第一章一、什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣運(yùn)用計(jì)算機(jī)來顯示、生成和處理圖形的原理、措施和技術(shù)的一門學(xué)科。國(guó)際原則化組織(ISO)定義：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門顯示設(shè)備上顯示的原理、措施和技術(shù)的學(xué)科電氣與電子工程協(xié)會(huì)（IEEE）定義：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生圖形化的圖像的藝術(shù)和學(xué)科。三、舉例闡明計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有哪些應(yīng)用，分別用來處理什么實(shí)際問題？應(yīng)用領(lǐng)域：1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD,CAM）用于大樓，汽車，飛機(jī)，建筑工程，電子路線等的設(shè)計(jì)和制作過程中。計(jì)算機(jī)輔助繪圖計(jì)算機(jī)輔助繪圖的經(jīng)典例子包括計(jì)算機(jī)可視化，近年來，這種技術(shù)已用于有限元分析的后處理，分子模型構(gòu)造，地震數(shù)據(jù)處理，大氣科學(xué)，生物信息及生物化學(xué)等領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）辦公自動(dòng)化和電子出版社計(jì)算機(jī)藝術(shù)在工業(yè)控制及交通方面的應(yīng)用在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用圖形顧客界面人機(jī)交互，什么是一致性原則人機(jī)交互學(xué)是一門有關(guān)設(shè)計(jì)、評(píng)估和執(zhí)行交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及研究由此而發(fā)生的有關(guān)現(xiàn)象的學(xué)科。一致性原則：指在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)遵從統(tǒng)一的、簡(jiǎn)樸的規(guī)則，保證不出現(xiàn)例外和特殊的狀況，無論是信息顯示還是命令輸入都應(yīng)如此一致性原則包括這樣某些內(nèi)容：1.一種特定的圖符應(yīng)當(dāng)一直只有一種含義而不能依托上下文來代表多種動(dòng)作或?qū)ο螅?.菜單總是放在相似的關(guān)聯(lián)位置，使顧客不必總是去尋找；3.鍵盤上的功能鍵，控制鍵以及鼠標(biāo)上的按鈕的定義需要前后一致；4.總是使用一種彩色編碼，使相似的顏色在不一樣的狀況下不會(huì)有不一樣的含義；5.輸入時(shí)交互式命令和語法的一致性等第二章四、CRT的構(gòu)成和工作原理是什么？CRT（CathodeRayTube）陰極射線管是一種真空器件，它運(yùn)用電磁場(chǎng)產(chǎn)生高速的、通過聚焦的電子束，偏轉(zhuǎn)到屏幕的不一樣位置，轟擊屏幕表面的熒光材料而產(chǎn)生可見圖形CRT構(gòu)成：電子槍、聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏CRT工作原理：電子槍發(fā)射電子束電子束通過聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，射向熒光屏的指定位置；熒光屏被電子轟擊到的部位發(fā)出光點(diǎn)；辨別率是指在原稿的單位長(zhǎng)度（英寸）上取樣的點(diǎn)數(shù)，單位是dpi。六、光柵掃描顯示屏的工作原理與特點(diǎn)電子束橫向掃描屏幕，從左到右，從上至下；掃描過程中按要顯示的圖形，點(diǎn)亮或熄滅屏幕上的光點(diǎn)；電子束的強(qiáng)度不一樣，光點(diǎn)明暗程度也不一樣優(yōu)點(diǎn)：圖形描述精確到每個(gè)像素，顯示圖形質(zhì)量高；可以體現(xiàn)豐富的色彩信息；可以顯示真實(shí)感的圖形、視頻、動(dòng)畫等制導(dǎo)致本低，價(jià)格相對(duì)廉價(jià)缺點(diǎn)：繪制線段時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鋸齒狀，即“走樣”；可以通過“反走樣技術(shù)”進(jìn)行彌補(bǔ)和改善OpenGL的重要功能1.模型繪制2.模型觀測(cè)3.顏色模式（RGBA模式和顏色索引模式）4.光照應(yīng)用5.圖像效果增強(qiáng)6.位圖和圖像處理7.紋理映射8.實(shí)時(shí)動(dòng)畫9.交互技術(shù)#include<windows.h>#include<gl/gl.h>#include<gl/glu.h>一、DDA算法voidLineDDA(intx0,inty0,intx1,inty1,intcolor){intdx,dy,epsl,k;floatx,y,xIncre,yIncre;dx=x1-x0;dy=y1-y0;k=dy/dx;if(abs(dx)>abs(dy))epsl=abs(dx);elseepsl=abs(dy);xIncre=(float)dx/(float)epsl;yIncre=(float)dy/(float)epsl;for(k=0;k<=epsl;k++){Putpixel(int(x+0.5),(int)(y+0.5));x+=xIncre;y+=yIncre;}}中點(diǎn)Bresenham畫圓算法voidMidBresenhamCircle(intr,intcolor){intx,y,d;x=0;y=r;d=1-r;while