2025年計算機圖形學實驗課程考試題及答案一、選擇題（每題2分，共12分）

1.以下哪項不是計算機圖形學的基本原理？

A.光線追蹤

B.線條算法

C.事件驅動編程

D.隨機采樣

答案：C

2.下列哪個算法不屬于隱式曲面求交算法？

A.漢密爾頓算法

B.三角剖分算法

C.隱式曲面細分算法

D.分割算法

答案：B

3.以下哪個不是圖形學中的著色模型？

A.漫反射模型

B.鏡面反射模型

C.光線追蹤模型

D.紋理映射模型

答案：C

4.下列哪個不是計算機圖形學中的變換？

A.平移變換

B.旋轉變換

C.縮放變換

D.透視變換

答案：A

5.以下哪個不是三維空間中的坐標系統？

A.直角坐標系

B.投影坐標系

C.極坐標系

D.坐標變換

答案：D

6.下列哪個不是圖形學中的裁剪算法？

A.前向裁剪算法

B.后向裁剪算法

C.雙面裁剪算法

D.面向裁剪算法

答案：D

二、填空題（每題2分，共12分）

1.計算機圖形學中，常用的光線追蹤算法有_________、_________、_________。

答案：光線追蹤、光線追蹤加速、蒙特卡洛光線追蹤

2.在圖形學中，將一個三維場景渲染成二維圖像的過程稱為_________。

答案：渲染

3.計算機圖形學中，著色模型分為_________、_________、_________。

答案：物理模型、渲染模型、圖像模型

4.在圖形學中，對三維物體進行變換的方法有_________、_________、_________。

答案：矩陣變換、幾何變換、投影變換

5.以下哪個不是圖形學中的坐標系統？

A.直角坐標系

B.投影坐標系

C.極坐標系

D.坐標變換

答案：D

6.下列哪個不是圖形學中的裁剪算法？

A.前向裁剪算法

B.后向裁剪算法

C.雙面裁剪算法

D.面向裁剪算法

答案：D

三、判斷題（每題2分，共12分）

1.計算機圖形學中的光線追蹤算法可以模擬真實光照效果。（）

答案：√

2.線條算法是計算機圖形學中最基本的算法之一。（）

答案：√

3.在圖形學中，著色模型分為物理模型、渲染模型、圖像模型。（）

答案：√

4.計算機圖形學中，變換分為矩陣變換、幾何變換、投影變換。（）

答案：√

5.在圖形學中，裁剪算法用于去除場景中不可見的部分。（）

答案：√

6.計算機圖形學中的隱式曲面求交算法可以精確地求出曲面交點。（）

答案：√

四、簡答題（每題6分，共18分）

1.簡述計算機圖形學中的光線追蹤算法的基本原理。

答案：光線追蹤算法是一種基于光線傳播原理的渲染算法。它通過模擬光線在場景中的傳播過程，計算出每個像素的光照效果。基本原理如下：

（1）從攝像機發出一條光線，與場景中的物體相交。

（2）計算交點處的光照強度，并將其傳播到下一個交點。

（3）重復步驟（1）和（2），直到光線到達攝像機或被吸收。

2.簡述計算機圖形學中的著色模型。

答案：著色模型是計算機圖形學中用于模擬物體表面顏色的方法。常見的著色模型有：

（1）漫反射模型：模擬光線在物體表面發生漫反射的效果。

（2）鏡面反射模型：模擬光線在物體表面發生鏡面反射的效果。

（3）光線追蹤模型：通過模擬光線在場景中的傳播過程，計算出每個像素的光照效果。

3.簡述計算機圖形學中的變換。

答案：變換是計算機圖形學中用于改變物體形狀、大小、位置的方法。常見的變換有：

（1）矩陣變換：通過矩陣運算實現物體的平移、旋轉、縮放等變換。

（2）幾何變換：通過幾何變換實現物體的鏡像、旋轉、縮放等變換。

（3）投影變換：將三維物體投影到二維平面上的變換。

五、論述題（每題12分，共24分）

1.論述計算機圖形學中隱式曲面求交算法的應用。

答案：隱式曲面求交算法在計算機圖形學中具有廣泛的應用，主要包括以下幾個方面：

（1）三維建模：通過隱式曲面求交算法，可以精確地表示復雜的幾何形狀，從而實現三維建模。

（2）動畫制作：在動畫制作過程中，隱式曲面求交算法可以用于計算物體之間的碰撞，實現逼真的動畫效果。

（3）渲染：在渲染過程中，隱式曲面求交算法可以用于計算物體之間的遮擋關系，提高渲染效率。

2.論述計算機圖形學中著色模型的選擇及其對渲染效果的影響。

答案：著色模型的選擇對渲染效果具有重要影響。以下列舉幾種常見著色模型及其對渲染效果的影響：

（1）漫反射模型：適用于模擬粗糙、不光滑的物體表面，如石頭、布料等。

（2）鏡面反射模型：適用于模擬光滑、反光的物體表面，如金屬、玻璃等。

（3）光線追蹤模型：適用于模擬真實光照效果，如陰影、反射、折射等。

選擇合適的著色模型可以更好地還原物體的真實感，提高渲染質量。

六、綜合應用題（每題12分，共24分）

1.編寫一個簡單的計算機圖形學程序，實現以下功能：

（1）讀取一個三維模型文件。

（2）對模型進行旋轉、縮放、平移等變換。

（3）將變換后的模型渲染到屏幕上。

答案：由于篇幅限制，此處無法給出完整代碼。以下給出部分代碼示例：

```python

#讀取三維模型文件

defload_model(filename):

#讀取文件內容，解析模型信息

pass

#變換模型

deftransform_model(model,translation,rotation,scale):

#根據變換參數，計算變換后的模型

pass

#渲染模型

defrender_model(model):

#將模型渲染到屏幕上

pass

#主函數

defmain():

#加載模型

model=load_model("model.obj")

#設置變換參數

translation=[1,2,3]

rotation=[45,45,45]

scale=[2,2,2]

#變換模型

transformed_model=transform_model(model,translation,rotation,scale)

#渲染模型

render_model(transformed_model)

#運行程序

if__name__=="__main__":

main()

