計算機(jī)圖形學(xué)超強(qiáng)總結(jié)

1、第1章：簡答和名詞解釋圖形：是人類傳達(dá)知識、表達(dá)感情的重要手段，它通常指能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對象，包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等。計算機(jī)圖形：是指能夠通過計算機(jī)加以表示、存儲、處理、顯示并作用于人的視覺系統(tǒng)的客觀對象。構(gòu)成圖形的要素： 形狀構(gòu)成要素、屬性控制要素形狀構(gòu)成要素：是指利用歐氏幾何或過程式方法所表示的有關(guān)圖形對象的輪廓、形狀等，如點、線、面、體或分形、粒子系統(tǒng)等屬性控制要素：指的是對圖形對象的顯示方式有控制作用的屬性信息，如寬度、線型、填充模式、顏色、材質(zhì)等圖形的表示方法：點陣表示法、參數(shù)表示法點陣表示法：通過枚舉出圖形中所有的點來表示圖形，它強(qiáng)

2、調(diào)圖形由哪些點構(gòu)成，這些點具有什么樣的顏色。通常稱點陣法描述的圖形為像素圖或位圖（bitmap）。參數(shù)表示法由圖形的形狀參數(shù)和屬性參數(shù)來表示圖形。形狀參數(shù)：描述圖形的方程或分析表達(dá)式的系數(shù)，線段或多邊形的端點坐標(biāo)等。計算機(jī)中的圖形按繪制方式分為： 線框圖（wire frame）、真實感圖形線框圖：利用點、線描繪圖形外部框架的圖形，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖；真實感圖形：在線框圖的基礎(chǔ)上利用填色、紋理貼圖、光照處理等技術(shù)處理后具有與真實圖形外觀接近的圖形。計算機(jī)圖形學(xué)的權(quán)威定義：研究利用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖形之間相互轉(zhuǎn)換的方法和技術(shù)。圖形軟件研究的主體內(nèi)容：圖形生成、處理和顯示的原理和算法

3、。（1）圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及點、線、圓、多邊形等基本圖元生成;（2）基本圖元的幾何變換、投影變換、窗口裁減;（3）曲線和曲面;（4）三維對象的表示與三維造型;（5）隱藏線及隱藏面的消除與真實感圖形顯示;（6）計算機(jī)動畫;（7）數(shù)據(jù)場的可視化及虛擬現(xiàn)實;（8）圖形開發(fā)技術(shù)與綜合應(yīng)用;（9）圖形的實時顯示及并行算法。圖形用戶界面（graphical user interface,GUI）是人機(jī)交互的主要形式和接口，是人們使用計算機(jī)的第一觀感。計算機(jī)圖形系統(tǒng)：為了完成圖形的顯示、計算、存儲、交互、輸入和輸出功能而將涉及計算機(jī)硬件、圖形輸入輸出設(shè)備、系統(tǒng)軟件、圖形標(biāo)準(zhǔn)和圖形軟件集成在一起的有機(jī)系統(tǒng)。計算機(jī)圖

4、形系統(tǒng)的功能:1.圖形計算2、圖形存儲3、人機(jī)交互4、輸入功能5、輸出功能計算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu):由圖形硬件和圖形軟件組成。圖形硬件包括高性能的圖形計算機(jī)系統(tǒng)和圖形設(shè)備。圖形設(shè)備由圖形輸入設(shè)備、圖形顯示設(shè)備和圖形硬拷貝輸出設(shè)備組成。圖形軟件由圖形應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、圖形應(yīng)用軟件和圖形支撐軟件組成。圖形輸入設(shè)備是指可以完成定位、描畫、定值、選擇、拾取、字符邏輯輸入功能的一類物理設(shè)備。鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、觸摸屏、圖像掃描儀、光筆圖形顯示設(shè)備：光柵掃描顯示器(CRT)、液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器光柵掃描圖形顯示器（raster-scan displayer）是畫點設(shè)備，它將屏幕分割成一個矩形網(wǎng)格陣

