计算机图形学学习体会

计算机图形学学习体会
计算机图形学学习体会

计算题图形学课程学习体会

计算机图形学是研究用计算机生成、处理和显示图形的一门学科。他的重要性体现在人们越来越强烈的需要和谐的人机交互环境,UI已经成为软件的重要组成部分,以图形的方式表示抽象的概念和数据已经成为信息领域的发张趋势。这门课我们通过自学和同学间互相上课,了解和掌握了计算机图形学的概念、方法和基本的算法。

学习的过程中,感触比较深的是,常常被那些算法所困扰,算法很难理解,解释的枯燥而且难学。原因首先是计算机图形学这门学科本身特点就是综合性很强,涉及的内容和应用广泛,学科交叉复杂。综合了计算机科学、数学、物理学等其他相关学科的知识。而且学科发展日新月异,新的应用领域不断拓展,相关学科相互渗透。其次是与计算机图形学课程中的算法特点有关。很多的算法是为了追求高效率,精益求精,构思独特、实现精巧,算法本身就很难看懂和理解。第三方面就是这门课程是一门理论性和实践性兼顾的综合性课程,实践性很强,不实践就显得空洞,枯燥乏味。

这门课学习的目的是让我们掌握计算机图形学的相关概念、原理和知识,算法的难学难理解,是我们学习的主要障碍。课程实践中,教员让我们自学,互相授课,增强时间体会。在自学和自作可见互相授课过程中,要求要注重基础,强调基本

概念和原理,以如何“逼真”的实现世界的物体为主线。有的重点内容除了相互讲授还要注重自学和理解,比如画家算法、扫描线算法、z缓冲器算法等等,需要自己研读分析,基本思想和基本原理掌握了,算法的实现就容易理解,相关的算法也能举一反三,触类旁通。在算法讲解中, 应避免繁琐复杂的算法推导和连篇累牍的算法分析, 这样会使很多听课的同学感到困惑、烦躁,学习的积极性下降。

制作课件的内容上,增加新意,跟上科技发展的步伐,比如真实感图形显示、CG动画制作、人机交互技术与虚拟现实技术等,在了解学科发展的同时,也增加了趣味性。课件内容增加一些与实际应用的软件之间的联系,比如常用的图形设计动画制作软件autoCAD、3Dmax等,理论学习和实际使用互动,软件中对图形变换、裁剪、消隐等操作与使用,这样有助于对图形变换理论、裁剪算法、消隐算法等理论知识的学习。

对于重要算法的学习,我是这么想的,先要清晰的了解算法的基本思想和原理,了解到算法的奇思妙想,注意每个算法的效率和特点,追求高效率、精益求精才是算法不断改进的原因。对于同一个问题,用不同方法进行比较,比如Bezier、B 样条、NURBS曲线曲面间的比较,通过对比进行学习。制作讲授课件里充分发挥图形图示、动画演示的作用, 一幅画胜过千言万语。通过网络搜索下载了典型算法( 如Bre-senham算法、Bezier曲线、B样条曲线、光线跟踪算法等) 演示动画, 通过

这些动画,对增强原理、算法的理解性具有很大的作用。

以上是本人在计算机图形课学习过程中的体会,字数不多,确是心得,不足之处还请曹老师指正。

计算机图形学 答案

计算机图形学Ⅰ 专业:计算机科学与技术 计算机科学与技术2092 2012年12月

第1章绪论 1、计算机图形学的概念?(或什么是计算机图形学?) 计算机图形学是研究怎样利用计算机表示、生成、处理和显示图形的(原理、算法、方法和技术)一门学科。 2、图形与图像的区别? 图像是指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的灰度信息;图形含有几何属性,更强调物体(或场景)的几何表示,是由物体(或场景)的几何模型(几何参数)和物理属性(属性参数)共同组成的。 3、计算机图形学的研究内容? 计算机图形学的研究内容非常广泛,有图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法,以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真和虚拟现实等。 4、计算机图形学的最高奖是以 Coons 的名字命名的,而分别获得第一届(1983年)和第二 届(1985年)Steven A. Coons 奖的,恰好是 Ivan E. Sutherland 和 Pierre Bézier 。 5、1971年,Gourand提出“漫反射模型+插值”的思想,被称为 Gourand 明暗处理。 6、1975年,Phong提出了著名的简单光照模型—— Phong模型。 7、1980年,Whitted提出了一个光透明模型—— Whitted模型,并第一次给出光线跟踪算 法的范例,实现了Whitted模型。 8、以 SIGGRAPH 会议的情况介绍,来结束计算机图形学的历史回顾。 9、什么是三维形体重建? 三维形体重建就是从二维信息中提取三维信息,通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理,在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体,恢复形体的点、线、面及其拓扑关系,从而实现形体的重建。 10、在漫游当中还要根据CT图像区分出不同的体内组织,这项技术叫分割。 11、一个图形系统通常由图形处理器、图形输入设备和输出设备构成。 12、CRT显示器的简易结构图 12、LCD液晶显示器的基本技术指标有:可视角度、点距和分辨率。

