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第1章 绪论——填空选择题
什么是计算机图形学？（研究的内容是啥）
计算机图形学是研究通过计算机将数据转化为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。
简单来说，计算机图形学是研究怎样用计算机生成、处理和显示图形的一门学科。
计算机图形学是研究怎样利用计算机来生成、处理和显示图形的原理、方法和技术的学科。
什么是图形?构成图形包括哪两面的要素?
图形，广义上是指能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象。它包括人眼所见的景物，来自各种输入媒体的图片、图案、图像，人工绘画，还包括用数学方法描述的图形以及其他各种图形。
图形的构成要素有两类，
- 一是刻画形状的点、线、面、体等几何要素;
- 二是反映物体表面属性和材质的明暗、灰度、颜色等非几何要素。
图形的表示有哪两大类，包含的信息有哪些？
（1）参数法：用图形的形状参数和属性参数来表示图形。形状参数是指描述图形的方程或分析表达式的参数、线段或多边形的端点坐标等几何属性。而属性参数包括灰度、颜色和线型等非几何属性。——简称图形（Graphics）
（2）点阵法：通过枚举出图形所有的点的灰度或颜色信息来表示图形。点阵法强调的是图形由哪些点组成，这些点具有什么灰度或颜色。——图像（Image）
图形学的相关学科有哪些，各自的研究内容？
数字图像处理
研究图像采样、量化、图像变换、图像去噪、图像压缩、图像增强、边缘处理等。
计算几何
研究几何模型和及其数学模型、存储和管理等。
计算机视觉与模式识别
模式识别进行的是计算机图形学的逆向工作，研究如何对输入的图像进行分析和识别，找出所输入的图像的内在联系或者抽象模型
几个学科相互联系又相互区别
计算机图形学着重讨论怎样将数据和几何模型变成图形，图像处理着重研究图像的压缩存储和去除噪音问题，而模式识别则重点讨论如何从图像中提取数据和模型，计算几何则着重研究几何形体的计算机表示，分析和识别。
计算机图形学的应用领域？
- 用户图形接口
- 计算机辅助设计与制造
- 计算机动画
- 计算机艺术
- 科学计算的可视化
- 虚拟现实的应用
- 系统环境的模拟
第2章 交互式计算机图形学处理系统
交互式计算机图形系统的组成
典型的计算机图形系统包括 处理、存储、交互、输入、输出 5个基本功能
图形设备的分类（输入、显示、绘制）
图形输入设备
- 键盘（Keyboard）
- 鼠标器(mouse)
- 光笔(light pen)
- 触摸屏(touch screen)
- 触摸板(touch panel)
- 操纵杆(joystick)
- 手柄
- 跟踪球(trackball)和空间球(spacegall)
- 数据手套(data glove)
- 数字化仪(digitizer)
- 图象扫描仪(scaner)
- 声频输入系统
- 视频输入系统
图形显示设备
- 阴极射线管（CRT）显示器
- 彩色CRT显示器
- 随机扫描显示器
- 光栅扫描显示器
- 平板显示器
- 三维显示系统
图形绘制设备
逻辑的输入输出和对输入的处理的三种方式
六种逻辑输入设备：即定位设备、笔划设备、字符串设备、定值设备、选择设备、拾取设备（定位 定值 选择 拾取 笔画 字符串）
图形软件系统提供输入管理方法：请求方式 采样方式 事件方式（期中考题-填空）
关于本章的常见概念
- 像素：构成屏幕的最小元素，整个屏幕被扫描线划分成 n 行，每行有 m 个点，每个点为一个像素，整个屏幕有n * m个像素
- 分辨率：CRT在水平或竖直方向单位长度所包含最大光点的个数
- 光栅扫描：电子束按照固定的扫描线和规定的扫描顺序进行扫描。从屏幕左上角开始向右扫一条水平线，然后迅速回扫到左边偏下的位置扫下一条水平线，依次扫描下去直至最后一条水平线，完成整个屏幕的扫描
- 刷新和刷新频率：为了保持一个持续稳定的图形画面，就需要控制电子束反复地重复要显示的图形 ，这个过程称为刷新，电子束每秒重绘图形的次数称为刷新频率。
- 点距：两个相邻光点中心的距离
- 帧缓存：即帧缓冲存储器，存储要处理的图形数据信息，即存储屏幕上的像素的颜色值。
- 颜色查找表：一维线性表，用来定义像素的颜色，帧缓存各单元保存的不再是相应象素的颜色值，而仅是该象素颜色的一个索引，它是彩色表的某个地址，按照这个索引值在彩色表中取出红、绿、蓝三种颜色的分量，然后送CRT显示器对该象素进行颜色显示
- 余晖时间：荧光粉所发出光的亮度降低至十分之一所用的时间。
- 显示速度：CRT显示器每秒可显示矢量线段的条数。
帧缓存相关的计算
查色表的宽度m一般要大于查色表的长度n。表示从2^m中任意选择2^n种作为显示的颜色。
