图像学考试总结

1.什么是计算机图形学，它主要研究内容？计算机图形学是一门研究用计算机将数据转换成图形，并在专用设备上显示和处理的学科，它着重研究图形生成和处理的原理、方法和技术，是一门多学科综合应用的新技术。2.图形的构成要素和表示方法？图形的构成要素几何要素：刻画对象的轮廓、形状等；非几何要素：刻画对象的颜色、材质等。图形的表示方法点阵表示：枚举出图形中所有的点,简称为图像；参数表示：形状参数+属性参数，简称为图形。3.计算机图形系统由哪几部分组成，各自实现什么功能？硬件系统和软件系统组成4.常用的图形输入、输出设备有哪些？各有何特点？输入：键盘鼠标光笔数字化仪输出：显示器绘图仪打印机5.图形软件分为几层？各个层有什么特点？1.零层图形软件(驱动程序、接口程序)2.一层图形软件(基本子程序)3.二层图形软件(通用程序)4.三层图形软件(应用程序)6.熟悉光栅扫描显示系统的结构。7.了解分辨率、帧缓存、像素、像距等常用词语的含义。分辨率是指CRT单位长度上能分辨出的最大光点(像素)数。像素屏幕被扫描线分成n行，每行有m个点，每个点为一个像素。整个屏幕有m×n个像素。帧缓存帧缓存是一块连续的计算机存储器，用来存储动态刷新的图形图像信息。点距LCD的点距是两个液晶颗粒之间的距离，液晶面板的宽或高除以水平像素数或垂直像素数。行频:水平扫描频率为行频。帧频:垂直扫描频率为帧频。隔行扫描：先扫偶数行扫描线，再扫奇数行扫描线。显示速度：显示字符、图形、图像的速度。刷新率：LCD中每个像素都在一定的信号（电压）下持续不断的发光，直到另一个信号（电压）来到时才会改变发光强度，所以其实LCD不存在刷新率的问题。视角：可视角度。响应时间：响应时间过长将导致画面快速变化时出现残影。CRT响应时间仅为1ms，一般忽略不计。LCD的响应时间要远大于CRT显示器。但目前主流LCD都在5ms以上。亮度：亮度指画面的明亮程度，最大亮度通常由背光源来决定。一般为170～350流明（cd/m2）。桌面LCD显示器的亮度必须大于200流明才有较好的显示画面。对比度：指屏幕上同一点最亮时（白色）与最暗时（黑色）的亮度的比值。高对比度意味着有相对较高的亮度和艳丽程度。8.OpenGL包含哪些类库？OpenGL核心库（GL），OpenGL实用库（GLU）OpenGL辅助库（GLAUX），OpenGL工具库（GLUT）OpenGL对窗口系统的扩展（WGL，等等）9.直线的常用生成算法有几种？逐点比较法(模拟)、数值微分法(DDA算法)、中点画线法和Bresenham算法（插值）等10.直线的属性有哪些？直线的属性包括线型、线宽和线的颜色等11.圆弧生成的常用算法有哪些？逐点比较算法（四分之一圆周）Bresenham算法（八分之一圆周）12.解释：逼近、插值、控制点、型值点等名词1)插值、逼近和拟合插值：给定一组有序的数据点Pi(i=0，1，2n)，通过建立数学模型构造一条曲线，使其顺序通过数据点,，所构造的曲线称为插值曲线。逼近：通过建立数学模型，要求构造的曲线在某种意义下最为接近给定的数据点，称为对这些数据点进行逼近，所构造的曲线称为逼近曲线。拟合：插值和逼近方法的统称。2)型值点和控制点型值点:通过测量或计算得到的曲线上描述曲线几何形状的数据点。控制点:用来控制或调整曲线形状的形状特殊点，而曲线本身不通过该点。13.解释名词：区域、区域填充、种子、活性边。区域：一组相邻而且又相连的像素，而且具有相同属性的封闭区域。区域填充：在区域内确定种子，并将这种属性扩展到整个区域的过程。种子：具有一定填充属性单位的像素或像素组合。活性边：与当前扫描线相交的边界线的边。14.掌握区域内点的测试方法.射线法累计角度法15.能准确区分区域的连通性4连通区域：从区域上的一点出发，通过访问已知点的4邻接点，在不越出区域的前提下，遍历区域内的所有象素点。8连通区域：从区域上的一点出发，通过访问已知点的8邻接点，在不越出区域的前提下，遍历区域内的所有象素点。