2002研计算机图形学复习题

Computer Graphics

2008研计算机图形学复习参考题

2008.12

1) 计算机图形学、图像处理和模式识别三个学科分支的区别是什么？请各举三个应用

实例。

? 计算机图形学：

定义：用计算机生成、处理和显示图形的学科；由几何数据和几何模型，利用计算机进行显示并存储，并可以进行修改、完善以及有关操作的过程。 主要任务：建立、处理、存储对象的模型并产生图形输出。从描述到图。 应用实例：CAD，虚拟现实，计算机动画

? 图像处理：

定义：将客观世界中原来存在的物体影象处理成新的数字化图象的相关技术。 主要任务：增强、复原、分割、编码、存储、传输。从图到图。

应用实例：改善图片质量、对视觉信息的机器感觉，如分析地球或星系的卫星照片；层面X线照相术；图象压缩

? 模式识别：

定义：对所输入的图象进行分析和识别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模型。 主要任务：特征抽取，识别、分类。从图到描述。 应用实例：OCR，人脸识别，工程图矢量化

2) 一个计算机系统监视进入停车场的每一辆汽车，将其车牌号及车身颜色与数据库中

记录对比以确定是否准入。请说明该系统在哪些方面使用计算机图形学、图像处理和模式识别技术

? 计算机图形学：建立坐标系统，建立问题处理的模型，图形数据库的存取，以

及对所获得图形的加工处理。如可能拍摄角度的问题使所拍摄的车牌形状是不规则的多边形，我们需要图形学的知识来将车牌矫正至规则图形（如长方形），以便进一步处理。

? 图象处理：从拍摄的图像中提取车牌、车身颜色等特征信息。

? 模式识别：识别车牌号，将提取到的特征信息与数据库中的记录进行匹配，判

断是否准入。

3) 术语CAD是什么含义？

两层含义：

-- Computer Aided Drafting -- Computer Aided Design

CAM – Computer Aided Manufacturing

4) 什么是可视化技术？

可视化定义：将可见或不可见的现象用适当的图形表示出来。

如：科学计算可视化：运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中及计算结果的数据转换为图形及图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和

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技术。

5) 什么是虚拟现实技术？

人们利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，通过自然技能与之相互作用的新技术，它与传统的模拟技术完全不同，是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置，把操作者和计算机生成的三维虚拟环境联系在一起。操作者通过传感器装置和虚拟环境交互作用，可获得视觉、听觉、触觉等多种感知，并按照自己的意愿去改变“不随心”的虚拟环境。 组成部分：

? 跟踪系统：确定参与者头、手和躯干的位置 ? 触觉系统：提供力和压力的反馈

? 音频系统：提供立体声源和判定空间位置

? 图像生成与显示系统：产生空间图形和立体显示 ? 高性能计算机处理系统：高速度、大容量、联网

6) 光栅扫描显示器的主要工作原理是什么？

光栅扫描显示器 Raster Display

图形定义存于刷新缓冲器或帧缓冲器的存储器中，该存储器保存一组对应屏幕所有点的强度值。显示时电子束横向扫描屏幕，一次一行，从顶到底依此进行。当电子束横向沿每一行移动时，根据从刷新缓冲器中取出的当前屏幕点的强度值，电子束的强度不断变化从而建立亮点的图案。

优点：能够较好地适用于包含细微阴影和彩色模式的场景的逼真显示。 缺点：无法生成光滑线条。

7) 光栅扫描显示系统中彩色表起什么作用？

彩色表是一维线性表，它每一项的内容对应于一种颜色，它的长度由帧缓存单元的位数决定。它的作用有： (1) 节省帧缓冲器。

(2) 提供合理的可同时显示的颜色数量。

(3) 表项可随时改变，从而使用户能容易地试验在设计、场景或图形中使用不同的

颜色组合，而无需改变对图形数据结构的属性设置。

8) 设图形缓存有8个位平面，彩色表宽度为24位，问可供选择的颜色种类有多少？

1024x768的屏幕上最多可有多少种颜色？一个12x12的窗口中的图最多可有多少种颜色？1024x768幅面全彩色的图不加压缩保存要多少字节？ 可供选择的颜色种类：2的24次方

