大二上图形学复习

第一章 综述

1.图形绘制管道

模型坐标变换、视点矩阵变换、消隐、光照、纹理、扫描转换、平面剪切等计算机图形处理

2. 图形与图像的区别

• 图形：多来源于主观世界，人为地由计算机产生，由数据描述而生成图形；
• 图像：多来源于客观世界，来自对实物的拍摄、捡取,由图形再到图形的生成

3. 虚拟现实

虚拟现实是由计算机生成的一个实时的三维空间，虚拟现实具有最重要的三个特征：

• 交互：指参与者通过使用专业设备，用人类的自然技能实现对模拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度
• 沉浸：主要技术特征。使用户在计算机所创建的三维虚拟环境中处于一种身临其境的感觉。
• 想象：能解决在工程、医学、军事等方而的很多问题，而这些应用系统的设计与开发就极大的依赖于人类的想象能力

4. 总结

1. 计算机图形学：重点研究从三维模型表示到产生二维图像显示的实现过程
2. 主要任务涉及：

• 建模：创建用计算机表示的三维物体模型，主要是形状表示与定义
• 渲染：通过各种矩阵变换产生物体的二维图像，主要考虑光照、透视变换
• 动画：描述物体运动变化

第二章 计算机图形系统概述

1. 图形显示设备

1. 刷新式CRT显示器：电子枪、聚焦系统、偏转系统、荧光屏

• 光栅扫描显示器：图像由像素点组成。系统组成——帧缓存存储器、视频控制器、显示处理器

==注释==

• [x] 帧缓冲存储器(frame buffer) :
  图形定义，保存一组对应屏幕所有点的强度值
  像素点Pixel ：每个屏幕点

• [x] 视频控制器:基本刷新操作。
  有两个寄存器用来存放屏幕像素的坐标
  存储在帧缓冲器中该像素对应位置的值被取出，并用来设置CRT电子束的强度值

• [x] 显示处理器：
  将应用程序给出的图形定义数字化为一组像素强度值，并存放在帧缓冲器中。扫描变换：将给定直线和其他几何对像的图形命令转换为一组离散的强度值

• 随机扫描显示器
• 彩色CRT显示器：利用能发射不同颜色光的荧光层的组合来显示彩色图形（电子穿透法、荫罩法）

1. 直视存储管显示器
2. 平板显示器（非发射显示器、发射显示器）

• 发射显示器：将电能转换为光能
• 非发射显示器：将光转换为图形的模式，通过能阻塞或传递光的液晶材料，传递来自周围的或内部光源的偏振光

1. 显示器的基本概念及技术指标

• 屏幕分辨率：光点直径、水平方向上的光点数*垂直方向上的光点数、显示器精度dpi
• 点距：光点的直径，显示器的物理光点尺寸。荧光屏上两个相邻的相同颜色磷光点之间的最短距离，单位：mm
• 刷新频率、扫描频率：分为行频和场频

• 带宽:单位时间内扫描的点数，单位——MHz,理论带宽 B= r(x) r(y) v
• 显示横纵比：在屏幕的两个方向生成同等长度的线段所需的垂直点数对水平点数的比值

1. 图形输入输出设备

• 向量型图形输入设备：数字化板、鼠标器、光笔
• 光栅扫描型图像输入设备：扫描仪、摄像机
• 向量型输出设备：绘图机
• 光栅扫描型输出设备：点阵式打印机、激光打印机、热敏印刷机、静电印刷机、喷墨印刷机
• 其他输入输出设备：跟踪球和空间球、操纵杆、数据手套

1. 坐标表示：

• 建模坐标系/局部坐标系/主坐标系：描述单个物体的形状、大小、尺寸所采用的坐标系
• 世界坐标系(WC)：把物体放入场景的适当位置。
• 设备坐标系(DC)或屏幕坐标系：该场景的世界坐标系描述转换为一个或多个输出设备参照系来显示。该坐标系依赖于具体的显示输出设备
• 规范化坐标系(NC)：指独立于具体物理设备的一种坐标系，它具有显示空间在x和y上都是0到1，主要用于在计算机内部处理图形，对一个具体物理设备，NC与DC仅仅是相差一个比例因子，NC可被看成是一个抽象的图形设备

第三章 输出图元

1. 点、直线的绘制

1. 光栅扫描系统：帧缓冲器对应位置设为1，其他元素的绘制都在以点为基础产生。
2. 光栅扫描系统：屏幕位置以整数值表示;以线路径上的离散点来显示线段；显示的线段具有阶梯效果；偏差取决于屏幕光栅(分辨率)和光点的运动方向

