分别解释直线生成算法dda法、中点画线法和bresenham法的基本原理。
基本图形生成算法-直线圆弧
1 / max( x , y )
广东工业大学机电学院图学与数字媒体工程系
计算机图形学基础：基本图形生成算法——直线及圆弧的扫描转换 直线的扫描转换——数值微分法
绘制直线时，要确定一个方向的增量为单位增量，即确定 画线的基本步进方向，另一个方向的增量由直线的斜率决
定。确定基本步进方向的依据是理想直线的斜率k。
DDA算法是一种增量算法，优点是直观、易于实现；
缺点是要做浮点运算和舍入取整，不利于硬件实现。
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计算机图形学基础：基本图形生成算法——直线及圆弧的扫描转换 直线的扫描转换——数值微分法
斜率<=1时，以x为基本 步进方向，x方向每次步 进增量为1。
斜率>1时，以y为基 本步进方向，y方向 每次步进增量为1。
第二象限 第四象限
走笔 +Y 走笔 -Y Fk+1=Fk-|xA |
走笔 -X 走笔 +X Fk+1=Fk+|yA |
逐点比较法绘制直线.doc
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计算机图形学基础：基本图形生成算法——直线及圆弧的扫描转换
【注】递推公式的作用： 意义：简化计算过程，提高效率。 原则：尽可能以加减法代替乘除法。 方法：用当前点的偏差推算出走笔方向，并计算出下一
Fi 1 xA yi 1 y A xi 1
即第i+1点的偏差判别式为：
xA ( yi 1) y A xi Fi x A
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计算机图形学基础：基本图形生成算法——直线及圆弧的扫描转换 直线的扫描转换——逐点比较法
各象限的判别式
计算机图形学算法面试题及答案
计算机图形学算法面试题及答案计算机图形学是研究如何使用计算机生成和处理图像的学科。
在图形学算法面试中，面试官通常会问一些关于图形学中常见算法的问题。
这些问题涵盖了基本的数学运算、数据结构和图像处理原理等方面。
以下是一些常见的计算机图形学算法面试题及其答案。
1. Bresenham 线段生成算法是什么？如何优化？Bresenham 线段生成算法是一种用于在离散化的笛卡尔坐标系中生成直线的算法。
它通过寻找最接近理想路径的像素来逐步生成线段。
算法的基本思想是计算连续像素之间的差值，并使用该差值来决定下一个像素的位置。
优化方法包括使用对称性减少计算量、使用整数运算代替浮点运算以提高速度等。
2. DDA 算法和 Bresenham 算法有何区别？DDA (Digital Differential Analyzer) 算法是另一种用于生成直线的算法。
与 Bresenham 算法不同，DDA 算法使用浮点数运算来计算每个像素的坐标。
这使得 DDA 算法更易于理解和实现，但在处理大量像素时，速度较慢。
3. 什么是光线追踪算法？光线追踪算法是一种用于生成逼真图像的渲染算法。
它通过模拟光线在场景中的传播路径，计算光线与物体交互的方式来生成图像。
与传统的基于多边形的渲染算法不同，光线追踪算法可以模拟更复杂的光照效果，如阴影、反射、折射等。
4. 什么是均值漂移算法？均值漂移算法是一种用于图像分割和聚类的算法。
它通过对数据点周围的局部密度进行估计，将相似的数据点聚集到一起，从而实现图像的分割。
算法的基本原理是通过不断移动数据点的均值来逐步收敛于聚类的中心。
5. 傅里叶变换在图形学中有哪些应用？傅里叶变换在图形学中有广泛的应用。
其中一种常见的应用是图像滤波。
通过将图像转换到频域进行滤波，可以实现图像的模糊、锐化、边缘检测等效果。
另外，傅里叶变换还可以用于纹理分析、形状匹配等图形学任务。
6. 列举几种曲线插值算法。
曲线插值是一种通过已知点来近似生成曲线的技术。
Bresenham算法
Course PagePage 1 of 6课程首页 > 第二章 二维图形的生成 > 2.1 直线的生成 > 2.1.2 生成直线的Bresenham算法全部隐藏2.1.2 生成直线的Bresenham算法从上面介绍的DDA算法可以看到，由于在循环中涉及实型数据的加减运算，因此直线的生成速度较慢。