图像拼接调研报告

图像拼接的调研报告 1.图像拼接的意义和国内外研究现状 1.1 意义 图像拼接(image mosaic)技术是将一组相互间存在重叠部分的图像序列进行空间配准,经重采样融合后形成一幅包含各图像序列信息的宽视角场景的、完整的、高清晰的新图像的技术。图像拼接是数字图像处理领域的一个重要的研究方向,在摄影测量学、计算机视觉、遥感图像分析、计算机图形等领域有着广泛的应用价值。 图像拼接技术一个日益流行的研究领域,是虚拟现实、计算机视觉、计算机图形学和图像处理等领域的重要研究课题,在宇宙空间探测、海底勘测、医学、气象、地质勘测、军事、视频压缩和传输、视频的索引和检索、物体的3D重建、军事侦察和公安取证、数码相机的超分辨率处理等领域都有广泛的应用。因此,图像拼接技术的研究具有很好的应用前景和实际应用价值。 1.2 国内外研究现状。 关于图像拼接的方法国内外已有不少的论文发表,其算法大致可分为基于模型的方法,基于变换域的方法,基于灰度相关的方法和基于特征的方法,而如何提高图像拼接的效率,减少处理时间和增强拼接系统的适应性一直是研究的重点。 ①基于模型: 1996年,微软研究院的Richard Szeliski提出了一种2D空间八参数投影变换模型,采用Levenberg-Marquardt迭代非线性最小化方法(简称L-M算法)求出图像间的几何变换参数来进行图像配准。这种方法在处理具有平移、旋转、仿射等多种变换的待拼接图像方面效果好,收敛速度快,因此成为图像拼接领域的经典算法,但是计算量大,拼接效果不稳定。 2000年,Shmuel Peleg等人在Richard Szeliski的基础上做了进一步的改进,提出了自适应图像拼接模型,根据相机的不同运动而自适应选择拼接模型,通过把图像分成狭条进行多重投影来完成图像的拼接。这一研究成果推动了图像拼接技术的进一步的发展,从此自适应问题成为图像拼接领域新的研究热点。 匹兹堡大学的Sevket Gumustekin对消除在固定点旋转摄像机拍摄自然景物时形成的透视变形和全景图像的拼接进行了研究。通过标定摄像机来建立成像模型,根据成像模型将捕获到的图像投影到同一的高斯球面上,从而得到拼接图像。这种方法拼接效果好、可靠性高,但是要求对摄像机进行精确的标定,同时要求摄像机透镜本身的畸形参数引起的图像变形可以忽略不计。 ②基于变换域: 1975年,Kuglin和Hines提出了相位相关法,利用傅里叶变换将两幅带配准的图像变换频域,然后利用互功率谱直接计算出两幅图像间的平移矢量。 1987年,De Castro和Morandi提出了扩展相位相关法,利用傅里叶变换的性质能够实现具有旋转和平移变换的图像的配准。随着快速傅里叶变换算法的提出以及信号处理领域对傅里叶变换的成熟应用,Reddy和Chatterji提出了基于快速傅里叶变换(FFT-based)的方法,利用极坐标变换和互功率谱,对具有平移、旋转和缩放变换的图像都能够实现精确配准。 相位相关法计算简单精准,但要求待配准图像之间有较大重叠比例,同时计算量和适用

2011计算机图形学复习题

一、填空题(共10分,每空1分) 1、目前常用的PC 图形显示子系统主要由3个部件组成: 帧缓冲存储器、显示控制器、ROM BIOS 。 2、 图形的输入设备有 键盘、鼠标、光笔; 图形的显示设备有CRT 显示器、LCD 、投影仪。 3、形体的定义和图形的输入输出都是在一定的坐标系下进行的,通常这些坐标系分为:建模坐标系,用户坐标系,观察坐标系,规格化设备坐标系和 设备坐标系。 4、在多边形的扫描转换过程中,主要是通过确定穿越多边形区域的扫描线的覆盖区间来填充,而区域填充则是从 给定的位置 开始涂描直到 指定的边界条件 为止。 5、X 扫描线算法中,每次用一条扫描线进行填充,对一条扫描线填充的过程可分为4个步骤:(求交)、(排序)、(交点配对)、(区间填色)。 6、一个交互式计算机图形系统应具有 计算 、 存储 、 对话 、 输入 和 输出 等五个方面的功能。 7. 将三维物体变为二维图形的变换称为(投影变换),其有两种基本方式:(平行投影)、(透视投影)。 8、用一组型值点来指定曲线曲面的形状时,形状完全通过给定的型值点列,用该方法得到的曲线曲面称为曲线曲面的(拟和),而用控制点列来指定曲线曲面的形状时,得到的曲线曲面不一定通过控制点列,该方法称为曲线曲面的(逼近)。 9、对于基本几何变换,一般有平移、旋转、反射和错切等,这些基本几何变换都是相对于(坐标原点)和(坐标轴)进行的几何变换。 二、选择题(共20分,每题2分) 1.计算机图形学与计算机图象学的关系是( B )。 A )计算机图形学是基础,计算机图象学是其发展 B )不同的学科,研究对象和数学基础都不同,但它们之间也有可转换部分 C )同一学科在不同场合的不同称呼而已 D )完全不同的学科,两者毫不相干 2. 分辨率为2048×1024的显示器需要多少字节位平面数为32的帧缓存?( B ) A )64K B ; B )8MB ; C )32MB ; D )16MB 3.下列有关反走样的叙述,错误的是( A ) A )减少或克服图形失真的技术叫做反走样; B )提高分辨率是反走样的方法之一; C )半色调技术是利用多级光强提高视觉分辨率的技术; D )对于多灰度或多彩色显示器,图形的边缘可采用模糊技术而改善锯齿显示效果。 4.计算机绘图设备一般使用什么颜色模型?( A ) A )RG B ; B )CMY ; C )HSV ; D )HLS 5.使用下列二维图形变换矩阵,将产生变换的结果为( D ) ??002

计算机图形学总结

第一章绪论 计算机图形学的基本概念 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:计算机图形学的研究对象。 构成图形的要素:几何要素——几何属性(点、线、面、体) 非几何要素——视觉属性(明暗、灰度、色彩、纹理、透明性、线型、线宽) 表示图形的方法:点阵表示;参数表示 研究内容 计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法,构成了计算机图形学的主要研究内容。 图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法,以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。 计算机图形学的应用 图形用户界面;计算机辅助设计与制造(CAD/CAM);4 科学计算的可视化:CT; 真实感图形实时绘制与自然景物仿真;地理信息系统(GIS);Virtual Reality(虚拟现实、灵境);事务和商务数据的图形显示;地形地貌和自然资源的图形显示 过程控制及系统环境模拟;电子出版及办公自动化;计算机动画及广

