计算机图形学简答题.和名词解释.doc

1、简述图像处理、模式识别与计算机图形学的关系。图像处理、模式识别与计算机图形学是计算机应用领域发展的三个分支学科，它们之间有一定的关系和区别，它们的共同之处就是计算机所处理的信息都是与图有关的信息。它们本质上是不同的：图像处理是利用计算机对原存在物体的映象进行分析处理，然后再现图像；模式识别是指计算机对图形信息进行识别和分析描述，是从图形到描述的表达过程；计算机图形学是研究根据给定的描述用计算机生成相应的图形、图像。计算机图形系统主要具有哪些功能？答案：1.计算功能2.存储功能3.输入功能4.输出功能5.交互功能多边形的顶点和点阵表示各有什么优缺点？答案：顶点表示是用多边形的顶点序列来描述多边形。该表示几何意义强、占内存少、几何变换方便；但它不能直观地说明哪些像素在多边形内，故不能直接用于面着色。点阵表示用位于多边形内的像素的集合来描述多边形。该方法虽然没有多边形的几何信息，但便于用帧缓存表示图形，可直接用于面着色。为什么需要隐藏面消隐算法？答：因为我们在用计算机生成三维物体的真实感图形，必须要做的是确定物体的可见部分，只有确定了物体的可见部分，我们才能在计算机中真实地再现三维物体。因此，我们就需要一个隐藏面消隐算法来去掉物体的不可见部分，从而避免错误地将不可见部分显示出来，这样就可以在计算机中生成一个三维物体的真实感图形了。z缓冲器算法是怎么判断哪个面应消隐的？答：z缓冲器算法设置了一个二维数组，类似于帧缓冲器。但是z缓冲器存放的是每个象素点的深度值，而不是帧缓冲器中的颜色值。z缓冲器的初始值为某个大的数值，通常是后裁剪平面的距离。在判断像素),(yx上的哪个平面更靠近观察者时，就可以简单地比较z缓冲器中的深度值和当前平面的深度值。如果当前平面的值比z缓冲器中的值小（即距视点更近），则用新值替换原z缓冲器中的值，像素的颜色值也变成新平面的颜色值。颜色的基本特征是什么？答：颜色的基本特征是：波长、亮度和饱和度。波长是依赖于物质的，可见光的波长范围大约是350nm780nm。物体表面的亮度与周围环境的亮度无关，但表面的明度即人体感知的亮度与周围环境的亮度相关。饱和度也叫纯度，它说明光的颜色表现的多纯，淡的颜色说明不太纯。列举几种颜色模型并简述其特点。答：RGB模型：三基色为R（红）、G（绿）和B（蓝），是一个加色模型。RGB三个基色定义的颜色集合是红绿蓝颜色坐标系统中的单位立方体，坐标原点代表黑色，坐标点(1,1,1)代表白色。它适合于以黑色为背景色的显示设备，如CRT显示等。CMY模型：三基色为C(青)、M（品红）和Y（黄），是一个减色模型。CMY模型的三基色与RGB模型的三基色互为补色，它对应的单位立方体（可见光颜色子空间）与RGB模型的完全相同，只是各种颜色的坐标发生了变化。CMY模型主要用于硬拷贝设备，如彩色绘图仪，打印机等。它们共同的特点就是都用白色背景。YIQ模型：它以CIE-XYZ模型中的概念为基础，形成的是电视监视器的组合视频信号。YIQ系统采用红、绿、蓝颜色间之差的线性组合和Y值所表示色彩及饱和度等色彩信息。I颜色值（同相信号）包含橙青彩色信息，而Q（正交信号）包含绿品红彩色信息。在YIQ模型的三分量中，亮度值Y占有重要地位。它的优点是在固定频带宽的条件下，最大限度地扩大了传送信息量，可应用于图像数据的压缩、传送、编码和解码。HSV模型：H表示色彩,S表示饱和度，V表示明度。它用极坐标来定义颜色空间，是一个倒立的单位正六棱锥，六棱锥的锥顶位于HSV坐标系的原点，表示黑色，锥底面的中心表示白色，底面六个顶点分别表示最亮的六种纯色。其亮度信息由HSV颜色空间采样点沿轴向的坐标来表示，饱和度由该采样点与中心轴线的径向距离决定，而色彩H则被表示成它与红色向量的夹角。用户可以用HSV模型来精确的指定颜色。简述环境反射、漫反射和镜面反射的区别。