在生成直线的算法中，Bresenham算法是最有效的算法之一。
Bresenham算法是一种基于误差判别式来生成直线的方法。
一、直线Bresenham算法描述： 它也是采用递推步进的办法，令每次最大变化方向的坐标步进一个象素，同时另一个方向的坐标依据误差判别式的符号来决定是否也要步进一 个象素。
我们首先讨论m=△ y/△x，当0≤m≤1且x1<x2时的Bresenham算法。
从DDA直线算法可知这些条件成立时，公式(2-2)、(2-3)可写成： xi+1=x i+1 yi+1=y i+m (2－6) (2－7)有两种Bresenham算法思想，它们各自从不同角度介绍了Bresenham算法思想，得出的误差判别式都是一样的。
二、直线Bresenham算法思想之一： 由于显示直线的象素点只能取整数值坐标，可以假设直线上第i个象素点坐标为(xi，yi)，它是直线上点(xi，yi)的最佳近似，并且xi=xi(假设 m<1），如下图所示。
那么，直线上下一个象素点的可能位置是(xi+1，yi)或(xi+1，yi+1)。
由图中可以知道，在x=xi+1处，直线上点的y值是y=m(xi+1)+b，该点离象素点(xi+1，yi)和象素点(xi+1，yi+1)的距离分别是d1和d2：d1=y-yi=m(xi+1)+b-yi d2=(yi+1)-y=(yi+1)-m(xi+1)-b 这两个距离差是 d1-d2=2m(xi+1)-2yi＋2b-1(2－8) (2－9)(2－10)我们来分析公式(2-10)： (1)当此值为正时，d1>d2，说明直线上理论点离(xi+1，yi+1)象素较近，下一个象素点应取(xi+1，yi+1)。
计算机图形学基础课后部分习题答案
xi+1 xi+2
第四象限
-6-
d0=F(x0+1,y0-0.5)=-(k+0.5) 令 Di=2dxdi,得 D0=-(dx+2dy),D 与 d 同号 当 Di≥0,下一点(xi,yi-1),Di+1=Di-2dy 当 Di≤0,下一点(xi+1,yi-1),Di+1=Di-2(dx+dy)
dda数字积分插补算法
dda数字积分插补算法DDA（Digital Differential Analyzer）数字积分插补算法是计算机图形学中常用的一种直线段插值算法。
它的主要作用是根据给定的两个端点坐标，通过在直线上等间距采样的方式，计算出直线上各个点的坐标值，从而实现直线的平滑插值。
DDA算法的基本思想是利用直线的斜率来逐步逼近直线的路径，从而计算出直线上各个点的坐标。
具体步骤如下：1. 计算出直线的斜率k，即直线在x轴上的单位增量Δx与在y轴上的单位增量Δy的比例：k = Δy / Δx。
2. 选择直线上两个端点中x值较小的一个作为起始点，并以其坐标值（x0，y0）作为起始值。
3. 将起始点的坐标值作为当前点的坐标值，并将其绘制到屏幕上。
4. 通过递增x坐标值的方式，计算出下一个点的y坐标值，即y = y0 + k。
5. 将下一个点的坐标值（x0+1，y）作为当前点的坐标值，并将其绘制到屏幕上。
6. 重复步骤4和步骤5，直到达到直线的结束点。
通过以上步骤，可以得到直线上各个点的坐标值，从而实现直线的平滑插值。
DDA算法的优点是计算简单、速度快，适用于直线斜率变化不大的情况。
但由于采用等间距采样的方式，可能导致插值结果与实际直线存在误差。
为了更好地理解DDA算法的原理，下面以一个具体的例子来说明。
假设有两个端点坐标分别为（2，2）和（8，5），我们来计算出直线上各个点的坐标。
计算出直线的斜率k = (5-2) / (8-2) = 3/6 = 1/2。
然后，选择起始点（2，2）作为起始值，并将其绘制到屏幕上。
接下来，通过递增x坐标值的方式，依次计算出下一个点的y坐标值。
根据步骤4，我们可以得到以下结果：x | y--------2 | 23 | 2 + 1/2 = 2.54 | 2.5 + 1/2 = 35 | 3 + 1/2 = 3.56 | 3.5 + 1/2 = 47 | 4 + 1/2 = 4.58 | 4.5 + 1/2 = 5我们得到直线上各个点的坐标值为（2，2）、（3，2.5）、（4，3）、（5，3.5）、（6，4）、（7，4.5）和（8，5）。