告 计算机艺术;科学计算的可视化;工业模拟;计算机辅助教学 当前研究热点: 1.真实感图形实时绘制 2.野外自然景物的模拟3 与计算机网络技术的紧密结合 4 计算机动画 5 用户接口 6 计算机艺术 7 并行图形处理 所熟悉的图形软件包 图形软件的标准 GKS (Graphics Kernel System) (第一个官方标准,1977) PHIGS(Programmer’s Herarchical Iuteractive Graphics system) 一些非官方图形软件,广泛应用于工业界,成为事实上的标准 DirectX (MS) Xlib(X-Window系统) OpenGL(SGI) Adobe公司Postscript CAGD(Computer Aided Geometric Design) 图形系统的功能1.计算功能2.存储功能3.对话功能4.输入功能5.输出功能 图形输入设备 1 键盘和鼠标 2 跟踪球和空间球 3 光笔 4 数字化仪 5 触摸板 6 扫描仪

计算机图形学试题附答案完整版

名词解释 将图形描述转换成用像素矩阵表示的过程称为扫描转换。 1.图形 2.像素图 3.参数图 4.扫描线 5.构造实体几何表示法 6.投影 7.参数向量方程 8.自由曲线 9.曲线拟合 10.曲线插值 11.区域填充 12.扫描转换 三、填空 1.图形软件的建立方法包括提供图形程序包、和采用专用高级语言。 2.直线的属性包括线型、和颜色。 3.颜色通常用红、绿和蓝三原色的含量来表示。对于不具有彩色功能的显示系统,颜色显示为。 4.平面图形在内存中有两种表示方法,即和矢量表示法。 5.字符作为图形有和矢量字符之分。 6.区域的表示有和边界表示两种形式。 7.区域的内点表示法枚举区域内的所有像素,通过来实现内点表示。 8.区域的边界表示法枚举区域边界上的所有像素,通过给赋予同一属性值来实现边界表示。 9.区域填充有和扫描转换填充。 10.区域填充属性包括填充式样、和填充图案。 11.对于图形,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。 12.裁剪的基本目的是判断图形元素是否部分或全部落在之内。 13.字符裁剪方法包括、单个字符裁剪和字符串裁剪。 14.图形变换是指将图形的几何信息经过产生新的图形。 15.从平面上点的齐次坐标,经齐次坐标变换,最后转换为平面上点的坐标,这一变换过程称为。 16.实体的表面具有、有界性、非自交性和闭合性。 17.集合的内点是集合中的点,在该点的内的所有点都是集合中的元素。 18.空间一点的任意邻域内既有集合中的点,又有集合外的点,则称该点为集合的。 19.内点组成的集合称为集合的。 20.边界点组成的集合称为集合的。 21.任意一个实体可以表示为的并集。 22.集合与它的边界的并集称集合的。 23.取集合的内部,再取内部的闭包,所得的集合称为原集合的。 24.如果曲面上任意一点都存在一个充分小的邻域,该邻域与平面上的(开)圆盘同构,即邻域与圆盘之间存在连续的1-1映射,则称该曲面为。 25.对于一个占据有限空间的正则(点)集,如果其表面是,则该正则集为一个实体(有效物体)。 26.通过实体的边界来表示一个实体的方法称为。 27.表面由平面多边形构成的空间三维体称为。 28.扫描表示法的两个关键要素是和扫描轨迹。 29.标量:一个标量表示。 30.向量:一个向量是由若干个标量组成的,其中每个标量称为向量的一个分量。 四、简答题 1. 什么是图像的分辨率?

虚拟现实(VR)的调研报告

虚拟现实(V R)技术的 调研报告 姓名: 学号:

一、虚拟现实的概念 1、虚拟现实(VirtualReality,简称VR) 虚拟现实技术(VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统它利 用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。通过模拟产生一个逼真的虚拟世界,给用户提供完整的视觉、听觉、触觉等感官体验,让用户如身历其境能够实现在自然环境下的各种感知的高级人机交互技术。 2、虚拟现实(VirtualReality)的特征 (1)沉浸感:又称临场感,是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度,是VR技术最重要的特征,影响沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、三维图像中的深度信息、画面的视野、实现跟踪的时间或空间响应及交互设备的约束程度等。虚拟现实时代,人将从过去只能在计算机系统的外部观测处理结果,到沉浸到计算机系统所创建的环境中。 (2)交互性:指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度(包括实时性)。人将从过去只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息交互,升级为用多种传感器(眼球识别、语音、手势乃至脑电波)与多维信息的环境交互。 (3)想象力:指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为,通过逻辑判断、推理和联想等思维过程,随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力。对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力,可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。人将不只从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识,而是能够实现概念深化和新意萌发。

计算机图形学复习题及答案

计算机图形学复习题及答 案 This manuscript was revised on November 28, 2020

中南大学现代远程教育课程考试模拟复习试题.及参考答案 计算机图形学 一、名词解释 1.图形 2.像素图 3.参数图 4.扫描线 5.构造实体几何表示法 6.投影 7.参数向量方程 8.自由曲线 9.曲线拟合 10.曲线插值 11.区域填充 12.扫描转换 二、判断正误(正确写T,错误写F) 1.存储颜色和亮度信息的相应存储器称为帧缓冲存储器,所存储的信息被称为位 图。() 2.光栅扫描显示器的屏幕分为m行扫描线,每行n个点,整个屏幕分为m╳n个点,其中每个点称为一个像 素。―――――――――――――――――――――() 3.点阵字符用一个位图来表示,位图中的0对应点亮的像素,用前景色绘制;位图中的1对应未点亮的像素,用背景色绘 制。――――――――――――――――-() 4.矢量字符表示法用(曲)线段记录字形的边缘轮廓线。―――――――――――() 5.将矢量字符旋转或放大时,显示的结果通常会变得粗糙难看,同样的变换不会改变点阵字符的显示效 果。―――――――――――――――――――――――――()

