2010年图形学复习题及其解答

2010年图形学复习题及其解答1.计算机图形学的定义答：计算机图形学是研究在计算机中输入、表示、处理和显示图形的原理、方法及硬件设备的学科。

几何计算专门研究几何图形信息（曲面和三维实体）的计算机表示、分析、修改和综合2.图形本质上是有线形、宽度、颜色等属性信息的图形元素的组合。

因此，抽象的图形的本质可以概括为：图形＝图元＋属性。

几何计算是计算机图形学的基础。

图形学表示、生成和处理是建模－变换－像素点的几何位置决定的过程，属于几何或者3D问题；显示应该是对客观世界的机内表示的再现，是决定屏幕点的显示属性（可见性和颜色：色调、色饱和度、亮度）属于图像或者2D问题。

计算机图形学所研究的图形是从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及其形状信息的图和形3.计算机图形学主要研究两个问题：一是如何在计算机中构造一个客观世界——几何（模型）的描述、创建和处理，以“几何”一词统一表述之；二是如何将计算机中的虚拟世界用最形象的方式静态或者动态的展示出来——几何的视觉再现，以“绘制”一词统一描述之。

因此可以说：计算机图形学＝几何＋绘制。

几何是表示，是输入。

绘制是展现，是输出。

4.计算机图形学、图像处理、计算几何之间的关系。

答：计算机图形学的主要目的是由数学模型生成的真实感图形，其结果本身就是数字图像；而图像处理的一个主要目的是由数字图像建立数字模型，这说明了图形学和图像处理之间相互密切的关系。

计算机几何定义为形状信息的计算机表示、分析与综合。

随着计算机图形学及其应用的不断发展，计算机图形学、图像处理和计算几何等与图相关的学科越来越融合，且与应用领域的学科相结合，产生了诸如可视化、仿真和虚拟现实等新兴学科。

5.一个三维场景视觉实现的基本工作过程根据假定的光照条件和景物外观因素，依据该光照模型，模拟光能在场景中的传播和分布（包括光线在不同物体间的吸收、反射、折射和散射等过程），计算得到画面上每一点的光强和色彩值后，根据视觉特点转换成适合于显示设备的颜色值，得到画面上每一个像素的属性。

这是一个光强与色彩的量化、纹理映射、图像合成、帧缓存等一些基于物理、光学、色彩理论和技术的复杂计算过程6.计算机图形学开篇之作及其相关信息。

答：1963年MIT的Ivan E. Sutherland在他的博士论文“Sketchpad：一个人－机通信的图形系统”中首次提出“Computer Graphics (计算机图形学)”，使用阴极射线管显示器和光笔，可交互式地生成简单图形。

他本人被称为计算机图形学之父7.计算机图形学的相关应用领域的术语定义及其英文名称和缩略语答：图形用户界面（GUI）计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）科学计算可视化（visualization in scientific computing）地理信息系统（GIS）娱乐计算机艺术虚拟现实（VR）逆向工程（reverse engineering）8.图形输入设备逻辑分类和输出设备的分类答：图形输入设备从逻辑上分为6种功能，即定位（locator）、笔画（stroke）、数值（valuator）、选择（choice）、拾取（pick）及字符串（string）；图形的输出设备主要有显示器、打印机和绘图仪两种。