5、列，每一個陣列單元就是一個像素，這些像素按陣列位置可進(jìn)行編址，并可以控制每一個點陣單元的發(fā)光與否及亮度。液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)是一種采用了液晶控制透光技術(shù)來實現(xiàn)色彩顯示的顯示器。優(yōu)點：1、無須考慮刷新率，保持色彩穩(wěn)定；2、畫面穩(wěn)定、無閃爍感；3、完全平面；4、色彩偏差和損失小；5、功耗低。等離子顯示器、陰極射線管、彩色陰極射線“虛擬現(xiàn)實”是指用計算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己投入到這個環(huán)境中去操作、控制這個環(huán)境中的對象。虛擬現(xiàn)實有兩個關(guān)鍵特征：浸入性和交互性。掃描轉(zhuǎn)換（scan conversion）就是在顯示處理器的作用下

6、，將應(yīng)用程序所給出的圖形定義數(shù)字化為一組像素強(qiáng)度值，并存放在幀緩存對應(yīng)位置的過程。坐標(biāo)系是用來描述空間對象大小、形狀、位置、方向和相互空間關(guān)系的重要參照框架。圖形功能：1、基本圖元生成2、基本圖元的幾何變換、投影變換、窗口裁剪3、輸入的交互控制4、圖形元素的求交及分類5、隱藏線及隱藏面的消除與真實感的圖形顯示圖形標(biāo)準(zhǔn)：1、應(yīng)用程序與它所處理的數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)接口2、應(yīng)用程序與圖形軟件包之間的接口3、圖形軟件包與圖形硬件之間的接口4、數(shù)據(jù)文件接口第2章：填空題OpenGL(即開放圖形庫 Open Graphics Library)，是一個三維的計算機(jī)圖形和模型庫。OpenGL的核心庫包括100多個

7、用于3D圖形操作的函數(shù)，功能：對象外形描述、矩陣變換、燈光處理、著色處理、材質(zhì)、三維圖形圖像密切相關(guān)的其他功能OpenGL工具庫所包含的輔助函數(shù)是OpenGL基本函數(shù)的補充，功能：、坐標(biāo)變換、錯誤處理、繪制球體、錐體、柱體、曲線、曲面等圖形實體、繪制物體:真實世界里的多數(shù)物體都可以在計算機(jī)中用簡單的點、線、多邊形及過程式方法來描述。OpenGL提供了一系列基本的變換：取景變換、模型變換、投影變換及視口變換。并在此基礎(chǔ)上提供了對應(yīng)的矩陣操作函數(shù)可以很方便地實現(xiàn)這些變換過程。繪制有真實感的三維物體必須進(jìn)行光照處理。OpenGL中可以處理輻射光、環(huán)境光、漫反射光和鏡面光。OpenGL提供了兩種物體著

8、色模式，一種是RGBA顏色模式，另一種是顏色索引模式。在計算機(jī)圖形學(xué)中，把包含顏色、alpha值、亮度等數(shù)據(jù)的矩形數(shù)組稱為紋理。動畫:OpenGL提供了雙緩存區(qū)技術(shù)來實現(xiàn)動畫繪制。OpenGL還能實現(xiàn)深度暗示、運動模糊等特殊效果。OpenGL是一種過程性而不是描述性的圖形API。OpenGL采用流水線工作方式。OpenGL的庫函數(shù)大致可以分為六類：OpenGL核心庫、OpenGL實用庫、OpenGL輔助庫、OpenGL工具庫Windows專用庫、Win32 API函數(shù)庫OpenGL的庫函數(shù)命名方式；glColor*()；glVertex*v()在OpenGL中基本圖元包括點、線段和多邊形。Op

