仿真C.存储D.交互4.（第2章）CRT显示器需要不断刷新的原因是_____D_______;本作业题共7页，第3页A.电子束强度不够B.显示的图像在不断变化C.荧光物质的亮度不够D.荧光物质的亮度会逐渐衰减5.（第2章）位面数为16，分辨率为1024*1024的光栅扫描图形显示器，帧缓存容量为_____C______;A．512KBB.1MBC.2MBD3MB6.（第2章）采用颜色查找表可以提高灰度级别，具有8位帧缓存和10位颜色查找表的光栅显示器，可有_____1024_____灰度等级，但每次只有_____256____个不同灰度等级可用。BA.256,1024B.1024,256C.1024,1024D.2562567.（第2章）下列关于光栅扫描显示器的性能指标的说法，错误的是___B______；1)分辨率越高，相邻像素点之间的距离越小，显示的字符或图像就越清晰2)刷新频率越高，图像闪烁和抖动的就越厉害3)点距越小，显示出来的图像越细腻，其成本越高4)行频是指电子枪每秒在屏幕上扫描过的行数，行频越大越好，至少要达到50KHz5)亮度等级范围的提升可以使图像看上去更加柔和自然6)显示速度指显示字符、图形，特别是动态图像的速度，与显示图形的复杂程度有关A．1),3),6)B.2),4),6)C.3),4),5)D.1),2),5)8.（第3章）使用Bresenham直线生成算法画一条直线：起点和终点分别为A（15，12）和B（30，18），则起点的下一个点的坐标(x,y)和误差p分别为___B_____；A.(x,y)=(16,13)，p=9B.(x,y)=(16,12)，p=9C.(x,y)=(16,13)，p=-21D.(x,y)=(16,12)，p=-219.（第3章）下列对于多边形填充的扫描线算法，对于边y筒ET和边的活化链表AEL的描述，错误的是___C_____B;1)AEL是根据ET生成的；AEL中要删掉ymax＝yj的边；2)ET的第二项为某边斜率的倒数；3)在做奇异点处理时，当该边最大y值对应的顶点为非极值点时，边记录的第一项：ymax=ymax+1；本作业题共7页，第4页4)ET对水平边不需要进行登记；A．1),2)B.2),3)C.3),4)D.1),4)10.（第4章）在图形的处理过程中，每个图形模型都有自己的坐标系，这个坐标系称为_____B_______。A．世界坐标系B．局部坐标系C．观察坐标系D．设备坐标系11.（第4章）下列有关平面几何投影的叙述语句中，正确的论述为_____D_____B。A．在平面几何投影中，若投影中心移到距离投影面无穷远处，则成为平行投影；B．透视投影与平行投影相比，视觉效果更有真实感，而且能真实地反映物体的精确的尺寸和形状；C．透视投影变换中，一组平行线投影在与之平行的投影面上，可以产生灭点；D12.（第6章）在___C____模式下，输入过程和应用程序并发运作。所有输入数据都被存放在一个队列中；A．请求B.样本C.事件D.混合13.（第8章）对于漫反射光，各点的反射光强度与____D____无关。A．点光源强度、入射角B．物体表面的反射系数C．物体各面的朝向D．观察者的观察位置14.（第8章）下列有关简单光反射模型的描述语句中，错误的论述为___B_____A．简单光反射PhongB．在简单光反射模型中，假定光源是点光源，而且仅仅关注物体表面对光的镜面反射作用；C．简单光反射模型主要考虑物体表面对直射光照的反射作用；D．在简单光反射模型中，对物体间的光反射作用，只用一个环境光变量做近似处理。本作业题共7页，第5页15.（第8章）在光亮度插值算法中，下列论述错误是____C____A．Gouraud明暗模型和Phong明暗处理模型主要是为了处理由多个平面片近似表示曲面物体的绘制问题；B．Gouraud明暗处理计算中，多边形与扫描平面相交区段上每一采样点的光亮度值是由扫描平面与多边形边界交点的光亮度插值得到的；C．Phong明暗处理计算中，采用了双线性插值和构造法向量函数的方法模拟高光；D．Phong明暗模型处理的物体表面光亮度会呈现不连续跃变；三、判断题1.（第2章）彩色CRT显示器，通过各个电子枪的电流强度，可改变相应荧光点的亮度，即合成色中所占的比例，达到改变颜色的效果；√2.（第2章）光栅扫描图形显示器可直接从单元阵列中的一个可编制地址的像素画一条直线到另一个可编制的像素；×3.