6.在光栅图形中,区域是由相连的像素组成的集合,这些像素具有相同的属性值或者它们位于某边界线的内 部。―――――――――――――――――――――――() 7.多边形的扫描变换算法不需要预先定义区域内部或边界的像素值。――――――() 8.齐次坐标表示法用n维向量表示一个n+1维向 量。―――――――――――――() 9.实体的边界由平面多边形或空间曲面片组成。―――――――――――――――() 10.平面多面体表面的平面多边形的边最多属于两个多边形,即它的表面具有二维流形的性 质。―――――――――――――――――――――――――――――――() 11.实体几何性质包括位置、长度和大小 等。―――――――――――――――――() 12.实体的拓扑关系表示实体之间的相邻、相离、方位、相交和包含等关系。―――() 13.实体的扫描表示法也称为推移表示法,该表示法用一个物体和该物体的一条移动轨迹来描述一个新的物 体。――――――――――――――――――――――――() 14.如果投影空间为平面,投影线为直线,则称该投影为平面几何投影。――――-() 15.平面几何投影分为两大类:透视投影和平行投影。――――――――――――- () 16.当投影中心到投影面的距离为有限值时,相应的投影为平行投 影。――――――() 17.当投影中心到投影面的距离为无穷大时,相应的投影即为透视投影。―――――()

西安电子科技大学计算机图形学重点总结,缩印必备!

反走样:在光栅显示器上显示图形时,直线段或图形边界或多或少会呈锯齿状。原因是图形信号是连续的,而在光栅显示系统中,用来表示图形的却是一个个离散的象素。这种用离散量表示连续量引起的失真现象称之为走样;用于减少或消除这种效果的技术称为反走样 反走样方法主要有:提高分辨率、区域采样和加权区域采样 提高分辨率:把显示器分辨率提高一倍,锯齿宽度也减小了一倍,所以显示出的直线段看起来就平直光滑了一些。这种反走样方法是以4倍的存储器代价和扫描转换时间获得的。因此,增加分辨率虽然简单,但是不经济的方法,而且它也只能减轻而不能消除锯齿问题。 区域采样方法:假定每个象素是一个具有一定面积的小区域,将直线段看作具有一定宽度的狭长矩形。当直线段与象素有交时,求出两者相交区域的面积,然后根据相交区域面积的大小确定该象素的亮度值。 加权区域采样:相交区域对象素亮度的贡献依赖于该区域与象素中心的距离。当直线经过该象素时,该象素的亮度F是在两者相交区域A′上对滤波器进行积分的积分值 刚体:平移和旋转的组合,保持线段的长度,保持角的大小,图形不变形,为刚体变化 仿射:旋转、平移、缩放的组合为仿射变换,平行边仍然平行,错切变换也为仿射变换 较高次数逼近的三种方法:1将y和z直接表示成x的显函数即y=f(x) z=g(x)2用一个形如f(x,y,z)=0的隐式方程的解来表示曲线3曲线的参数表示 前两方法缺点:1由一个x值不能得到多个y值;这一定义不是旋转不变的;描述具有与坐标轴垂直的切线的曲线是困难的2给定方程的解可能更多;曲线段做链接时,很难确定他们的切线方向在连接点上是否相等 参数表示为什么要选择三做参数:1低于三次的函数控制曲线形状时不够灵活,高于三次的曲线会增加不必要的摆动其增加计算量2三次参数曲线是三维空间中次数最低的非平面曲线3定义高次曲线需要更多条件,这样在交互生成时会造成曲线的摆动而难以控制 G0连续:两条曲线段拼接成一条曲线 G1连续:两条曲线段拼接点处切向量方向相同。若相等(方向、大小)-C1 Gn连续:两条曲线段拼接点处切向量的阶导数方向相同。n阶导数相等-Cn B样条曲线优势:1四点加权求和,调和函数非负且和为1,具有凸壳特性2可证明Qi和Qi+1在连接点处连续3曲线段三次函数,所以整个曲线具有连续4凸壳的对曲线裁剪有用 中点生成算法: TBRL中点生成算法:

计算机图形学心得体会

计算机图形学心得体会 姓名: 学号: 201203284 班级: 计科11202 序号: 31 院系: 计算机科学学院

通过一个学期的学习,经过老师细心的讲解,我对图形学这门课有了基础的认识,从您的课上我学到了不少知识,基本上对图形学有了一个大体的认识。上课的时候,您的PPT做的栩栩如生,创意新颖的FLASH就吸引了我的眼球,再加上您那详细生动的讲解,就让我对这门课产生了浓厚的兴趣,随着一节一节课的教学,您的讲课更加深深地吸引了我,并且随着对这门课越来越深入的了解更促使我产生了学好这门的欲望。您教会了我们怎们做基本知识,还教了我们不少的算法。听您的课可以说是听得津津有味。以下就是我对计算机图形学这门课的认识。 一、图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看图形主要分为两类一类是基于线条信息表示的如工程图、等高线地图、曲面的线框图等另一类是明暗图也就是通常所说的真实感图形。计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此必须建立图形所描述的场景的几何表示再用某种光照模型计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。事实上图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。同时真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。 二、计算机图形学的研究内容非常广泛如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。1990年的第11届亚洲运动会上首次采用了计算机三维动画技术来制作有关的电视节目片头。继而以3D Studio 为代表的三维动画微机软什和以Photostyler、Photoshop等为代表的微机二维平面设计软件的普及对我国计算机动画技术的应用起到了推波助谰的作用。计算机动画的应用领域十分宽广除了用来制作影视作品外在科学研究、视觉模拟、电子游戏、工业设计、教学训练、写真仿真、过程控制、平面绘画、机械设计等许多方面都有重要应用如军事战术模拟。 三、科学计算可视化它将科学计算过程中及计算结果的数据转换为几何