(x<=y){CirclePoint(x,y,color);if(d<0)d+=2*x+3;else{d+=2*(x-y)+5;y--;}x++;}}平移變換：100[x’y’1]=[xy1]010=[x+Txy+Ty1]TxTy1比例變換：Sx00[x’y’1]=[xy1]0Sy0=[xSxySy1]001旋轉(zhuǎn)變換：逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)：cosasina0[x’y’1]=[xy1]—sinacosa0001=[xcosa-ysinaxsina+ycosa1]順時(shí)針旋轉(zhuǎn)：cos-asin-a0[x’y’1]=[xy1]—sin-acos-a0001=[xcosa+ysina-xsina+ycosa1]錯(cuò)切變換：變換矩陣中非對(duì)角線元素不為0，起著把圖形沿X方向或Y方向錯(cuò)切的作用，x值或y值越小，錯(cuò)切量越小，反之越大。直線的裁剪：Cohen-Sutherland算法：若x<Xwl,則D0=1,否則D0=0；若x>Xwr,則D1=1,否則D1=0；若y<Ywb,則D2=1,否則D2=0；若y>Ywt,則D3=1,否則D3=0；1、目前常用的PC圖形顯示子系統(tǒng)重要由3個(gè)部件構(gòu)成：幀緩沖存儲(chǔ)器、顯示控制器、ROMBIOS。簡(jiǎn)答題1、什么叫做走樣？什么叫做反走樣？反走樣技術(shù)包括那些？答：走樣指的是用離散量表達(dá)持續(xù)量引起的失真。為了提高圖形的顯示質(zhì)量。需要減少或消除因走樣帶來的階梯形或閃爍效果，用于減少或消除這種效果的措施稱為反走樣。其措施是①前濾波，以較高的辨別率顯示對(duì)象；②后濾波，即加權(quán)區(qū)域取樣，在高于顯示辨別率的較高辨別率下用點(diǎn)取樣措施計(jì)算，然后對(duì)幾種像素的屬性進(jìn)行平均得到較低辨別率下的像素屬性2.用參數(shù)方程形式描述曲線曲面有什么長(zhǎng)處？答：①點(diǎn)動(dòng)成線；②可以滿足幾何不變性的規(guī)定；③可以防止斜率帶來的問題；④易于定界；⑤可以節(jié)省工作量；⑥參數(shù)變化對(duì)各因變量的影響明顯。四、運(yùn)用中點(diǎn)Bresenham畫圓算法的原理推導(dǎo)第一象限從y=x到x=0圓弧段的掃描轉(zhuǎn)換算法（規(guī)定寫清原理、誤差函數(shù)、遞推公式）。(10分)解：x方向?yàn)樽畲笞卟椒较颍瑇i+1=xi-1,yi+1由d確定di=F(xm,ym)=(xi-1)^2+(yi+0.5)^2-R2⑴di<0時(shí)，點(diǎn)在圓內(nèi)，xi+1=xi-1,yi+1=yi+0.5di+1=F(xm,ym)=(xi-2)^2+(yi+1.5)^2-R2=xi^2-4xi+4+yi^2+3yi+1.5^2-R2=(xi-1)^2-2xi+3+(yi+0.5)^2+2yi+2-R2=di-2xi+2yi+5=di+2(yi-xi)+5⑵di≥0時(shí)，點(diǎn)在圓外，xi+1=xi-1,yi+1=yidi+1=F(xm,ym)=(xi-2)^2+(yi+0.5)^2-R2=xi^2-4xi+4+(yi+0.5)^2-R2=di-2xi+33、Bezier曲線在端點(diǎn)處的一階導(dǎo)數(shù)為：p’(0)=n(P1-P0)，p’(1)=n(Pn-Pn-1)，二階導(dǎo)數(shù)為：p”(0)=n(n-1)((P2-P1)-(P1-P0))，p”(1)=n(n-1)((Pn-2-Pn-1)-(Pn-1-Pn))。寫出如圖2所示的兩段三次Bezier曲線在連接點(diǎn)處的G1，G2持續(xù)性條件。答：由于是三次Bezier曲線，因此有n=3。根據(jù)G1持續(xù)性條件有：p’(1)=a*p’(0)即：Q1-Q0=a*(P3-P2)又根據(jù)G2持續(xù)性條件有：p”(1)＝b*p”(0)即：Q0-2Q1+Q2=b*(P1-2P2＋P3)七、（本題15分）如圖所示四邊形ABCD，求繞P（5，4）點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度的變換矩陣，并求出各端點(diǎn)坐標(biāo)，畫出變換后的圖形五、編程及分析題（本大題共1小題，每題10分，共10分），請(qǐng)根據(jù)中點(diǎn)圓生成算法思想，對(duì)圓x2+y2=R2，推出第一象限中從y=0到y(tǒng)=x這段弧的生成算法。規(guī)定推導(dǎo)出重要的計(jì)算公式，并寫出算法（描述性算法）。提醒這一段上，y的變換率比x大。解答：構(gòu)造函數(shù)F(X,Y)=Y2+X2-R2。對(duì)于圓上的點(diǎn)，F(xiàn)(X,Y)=0；對(duì)于圓外的點(diǎn)，F(xiàn)(X,Y)>0；而對(duì)于圓內(nèi)的點(diǎn)，F(xiàn)(X,Y)<0。目前點(diǎn)為（Xi,Yi），下一種代定點(diǎn)為（Xi-1,Yi+1），以Y每次增長(zhǎng)1，Yi+1=Yi+1，Xi-1需要鑒定。中點(diǎn)M的坐標(biāo)為：M(,Xi-0.5,Yi+1)當(dāng)F(XM,YM)<=0時(shí)，取Pu(Xi，Yi+1,)當(dāng)F(XM,YM)>0時(shí)，取Pd(Xi-1，Yi+1,)決策參數(shù)：d=F(XM,YM)=F(Xi-0.5,Yi+1)=(xi-0.5)2+(yi+1)2-R2當(dāng)d≤0時(shí)，下一點(diǎn)取Pu(Xi，Yi+1)；當(dāng)d>0時(shí)，下一點(diǎn)取Pd(Xi-1，Yi+1)。決策參數(shù)的增量式當(dāng)d≤0時(shí)，下一點(diǎn)取Pu(Xi，Yi+1)di+1=F(Xi-0.5，Yi+2)=di+2Yi+3當(dāng)d>0時(shí)，下一點(diǎn)取Pd(Xi-1，Yi+1)