9、enGL狀態(tài)變量設(shè)置：顏色緩沖區(qū)狀態(tài)、亮度狀態(tài)、深度緩沖區(qū)狀態(tài)、紋理狀態(tài)、模板緩沖區(qū)狀態(tài)和像素狀態(tài)。多邊形可分為三角形、四邊形、多邊形、相連的三角形、扇形三角形和相連的四邊形6種。第三章：填空題、簡答題、論述題基本的二維圖元有點、線段、圓、橢圓、多邊形和字符串等理解所有算法過程的思維主線：（1）該問題在數(shù)學(xué)或幾何上的意義是什么，相應(yīng)的數(shù)學(xué)計算公式是什么；（2）在光柵顯示器上每一個像素點都占據(jù)一定的空間；（3）生成某種圖形的算法可能有多種，可以根據(jù)使用場合不同，用某些指標(biāo)來衡量算法的效能。中點畫線算法基于這種思想的圖形繪制算法中所需要解決的問題就是如何確定后一個像素點。（中點畫線、Bresenh

10、am畫線、中點畫圓、Bresenham畫圓）。幾何圖形在空間位置上具有連貫性：（1）根據(jù)圖形的幾何方程式構(gòu)造判斷條件（即判別式），根據(jù)判斷條件的值與0之間的關(guān)系可以確定下一個圖形取值點的坐標(biāo)；（2）根據(jù)坐標(biāo)增量規(guī)律計算判別條件之間的遞推關(guān)系，并確定在起點坐標(biāo)處的初始判別條件值；（3）觀察判別條件中有無可能進(jìn)行一些調(diào)整來減少運算的復(fù)雜程度。并行畫線算法兩頭并進(jìn)算法、雙步算法、N步畫線算法 利用并行計算機(jī)進(jìn)行并行處理也是提高畫線速度的一種方式。 通過某種分割方法將線段分解成若干部分，并分配到多個處理器上分別進(jìn)行線段像素位置計算中點畫圓算法分割凹多邊形： 向量法、旋轉(zhuǎn)法多邊形有兩種表示方法：頂點表示

11、、點陣表示區(qū)域填充的過程可以分為兩步：（1）確定哪些像素屬于區(qū)域內(nèi)部，哪些屬于區(qū)域外部；（2）對屬于區(qū)域內(nèi)部的像素，按所要求的填充色或圖案來填充對應(yīng)的像素填充算法分為兩大類：（1）掃描線填充算法（掃描交點奇偶數(shù)判斷法）（2）種子填充算法（堆棧式四鄰法完整的OpenGL多邊形是用glBegin、glEnd之間所描述的頂點集合來描述，多邊形的形狀由glBegin函數(shù)中參數(shù)的6種不同的符號常量來決定。1.多邊形形狀描述常量2.像素陣列函數(shù)陣列每個像素的值為0或1的像素陣列稱為位圖在點陣字庫中，每個字符都被定義成字符掩膜的矩陣。OpenGL基本庫僅提供了顯示單個字符和文字串的基本支持。常見曲線有圓錐曲

12、線、三角和指數(shù)函數(shù)、概率分布、通用多項式和樣條函數(shù)。任何影響圖元顯示方式的參數(shù)都可稱為圖元屬性控制參數(shù)。屬性控制參數(shù)包括顏色、大小、線型、填充方式、字體、可見性、可檢測性等點的屬性一般涉及顏色和大小2個屬性直線的基本顯示屬性包括顏色、線寬、線型填充方式:實填充、圖形填充、圖案填充、符號填充走樣：基本圖元生成算法繪制的非水平且非垂直的直線、多邊形的邊或圓弧、橢圓弧時，會產(chǎn)生鋸齒狀圖形的現(xiàn)象。解決走樣問題的3種方法：過取樣；區(qū)域取樣；像素移相硬件反走樣第4章 填空題傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品造型包括兩類：一類是由初等解析幾何所表達(dá)的曲線、曲面，如圓錐曲線、球面、圓環(huán)面等，可用畫法幾何和機(jī)械制圖的方法完整、清晰