16.理解掌握区域、扫描线、边界连续性。区域的连续性：同一区间上的像素取同一颜色属性扫描线的连续性：当前扫描线与各边的交点顺序与下条扫描线与各边的交点顺序可能相同或类似边界的连续性：某条边与当前扫描线相交，也可能与下条扫描线相交17.解释名词：影线填充、图案填充影线填充：用一组等距离的平行线(其各段的起、终端点位于区域边界上)填充区域的过程。图案填充：是在区域内填充有规律的图形组合，而图形可以分解成一族或数族不同类型的线型组合。18.图形系统中常用的字符有哪四种？常用的字符有：①ASCII码②汉字字符③其它字符④其它工程专用符号。19.字符生成方法哪几种方式？字符生成方法有点阵式、矢量式和编码式。20.常用的反走样技术有哪些？1提高分辨率（过取样,或后滤波）1）从硬件考虑提高分辨率2）从软件考虑提高分辨率2区域取样(或前滤波）1）简单的区域取样2）加权区域取样21.什么是实体？实体有哪些属性？实体：空间点的集合，或由封闭表面围成的空间，是非空、有界的封闭的点集。．实体的性质：形状不变性：一个实体必须具有不变的形状，形状与实体的位置与方向无关。维度一致性：实体的各个部分均应是三维的，不存在孤点、悬边等。空间有限性：占有有限空间、边界确定且封闭。22.构成实体的基本元素有哪些？描述实体的信息哪几部分？基本元素有：点、边、环、面、体描述实体的几何信息、拓扑信息23.欧拉公式是判断实体的条件和公式是什么？符合欧拉公式的多面体不一定是实体，欧拉计算公式只是检查实体有效性的必要条件简单多面体：V：顶点数，E：边数，F：表面数V-E+F=2非简单多面体：H：多面体表面上孔个数G：贯穿多面体的孔个数C：表示独立、不相连的多面体数。V–E+F–H=2(C–G)24.实体的表示方法有几种？边界表示扫描表示构造实体几何表示(CSG)空间细分表示25.齐次坐标的定义是什么？用n+1维矢量表示n维矢量的方法，称为齐次坐标表示法，n+1维空间的坐标被称为齐次坐标。26.基本交互技术包括那些技术？定位选择数值输入和文本输出27.图形拾取的方式有哪几种？点拾取直线段拾取区域拾取加速图形拾取28.什么是橡皮筋和双缓存技术？二者有何关系？橡皮筋技术橡皮筋是指在绘图时跟随光标的直线和曲线，当光标移动时形状随之变化即体现动态变化的过程.双缓存技术在内存中另建一块缓存，当屏幕上图形发生改变时，帧缓存的刷新会在后台执行，在屏幕上看到的只是刷新后并重新绘后的图形，屏幕变化就会连贯柔和。29.什么是图元组？将一组相关的图元合并成的组20.几何约束主要包括哪几种约束？定位约束、方向约束、规则性约束31.消隐算法可以分成几类？分类原则是什么？1)根据消隐对象：①线消隐②面消隐2)根据消隐算法空间：①物体空间消隐算法②图像空间消隐算法消隐：消除形体视图中隐藏线（面）的处理过程消隐的基本原则排序连贯性32.解释外法线、朝前面、凸多边形。凸多边形:多边形任意两点连线均位于多边形内部。外法线：由形体内部指向外部，或由形体表面指向外部空间的线。朝前面：表示表面法线朝前，该表面可见；背向面：表示表面法线向后，该表面不可见；33.解释：光照模型、泛光、纯镜面反射光光照模型在已知物体物理形态和光源性质的条件下，能够计算出场景的光照明效果的数学模型入射光=漫反射光+镜面反射光+环境光环境光（泛光）光源间接对物体的影响，是在物体和环境之间多次反射，最终达到平衡时的一种光。特点：来源于各个方向。漫反射光光照射到粗糙、无光泽表面的光现象.特点：来源一个方向，向各个方向反射。镜面反射光光照射非常光滑的物体表面的光现象特点：光源来自一个方向，反射光集中在反射方向投影是将n维的点变换成小于n维的点。