1024x768的屏幕上最多显示颜色数：2的8次方 = 256 12x12的窗口中的图最多显示颜色数：12 X 12 = 144

保存1024*768幅面全彩色的图不加压缩保存需要1024 * 768 * 24 / 8 = 2304k字节

9) 图形软件标准的必要性是什么？有哪些不同类型的标准？

制定图形软件标准的目的是为了实现可移植性，包括4个方面：

(1) 应用程序在不同系统间的可移植性 GKS, PHIGS, OPEN GL (2) 应用程序和图形设备的可移植性 CGI

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(3) 图形数据的可移植性 CGM (4) 程序员的可移植性

标准有： GKS (Graphics Kernal System)

PHIGS (Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System) OPEN GL (Open Graphics Library) CGI (Computer Graphics Interface) CGM (Computer Graphics Metafile)

其中：

(1) 应用系统与图形系统的接口：GKS、PHIGS、OPEN GL (2) 图形系统与设备的接口：CGI

(3) 图形元文件输出程序与元文件输入程序的接口：CGM

10) 各种逻辑输入设备的应用例子。

(1) 定位设备（Locator）：用来指定用户空间的一个位置

包括：鼠标、操纵杆、触摸屏、光笔等 (2) 笔画设备（Stroke ）：用来指定用户空间的一组有序点的位置

包括：鼠标、操纵杆等 (3) 定值设备（Valuator）：指定标量值的设备，用来为应用程序输入一个值（实

数）

包括：控制旋钮、键盘、数字化仪等 (4) 选择设备（Choice）：用来为应用程序在多个选项中选定一项，比如选择菜单

项

包括：键盘、鼠标、触摸屏、光笔等 (5) 拾取设备（Pick）：选择图的组成部分的设备

包括：各种定位设备（如鼠标）等 (6) 字符串设备（String）：指定文字输入的设备

包括：键盘、声音识别仪等

11) 扫描线多边形填充算法中怎样组织边表和活动边表？

? 边表：对与多边形相交的扫描线，生成一个边表，每条扫描线占边表中的一项。

对于某条特定的扫描线，表中的每个入口包含相交边的最大y值，边的x交点值（在较低顶点处）和边斜率的倒数。对于每条扫描线，边以从左到右的次序排序。为了有效地完成多边形填充，可首先将其边界存储在边表中。无论以顺时针或逆时针顺序沿边处理时，按每条边最小y值排序，存储在一个编号的相应扫描线位置。但仅存储非水平线。

保存非水平线 按最小y值排序

特点 高端连接更高线处缩下一点

存储桶

? 活动边表：利用边表，从多边形的底部到顶部处理扫描线，对每条与多边形边

界相交的扫描线生成一个活化边表。扫描线的活化边表包含所有与该扫描线相交的边，并用循环连贯性计算来得到边的交点。

12) 一个四边形的四个顶点坐标依次为 (1,1) (3,1) (5,4) (3,6) 欲使用扫描线

多边形填充算法对该四边形填充，请给出边表内容。

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y 扫描线编号 3,6) 4 6 5 -1 (5,4)

(1,1) (3,1) 1 6 1 0.4 4 3 2/3

x

13) 二维变换的矩阵表示如何统一？

为了将任何二维变换表示为矩阵乘法，我们用齐次坐标三元组（xh，yh，h）来表示每个笛卡儿坐标位置（x，y）。通常可设置h=1。这样我们可将所有的几何变换方程表示为矩阵乘法，坐标可表示为三个元素的列向量，变换操作可写成3x3矩阵。

?X???10dx??X???????平移：Y??01dyY ????????1????001????1???X???cosa?sina0??X??????Y?

cosa0旋转：Y??sina???????01??1????0???1???X???Sx00??X???????缩放：Y??0Sy0Y ????????1????001????1??（其他变换：通用固定点缩放、通用定向缩放、反射（X轴反射、Y轴反射、原点

反射、 任意直线反射、任意点反射）、错切、仿射变换）

14) 如何实现相对于任意直线的对称变换？

通过平移，旋转，反射变换的组合来完成：

(1) 平移直线，使过原点，设只在x轴方向上平移s (2) 顺时针旋转，使和x轴重合，设旋转角度为a (3) 对于x轴反射 (4) 逆时针旋转a角度 (5) 沿x轴方向平移-s

15) 窗口-视口变换及反变换的作用是什么？

窗口：观察坐标系(或世界坐标系)中要显示的矩形区域 视区：窗口映射到规范化设备坐标系的矩形区域

窗口-视口变换的作用是有效地将观察坐标系中要显示的区域映射到规范化设备坐标系中，使得观察坐标系窗口中的图形能被用户看见。

反变换的作用是从规范化设备坐标系中的区域回溯到观察坐标系中，能反映到原模

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