答：物体对照射到其表面的光线进行反射，反射现象简单地可以分为三类：环境反射、漫反射和镜面反射环境反射指从周围环境中均匀入射的光入射至景物表面并等量的向各个方向反射出去的现象。而漫反射和镜面反射都是由特定的光源照射在物体上产生的反射现象。漫反射指粗糙的物体表面将反射光线向各个方向均匀地散射出去，人眼所接收到的光亮度与观察者的位置无关。通常所说的物体颜色实际上就是物体经漫反射后所表现出来的颜色。除了漫反射，光源还会在物体上产生高光或强光，也就是镜面反射。镜面反射遵循光的反射定律。在光滑的物体上，这种现象十分明显，但粗糙物体表面上镜面反射效果却很差。叙述Gouraud和Phong明暗处理技术的基本原理和两者异同。答：1.Gouraud明暗处理技术的基本原理：Gouraud明暗处理是将曲面表面某一点的光亮度做近似表示，近似值为该曲面的各多边形顶点光亮度的双线性插值。具体来说，使用Gouraud明暗处理技术，在采用扫描线算法对多边形进行绘制时，可按以下计算步骤来实现计算多边形顶点处的光亮度。用顶点处的光亮度通过线性插值计算出当前扫描线与多边形边界交点处的光亮度。用边界交点处的光亮度做线性插值求出多边形与扫描线相交区段上每一采样点的光亮度值。2.Phong明暗处理技术的基本原理：Phong明暗处理的基本原理与Gouraud明暗处理类似，所不同的只是Phong明暗处理对多边形顶点处法向量做双线性插值，在多边形内构造一个连续变化的法向量函数。把由法向量函数得到的多边形内各采样点的法向量代入光亮度计算公式，即得到由多边形近似表示的曲面上的光亮度。3.二者的区别：Gouraud明暗处理模型是对顶点处的光亮度进行线形差值，而Phong模型是对顶点处的法向量进行线形差值，然后再把各采样点的法向量代入光亮度公式进行计算。二者相比Phong明暗处理较好地模拟了表面的光滑性，尤其是对镜面高光现象模拟的更加真实并能大大减轻马赫带效应，因而可得到更好的曲面绘制效果。优缺点：采用Gourand明暗处理不单可以克服用多边形近似表示曲面时，曲面的光亮度不连续的现象，而且计算量也很小，尽管ground明暗处理简单易行，但有时也会产生错误的绘制效果，此外gourand明暗处理技术不能正确地模拟高兴，phong明暗处理可以克服这些却能克服这些缺点。2光栅扫描式的图形显示器的原理：光栅扫描式图形显示器是画点设备，可以将其看成一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元的亮度，也就是说把它看做是由许多离散点组成的矩阵，每个点都可以发光，光栅扫描式图形显示器发出的电子束的偏移方式是固定的，它采用自上而下从左到右的扫描方式，在荧光屏上形成一幅幅光栅，每一副光栅称为一帧，图形是通过电子束扫描到光栅上的图形像素时呈现的亮度或颜色与光栅背景的亮度或颜色不同而衬托出的，并可形成多级灰度或颜色的实面积自然图形；透视投影和平行投影的区别：透视讨厌的投影中心和透视平面之间的距离是有限的，而平行投影的投影中心和投影平面之间的距离是无限的，平行投影的投影线是相互平行的，因此，定义透视投影，要给出投影中心，对于平行投影，由于投影是相互平行的，只要给出投影方向就可，透视投影的方式和人眼观察物体的方式相同，所以透视投影的真实感更强，而平行投影的真实感相对较差，但可以用于精确测量。4人机交互输入模型有哪些模型？ 求模式样本模式事件模式输入方式的混合使用人机交互的设备：输入设备（键盘，鼠标，光笔，图形扫描仪，触摸屏）输出设备：（显示器，打印机）有效可见面的判定算法（或叫隐藏面消除算法）和判定技术有哪些？技术：边界盒后向面消除投影规范化算法：区域细分算法（基于窗口和多边形的细分算法）八叉树算法Z缓冲器算法和扫描线算法深度排序算法光线投射算法计算某一点的光亮度，需要分别求：环境反射光，漫反射光，镜面反射光bezier曲线优缺点，端点性质特性优点：保凸性，凸包性，曲线形状，不依赖于坐标的选择和人机交互手段灵活等3、图形变换有什么特点？