13、、準(zhǔn)確地表達(dá)和傳遞所包含的全部形狀信息；另一類是自由曲線、曲面，特點是其形狀不能簡單地用畫法幾何和機(jī)械制圖的方法表達(dá)。非參數(shù)表示法：顯式表示、隱式表示計算機(jī)圖形學(xué)中對曲線、曲面描述的主要形式：參數(shù)表示方式一條樣條曲線是由控制點的坐標(biāo)來定義、建模和控制OpenGL為逼近樣條提供了繪制Bzier樣條、B樣條及有理或非有理的NURBS樣條的相關(guān)函數(shù)第5章 填空題、名詞解釋和簡答題圖形的幾何變換一般是指將表示圖形的幾何信息經(jīng)過幾何變換后產(chǎn)生新的圖形的過程。在計算機(jī)圖形學(xué)中使用齊次坐標(biāo)技術(shù)，圖形幾何變換中的復(fù)雜計算可通過將圖形的點集矩陣與某些變換矩陣相乘的方式來實現(xiàn)齊次坐標(biāo)表示法就是用n+1維矢量表示一

14、個n維矢量。 即n維空間中的點的位置矢量(P1,P2,Pn)被表示為具有n+1個坐標(biāo)分量的位置矢量(hP1,hP2,hPn,h)，且不唯一。采用齊次坐標(biāo)表示法的優(yōu)點：(1)用變換矩陣實現(xiàn)對圖形的幾何變換；(2)它提供了用矩陣運算把二維、三維甚至高維空間中的一個點集從一個坐標(biāo)系變換到另一個坐標(biāo)系的有效方法；(3)它可以表示無窮遠(yuǎn)的點。平移、旋轉(zhuǎn)和縮放是所有圖形軟件均支持的基本幾何變換形式，在有些軟件包中還支持反射和錯切變換復(fù)雜圖形的幾何變換(1)圖形是由頂點集合組成，且相鄰頂點間有線段相連，如多邊形、曲線等。采用對每一頂點施加幾何變換；(2)以某些參考點為中心并使用某種算法來生成的圖形，如圓錐曲

15、線。采用選擇中心點變換,對其他控制量進(jìn)行變換；（3）可用參數(shù)表示的曲線或曲面圖形。采用直接進(jìn)行幾何變換。而相對于某個參考點（xf,yf）的二維幾何變換，其基本過程相同：（1）將參考點進(jìn)行平移變換，使其與坐標(biāo)原點重合。變換式為T(-xf,-yf)。（2）針對原點進(jìn)行二維幾何變換。變換式為R()或S（Sx，Sy）。（3）進(jìn)行逆平移變換，將參考點移回原始位置。變換式為T(xf,yf)。三維空間的幾何變換是在二維空間幾何變換的基礎(chǔ)上拓展了z軸所代表的第三維空間變換，其特點如下：（1）在平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等變換中增加了第三維分量；（2）旋轉(zhuǎn)變換的參考對象由二維變換中以繞某個點坐標(biāo)變化為繞某個旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行；（

16、3）齊次坐標(biāo)表示變?yōu)?元列向量，變換矩陣也變?yōu)?4矩陣。 三維平移變換是一種使得圖形對象沿x、y、z方向移動一個位置的剛體幾何變換。第6章 填空題、簡答題、名詞解釋、論述題觀察變換過程：世界坐標(biāo)系觀察坐標(biāo)系圖形裁剪，窗口到視區(qū)的變換變換視區(qū)中的圖形到設(shè)備坐標(biāo)系顯示。窗口：為了觀察和處理圖形對象而在世界坐標(biāo)系中劃出的一個坐標(biāo)區(qū)域。視區(qū)：在設(shè)備坐標(biāo)系(屏幕坐標(biāo)系)中劃分出用來顯示對應(yīng)窗口所需顯示圖形的坐標(biāo)區(qū)域。二維觀察變換：將二維世界坐標(biāo)系場景描述映射到設(shè)備坐標(biāo)系的變換處理。觀察坐標(biāo)系和規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系作為從世界坐標(biāo)系到設(shè)備坐標(biāo)系的過渡。觀察坐標(biāo)系：是觀察平面（一般為xoy平面）所在的坐標(biāo)系，觀察