计算机技术工程领域(085211)

计算机技术工程领域(085211) 全日制专业学位硕士研究生培养方案 一、学科简介 本学科为计算机科学与技术学科的计算机技术专业硕士点,计算机科学与技术专业是我校信息学科的核心专业之一,计算机技术是以培养高素质的创新型工程技术人才为目的。本学科在多年的教学科研工作中,兼顾工程技术实践与理论研究,着力建设重实践、宽口径的特色专业,以校企联合为手段,为信息技术产业输送高层次的计算机专门人才。在应用技术方面跟踪国内外前沿方向,形成应用技术研究与实践、产学研结合的特色。 二、培养目标 计算机技术工程领域培养基础扎实、素质全面、工程实践能力强并具有一定创新能力的应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才,基本要求是: 1.拥护党的基本路线和方针政策、热爱祖国、遵纪守法。 2.具有良好的职业道德和敬业精神,以及科学严谨、求真务实的学习态度和工作作风。 3.掌握计算机技术领域坚实的基础知识和宽广的专业知识,具有承担工程技术或工程管理工作的能力,了解本领域的技术现状和发展趋势,能够运用先进的计算机技术方法和现代技术手段解决工程问题,具备运用先进的工程化方法、技术和工具从事软件分析、设计、开发、维护等工作的能力,以及工程项目的组织与管理能力、团队协作能力、技术创新能力和市场开拓能力。 4.掌握一门外语,具备良好的阅读、理解和撰写外文资料的能力。 5.身心健康。 三、培养方式 1.采用脱产培养方式,实行学分制。 2.教学过程重视运用研讨式授课、案例教学等灵活多样的教学方式。 3.课程学习与实习实践相结合,课程学习主要在校内完成,实习实践主要在实践基地完成。 4.实行校内外“双导师制”,由校内导师和行业专家共同承担实践教学和学

计算机图形学复习资料

第一章 一、什么是计算机图形学? 计算机图形学是研究如何利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。 国际标准化组织(ISO)定义: 计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形,并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科 电气与电子工程协会(IEEE)定义: 计算机图形学是利用计算机产生图形化的图像的艺术和学科。 三、举例说明计算机图形学有哪些应用,分别用来解决什么实际问题? 应用领域: 1.计算机辅助设计与制造(CAD,CAM) 用于大楼,汽车,飞机,建筑工程,电子路线等的设计和制作过程中。 2.计算机辅助绘图 计算机辅助绘图的典型例子包括计算机可视化,近年来,这种技术已用于有限元分析的后处理,分子模型构造,地震数据处理,大气科学,生物信息及生物化学等领域。 3.计算机辅助教学(CAI) 4.办公自动化和电子出版社 5.计算机艺术 6.在工业控制及交通方面的应用 7.在医疗卫生方面的应用 8.图形用户界面 四、人机交互,什么是一致性原则 人机交互学是一门关于设计、评估和执行交互式计算机系统以及研究由此而发生的相关现象的学科。 一致性原则:指在设计系统的各个环节时,应遵从统一的、简单的规则,保证不出现例外和特殊的情况,无论是信息显示还是命令输入都应如此 一致性原则包含这样一些内容:1.一个特定的图符应该始终只有一个含义而不能依靠上下文来代表多个动作或对象;2.菜单总是放在相同的关联位置,使用户不必总是去寻找;3.键盘上的功能键,控制键以及鼠标上的按钮的定义需要前后一致;4.总是使用一种彩色编码,使相同的颜色在不同的情况下不会有不同的含义;5.输入时交互式命令和语法的一致性等 第二章 四、CRT的组成和工作原理是什么? CRT(Cathode Ray Tube)阴极射线管 ?是一种真空器件,它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束,偏转到屏幕的不

计算机图形学习题

计算机图形学部分习题答案 王飞 1.流水线的主要特点是每个基元可以单独处理,这样的结构不尽使性能更快,而且降低了内存需求,主要缺点是我们不能操控大多数全局效果,如阴影,反射 2.视帧缓存的深度而定,以帧缓存为深度为1为例,速度为 1024*1280*1*72b=11.25MB/s,即读取一个像素用时倒数分之1每秒。隔行扫描,72变30. 3.每帧480*640像素的视频显示仅含有300K像素(普屏动画),而2000*3000像素的电影帧有6M像素,约多了18倍的显示时间,因此需要18倍的时间进行渲染。 4.略 5.分别在x方向和y方向上对这个问题进行解答。变换是线性的,也就是,Xs=ax+b,Ys=cy+d,映射的时候必须保证比例保持不变,即有 =得到 Xs=u+w* 同理可得 Ys=v+h* 6.可以使用扫描线的方式,每一个扫描线对应于帧缓存中的一行像素,通过交点的方式判断点是否在多边形内部。按照一定的方向观察扫描线与多边形的交点,第一个交点是扫描线上接下来一系

列在多边形内部的点的起点,第二个交点是离开多边形的起点,第三个交点又是进入的起点。依次进行,根据点在那两个交点之间即可判断是否在多边形内。按照一定方向移动扫描线,即可完成对所有点的判断。 7.可以得知帧缓存的深度为6 8.使用扫描线判断。每一条扫面线与凸多边形至多有两个交点,从一个方向朝另一个方向移动扫描线,扫描完毕,只要中途未出现两个人以上交点,则为凸多边形。 9.定义笔画字体时,最主要的问题是如何描述具有弯曲笔画和孔的字符,比如字母“a”和字母“q” 10.会出现很多潜在的问题,比如,应用程序会把对象坐标系中不同的点映射到屏幕坐标系的相同位置,第二,屏幕坐标系上的点转换回对象坐标系时,改点可能会落在用户窗口以外。 11.使用游戏杆的游戏大多操作比较简单,共有两个三位置转换开关,则可产生九中不同组合的编码控制信息,进而控制游戏的进行。 12.略 (1)旋转和均匀缩放 假设缩放矩阵为 旋转矩阵为(绕Z轴旋转)