或：(对三维)通过光线照射，把空间物体投射到平面上，产生平面图形投影分类中心投影平行投影窗口区用户把用户域中指定任意的区域输出到屏幕上的区域屏幕域图形设备上用来输出图形的最大区域，它是有限的、不连续的整数域窗口向视区变换公式：Xv=a*Xw+bYv=-c*Yw+d(比例和平移变换)窗口在用户域上，是连续实数域无界视区在屏幕域上不连续的整数域有界下面是五个算法：Bresenham算法（看似很长，其实不难，几个的式子加减）原理：过各行各列像素中心构造一组虚拟网格线，按直线从起点到终点的顺序计算直线与各垂直网格线的交点，然后确定该列像素中与此交点最近的像素。算法分析：设直线从起点（x1,y1）到终点(x2,y2)。直线方程：y=x.dy/dx。其中dy=(y2-y1)，dx=(x2-x1)设Pi-1坐标(p,q)，Si坐标(p+1,q)，Ti的坐标（p+1,q+1)，得s=(p+1)·dy/dx-qt=(q+1)-(p+1)·dy/dx则：s-t=2·(p+1)·dy/dx-2q-1即：dx(s-t)=2(p·dy-q·dx)+2dy-dx将p=xi-1，q=yi-1代入，di=2·xi-1·dy-2·yi-1·dx+2dy-dx而di+1=2·xi·dy-2·yi·dx+2dy-dxdi+1－di=2·dy（xi－xi-1）－2·dx（yi－yi-1）在计算时令xi－xi-1=1可得：di+1=di+2·dy－2·dx（yi－yi-1）若di≥0，选Ti，yi=yi-1+1，xi=xi-1+1,则di+1=di+2（dy－dx）若di＜0，选Si，yi=yi-1，xi=xi-1+1,则di+1=di+2dy工作流程：①直线起点赋予动点P(x,y)；②求端点坐标差：dx和dy；③求出循环总步数N起点处的di的值；④循环计算中间插值点坐标：若当前步数≥N，程序结束。否则：显示当前点P；若di大于0，y坐标加1；计算当前的di值；x坐标加1。（只有背了！）区域填充扫描线填充算法原理：利用区域的连续性、扫描线的连续性、边界连续性工作流程：1)把区域边界顶点按Y坐标排序；2）确定扫描线的区间；3）构建边界边的活性边表；4）求交点；5）交点排序；6）交点配对；7）填充颜色直线编码裁剪算法原理：把窗口边界延长分成9个区，每个区用四位二进制数进行编码，其含义如下：排位从左开始：第1位为1,端点在yT上,即yyT第2位为1,端点在yB下,即yyB第3位为1,端点在xR右,即xxR第4位为1,端点在xL左,即xxL否则，相应位置为0。其实也就是中间102上面9810最下5461如果线段两个端点的4位编码全为0，则此线段在窗口内，可直接输出2若线段两端点的编码逻辑与（位乘）不为0，则线段全部在窗口之外，舍弃3除上之外，线段与窗口有交点，求交点求交①求直线与窗口边界的交点，用交点分割线段，舍弃交点以外部分②以交点为界进一步求交判断，并进行分割；③裁剪的次序：按编码值④结束标志：编码值全部为零。如图求出交点p3p4舍弃线段p1p3和线段p4p2剩下的线段p3p4就全在窗口中了。工作流程：（老师没给，网上也没有，自己写的）1把窗口边界延长分成相应区，每个区用四位二进制数进行编码2把段两端点的编码逻辑与运算3相与结果为零则线段在窗口内部4否则求线段与窗口边界交点舍弃窗口外面部分。外法线消隐算法原理：设视线矢量为v外法线矢量为NN与v夹角为a形体表面的外法线方向：由形体内部指向外部，或由形体表面指向外部空间。据投影几何的规定：视方向一般取v={0,1,0}，该方向和Y轴的正方向相同。用表面外法线在Y轴上的分量的值，作为判断表面可见性的标准。设表面的外法线矢量：N=Ai+Bj+Ck，与坐标轴的方向角分别为α、β和γ，方向余弦为cosα、cosβ和cosγ。1)表面外法线与可见性①当0≤a90°时，表示表面法线朝前（即朝前面），该表面可见；②当90°a≤180°时，表示表面法线向后，（即背向面），该表面不可见；③当a=90°时，表面法线和视方向垂直，该表面积聚为一条线。2)表面外法线的表示N=AB×BC或N=AC×BD（ABCD逆时针）外法线N的代数形式AB={(xB-xA)(yB-yA)(zB-zA)}BC={(xC-xB)(yC-yB)(zC-z