帧缓冲器地址 = (X_{max} - X_{min} + 1) \times (y - y_{min} + 1) + (x - x_{min}) + 基地址
光栅扫描系统和随机扫描系统
第3章 基本图形生成算法--重点
画线算法
数值微分画线法（DDA） 期中考过了
中点画线法 => 期中考过了
思想就是利用下一个点的绘制要么是右方的点，要么是右上侧的点，因此取其中点进行计算，如果中点的值带入直线方程的值>0，说明离右方的点更近，如果中点的值带入直线方程的值<0,说明离右上方的点更近，如果相等取两个点都可以
Bresenham 画线算法 （还没考 我猜期末该考了）
基本的绘制思想就是利用下一个点的绘制要么是右方的点，要么是右上侧的点，直接计算直线和在 x 位置的交点，判断两个点和交点的距离，哪个近说明就和哪个点更加逼近，就选择该点
画圆算法
中点画圆算法 => 19级期中考试考了
基本算法思想就是利用下一个点的绘制要么是右方的点，要么是右下侧的点，因此取其中点进行计算，如果中点的值带入圆方程的值>0，说明离右下方的点更近，如果中点的值带入直线方
程的值<0,说明离右方的点更近
中点画圆，第一步就是计算 di，根据di的值更新下一步的 x 和 y 然后再更新下一步的 di。依次递归即可
Bresenham画圆算法
基本画圆思想可以理解为 利用下一个点的绘制要么是右方的点，要么是右下侧的点，要么是下方的点 不断判定三个距离哪个最短 则选择哪个
属性控制——线型和线宽
线型处理（我觉得会考了）
——线型包括实线、虚线和点线等。一般是通过设置沿线路径实线段的长度和间距来达到实现各种线型的目的。
- 虚线，可通过在实线段之间插入一定长度的空白段来实现。
- 点线，可通过生成很短的划线和等于或大于划线大小的空白段来显示
- 在扫描转换算法中可通过像素段方法来实现，即对于各种划线、点线、点划线样式，画线程序沿线路径输出一些连续像素段，在每两个实线段之间有一个定长的空白中间段，实线段和中间空白段的长度可用像素模板（pixel mask）指定。像素模板是由数字0和1组成的串。
线宽处理（已经考过了）
区域填充：区域的描述方法（顶点表示和点阵表示）
顶点表示
- 是用多边形的顶点序列来表示区域
- 直观、几何意义强、占内存少，易于几何转换
- 没有明确指出哪些像素在多边形内
点阵表示
- 用位于多边形内的像素集合来表示
- 丢失了几何信息，便于填充显示
- 内点表示和边界表示
- 内点表示：区域内所有像素具有同一颜色，区域边界上的像素具有不同于区域内像素的颜色
- 边界表示：区域边界上所有像素具有同一颜色（可以是填充色），在区域以内的所有像素具有不同于边界像素的颜色
扫描线多边形填充算法；多边形填充的一般过程和重点要解决的问题
答案给的边表的结构为 [x,y_{max},\frac{1}{k}]
x ：当前扫描线与活性边的交点
y_{max} ：活性边较高端点的 y 坐标值
\frac{1}{k} ：活性边所在直线斜率的倒数
边表中活性边 已经被下面的扫描线加入边表后 不会再重复加入
询问有效边表时，其实就是将 y 这条扫描线上能扫到的全都扫一遍就完事了（格式一致）
另外需要注意的是，不需要管 水平边（即 k = 0 的活性边直接忽略即可 ex.图中的线段 FE）
种子填充算法
- 边界表示的四连通区域种子填充算法
- 内点表示的四连通区域种子填充算法
感觉不是很重要 建议开摆
反走样的概念
什么是走样？什么是反走样？常用的反走样技术有哪些？
- 用离散量来表示连续量引起的失真现象称为走样
- 用于减少和消除这种失真现象的技术称为反走样
- 常用的反走样技术主要是由提高分辨率和改进软件算法
第4章 自由曲线和曲面——掌握曲线曲面的概念
Bezier曲线、B样条相关部分要知道这些样条是什么样条，有哪些样条就行，性质、推导不用管
曲线曲面的表示要求
- 唯一性
- 统一性
- 几何不变性
- 几何直观
- 易于定界
- 易于实现光滑连接
插值与逼近
采用模线样板法表示和传递自由曲线曲面的形状称为样条。
样条曲线是指由多项式曲线段连接而成的曲线，在每段的边界处满足特定的连续条件。
曲线曲面的拟合：当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。
曲线曲面的逼近：当用一组控制点来指定曲线曲面的形状时，求出的形状不必通过控制点列
连续性条件
参数连续性
几何连续性
样条描述：
第5章 图形变换与裁剪——重点
二维图形
图形的变换（easy 跳过）
平移，比例缩放，旋转，对称，错切，绕任意点旋转，绕任意点缩放
注意区分 行列 向量的表达
- 列向量表达时 复合变换矩阵要写在列向量的左侧（从右向左结合）且行列转置过了
- 行向量表达时 复合变换矩阵要写在列向量的右侧（从左向右结合）
坐标系的变换