《计算机图形学》1-4章习题解答

《计算机图形学》1-4章习题解答 习题1 1.计算机图形学的研究内容是什么? 答:几何模型构造,图形生成,图形操作与处理,图形信息的存储、检索与交换,人机交互及用户接口,动画,图形输出设备与输出技术,图形标准与图形软件包的研究等。 2.计算机图形学与图像处理有何联系?有何区别? 答:计算机图形学与图像处理都是用计算机来处理图形和图像,结合紧密且相互渗透,但其属于两个不同的技术领域。计算机图形学是通过算法和程序在显示设备上构造图形,是从数据到图像的处理过程;而图像处理是对景物或图像的分析技术,是从图像到图像的处理过程。 3.简述计算机图形学的发展过程。 答:略。(参考:教材P3) 4.简述你所理解的计算机图形学的应用领域。 答:略。(参考:教材P4~P5) 习题2 1.什么是图像的分辨率? 答:在水平和垂直方向上每单位长度所包含的像素点的数目。 2.在CMY 坐标系里找出与RGB 坐标系的颜色(0.2,1,0.5)相同的坐标。 答:1-0.2=0.8,1-1=0, 1-0.5=0.5 坐标为(0.8, 0, 0.5) 3.在RGB 坐标系里找出与CMY 坐标系的颜色(0.15,0.75,0)相同的坐标。 答:1-0.15=0.85, 1-0.75=0.25, 1-0=1 坐标为(0.85, 0.25, 1) 4.如果使用每种基色占2比特的直接编码方式表示RGB 颜色的值,每一像素有多少种可能的颜色? 答:642222 22=?? 5.如果使用每种基色占10比特的直接编码方式表示RGB 颜色的值,每一像素有多少种可能的颜色? 答:824 10737411024 2223 10 10 10 ==??

计算机图形学复习资料及答案

2.1 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 2.5 分辨率为800×600,能显示216种颜色的显示器,至少需要选用帧缓存的容量为 (1)512KB (2)1MB (3)2MB (4)3MB 。 答案:(2) 2.7 灰度等级为256,分辨率为1024×768的显示器,至少需要选用帧缓存的容量为 (1)512K (2)1M (3)2M (4)3M 。 答案:(2) 3.4 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。 3.5 在多边形的扫描线算法中,是如何处理奇点的? 答案:为使每一条扫描线与多边形P 的边界的交点个数始终为偶数,规定当奇点是多边形P 的极值点时,该点按两个交点计算,否则按一个交点计算。在实际计算过程中,可采用如下方法处理非极值点:若i P 是非极值点,则将i i P P 1-, 1+i i P P 两边中位于扫描线i y y =上方的那条边在i P 处截去一个单位长,这样就可以保证扫描线i y y =只和i i P P 1-,1 +i i P P 中的一边相交,只有一个交点。 3.6 任意给定五边形的五个顶点坐标,利用多边形填充的扫描线算法,编写程序生成一个实心五边形。 答案:(略) 3.11 解释走样和反走样的概念,以及反走样的几种表现形式。 答案:图形信号是连续的,而它们在光栅显示器上对应的图形则是由一系列相同亮度的离散像素组成。用离散的像素表示连续的直线或多边形的边界必然会引起图形的失真,即光滑的线段变成了阶梯的形状,这种现象就称为走样。用于减轻或消除这种效果的技术就称为反走样。 光栅图形的走样现象除产生阶梯状的边界外,还有图形的细节失真、狭小图形遗失等。 3.12 简要叙述几种反走样算法的原理和优缺点。 答案:1、提高分辨率的反走样算法 2、区域采样的反走样算法 3、加权区域采样的反走样算法 (具体原理、优缺点见课本) 4.2 写出下列二维图形变换的变换矩阵 (1). 沿x 轴正向移动一个绘图单位,同时,沿y 轴负向移动一个绘图单位。 '101'011x x y y ????????=+????????-????????,'101'01110011x x y y ?????? ??????=-???????????? ?????? (2). 绕原点逆时针旋转90度 '01'10x x y y -?????? =???????????? (3). 沿x 轴负向移动2个绘图单位,同时,沿y 轴正向移动2个绘图单位。