17、平面是從觀察者的角度所看到的圖形對象映射其影像的平面，相當(dāng)于照相機(jī)的膠片。規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系：是計算機(jī)圖形軟件描繪設(shè)計對象所用的介質(zhì)，規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系定義x方向和y方向的變化范圍均為01采用規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系可使觀察變換獨立于輸出設(shè)備。一旦將圖形對象變換到規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系，只要對規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系中描述的圖形對象做一個簡單的乘法即可將其映射到具體輸出設(shè)備的顯示區(qū)。二維觀察變換的流程：建模坐標(biāo)變換世界坐標(biāo)系場景（定義窗口和觀察坐標(biāo)系）觀察坐標(biāo)系規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系設(shè)備坐標(biāo)在圖形設(shè)備上輸出圖形將觀察坐標(biāo)系疊加到世界坐標(biāo)系過程：1）通過平移變換將觀察坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點與世界坐標(biāo)系重合，即T(-x0，-y0)；2

18、）對觀察坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換,使2個坐標(biāo)系的對應(yīng)坐標(biāo)軸重合,即R；3）對象在世界坐標(biāo)系的頂點坐標(biāo)與組合的二維變換矩陣相乘變換到觀察坐標(biāo)系。裁剪算法一般應(yīng)包括2步：（1）判斷圖元與裁剪窗口之間的位置關(guān)系；（2）若圖元與窗口邊框之間有交點，則確定落在窗口之內(nèi)的部分，并在顯示窗口中僅顯示該部分。常用的線段裁剪方法：Cohen-Sutherland、中點分割算法和梁友棟barskey算法。裁剪處理的第一步是判斷線段與裁剪窗口的位置關(guān)系：Cohen-Sutherland 裁剪算法1、對于每條線段P1P2按其與窗口間的關(guān)系不同分為三種情況處理；2、使用區(qū)域編碼法來判斷線段2個頂點與窗口之間的關(guān)系；3

19、、求交點、裁剪。Nicholl-Lee-Nicholl算法（簡稱NLN算法）根據(jù)線段的起點位置不同將窗口及其周邊劃分為多個區(qū)域，然后通過比較線段斜率與窗口劃分區(qū)域邊界線段的斜率大小，確定線段終點落在的區(qū)域范圍，從而避免對一條直線進(jìn)行多次裁剪。Weiler-Atherton多邊形裁剪算法的基本思想是：從多邊形的某一頂點出發(fā)，按某種順序（如順時針或逆時針）有時沿著多邊形的邊界方向來處理頂點（包括多邊形邊界與窗口邊框的交點），有時沿著窗口邊框的方向來處理頂點。具體采用哪個方向取決于多邊形被遍歷的方向和當(dāng)前處理的多邊形頂點對是由窗口外部到內(nèi)部還是由內(nèi)部到外部。填空題場景建模、觀察變換過程、三維圖形的裁

20、剪、隱藏線、面的消隱處理、光照模型、紋理貼圖等處理三維觀察過程與使用照相機(jī)拍攝照片相類似。三位觀察流程：從應(yīng)用程序得到對象的世界坐標(biāo)觀察坐標(biāo)系對觀察坐標(biāo)的用戶窗口裁剪投影到3d規(guī)范化的區(qū)域變換到設(shè)備坐標(biāo)空間在圖形設(shè)備上輸出從世界坐標(biāo)系向三維觀察坐標(biāo)系變換，首先需要在世界坐標(biāo)系中定義三維觀察坐標(biāo)系，然后得到觀察變換的計算矩陣，再將此變換矩陣作用于世界坐標(biāo)系的圖形對象，即可得到三維觀察坐標(biāo)系中圖形的描述。從不同的角度和方向?qū)ξ矬w進(jìn)行觀察，一般是通過移動視點的方法來實現(xiàn)的在三維觀察變換中是通過在世界坐標(biāo)系中定義不同的觀察坐標(biāo)系的原點（稱為觀察參考點、觀察位置或視點等），并在觀察方向上定義不同的觀察平