最基本的几何变换有哪些？答：图形变换的特点：大多数几何变换（如平移、旋转和变比）是保持拓扑不变的，不改变图形的连接关系和平行关系。对于线框图形，通常是以点变换为基础，把图形的一系列顶点作几何变换后，连接新的顶点序列即可产生新的变换后的图形。对于用参数方程描述的图形，可以通过参数方程几何变换，实现对图形的变换（基于效率的考虑）。最基本的几何变换有：平移、旋转、比例、错切、投影等。4、常用的线段裁剪方法有几种？简述它们的优缺点。答：常用的线段裁剪方法有三种，它们是：（1）Cohen-SutherLand裁剪算法；（2）中点分割算法；（3）参数化裁剪算法（Cyrus-Beck算法）；Cohen-SutherLand裁剪算法与中点分割算法在区码测试阶段能以位运算方式高效率地进行，因而当大多数线段能够简单地取舍时，效率较好。参数化裁剪算法（Cyrus-Beck算法）在多数线段需要进行裁剪时，效率更高。这是因为运算只涉及到参数，仅到必要时才进行坐标计算。6、什么是图形扫描转换？答：确定最佳逼近图形的象素集合，并用指定的颜色和灰度设置象素的过程称为图形的扫描转换或光栅化。对于一维图形，在不考虑线宽时，用一个象素宽的直线或曲线来显示图形。二维图形的光栅化必须确定区域对应的象素集，将各个象素设置成指定的颜色和灰度，也称之为区域填充。一、名词解释：1、计算机图形学：用计算机建立、存储、处理某个对象的模型，并根据模型产生该对象图形输出的有关理论、方法与技术，称为计算机图形学。2、计算机图形标准：计算机图形标准是指图形系统及其相关应用程序中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准。3、图形消隐：计算机为了反映真实的图形，把隐藏的部分从图中消除。4、几何变换：几何变换的基本方法是把变换矩阵作为一个算子，作用到图形一系列顶点的位置矢量，从而得到这些顶点在几何变换后的新的顶点序列，连接新的顶点序列即可得到变换后的图形。5、计算几何：计算几何研究几何模型和数据处理的学科，讨论几何形体的计算机表示、分析和综合，研究如何方便灵活、有效地建立几何形体的数学模型以及在计算机中更好地存贮和管理这些模型数据。6、裁剪：识别图形在指定区域内和区域外的部分的过程称为裁剪算法，简称裁剪。7、透视投影：空间任意一点的透视投影是投影中心与空间点构成的投影线与投影平面的交点。8、投影变换：把三维物体变为二维图形表示的变换称为投影变换。9、走样：在光栅显示器上绘制非水平且非垂直的直线或多边形边界时，或多或少会呈现锯齿状。这是由于直线或多边形边界在光栅显示器的对应图形都是由一系列相同亮度的离散像素构成的。这种用离散量表示连续量引起的失真，称为走样（aliasing）。10、反走样：用于减少和消除用离散量表示连续量引起的失真效果的技术，称为反走样。11、窗口：世界坐标的范围是无限大的。为了使规格化设备坐标上所显示的世界坐标系中的物体有一个合适的范围与大小，必须首先对世界坐标系指定显示范围，它通常是一个矩形，这个矩形被称为窗口。12、视区：在规格化设备坐标系上也要指定一个矩形区域与窗口对应，显示窗口里的内容，这个矩形被称为视区。13、坐标系统：为了描述、分析、度量几何物体的大小、形状、位置、方向以及相互之间的各种关系使用的参考框架叫做坐标系统。15、用户坐标系：用户坐标系用户为处理自已的图形时所采用的坐标系，单位由用户自己决定。16、规范化设备坐标系：将各个设备坐标系中的数据化为统一的数据范围从而得到的设备坐标系。17、规格化变换：图形软件根据窗口与视区的一一对应关系，自动实现从世界坐标到规格化设备坐标的转换，这种从窗口到视区的变换，称为规格化变换。