计算机图形学考试大纲

计算机图形学考试大纲

1．计算机图形学概述

知识点：

图形，图形的表示方法，计算机图形学的研究内容及其应用领域，

阴极射线管的结构及工作原理，彩色阴极射线管的工作原理，持续

发光时间，刷新，像素，分辨率，随机扫描显示系统的结构与工作

原理，光栅扫描显示系统的结构与工作原理，查色表，隔行扫描，

逐行扫描

要求：

了解计算机图形学的研究对象、研究内容，以及它在那些领域有着重要的应用；

了解图形的概念；

掌握在计算机中图形的两种表示方法；

了解图形显示设备、图形输入设备以及图形软件的发展状况；

掌握阴极射线管（CRT）的结构（它有那几个部分组成）、工作原理；

掌握持续发光时间、刷新、像素、分辨率等概念；

了解彩色阴极射线管的工作原理及两种产生彩色的基本方法：射线穿透法和影孔板法；

了解随机扫描显示系统的结构与工作原理；

掌握光栅扫描显示系统的结构，它的各个组成部分的功能及工作原理；

掌握查色表、隔行扫描、逐行扫描的概念。

2．一个简单的二维图形软件包

知识点：

扫描转换，图元的声明、图元的属性控制，获取用户输入的两种方

法，简单的交互程序的结构，画布，裁剪窗口，位块拷贝，显示模

式

要求：

掌握扫描转换、画布、裁剪窗口等概念；

掌握图元（点、直线段、折线、标记、圆弧、椭圆弧、字符）的含义及其参数指定方式；

掌握如何对图元进行属性（线型、线宽、颜色等）控制；

了解用来获取用户输入的两种基本方式：取样方式和事件驱动方式

了解如何通过如上两种输入方式设计简单的交互式绘图程序；

了解位块拷贝功能；

掌握4种基本的显示模式：覆盖、或、异或、与。

3．二维线画图元的生成

扫描转换直线段的DDA算法、中点算法，扫描转换圆弧的中点算法、

多边形迫近法、正负法，扫描转换椭圆弧的中点算法，线画图元的

属性控制

要求：

掌握扫描转换直线段的DDA算法、中点算法，以及中点算法在哪些方面对DDA算法做了改进；

掌握圆弧的八对称性，掌握扫描转换圆弧的中点算法；

掌握生成圆弧的多边形迫近法；

了解正负法，掌握怎样利用正负法生成圆弧；

掌握扫描转换椭圆弧的中点算法；

了解线画图元的属性（线型、线宽）控制方法。

4．二维填充图元的生成

知识点：

扫描转换矩形，多边形的两种表示方法，扫描转换多边形的逐点判

断算法、扫描线算法、边缘填充算法，判断一个点关于多边形区域

内外关系的射线法、累计角度法、编码方法，扫描转换扇形区域，

区域的表示，区域的连通性，填充区域的递归算法、扫描线算法，

以图像填充区域，点阵字符与矢量字符

要求：

了解矩形区域的扫描转换；

掌握多边形的两种表示方法：顶点表示与点阵表示

掌握扫描转换多边形的逐点判断算法、扫描线算法和边缘填充算法以及它们采用的数据结构，了解这几个算法各自的优缺点；

掌握判断一个点关于多边形区域内外关系的射线法、累计角度法、编码方法；

