计算机图形信息处理复习题

计算机图形信息处理复习题一、简述题1.什么是计算机图形学？试述计算机图形学研究的基本内容及主要应用领域。

计算机图形学（Computer Graphics，简称CG）是计算机应用领域中的一个重要研究方向，目前尚属一门新兴的学科。

计算机绘图技术在科学研究、工程设计和生产实践中得到了广泛的应用。

人们在不断解决所提出的各种新问题的同时，又进一步丰富了这门学科的内容，推动了这门学科的发展。

计算机绘图显著提高了绘图的速度和精确度，把工程技术人员从繁琐的手工制图中解放出来，同时由于计算机的快速图形显示可以实现对目标的实时跟踪和控制，因此，利用计算机绘图已成为必然的趋势。

简单地讲，计算机图形学是研究计算机绘图的一门学科，它建立在传统的图学理论、应用数学及计算机科学基础上的一门边缘学科。

但是这样往往容易使人们将计算机图形学与计算机图像处理（Image Processing）混淆，因为这两者输出结果都是图形或图像。

因此，可以对计算机图形学作如下定义（国际标准化组织ISO的定义）：“计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专用显示设备上显示的原理、方法和技术的学科”。

4．计算机图形学研究的内容计算机图形学是计算机科学中一个比较年轻的分支学科，它的核心技术是如何建立所处理对象的模型并生成该对象的图形。

其主要的研究内容大体上可以概括为如下几个方面。

（l）几何模型构造技术（Geometric Modelling）。

（2）图形生成技术（Image Synthesis）。

( 3) 图形的操作与处理方法（Picture Manipulation）。

(4) 图形信息的存储、检索与交换技术。

如图形信息的各种表示方法、组织形式、存取技术、图形数据库的管理、图形信息通信等。

(5) 人机交互及用户接口技术。

（6）动画技术。

(7) 图形输出设备与输出技术。

（8）图形标准与图形软件包的技术开发。

2．计算机图形学的应用领域计算机图形学有着广泛的应用领域，特别是近年来随着对计算机图形学原理的不断研究和新技术的不断产生，使得它深入到生产、科研、教学及生活等领域，目前主要应用在如下领域。

（1）计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）（2）事务管理中的交互式绘图（3）地理信息系统（4）办公自动化和电子出版技术（5）系统模拟（6）计算机辅助教学（CAI）（7）过程控制（8）计算机动画（9）计算机艺术2.试述计算机图形学与CAD、CAM技术的关系，举三个计算机图形学应用的例子。

3．计算机绘图与CAD／CAM技术的关系CAD和 CG二者主要是用于工程设计、制图阶段，对于实际的生产和加工而言，它们还只是一个初级阶段。

然而，除了现代化设计、自动绘图以外，人们更希望能够自动化地加工、生产，所以CAM技术正是为达到这一目的而提供的一个重要手段。

CAM通过计算机直接控制加工设备，使它能自动地加工产品，并且由这种方法加工出的产品在数量和质量上都远远优于人工加工制造的产品。

CAM一般过程是：先由CAD技术和计算机图形软件产生一个完整的并符合加工要求的数控语言，通过这种语言去控制那些数控机床、数控切割机等，从而使CAD自动绘图和CAM成为一体。

应当说计算机绘图是CAD的基础，而计算机绘图与CAD又共同构成了CAM的基础。

它们三者关系如图7所示。

图7 CG、CAD、CAM关系可自编，例如，各种机械零件加工、集成电路光刻和印制电路板的钻孔等。

3.试述计算机图形软件标准化的意义。

2．计算机图形软件的几种类型目前，计算机图形软件有多种不同类型，主要有以下几种。

（l）用现有的某种高级语言写成程序包，用户使用该语言调用需要的子程序生成各种图形。

由于用的是高级语言，所以编程并不困难，且具有便于移植推广的优点，但执行速度较慢，效率较低。

这类图形系统很多，如图形软件标准化的典型规范GKS和CORE文本就是采用程序包的形式。

(2) 将某种高级语言的功能加以扩充，使其具有图形生成功能。

为此必须熟悉该高级语言的编译系统才能正确地扩充。

这种方法实现起来工作量较大，难以移植。

其优点是系统比较简练、紧凑、执行速度快。

现在许多高级语言已经扩充，并具备了屏幕图形的生成功能，如 BASIC、Pascal、Turbo C、 Borland C＋＋、Java等。

(3 )对于某种类型的设备可以配置专用的图形生成语言。

其优点是功能强，执行速度快。

事实上目前大多数绘图仪都配备了相应的图形生成语言。

比较著名的有GL（Graphics Language）语言。

PL（ Ploting Language）语言和Dxy语言。

由于这些语言都是与设备相关的，因此难以在不同类型的设备上使用。

目前各种设备的原理、功能差异很大，难以统一，这就使得图形系统的开发处于重重困难之中。

(4) 为了克服上述矛盾，就要求产生一种通用的与设备无关的图形软件，这就是图形软件标准化问题。

为此 1997年美国计算机协会 ACM（Association for Computing Machinery）提出了核心图形系统（Core Graphics System）规范，即原西德提出了图形核心系统 GKS（Graphics Kernel System）。