9.图形显示设备的相关术语：像素、分辩率、点距等等。

答：电子枪发射电子束，经过聚焦在偏转系统控制下电子束轰击荧光屏，在荧光屏上产生足够小的光点，光点称为像素(pixel)。

阴极射线管在水平和垂直方向单位长度上能识别的最大光点数称为分辨率。

点距一般是指显示屏相邻两个像素点之间的距离。

10.CRT显示设备的主要组成部件及其工作原理。

答：CRT显示设备主要由电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统和荧光屏五部分组成。

其工作原理是：高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特定位置。

由于荧光物质在高速电子的轰击下会示列表(Display List)用于存储一部分指令，留待合适时间以便于快速处理。

光栅化将图元转化成二维操作，并计算结果图像中每个点的颜色和深度等信息，产生一系列图像的帧缓存描述值，其生成结果称为基片(Fragment)。

基片操作主要的有帧缓存的更新、测试、融合和屏蔽操作，以及基片之间的逻辑操作和抖动(Dithering)。

程序：#include <glut.h>void init(void){glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //设置图形显示窗口为白色glMatrixMode(GL_PROJECTION); //设置投影参数gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); //设置投影面的大小}void lineSegment(void){glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//刷新显示窗口缓存glColor3f(1.0,0.0,0.0); //设置划线的颜色glBegin(GL_LINES); //指定线的参数glVertex2i(180,15);glVertex2i(10,145);glEnd();glFlush(); //强制机器尽快执行OpenGL函数}int main(int argc,char** argv){glutInit(&argc,argv); //初始化GLUTglutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);//设置显示模式glutInitWindowPosition(50,100); //设置显示窗口的大小和位置glutInitWindowSize(400,300);glutCreateWindow(“An Example OpenGL Program”);//创建显示窗口init(); //执行初始化过程glutDisplayFunc(lineSegment); //发送OpenGL图形到显示窗口glutMainLoop(); //显示并等待return 0;}11.正确使用OpenGL有关缓存的预定义常量以及相关的语句答：1、颜色缓存函数：(1)清除颜色缓存glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)(2)设置清除颜色 glClearColor(red,green,blue,alpha)(3)屏蔽颜色缓存 glColorMask()(4)选择颜色缓存 glDrawBuffer()(5)交换颜色缓存 swapBuffer()2、深度缓存：(1) 清除深度缓存 glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT)(2) 设置清除值 glClearDepth(1.0)(3) 屏蔽深度缓存 glDepthMask(GL_TRUE)(4)启动和关闭深度测试 glEnable(GL_ DEPTH_TEST)(5)确定测试条件 glDepthFunc()(6)确定深度范围 glDepthRange(Glclampd zNear,Glclampd zFar)3、模板缓存4、累积缓存12.常用的直线扫描转换算法有哪些？答：数值微分法(DDA) 、中点画线法和Bresenham算法。

13.DDA和Bresenham算法的基本原理（就是指最后增量公式的推导过程）、算法OpenGL编程实现、手工计算给定端点直线的扫描像素点。

答：DDA算法基本原理是用数值方法解微分方程，通过同时对x和y各增加一个小增量，计算下一步的x、y值。

Bresenham 算法的基本原理是借助于一个误差量(直线与当前实际绘制像素点的距离)，来确定下一个像素点的位置。

算法的巧妙之处在于采用增量计算，使得对于每一列，只要检查误差量的符号，就可以确定该下一列的像素位置。

14.中点画圆算法OpenGL编程实现（八分之一圆、完整圆）。

八分之一圆程序：MidPointCircle(int r, int color){int x,y;int e;x=0; y=r ; e=1-r ;circlepoints (x,y,color);//做对称处理while(x<=y){if(e<0)e+=2*x+3;else{e+=2*(x-y)+5;y--;}x++;circlepoints (x,y,color); //做对称处理}}15.图形的边界处理原则。

多边形两种表示方法及其特点。

答：原则：左闭右开，上闭下开。

两种重要的表示方法：顶点表示和点阵表示。

所谓顶点表示，即是用多边形的顶点序列来表示多边形。

这种表示直观、几何意义强、占内存少，易于进行几何变换，但由于它没有明确指出哪些像素在多边形内，故不能直接用于区域填充。

所谓点阵表示，则是用位于多边形内的像素集合来刻画多边形。

这种表示丢失了许多几何信息，但便于进行填充。

16.扫描线多边形区域填充算法的原则。

答：待填充区域按Y方向(X方向亦可)扫描线顺序扫描生成。

17.有序边表扫描线算法实现步骤。

边界标记算法的基本思想和伪代码描述。

答：有序边表扫描线算法实现步骤(1) 求交：计算扫描线与多边形各边的交点；(2) 排序：把所有交点按x值递增顺序排序；(3) 配对：第一个与第二个，第三个与第四个等等；每对交点代表扫描线与多边形的一个相交区间；(4) 填色：把相交区间内的像素置成多边形颜色，把相交区间外的像素置成背景色。

边界标记算法的基本思想：帧缓冲器中对多边形的每条边进行直线扫描转换，亦即对多边形边界所经过的象素打上标志。

然后再采用和扫描线算法类似的方法将位于多边形内的各个区段着上所需颜色。

使用一个布尔量inside来指示当前点是否在多边形内的状态。

伪代码: void edgemark_fill(polydef, color)多边形定义 polydef； int color;{ 对多边形polydef 每条边进行直线扫描转换；inside = FALSE;for (每条与多边形polydef相交的扫描线y )f or (扫描线上每个象素x ){ if(象素 x 被打上边标志)inside = ! (inside);if(inside！= FALSE)drawpixel (x, y, color);else drawpixel (x, y, background);}}18.四种子和八种子填充算法以及边界填充算法的程序实现。

内点表示的四种子填充算法程序：void FloodFill4(int x,int y,int oldcolor,int newcolor){if(GetPixel(x,y)==oldcolor){SetPixel(x,y,newcolor);FloodFill4(x,y+1,oldcolor,newcolor);FloodFill4(x,y-1,oldcolor,newcolor);FloodFill4(x-1,y,oldcolor,newcolor);FloodFill4(x+1,y,oldcolor,newcolor);}}边界表示的四种子填充算法程序：void BoundaryFill4(int x,int y,int boundarycolor,int newcolor){int color;if(color!=newcolor && color!=boundarycolor){SetPixel(x,y,newcolor);BoundaryFill4 (x,y+1, boundarycolor,newcolor);BoundaryFill4 (x,y-1, boundarycolor,newcolor);BoundaryFill4 (x-1,y, boundarycolor,newcolor);BoundaryFill4 (x+1,y, boundarycolor,newcolor);}}19.VC＋＋框架的绘图的函数：OnDraw的使用。