计算机图形学必考知识点

Phong Lighting 该模型计算效率高、与物理事实足够接近。Phong模型利用4个向量计算表面任一点的颜色值,考虑了光线和材质之间的三种相互作用:环境光反射、漫反射和镜面反射。Phong模型使用公式:I s=K s L s cosαΦα:高光系数。计算方面的优势:把r和v归一化为单位向量,利用点积计算镜面反射分量:I s=K s L s max((r,v)α,0),还可增加距离衰减因子。 在Gouraud着色这种明暗绘制方法中,对公用一个顶点的多边形的法向量取平均值,把归一化的平均值定义为该顶点的法向量,Gouraud着色对顶点的明暗值进行插值。Phong着色是在多边形内对法向量进行插值。Phong着色要求把光照模型应用到每个片元上,也被称为片元的着色。 颜色模型RGB XYZ HSV RGB:RGB颜色模式已经成为现代图形系统的标准,使用RGB加色模型的RGB三原色系统中,红绿蓝图像在概念上有各自的缓存,每个像素都分别有三个分量。任意色光F都可表示为F=r [ R ] + g [ G ] + b [ B ]。RGB颜色立方体中沿着一个坐标轴方向的距离代表了颜色中相应原色的分量,原点(黑)到体对角线顶点(白)为不同亮度的灰色 XYZ:在RGB 系统基础上,改用三个假想的原色X、Y、Z建立了一个新的色度系统, 将它匹配等能光谱的三刺激值,该系统称为视场XYZ色度系统,在XYZ空间中不能直观地评价颜色。 HSV是一种将RGB中的点在圆柱坐标系中的表示法,H色相S饱和度V明度,中心轴为灰色底黑顶白,绕轴角度为H,到该轴距离为S,沿轴高度为S。 RGB优点:笛卡尔坐标系,线性,基于硬件(易转换),基于三刺激值,缺点:难以指定命名颜色,不能覆盖所有颜色范围,不一致。 HSV优点:易于转换成RGB,直观指定颜色,’缺点:非线性,不能覆盖所有颜色范围,不一致 XYZ:覆盖所有颜色范围,基于人眼的三刺激值,线性,包含所有空间,缺点:不一致 交互式计算机程序员模型 (应用模型<->应用程序<->图形库)->(图形系统<->显示屏).应用程序和图形系统之间的接口可以通过图形库的一组函数来指定,这和接口的规范称为应用程序编程人员接口(API),软件驱动程序负责解释API的输出并把这些数据转换为能被特定硬件识别的形式。API提供的功能应该同程序员用来确定图像的概念模型相匹配。建立复杂的交互式模型,首先要从基本对象开始。良好的交互式程序需包含下述特性:平滑的显示效果。使用交互设备控制屏幕上图像的显示。能使用各种方法输入信息和显示信息。界面友好易于使用和学习。对用户的操作具有反馈功能。对用户的误操作具有容忍性。Opengl并不直接支持交互,窗口和输入函数并没有包含在API中。 简单光线跟踪、迭代光线跟踪 光线跟踪是一种真实感地显示物体的方法,该方法由Appel在1968年提出。光线跟踪方法沿着到达视点的光线的相反方向跟踪,经过屏幕上每一象素,找出与视线所交的物体表面点P0,并继续跟踪,找出影响P0点光强的所有的光源,从而算出P0点上精确的光照强度。光线跟踪器最适合于绘制具有高反射属性表面的场景。优缺点:原理简单,便于实现,能生成各种逼真的视觉效果,但计算量开销大,终止条件:光线与光源相交光线超出视线范围,达到最大递归层次。一般有三种:1)相交表面为理想漫射面,跟踪结束。2)相交表面为理想镜面,光线沿镜面反射方向继续跟踪。3)相交表面为规则透射面,光线沿规则透射方向继续跟踪。 描述光线跟踪简单方法是递归,即通过一个递归函数跟踪一条光线,其反射光想和折射光线再调用此函数本身,递归函数用来跟踪一条光线,该光线由一个点和一个方向确定,函数返回与光线相交的第一个对象表面的明暗值。递归函数会调用函数计算指定的光线与最近对象表面的交点位置。 图形学算法加速技术BVH, GRID, BSP, OCTree 加速技术:判定光线与场景中景物表面的相对位置关系,避免光线与实际不相交的景物表面的求交运算。加速器技术分为以下两种:Bounding Volume Hierarchy 简写BVH,即包围盒层次技术,是一种基于“物体”的场景管理技术,广泛应用于碰撞检测、射线相交测试之类的场合。BVH的数据结构其实就是一棵二叉树(Binary Tree)。它有两种节点(Node)类型:Interior Node 和Leaf Node。前者也是非叶子节点,即如果一个Node不是Leaf Node,它必定是Interior Node。Leaf Node 是最终存放物体/们的地方,而Interior Node存放着代表该划分(Partition)的包围盒信息,下面还有两个子树有待遍历。使用BVH需要考虑两个阶段的工作:构建(Build)和遍历(Traversal)。另一种是景物空间分割技术,包括BSP tree,KD tree Octree Grid BSP:二叉空间区分树 OCTree:划分二维平面空间无限四等分 Z-buffer算法 算法描述:1、帧缓冲器中的颜色设置为背景颜色2、z缓冲器中的z值设置成最小值(离视点最远)3、以任意顺序扫描各多边形a) 对于多边形中的每一个采样点,计算其深度值z(x,y) b) 比较z(x, y)与z缓冲器中已有的值zbuffer(x,y)如果z(x, y) >zbuffer(x, y),那么计算该像素(x, y)的光亮值属性并写入帧缓冲器更新z缓冲器zbuffer(x, y)=z(x, y) Z-buffer算法是使用广泛的隐藏面消除算法思想为保留每条投影线从COP到已绘制最近点距离,在投影后绘制多边形时更新这个信息。存储必要的深度信息放在Z缓存中,深度大于Z缓存中已有的深度值,对应投影线上已绘制的多边形距离观察者更近,故忽略该当前多边形颜色,深度小于Z缓存中的已有深度值,用这个多边形的颜色替换缓存中的颜色,并更新Z缓存的深度值。 void zBuffer() {int x, y; for (y = 0; y < YMAX; y++) for (x = 0; x < XMAX; x++) { WritePixel (x, y, BACKGROUND_VALUE); WriteZ (x, y, 1);} for each polygon { for each pixel in polygon’s projection { //plane equation doubl pz = Z-value at pixel (x, y); if (pz < ReadZ (x, y)) { // New point is closer to front of view WritePixel (x, y, color at pixel (x, y)) WriteZ (x, y, pz);}}}} 优点:算法复杂度只会随着场景的复杂度线性增加、无须排序、适合于并行实现 缺点:z缓冲器需要占用大量存储单元、深度采样与量化带来走样现象、难以处理透明物体 着色器编程方法vert. frag 着色器初始化:1、将着色器读入内存2、创建一个程序对象3、创建着色器对象4、把着色器对象绑定到程序对象5、编译着色器6、将所有的程序连接起来7、选择当前的程序对象8、把应用程序和着色器之间的uniform变量及attribute变量关联起来。 Vertex Shader:实现了一种通用的可编程方法操作顶点,输入主要有:1、属性、2、使用的常量数据3、被Uniforms使用的特殊类型4、顶点着色器编程源码。输入叫做varying变量。被使用在传统的基于顶点的操作,例如位移矩阵、计算光照方程、产生贴图坐标等。Fragment shader:计算每个像素的颜色和其他属性,实现了一种作用于片段的通用可编程方法,对光栅化阶段产生的每个片段进行操作。输入:Varying 变量、Uniforms-用于片元着色器的常量,Samples-用于呈现纹理、编程代码。输出:内建变量。 观察变换 建模变换是把对象从对象标架变换到世界标架 观察变换把世界坐标变换成照相机坐标。VC是与物理设备无关的,用于设置观察窗口观察和描述用户感兴趣的区域内部分对象,观察坐标系采用左手直角坐标系,可在用户坐标系中的任何位置、任何方向定义。其中有一坐标轴与观察方向重合同向并与观察平面垂直。观察变换是指将对象描述从世界坐标系变换到观察坐标系的过程。(1):平移观察坐标系的坐标原点,与世界坐标系的原点重合,(2):将x e,y e轴分别旋转(-θ)角与x w、y w轴重合。 规范化设备坐标系 规范化设备坐标系是与具体的物理设备无关的一种坐标系,用于定义视区,描述来自世界坐标系窗口内对象的图形。 光线与隐式表面求交 将一个对象表面定义为f(x,y,z)=f(p)=0,来自P0,方向为d的光线用参数的形式表示为P(t)=P0+td. 交点位置处参数t的值满足:f(P0+td)=0,若f是一个代数曲面,则f是形式为X i Y j Z k的多项式之和,求交就转化为寻求多项式所有根的问题,满足的情况一:二次曲面,情况二:品面求交,将光线方程带入平面方程:p*n+c=0可得到一个只需做一次除法的标量方程p=p0+td。可通过计算得到交点的参数t的值:t=(p0*n+c)/(n*d). 几何变换T R S矩阵表示 三维平移T 三维缩放S旋转绕z轴Rz( ) 100dx 010dy 001dz 0001 Sx000 0Sy00 00Sz0 0001 cos-sin00 sin cos00 0010 0001 θθ θθ 旋转绕x轴Rx(θ) 旋转绕y轴Ry(θ) 1000 0cos-sin0 0sin cos0 0001 θθ θθ cos0sin0 0100 -sin0cos0 0001 θθ θθ 曲线曲面 Bezier曲线性质:Bezier曲线的起点和终点分别是特征多边形的第一个顶点和最后一个顶点。曲线在起点和终点处的切线分别是特征多边形的第一条边和最后一条边,且切矢的模长分别为相应边长的n倍;(2)凸包性;(3)几何不变性(4)变差缩减性。端点插值。 均匀B样条曲线的性质包括:凸包性、局部性、B样条混合函数的权性、连续性、B样条多项式的次数不取决于控制函数。 G连续C连续 C0连续满足:C1连续满足: (1)(0) p(1)=(1)(0)(0) (1)(0) px qx py q qy pz qz == ???? ???? ???? ???? (1)(0) p'(1)=(1)'(0)(0) (1)(0) p x q x p y q q y p z q z == ???? ???? ???? ???? C0(G0)连续:曲线的三个分量在连接点必须对应相等 C1连续:参数方程和一阶导数都对应相等 G1连续:两曲线的切线向量成比例 三维空间中,曲线上某点的导数即是该点的切线,只要求两个曲线段连接点的导数成比例,不需要导 数相等,即p’(1)=aq’(0) 称为G1几何连续性。将该思想推广到高阶导数,就可得到C n和G n连续性。