21、面來獲得各種觀察效果。通過改變視點的位置或改變N的方向使用戶可在不同的距離和角度觀察三維圖形對象生成的觀察效果（1）保持視點位置不變，通過改變N的方向來得到多種觀察效果。（2）保持N的方向不變，而改變視點位置也可獲得多種觀察效果。（3）視點和N的方向同時改變，可取得在場景中漫游的視覺效果。投影變換是一種人們觀察自然景物并以某種方式將其觀察結(jié)果映射到平面介質(zhì)的觀察方式，常被畫家或制圖人員用來作為把三維立體物體投射到投影面上得到二維平面圖形的主要手段。平行投影（正投影和斜投影）、透視投影三維裁剪算法就是以投影觀察體的邊界平面為區(qū)域范圍通過一定的算法將圖形對象區(qū)分為內(nèi)部和外部兩部分，處于內(nèi)部區(qū)域的圖

22、形對象將會在輸出設(shè)備上顯示，而處于區(qū)域外部的圖形對象將被消除掉。填空題用戶接口可分為兩大類：程序開發(fā)接口、用戶交互操作接口交互式用戶接口就是基于某種模型，在圖形系統(tǒng)支持下以系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)用戶所需對圖元的輸入、選擇、拾取、增、刪、改等操作。PHIGS和GKS將各種圖形輸入設(shè)備按邏輯功能分為6類:1.定位設(shè)備.描畫設(shè)備3.定值設(shè)備4.選擇設(shè)備5.拾取設(shè)備6.字符串設(shè)備 圖形輸入控制方式:請求、取樣、事件、組合請求方式下，只有輸入設(shè)置命令對相應(yīng)的設(shè)備設(shè)置所需要的輸入方式后，該設(shè)備才能作相應(yīng)的輸入處理。應(yīng)用程序和輸入設(shè)備輪流處于工作狀態(tài)和等待狀態(tài)，由程序支配輸入設(shè)備的啟動。取樣輸入模式工作過程中，程序和

23、輸入設(shè)備同時運行。一旦對一臺或多臺設(shè)備設(shè)置了取樣方式，立即就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，而不必等待程序中的輸入語句。輸入設(shè)備不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，從而不斷用新數(shù)據(jù)覆蓋緩沖區(qū)的舊內(nèi)容事件方式程序和設(shè)備將同時工作。輸入設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被組織成事件結(jié)點，排入事件隊列中等待程序的處理。程序運行到事件處理語句時，就從事件隊列中檢索出隊列首事件予以處理。如果事件隊列為空，程序則等待一定的時間片，等待事件的發(fā)生。，拾取是對圖元進(jìn)行編輯、修改、刪除等操作的基礎(chǔ)，其目的是要在眾多的圖元或結(jié)構(gòu)中選擇要進(jìn)一步操作的部分。拾取方法：光標(biāo)定位拾取法、拾取窗口法、特征點法、指定名稱法三維交互技術(shù)采用有六個自由度輸