制定标准的目的是考虑到程序的可移植性。

当使用具体图形设备时只要和这个“标准”的图形系统作一个“接口”即可。

多年来人们对图形软件所涉及的算法做了大量的研究工作，都是为了提高速度，节省内存。

当然在计算机图形学中仍存在许多问题，如像素的拼合、几何造型、隐藏线隐藏面的消除等，这些问题正等待人们去作深入的探索和研究。

目前有的公司正力图用硬件来实现图形软件的有关算法，以提高效率。

3．计算机图形学的发展趋势当前，计算机绘图已在许多领域广泛应用，标准化、集成化、智能化、网络化是计算机绘图技术的主要发展趋势。

4.什么是交互式绘图系统？它有哪几部分组成？第六章交互式绘图技术§6．1概述前面已指出，依靠程序的运行自动产生图形的绘图方式叫被动式绘图。

在被动式绘图中，程序和图形具有相对固定的联系，程序的直接运行结果就是某个预定的图形，操作员不能对运行中的程序进行干预，要想改变图形必须从修改源程序做起，即重新编辑、编译、连接。

运行……，这种工作方式对某些方面是不方便的，例如在总体设计、造型设计、外观设计以及建筑设计等场合下，往往需要边设计边调整，这就需要采用交互式绘图方式进行工作。

随着计算机绘图技术的广泛应用，交互处理已是必不可少的内容。

一个交互图形系统或图形应用程序，必须允许用户能动态地输入坐标位置，指定选择功能，设置交换参数，以及在图形显示期间能够对画面上的某些部分进行修改（如改变形状、改变颜色纹理以及移位、比例、旋转等变换处理）、删除、增添、存储或再显示操作，允许用户全部徒手绘制图形。

这种交互式作图方式完全区别于图形程序的被动式作图方式。

在计算机辅助设计、办公室自动化或其他应用领域中，交互式图形系统被积极推广，颇受欢迎。

图l表示一个机械图交互式设计过程。

交互式绘图把设计人员和计算机紧密地联系在一起，充分发挥了两者的特长，发挥了人的创造性，利用了人积累的经验。

设计人员给计算机设定参数，计算机记忆了大量的绘图相关信息，迅速地显示或绘制设计人员要求的图形。

图l 表示一个机械图交互式设计过程交互式绘图技术使人与计算机能及时交换信息。

就计算机应用程序来说，用户的选择输入决定了程序的流向。

而对用户来说，根据提示所做的反馈输入及选择，能很快地得到相应的计算机应用程序的处理，同时也为进一步的交互准备必要的信息。

交互式绘图技术能灵活方便地运用程序。

一个应用程序包含各种不同的功能，一般将程序设计成某单驱动的单独模块。

对用户来说，运行应用程序，可能只关心其中一项或几项功能，通过交互式技术，用户能很快地获得相应功能的服务，而不受程序设计的限制。

由于交互式技术在计算机图形学中的普遍使用和重要性，人们也常把计算机图形学称之为交互式计算机图形学。

早期的交互式绘图技术与用户接口和应用程序相互渗透、嵌套、溶为一体，因而严重地依赖于应用程序。

20世纪80年代初开始，逐渐把交互式绘图技术与用户接口从应用程序中独立出来，提出了用户接口管理系统（UIMS：User Interface Management System）的新概念，并逐渐形成相应的学科。

§6．2交互式绘图系统一、交互式绘图系统的组成交互式绘图是在交互软件的支持下，由操作员通过交互绘图设备和计算机对话而随机进行的绘图。

交互技术的实现在很大程度上依赖于输入设备及支撑环境。

图2所示的是交互式绘图系统组成的概念化框图。

图6．2交互式绘图系统的组成进行交互式绘图，需要有具备图形交互功能的硬件和软件。

硬件主要由主机和输入设备及显示设备组成，而软件主要由应用数据库、应用程序和图形系统组成。

（1）交互式绘图系统的软件l）应用数据库应用数据库保存着构造图形的一个或多个对象的全部描述信息。

这些信息包括物体各组成部分的几何信息数据、物体的属性，例如线型、色彩、纹理、表面性质等。

同时还有非几何的、文字或数值的信息，这对绘图过程中的交互都是有用的。

2）图形系统图形系统通常包括一组功能性图形子程序，它可提供各种图形功能，驱动特定的输出设备，并产生图形。

3）应用程序应用程序是交互式绘图系统的核心，是为各种不同应用而设计的，它从应用数据库中取得图形对象的各种数据，并对这些数据进行变换处理，再使用图形系统生成该对象图形，并在显示屏上或绘图仪上输出。

（2）交互式绘图系统的硬件交互式绘图系统的硬件除主机外，重要的图形交互设备就是图形输入设备，如图3所示。

它们在软件的支持下担负着图形信息的输入职能。

图形交互设备种类繁多，如键盘、鼠标、光笔、数字化仪、操纵杆等等。

图3交互式绘图系统硬件5.交互式绘图系统的交互任务是什么？设计交互绘图系统的主要原则是什么？交互任务就是交互系统用户向计算机内送入相关信息。

交互式绘图系统的基本交互任务包括：定位、选择、文本输入和数值输入。

三、交互式绘图系统的设计原则计算机辅助设计或计算机辅助绘图是一个以人为主，人机合作的过程。

要使人们对交互式绘图系统满意，必须遵循以下设计原则。

1．设计一致性保持交互系统的一致性，是指在设计系统各个环节时，应遵守统一的、简单的规则，保证不出例外情况。

2．简单易学提供提示和菜单是帮助用户学习和使用的有效方式.3．提供反馈在人机对话中不断用图形、文字或声音等方式对用户的操作作出积极反应，则会大大提高用户使用的积极性。

4．减少出错可能性5．提供改错能力6．面向多种技术层次7．减少记忆量6.在交互式绘图技术中，常用的构图技术有哪几种？并作简要说明。

交互式绘图技术可分为3类：构图技术、拾取技术和菜单技术，下面分别给予简单介绍。