计算机图形学作业

《计算机图形学》实验报告 二 维 几 何 变 换 专业: 班级:1002 学号: 姓名: 完成日期:2012.10.20

1.实验目的 (1) 掌握二维平移、比例、旋转几何变换矩阵。 (2)掌握矩阵乘法的编程实现。 (3)掌握相对于任意参考点的比例变换和旋转变换。 (4)掌握定时器的使用方法。 2.实验要求 (1)设计包含齐次坐标的二维点类CP2。 (2)设计二维几何变换类。平移变换矩阵,比例变换矩阵和旋转变换矩阵。 (3)设计双缓冲技术。 (4)生成正多边形顶点。 (5)绘制几何变换图形。 (6)使用定时器动态更新图形。 (7)平移变换(x,y) ===>(-50,50)之间往复变换。旋转变换绕中心旋转10/帧,比例变换[0.5,2]0.01/帧之间往复变换。 3.程序代码 CTestView::CTestView() { // TODO: add construction code here directionX=1; directionY=1; directionS=1; R = 30; translateX=1; translateY=1; rotate = 1; scale = 1; } CTestView::~CTestView()

{ } void CTestView::DoubleBuffer() { int flag=0; CDC * pDC = GetDC(); CRect rect; if(scale>2) directionS=-1; if(scale<-2) directionS=1; GetClientRect(&rect); pDC->SetMapMode(MM_ANISOTROPIC); pDC->SetWindowExt(rect.Width(),rect.Height()); pDC->SetViewportExt(rect.Width(),-rect.Height()); pDC->SetViewportOrg(rect.Width()/2,rect.Height()/2); CDC MemDC; CBitmap NewBitmap,*pOldBitmap; MemDC.CreateCompatibleDC(pDC); NewBitmap.CreateCompatibleBitmap(pDC,rect.Width(),rect.Height() ); pOldBitmap=MemDC.SelectObject(&NewBitmap); MemDC.SetMapMode(MM_ANISOTROPIC); MemDC.SetWindowExt(rect.Width(), rect.Height()); MemDC.SetViewportExt(rect.Width(),-rect.Height()); MemDC.SetViewportOrg(rect.Width()/2,rect.Height()/2); ReadPoint();

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