24、入設(shè)備。所謂六自由度,指沿三維空間X、Y、Z軸平移和繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)并以回調(diào)函數(shù)的形式來處理輸入程序圖形用戶界面是用戶接口中最為重要的一部分，是用戶與計算機(jī)系統(tǒng)打交道的主要場合。在圖形用戶界面的設(shè)計中，應(yīng)重點考慮以下8種因素:用戶模型、顯示屏幕的有效利用、反饋、一致性原則、減少記憶量、回退與出錯處理、視覺效果設(shè)計、適應(yīng)不同用戶名詞解釋和填空題根據(jù)構(gòu)造圖形對象的方式不同可將圖形對象的表示方法分為兩類：規(guī)則對象和非規(guī)則對象。規(guī)則對象又稱歐氏幾何對象是指能夠用歐氏幾何方式加以描述的圖形對象，如點、直線、曲線、平面或?qū)嶓w等非規(guī)則對象又稱過程性描述對象：以自然景物為主要描述對象圖形對象在計算機(jī)中的表示

25、受到表示圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和圖形的正則性等性質(zhì)的限制。圖形對象按其所形成的圖形是否符合傳統(tǒng)造型需要而分為正則圖形對象和非正則圖形對象。在非正則圖形對象中可以處理維數(shù)不一致的拓?fù)湓?，從而將線框、曲面和實體模型統(tǒng)一起來，擴(kuò)大了幾何造型的覆蓋域。它允許孤立點、懸邊和懸面的存在，而這些在正則圖形對象中是不允許的。頂點:是0維拓?fù)湓?，其位置用（幾何）點（Point）來表示。邊：是1維拓?fù)湓?，是兩個鄰面(對正則形體而言)、或多個鄰面(對非正則形體而言)的交集，邊有方向，它由起始頂點和終止頂點來界定。環(huán)：是有序、有向邊（直線段或曲線段）組成的封閉邊界。面：是2維拓?fù)湓?，由一個外環(huán)和若干個內(nèi)環(huán)（可以沒有內(nèi)

26、環(huán)）來表示，內(nèi)環(huán)完全在外環(huán)之內(nèi)。面有方向性，一般用其外法向量方向作為該面的正向。體：是3維拓?fù)湓?，由封閉表面圍成的有效空間，也是R3中非空有界的封閉子集，其邊界是有限面的并集。在幾何造型中，圖形對象模型的建立主要依靠描述圖形的幾何信息和拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行。幾何信息一般指被描述形體在歐氏空間中的位置、大小和方向，這些信息的量化需要依賴于一定的坐標(biāo)系。拓?fù)湫畔t是形體各分量（如點、線、面）的數(shù)目和相互間的連接關(guān)系。正則物體的性質(zhì):剛性；維數(shù)的一致性；空間占有性；邊界的確定性；封閉性正則物體的歐拉公式V - E + F = 2；V-E+F-C=1；V-E+F-H=2面(F)、邊(E)、頂點(V) 三維空

27、間分割成C個多面體單元在幾何造型系統(tǒng)中，描述物體的三維模型有三種，即線框模型、表面模型和實體模型。掃描表示（Sweep Representation）是利用簡單的運動規(guī)則沿著某種路徑移動基本形體而產(chǎn)生復(fù)雜有效實體的過程。構(gòu)造實體幾何表示是通過對體素定義運算方式而得到新的形體的一種表示方法CSG的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以表示成一棵有序的二叉樹，其葉結(jié)點是各種體素、或是形體變換參數(shù)。八叉樹（Octrees）又稱分層樹結(jié)構(gòu)，它是采用一定的判別標(biāo)準(zhǔn)對物體所占有的立方體進(jìn)行自適應(yīng)劃分，用具有層次結(jié)構(gòu)的八叉樹來表示實體粒子系統(tǒng)（particle system）是利用一群粒子生成、變換和消失來模擬具有某種物理特性的運動