2. 画线算法

1. DDA算法：在一个坐标轴上以单位间隔对线段取样，则另一个坐标轴以常数m或1/m变化，从而获得线段上各像素点
2. Bresenham算法
3. 中点画线算法
4. 绘制要求：直、端点准确、亮度均匀、速度、属性

3. 圆生成算法

1. Bresenham画圆算法
2. 中点画圆算法

4. 椭圆生成算法

5. 区域填充

1. 扫描线多边形算法（数据结构、有序边表、活化边表）

• 一条扫描线填充过程可以分为四个步骤：求交、排序、配对、填色

1. 内外测试

• 奇偶规则
• 费零环绕数规则

1. 边界填充算法（四连通、八连通）
2. 洪泛填充算法

• 从指定的内部点 (x,y) 开始，将填充色赋给当前所有设置为给定内部色的像素。
• 适用于多色边界

6. 字符生成

1. 存储方法：点阵式、笔画式
2. 字符字模两种构成方式的比较

第四章 图元的属性

1. 线属性

1. 线型：实线、虚线、点线等
2. 线宽
3. 线色
4. 线帽：方帽、圆帽、突方帽
5. 生成粗折线：斜角连接、圆连接、斜切连接
6. 画笔和笔刷的选择

2. 曲线属性

3. 颜色和亮度等级

1. 颜色属性：直接存储、颜色查找表
2. 灰度等级

4. 区域填充属性

空、实、图案

5. 字符属性

字体、字高、字宽、字倾斜角、对齐、字色

6. 反走样

1. 走样概念：由于低频取样而造成的信息失真。图形数字化过程中，图形映射到光栅系统的 整数位置而产生的图形畸变。
2. 反走样技术：通过修改沿图元边界的各像素的亮度来平滑边界减小锯齿现象。

• 过取样
• 区域取样
• 像素移相
• 过滤技术

第五章 几何变换

1.基本变换

1.二维的平移旋转缩放

1. 三维的几何变换

2.矩阵表示

1. 二维变换的矩阵表示
2. 三维变换的矩阵表示

3.复合变换

1.连续平移、连续旋转、连续变比、针对任意点的变换、针对任意方向的变换、实现

4.其他变换（分二维与三维）

1. 反射：产生对象的镜像
2. 错切

5.坐标系间的变换

6.变换的光栅方法

第六章 二维观察

1. 二维观察变换

1. 坐标系

• 世界坐标系
• 设备坐标系
• 规格化坐标系

1. DC与NC的关系
2. 窗口和视图
3. 二维的观察流程

2. 二维剪裁操作

1. 针对窗口剪裁
2. 针对视口剪裁
3. 剪裁类型：点裁剪、直线裁剪（CS算法、LB算法、NLN算法）、多边形裁剪（SH算法）、外部裁剪、文本裁剪

第七章 三维观察

1. 三维观察概念

1. 平行投影
2. 透视投影
3. 深度提示
4. 可见面的标识
5. 表面绘制
6. 分解图和剖面图
7. 三维和立体视图

2. 三维观察流水线

3. 三维观察坐标系

4. 投影变换

1. 投影：把n维坐标空间点变换成小于n维的坐标空间中点的过程。例如将空间中的物体投影在二维平面上，点的坐标从三维变成了二维.
2. 投影的三要素：投影中心、投影平面和投影射线
3. 投影分类——平行投影（正投影、斜投影）：坐标位置沿平行线变换到观察平面上；透视投影：物体位置沿收敛于某点的直接变换到观察平面

5. 三维剪裁算法

1. 窗口裁剪
2. 裁剪算法：平面方程裁剪、编码裁剪、参数方程裁剪

第八章 三维对象的表示

1. 三维对象描述方法

1. 三维实体表示方法通常可分为两类：边界区分、空间区分
2. 三维物体的表示方法：多边形曲面、曲线曲面、结构实体几何法、八叉树、分形几何方法、基于物理建模
3. 样条表示
4. Bezier曲线和曲面

第九章 可见面判别算法

1. 后向面消除法

2. 深度缓冲器算法

3. A缓冲器算法

4. 深度排序算法

问题

1. 在二维平面上，构造大矩阵实现，绕y=x轴旋转45度角的旋转矩阵。