第二章 基本图元的显示1
图 形 学
第二章 基本图形元素的生成算法
(0,6)
(6,6)
(6,0)
(0,0) 计 算 机 图 形 学 (5,3)
(0,0)
第二章 基本图形元素的生成算法
扫描转换:通常把图像中的点、线、圆、区域和字符等图 形基本指令组成的显示文件转换成为显示缓冲器中图像的 位映像图的过程，成为扫描转换。 位图：是与屏幕图像每个像素点一一对应的图像矩阵， 矩阵中的每个元素就是像素的值（表示灰度级别与色 彩）。 选择扫描转换算法，速度与图像质量两者之间权衡折 衷。由于在建立一幅图形过程中，基本的图形扫描转 换算法将被调用成百上千此，因此，速度快一些是比 较可取的。
1 xi 1 x i x x i x x i 1 | x | 1 y i 1 y i y y i y y i k | y |
x=x-1;y=y-k; for(x=x1;x>=x2;x--) {putpixel(x,round(y));y=y-k;}
（X1,Y1)的像素点，对应的显示缓冲器地址为： 字节地址= S + ( H / 8 ) * Y1 + ( X1 / 8 ) 的整数部分 字节内的位地址= X1 / 8 的余数 计 算 机 图 形 学
第二章 基本图形元素的生成算法
2.1.2 直线段的生成
数学上的直线是由无数个点构成的集合，显 然，光栅显示器只能近地似显示直线。对 于水平、垂直和45°斜线是可以达到较为 满意的效果的。当我们对直线进行光栅化 时，需要确定最佳逼近该直线的一组象素。 扫描转换直线段就是计算出落在直线段上 或充分靠近它的一串像素，并以此像素近 似代替原连续直线段在屏幕上显示的过程。
计 算 机 图 形 学
中点法画直线原理
中点法画直线原理
中点画线法的原理是基于直线的隐式函数形式，该形式可以将直线上的点分为三个部分：直线上方的点、直线下方的点和直线上的点。
中点画线法的基本思想是每次在最大位移方向上走一步，而另一个方向是走步还是不走步需要取决于中点误差项的判断。
理想直线情况下，当前点绘制为P(xi, yi)，则下一点要么是Pu，要么是Pd。
假设直线与x=xi+1这条直
线相交于Q点，则当Q点在M点上方时，Q点离Pu更近，下一点取Pu；当Q点在M点下方时，Q点离Pd点更近，下一点取Pd；当Q=M时，则取Pu或者Pd都可以。
在实际应用中，通过计算F(M) = F(xp+1, yp+ 1/2)的值并考察它是正数还是负数，当d=F(M)<0时选E，反之选NE，d=0时两个方向都可选。
d的计算方式是：d = a + b/2 = dy - dx/2。
如果选定下一点为E点，那么中
点M的位置就沿着x轴递增一步。
此时，增量差为d1 = a = dy。
如果选
定下一点为NE点，此时M在x和y方向上都要移动一步，即d2 = a+b = dy-dx。
这样就可以根据中点和误差项的变化情况来决定下一步的行动方向，从而逐步逼近理想的直线。
计算机图形学
计算机图形学定义：计算机图形学是研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。
图形：表示和绘制+ 输入/输出设备计算机图形学：计算机科学中，最为活跃、得到广泛应用的分支之一数据计算机图形系统图形图形及图形的表示方法图形：计算机图形学的研究对象能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等构成图形的要素几何要素：刻画对象的轮廓、形状等非几何要素：刻画对象的颜色、材质等表示方法点阵表示枚举出图形中所有的点(强调图形由点构成)简称为图像（数字图像）参数表示由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数，线段的端点坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表示图形简称为图形图形主要分为两类：1、基于线条信息表示2、明暗图(Shading)第一章绪论1.2.2 图象处理研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像，如何对数字图像做各种变换以方便处理如何滤去图像中的无用噪声，如何压缩图像数据以便存储和传输，图像边缘提取，特征增强和提取1.2.3 计算机视觉和模式识别图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）。