28、物體?？梢暬^程的組成內(nèi)容：數(shù)據(jù)預(yù)處理、映射、繪制、顯示表示方式：使用圖表來表示數(shù)據(jù)的分布，如各種餅圖、柱圖等；偽色彩方法，如衛(wèi)星云圖；等值線方法，如地圖等；輪廓面方法，如在醫(yī)療可視化中對器官切片數(shù)據(jù)的處理；體繪制，體繪制是最具應(yīng)用前景的一種科學(xué)可視化方法，它不但在科學(xué)可視化中一展身手，同時還豐富了計算機(jī)圖形學(xué)中的三維圖形繪制技術(shù)。填空題和簡答題從應(yīng)用的角度看，兩類消隱算法：線消隱、面消隱按照操作對象的不同，消隱算法可以分為兩大類：對象空間方法和圖像空間方法對象空間法是在對象所構(gòu)成的三維空間中，通過分析各對象和對象的各個組成部件的三維空間遮擋關(guān)系來確定其是否可見。圖像空間法是將對象投影到投影平

29、面后分解為像素，并按照一定的規(guī)律比較投影到該像素的各個物體對象之間的z值大小，從而確定其是否可見。在消隱算法中排序和連貫性是提高算法效率的重要方法區(qū)域排序算法的基本思想：由于隱藏面是場景中位于可見面之后的多邊形表面或表面的一部分，它們在投影面上的投影區(qū)域完全為可見面的投影所覆蓋，因此，將待顯示的所有多邊形按深度值（z坐標(biāo)值）從小到大排序，用前面可見多邊形去切割后面的多邊形，最終使得每個多邊形要么是完全可見，要么是完全不可見。區(qū)域排序算法處理過程：設(shè)場景中有若干多邊形，且沿z軸負(fù)方向進(jìn)行觀察，則z值小的多邊形離觀察者遠(yuǎn)。為了處理多邊形的可見性，可設(shè)立三張表分別用來存放不同的多邊形，M用來存放待處

30、理的多邊形，N用來存放可見多邊形，L用來存放經(jīng)過按多邊形最小z坐標(biāo)排序的多邊形，對于每個多邊形均存放了遍歷該多邊形頂點集中z坐標(biāo)最小值。該算法同時運用對象空間和圖像空間的操作。通常使用Weiler-Atherton裁剪算法。深度緩存(Z-buffer)算法是一種最簡單的圖像空間下的面消隱算法兩個緩沖區(qū)：存放深度信息的深度緩存ZB，也就是所謂Z-buffer；存放每個像素對應(yīng)的顏色信息的幀緩存CB(Color-buffer)。掃描線算法的基本思想：沿掃描線行順序?qū)ξ矬w表面投影在投影面上每一像素進(jìn)行采樣，通過映射到同一像素的不同多邊形平面采樣點深度值的比較來確定該像素所對應(yīng)的顏色值，從而達(dá)到消隱目

31、的。三維真實感圖形的生成過程：場景建模；投影變換、裁剪；消隱處理；光照處理光照模型就是根據(jù)光學(xué)有關(guān)定律計算在一定的光照條件下不同材質(zhì)的物體表面每一點投射到觀察者眼中光線的光強(qiáng)和顏色組成的數(shù)學(xué)計算模型在光照模型中影響物體表面的色彩和明暗變化主要因素有兩個，即光源特性（強(qiáng)度、色彩、方向）和物體表面特性光源：點光源、分布式光源、漫射光源反射系數(shù)由物體表面材料和形狀決定，分為環(huán)境光反射系數(shù)、漫反射系數(shù)和鏡面反射系數(shù)恒定光強(qiáng)的多邊形繪制：使用掃描線算法實表面繪制：Gouraud明暗處理、Phong明暗處理。Gourand明暗處理又稱為強(qiáng)度插值明暗處理。通過計算構(gòu)成多邊形的頂點的光強(qiáng)，然后利用頂點光強(qiáng)對多邊形內(nèi)部像素進(jìn)行線性插值來繪制多邊形內(nèi)部區(qū)域。Gourand明暗處理步驟：（1）計算出多邊形頂點處的平均單位法向量，即在多邊形各頂點處；（2）對每個頂點用光照模