（第3章）Bresenham直线生成算法简单，实现容易，但由于在循环中涉及实型数的运算，因此生成直线的速度较慢；×4.（第3章）圆弧的生成算法中，正负法在候选的两个像素中，总是选离圆弧最近的像素为圆弧的一个近似点，因此，它比Bresenham算法决定的像素更合理；×5.（第3章）边界标志算法生成的边界可以是不封闭的，但必须在一条扫描线上有偶数个具有边界颜色的点，并且区域内不能有边界颜色；√6.（第3章）对于区域的连通性来说，4连通区域也可理解成8连通区域，即4连通能达到的8连通肯定能达到，4连通只是8连通的一种特殊情况；√7.（第6章）所谓“网格技术”，就是在每一条线段周围假想有一个区域，光标中心落在这个区域内时，就自动地被直线上最近的一个点所代替；×8.（第8章）通常将环境光产生的效应简化为它在各个方向都有均匀的光强度，即当环境光从物体表面反射出来时，无论是从哪一点上反射出来的，只要能到达视点，那么我们看到的光就有同一强度。√9.（第8章）镜面反射光的会聚指数的取值与表面粗糙程度有关。会聚指数越小，本作业题共7页，第6页表面越平滑，会聚指数越大，表面越毛糙。×10.（第8章）采用Gouraud明暗处理，不能正确地模拟高光，并且所绘制画面会诱发马赫带效应。√四、简答题1.（第1章）简述计算机图形学的主要应用领域。答：计算机辅助设计与制造、地理信息系统、科学计算可视化、计算机动画、计算机艺术、计算机模拟和仿真、虚拟现实2．（第2章）简述单色液晶显示器的工作原理？答：单色液晶显示器主要由玻璃板、偏光板、电极、背光板几部分组成。在液晶显示器中，液晶是灌入两个列有沟槽的上下夹层之间的。这两个夹层上的槽互相垂直（相交成90度）。接近上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排列，而接近下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向来排列，因此位于两个夹层之间的液晶分子被强迫处入一种90°扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时最终也被扭转90°,从而可以形成一条完整的光线穿透路径。但当液晶上加一个电压时，分子不再按照正常的方式排列，而变成竖立的状态，使光线不发生任何扭转而无法通过。玻璃板和液晶材料之间是透明电极，电极分为行电极和列电极，在行和列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，从而改变屏幕上相应像素的亮度。背光板发出的光线穿过第一层偏振过滤层后进入液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。通过电极上电压的改变，改变液晶的扭转状态，相应改变光线的行进方向，从而决定相应像素的亮度。液晶材料在这里作用类似一个小的光阀。3.（第2章）简述激光打印机的工作原理？答：激光打印机主要由感光鼓、粉盒、打底电晕丝和转移电晕丝等组成。1)激光打印机开始工作时，感光鼓旋转通过打底电晕丝，使整个感光鼓的表面带上电荷。本作业题共7页，第7页2)打印数据从计算机传至打印机，打印机先将接收到的数据暂时存放在缓存中，当接收到一段完整的数据后再发送到打印机处理器。3)打印机处理器将打印数据转换成可以驱动打印引擎动作的类似数据表的信号组（对于激光打印机来说，这些信号组就是驱动激光头工作的一组脉冲信号），然后将其发送至激光发射器。发射器发射的激光照射在多棱反射镜上，反射镜的旋转和激光的发射同时进行，依照打印数据来决定激光的发射或停止。每个光点打在反射镜上，随着反射镜的转动，不断变换角度，将激光点反射到感光鼓上。4)感光鼓上被激光照到的点将失去电荷，在感光鼓表面形成一幅肉眼看不到的磁化现象。感光鼓旋转到上粉盒，其表面被磁化的点将吸附碳粉，从而在感光鼓上形成将要打印的碳粉图像。打印纸从感光鼓和转移电晕丝之间通过，转移电晕丝将产生比感光鼓上更强的磁场，碳粉受吸引从感光鼓上脱离，向转移电晕丝方向移动，结果是在不断向前运动的打印纸上形成碳粉图像。打印纸继续向前运动，通过高温的溶凝部件，定型在打印纸上，产生永久图。同时，感光鼓旋转至清洁器，将所有剩余在感光鼓上的碳粉清除干净，开始下一轮工作4.（第3章）简述扫描线种子填充算法的基本思想和基本步骤；答：从给定的种子点开始，先填充当前扫描线上种子点所在的区间，然后确定与这一区间