手写体识别、机器视觉计算几何几何问题的计算复杂性发展特点内容交叉、界限模糊、相互渗透1.3 CG的应用1.3.1 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）CAD/CAM是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域1、飞机、汽车、船舶的外形的设计,如波音777飞机的设计和加工过程2、发电厂、化工厂等的布局3、土木工程、建筑物的设计4、电子线路、电子器件的设计,设计结果直接送至后续工艺进行加工处理1.3.2 科学计算可视化科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元分析、气象分析当中⏹在医学领域，可视化有着广阔的发展前途⏹是机械手术和远程手术的基础⏹将医用CT扫描的数据转化为三维图象，帮助医生判别病人体内的患处⏹由CT数据产生在人体内漫游的图象⏹可视化的前沿与难点⏹可视化硬件的研究⏹实时的三维体绘制⏹体内组织的识别分割——Segmentation1.3.3 真实感图形的绘制与计算机仿真1、计算机中重现真实世界的场景叫做真实感绘制2、真实感绘制的主要任务是模拟真实物体的物理属性，简单的说就是物体的形状，光学性质，表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置，遮挡关系等等1.3.4 其他应用⏹GIS⏹娱乐⏹多媒体⏹虚拟现实（VR)1.3.5 当前研究的热点⏹计算机动画⏹用户接口⏹计算机艺术1.4 常用图形设备图形输入设备键盘、鼠标、光笔、触摸屏、扫描仪等图形输出设备阴极射线管（CRT)、显示器（光栅扫描显示器、液晶显示器）、打印机、绘图仪等作业1.写出对计算机图形学的认识,谈谈学科发展的关键因素2.计算机图形学的主要研究内容是什么?3.计算机图形学最具潜力的应用是什么?4.谈谈对计算机图形学的前沿领域的设想和体会?第二章基本二维图形的生成概念光栅显示器显示的图形是由一系列紧靠该图形路径的像素表示的，可看作具有一种或多种颜色的像素的矩阵或集合。
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分别解释直线生成算法dda法、中点画线法和bresenham法
的基本原理。
一、DDA（Digital Differential Analyzer）法
DDA法是一种基于像素的直线生成算法，其基本原理是通过在直线的每个像素点上应用微分关系来计算出该点的位置。
具体来说，首先选择一个起始点，然后在直线上每隔一个像素点进行微分计算，得到该点相对于前一个点的增量。
在直线的终点处，由于没有前一个点的信息，需要使用特殊的方法进行处理。
DDA法生成的线条在视觉上较为平滑，且无需进行线条绘制。
二、中点画线法
中点画线法是一种基于连续点的直线生成算法，其基本原理是每隔一定数量的点在直线上绘制一个点，以生成直线。
该算法的优点是计算量较小，适用于实时性要求较高的场景。
但是，由于该算法生成的线条不够平滑，因此在一些对线条质量要求较高的场景下可能无法满足要求。
三、Bresenham法
Bresenham法是一种基于二进制运算的直线生成算法，其基本原理是通过比较相邻像素之间的灰度级差异来决定线条的绘制。
算法首先确定直线的起点和终点，然后根据灰度级差异的大小和二进制运算的特点，确定在直线上绘制点的位置。
Bresenham法生成的线条在视觉上较为清晰，且具有较好的连续性。
同时，由于该算法采用了二进制运算，因此在处理大量数据时具有较高的效率。
总结：DDA法、中点画线法和Bresenham法是常用的直线生成算法，每种算法都有其适用的场景和优缺点。
在实际应用中，需要根据具体需求和场景选择合适的算法，以达到最佳的直线生成效果。