了解如何扫描转换扇形区域；

掌握什么是区域，区域的两种表示方法：内点表示和边界表示，区域的连通性：4连通和8连通；

掌握填充区域的递归算法、扫描线算法；

了解如何以图像来填充一个多边形或一个区域；

了解两种典型的字符表示方法：点阵表示和矢量表示，以及它们的优缺点。

5．二维光栅图形的混淆与反混淆

知识点：

二维光栅图形的混淆现象，常用的反混淆方法，采样定理

掌握在光栅图形绘制过程中常见的三中混淆现象，即图形边界呈阶梯状、图形细节失真、狭小图形遗失；

掌握常用的三种反混淆方法：提高分辨率方法、非加权区域采样方法、加权区域采样方法；

了解采样定理及发生混淆的理论背景。

6．二维裁剪

知识点：

裁剪直线段的Cohen-Sutherland算法、Nicholl-Lee-Nicholl算

法、中点分割算法、梁友栋-Barskey算法，裁剪多边形的

Sutherland-Hodgman算法、Weiler-Atherton算法，字符裁剪

要求：

掌握什么是裁剪、裁剪窗口，裁剪算法的基本内容：图形关于窗口区域内外关系的判别、图形与窗口的求交计算；

掌握裁剪直线段的Cohen-Sutherland算法、中点分割算法、梁友栋-Barskey算法；

了解裁剪直线段的Nicholl-Lee-Nicholl算法；

掌握裁剪多边形的Sutherland-Hodgman算法（又称逐边裁剪算法）；

了解裁剪多边形的Weiler-Atherton算法；

掌握如何裁剪一个字符串，如何裁剪一个点阵表示（或矢量表示）的字符。

7．图形变换

知识点：

矢量（向量），矩阵，二维平移变换、放缩变换、旋转变换、错切

变换、对称变换，齐次坐标，变换的固定坐标系模式与活动坐标系

模式，世界坐标系、用户坐标系、设备（屏幕）坐标系与局部坐标

系，裁剪窗口与视区，二维图形的显示流程图，窗口到视区的变换，

三维平移变换、放缩变换、旋转变换，坐标系之间的变换

要求：

掌握矢量、矩阵以及它们的运算；

掌握二维平移变换、放缩变换、旋转变换、错切变换及对称变换；

掌握变换的两种模式：固定坐标系模式与活动坐标系模式；

掌握坐标系的概念：世界坐标系、用户坐标系、设备（屏幕）坐标系与局部坐标系；

掌握什么是裁剪窗口与视区以及它们各自的作用；

了解二维图形的显示过程，掌握窗口到视区的变换；

掌握三维平移变换、放缩变换、旋转变换；

掌握齐次坐标的概念，二维（三维）变换在其次坐标下的表示；

掌握坐标系之间的变换。

8．图形用户界面与人机交互

知识点：

1）引言：用户界面的重要性，GUI发展及历史，交互设备和技术，

涉及的学科。

2）人机工程学，认知心理学，计算机用户工程原理，软件心理学

3）用户界面的设计：若干重要问题（响应时间，屏幕设计，联机帮助，出错处理）

若干风格（命令语言，菜单选项，直接操作），若干设计方法（状态

转换图，事件模型，形式化方法，面向对象，Agent)

