计算机图形学内容总结

《计算机图形学》内容摘要

第一章图形设备、系统和应用

1．计算机图形学及其相关概念

2．

3．

4．学科发展历史

5．计算机图形学的应用

用户接口、计算机辅助设计与制造、娱乐、计算机辅助绘图、计算机辅助教学、科学计算可视化、计算机艺术

6．计算机图形系统（硬件部分）

7．计算机图形系统：

计算机硬件+图形输入输出设备+计算机系统软件+图形软件；计算机图形系统的五大功能：图形输入、图形计算、图形交互、图形输出、图形存储；

六种逻辑输入设备：定位设备、笔画设备、定值设备、字符串设备、选择设备、拾取设备。

CRT基本部件：电子枪、聚焦系统、加速阳极、偏转系统、荧光屏；

屏幕分辨率及光点的定义；帧缓冲区容量的计算

8．图形工作站与虚拟现实系统

第二章计算机图形的标准化和窗口系统（图

形系统软件部分）

1．图形软件类型

通用编程软件包和专用应用软件包、通用图形软件包的功能：属性描述、几何变换、观察变换、交互输入、控制操作

2．坐标表示

建模坐标、世界坐标系、规范化坐标系和设备坐标系的定义和关系；

3．图形标准

ISO&ANSI定义的图形标准：GKS、PHIGS、CGI、CGM

4．窗口系统

第三章交互技术与用户接口

1．用户接口的常用形式

子程序库、专用语言、交互命令

2．交互设备、交互任务和交互技术：基本的交互任务有哪些3．交互设备有六种；交互设备、交互任务和交互技术之间的关系；

4．输入控制

输入模式：请求模式、取样模式、事件模式

5．如何构造一个交互系统

用户接口设计的手段：显示屏幕的有效利用、反馈、一致性原则、减少记忆量、回退和出错处理、联机帮助、

视觉效果设计、适应不同的用户；

基本交互绘图技术：回显、约束、网格、引力域、橡皮筋技术、草拟技术、拖动、旋转、变形

第四章基本图形生成算法

1．图形扫描转换的定义；

2．直线的扫描转换：DDA画线法、中点画线法、Bresenham画线法；

3．圆的扫描转换：中点画圆法、Bresenham画圆法；

4．椭圆的扫描转换：中点画椭圆法；

5．多边形的扫描转换与区域填充：（1）扫描线填充算法：扫描线多边形填充算法；（2）递归填充：边界填充算法、泛填充算法；（4-连通/8-连通）

6．2D裁剪：（1）直线段：Cohen-Sutherland算法、Liang-Barsky算法；（2）多边形：Sutherland-Hodgeman多边形裁剪算法；

7．字符的处理

字库分为点阵式/矢量式

线形处理、线宽处理、线帽：方帽、突方帽、圆帽

8．属性处理

9．反走样

走样：用离散量表示连续量引起的失真

常见的走样现象：

（1）光栅图形产生的阶梯形边界；

（2）图形细节失真；

（3）狭小图形的遗失与动态图形的闪烁：在动画序列中时隐时现，产生闪烁。

反走样方法：提高分辨率、简单区域取样、加权区域取样。

第五章二维变换和二维观察

1．基本变换及变换矩阵

(1)平移

(2)旋转

(3)变比

2．复合变换

（1）连续平移是可加的

（2）连续旋转是可加的

（3）连续缩放操作是可乘的

前三个基本变换是针对原点和X,Y轴的。

（4）通用基准点变换

5.3.4 通用基准点变换

?Solution

?平移使基准点移动到坐标原点(T)

?针对原点做指定变换(M)

?反向平移使基准点回到原始位置(T-1)?Examples

（5）通用方向变换

5.3.5 通用方向变换

Solution

?旋转对象使任意方向与坐标轴方向重合?针对坐标轴方向做指定变换?

反向旋转使任意方向回到原方向

Example

S 2

S 1

3 .2D其他变换

（1）对称（反射）

关于X、Y、坐标原点、y=x、y=-x （2）错切

4. 2D观察

窗口到视区的变换

窗口->视口变换

保持视口与窗口中的对象具有同样的相对位置，必须满足

(X w-W1) / (W2-W1) = (X v-V1) / (V2-V1)

(Y w-W3) / (W4-W3) = (Y v-V3) / (V4-V3)

Example

?已知w1=10,w2=20,w3=40,w4=80,

v1=80,v2=110,v3=10,v4=130, 窗口中

一点P(15，60)，求视区中的映射点P‘?

?解：(15-10)/(20-10) = (x v-80)/(110-

80)

(60-40)/(80-40) = (y v-10)/(130-

10)

?x v= 95, y v=70

第六章三维变换和三维观察

1．3D变换

（1）3D平移

（2）3D变比

?针对固定点变比

?参数: s x, s y, s z, (x f, y f, z f)

?变换矩阵

M=T(x f, y f, z f)S(s x, s y, s z)T(-x f,-y f, -z f)

(3) 3D旋转

（4）通用3D旋转

General 3D Rotations

?任意轴平行于坐标轴之一

?平移使任意轴与平行坐标轴重合

?完成指定旋转

?反向平移使回到原位置

?Example

任意轴平行于X轴的变换矩阵M=T-1R X(θ)T x

L （5）3D反射（对称）

（6）错切

（7）3D复合变换

2．3D观察

投影变换：

投影中心与投影平面之间的距离为有限

根据投影

方向与投

影平面的

夹角

根据投影

平面与坐

标轴的夹

角

透视投影变换矩阵