先平移后旋转，整个坐标系的旋转其实就是基向量的变换，将原本的基底向量改成新的向量方向即可
图形裁剪
重点来看直线段的裁剪算法（编码裁剪算法，中点分割裁剪算法，梁巴裁剪算法）
编码裁剪算法
例题一：
例题二：
中点分割裁剪算法（不方便计算 我觉得不考）
梁巴裁剪算法（比较恶心 可能会考）
多边形裁剪算法（问你每次裁剪后的点序列）
三维图形变换（同二维的方式理解即可）
第6章 实体几何造型基础
线框模型、表面模型和实体模型
几何造型系统中描述物体的三维模型有线框模型，表面模型，实体模型三种
这三种模型都是基于规则形体的建模方法，所生成的形体完全以数据的形式来描述，以数据文件的形式存在
- 线框模型：顶点表和边表来表示
- 表面模型：一组表面的集合，形体与其表面一一对应，避免了线框模型二义性
- 实体模型：确定了表面的哪一侧存在实体，有向边的右手法则确定所在面的外法线的方向。只有实体模型才能完整表示物体的所有形状信息，并且无歧义地确定某一个顶点是在物体外部 内部 还是表面上
因此实体造型模型成为了几何造型技术的主流。
实体的定义：
欧拉计算？
定义：对于任意的简单多面体，其面f、边e、顶点v的数目满足以下公式v-e+f=2
实体的分解表示
空间位置枚举表示、八叉树表示、单元分解表示
实体的构造表示
是按照生成过程来定义形体的方法，构造表示通常有扫描表示、构造实体几何表示和特征表示三种。
构造实体几何表示参考作业 5
第7章 自然景物模拟与分形技术——掌握基本概念
参考这个
第8章 真实感图形显示
重点-----真实感图形显示的基本流程
隐藏面消除算法
试比较几种常见的隐面消除算法的优缺点
深度缓存器算法：遍历每个多边形上的各个像素点，找出z值最大的
- 优点：（1）简单，不用排序（2）便于硬件实现
- 缺点：（1）占用太多的存储单元（2）在实现反走样、透明和半透明的效果差
深度排序算法（画家算法）：对多边形的深度进行排序，把每个多边形的最小（最远）Z作为排序指标，排序后的结果就是最终显示图像的结果
- 优点：（1）简单，易于实现（2）适用于图形的动态表示
- 缺点：（1）深度排序计算量大
常见的几种光照模型有哪几种？他们都能模拟哪种光照效果？是如何模拟的？
基本光照模型：
- 环境光模型（物体表面对环境光反射的强度）
- 漫反射模型（观察者从不同角度观察到的反射光具有同样的亮度，这样的反射光成为漫反射光）
- 镜面反射（反射光 => 对入射光的直接反射）
- Phong模型（环境光 + 漫反射光 + 镜面反射光）
整体光照模型：光线追踪
简述Gouraud明暗处理与Phong明暗处理的基本原理，并说明其异同点。
Gouraud明暗处理方法，它通过对多边形顶点颜色进行线性插值、来绘制其内部各点（双线性颜色插值）
- 计算每个多边形顶点的平均单位法矢量
- 对每个顶点根据简单光照模型计算光强
- 在多边形表面上对顶点颜色进行线性插值
特点：（1）只适用于简单的漫反射模型（2）线性光强度插值会引起马赫带效应
Phong明暗处理方法，它通过对多边形顶点的法矢量进行线性插值以产生中间各点的法矢量（双线性法矢量插值）
- 计算每个多边形顶点的平均单位法矢量
- 用双线性插值的方法求得多边形内部各点的法矢量
- 按光照模型确定多边形内部各点的光强
特点：绘制的图形比Gouraud方法更加真实，计算量过大
简述阴影生成的基本原理，并说明什么是本影，什么是半影
- 将视点移动到光源位置，用多边形区域排序消隐算法，将多边形分为向光多边形和背光多边形
- 将视点移动到原来的观察位置，对向光多边形和背光多边形进行消隐，并选用一种光照模型来计算多边形亮度即可得到阴影效果的图形。
- 本影：任何光照都照不到的地方，呈现为全黑的轮廓分明的区域
- 半影：可接收到分布光源照射的部分光线的区域，呈现为半明半暗的区域
纹理分类
- 根据定义域：二维纹理和三维纹理。
- 根据表现形式：颜色纹理、几何纹理、过程纹理。
第10章 计算机动画——简单了解
动画的定义：
动态产生一系列景物画面的技术。
计算机动画分类：
1~5 共5个级别
关键帧：
计算机辅助动画也称关键帧动画，使用计算机来辅助传统动画的制作，是二级计算机动画系统。
常用技术：
关键帧技术、样条驱动技术、Morphing和FFD变形技术、运动捕获技术、其它技术
一般格式：
GIF、FLI/FLC、SWF、AVI、MOV
常用动画软件：
- 二维：Flash、Fireworks
- 三维：3D Studio、3ds Max、Softimage 3D、Maya 3D、LIGHTWA VE 3D
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发表于 2023-3-11 15:36
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