4) 用户界面工具：Windows及其类库, X-Window及OSF/Motif, 多媒体制作工具，

浏览器及网页制作工具

5）用户界面的新进展：多通道用户界面，虚拟现实环境，多感知智能化识别工具

（语音、指纹、表情、手势...）

要求：

1）掌握计算机用户工程原理及用户界面设计的主要思想

2）掌握主要的用户界面设计工具的使用

3）了解与人机交互的历史、相关学科的问题和情况，人机交互的新进展

9．投影

知识点：

平面几何投影，透视投影与平行投影，投影中心（观察点、视点）、

投影平面与投影线，投影变换，投影方向，灭点与主灭点，一点透

视、两点透视与三点透视，三视图，观察坐标系，观察平面，观察

参考点，观察正向，投影参考点，前、后裁剪面，视见体，透视投

影变换与平行投影变换，透视投影视见体规范化与平行投影视见体

规范化，三维裁剪

要求：

掌握什么是投影中心、投影平面、投影线、平面几何投影、透视投影与平行投影；

了解概念：观察坐标系、观察平面、观察参考点、观察正向，观察坐标系是如何建立的；

掌握投影方向、平行投影变换及其矩阵表示，了解什么是三视图；

掌握透视投影变换及其矩阵表示，什么是灭点与主灭点，怎样产生一点透视、两点透视与三点透视；

了解前、后裁剪面及如何定义一个透视投影（平行投影）视见体；

了解视见体的规范化过程；

了解在三维空间中直线段与多边形的裁剪。

10．三维实体的表示

知识点：

正则点集，正则化运算，正则集合运算，实体，特征表示，空间位

置枚举表示，八叉树表示，单元分解表示，推移表示，边界表示，

欧拉公式，构造实体几何表示

要求：

掌握正则点集、正则化运算、正则集合运算、实体等概念；

掌握表示实体的各种方法：特征表示、空间位置枚举表示、八叉树表示、单元分解表示、推移表示（包括平移sweep与旋转sweep）、边界表示；

掌握表示多面体的简单数据结构及欧拉公式；

了解各种表示方法的优缺点。

11．曲线与曲面

知识点：

非参数表示与参数表示，弧长，切矢量，法矢量，曲率，参数连续

性与几何连续性，参数多项式曲线， Bernstain基函数，Bezier

曲线，参数多项式曲面，切平面，Bezier曲面

要求：

掌握曲线的两种表示形式：非参数表示（包括显式表示与隐式表示）、参数表示；

了解非参数表示方法与参数表示方法各自的优缺点；

掌握参数曲线的弧长、切矢量、法矢量、曲率的定义；

掌握参数曲线的两种连续性：参数连续性与几何连续性，了解它们之间的关系；

掌握参数多项式曲线的定义、矩阵表示及生成；

掌握Bernstain基函数的定义及其性质；

掌握Bezier曲线的定义、性质（包括端点位置、端点切矢量、端点曲率、仿射不变性、凸包性、直线再生性、平面曲线的保型性等等）、离散生成算法、光滑拼接；

了解曲面的非参数表示与参数表示，参数曲面的切平面与法矢量；

了解参数多项式曲面的定义、矩阵表示及生成；

了解Bezier曲面的定义及其性质。

12．颜色

知识点：

可见光，光效率函数，明度与亮度，半色调技术，颜色的描述，三

基色，颜色匹配，CIE-XYZ色度图，RGB模型，CMY模型，HSV模型

要求：

了解可见光的波长范围，光效率函数的作用；

掌握什么是亮度、明度，它们之间的关系；

掌握什么是半色调技术（或称颜色抖动技术），它是如何工作的；

掌握颜色空间是三维的，任何一种颜色都可用三基色来描述，红、绿、兰是一组典型的三基色；

了解颜色匹配公理；

了解CIE-XYZ色度图以及它的作用；

掌握光栅显示系统中常用的颜色模型：RGB模型、CMY模型、HSV模型，以及它们之间的关系。

13．隐藏面的消除

知识点：

消除隐藏面与消除隐藏线，包围盒技术，背面剔除，画家算法，Z

缓冲器算法，扫描线Z缓冲器算法，扫描线算法

要求：

掌握什么是（为什么要）消除隐藏面（消除隐藏线），了解提高消除隐藏面算法效率的一般方法（如采用包围合技术、背面剔除等）；

掌握消除隐藏面的：画家算法、Z缓冲器算法、扫描线Z缓冲器算法、扫描线算法，了解区域子分算法与光线投射算法。

14．光照明模型与真实感图形的绘制

知识点：

简单光照明模型，环境光，漫反射，镜面反射，Phong模型，光的衰减，均匀着色方法，Gouraud着色方法，Phong着色方法，物体的表面细节，

细节多边形，纹理映射，法向扰动法，阴影，整体光照明模型，光线跟踪算法，绘制真实感图形的流程图。

要求：

掌握简单光照明模型，包括环境光，漫反射，镜面反射，Phong模型，光的衰减，如何产生彩色，采用多个点光源；

掌握简单的多边形着色方法，包括均匀着色方法，Gouraud着色方法，Phong着色方法；

了解如何产生物体的边面细节，如表面细节多边形方法，纹理映射方法，方向扰动法了解如何产生阴影；

了解如何产生透明效果；

了解整体光照明模型和光线跟踪算法；

了解绘制真实感图形的流程图。