```

2.編寫一個簡單的計算機圖形學程序，實現以下功能：

（1）讀取一個三維場景文件。

（2）對場景中的物體進行光線追蹤渲染。

（3）將渲染后的圖像保存到文件中。

答案：由于篇幅限制，此處無法給出完整代碼。以下給出部分代碼示例：

```python

#讀取三維場景文件

defload_scene(filename):

#讀取文件內容，解析場景信息

pass

#光線追蹤渲染

defray_tracing(scene):

#根據場景信息，進行光線追蹤渲染

pass

#保存圖像

defsave_image(image,filename):

#將圖像保存到文件中

pass

#主函數

defmain():

#加載場景

scene=load_scene("scene.obj")

#光線追蹤渲染

image=ray_tracing(scene)

#保存圖像

save_image(image,"output.png")

#運行程序

if__name__=="__main__":

main()

```

本次試卷答案如下：

一、選擇題（每題2分，共12分）

1.C

解析：光線追蹤、線條算法、隨機采樣都是計算機圖形學的基本原理，而事件驅動編程是編程范式，不屬于圖形學原理。

2.B

解析：漢密爾頓算法、隱式曲面細分算法、分割算法都是隱式曲面求交算法，而三角剖分算法用于將復雜曲面簡化為三角形網格，不屬于隱式曲面求交算法。

3.C

解析：漫反射模型、鏡面反射模型、紋理映射模型都是著色模型，而光線追蹤模型是一種渲染技術，不屬于著色模型。

4.D

解析：平移變換、旋轉變換、縮放變換都是圖形學中的變換，而坐標變換是變換的一種，不屬于基本變換。

5.D

解析：直角坐標系、投影坐標系、極坐標系都是三維空間中的坐標系統，而坐標變換是一種操作，不屬于坐標系統。

6.D

解析：前向裁剪算法、后向裁剪算法、雙面裁剪算法都是圖形學中的裁剪算法，而面向裁剪算法不是常見的裁剪算法。

二、填空題（每題2分，共12分）

1.光線追蹤、光線追蹤加速、蒙特卡洛光線追蹤

解析：這些是計算機圖形學中常用的光線追蹤算法，它們通過不同的方法模擬光線的傳播。

2.渲染

解析：渲染是將三維場景轉換為二維圖像的過程，是計算機圖形學中的核心步驟。

3.物理模型、渲染模型、圖像模型

解析：著色模型分為這三種，分別從物理、渲染和圖像的角度來描述物體表面的顏色。

4.矩陣變換、幾何變換、投影變換

解析：這些是計算機圖形學中常用的變換方法，用于改變物體的形狀、大小和位置。

5.D

解析：直角坐標系、投影坐標系、極坐標系都是坐標系統，而坐標變換是坐標系統之間的轉換。

6.D

解析：前向裁剪算法、后向裁剪算法、雙面裁剪算法都是裁剪算法，而面向裁剪算法不是常見的裁剪算法。

三、判斷題（每題2分，共12分）

1.√

解析：光線追蹤算法可以模擬真實光照效果，是渲染技術中的一種。

2.√

解析：線條算法是計算機圖形學中最基本的算法之一，用于繪制線條。

3.√

解析：著色模型分為物理模型、渲染模型、圖像模型，這是計算機圖形學中的基本分類。

4.√

解析：變換分為矩陣變換、幾何變換、投影變換，這是計算機圖形學中常用的變換方法。

5.√

解析：裁剪算法用于去除場景中不可見的部分，是圖形學中的重要步驟。

6.√

解析：隱式曲面求交算法可以精確地求出曲面交點，是三維建模和動畫制作中的重要技術。

四、簡答題（每題6分，共18分）

1.光線追蹤算法是一種基于光線傳播原理的渲染算法。它通過模擬光線在場景中的傳播過程，計算出每個像素的光照效果。基本原理如下：

（1）從攝像機發出一條光線，與場景中的物體相交。

（2）計算交點處的光照強度，并將其傳播到下一個交點。

（3）重復步驟（1）和（2），直到光線到達攝像機或被吸收。

2.著色模型是計算機圖形學中用于模擬物體表面顏色的方法。常見的著色模型有：

（1）漫反射模型：模擬光線在物體表面發生漫反射的效果。

（2）鏡面反射模型：模擬光線在物體表面發生鏡面反射的效果。

（3）光線追蹤模型：通過模擬光線在場景中的傳播過程，計算出每個像素的光照效果。

3.變換是計算機圖形學中用于改變物體形狀、大小、位置的方法。常見的變換有：

（1）矩陣變換：通過矩陣運算實現物體的平移、旋轉、縮放等變換。

（2）幾何變換：通過幾何變換實現物體的鏡像、旋轉、縮放等變換。

（3）投影變換：將三維物體投影到二維平面上的變換。

五、論述題（每題12分，共24分）

1.隱式曲面求交算法在計算機圖形學中具有廣泛的應用，主要包括以下幾個方面：

（1）三維建模：通過隱式曲面求交算法，可以精確地表示復雜的幾何形狀，從而實現三維建模。

（2）動畫制作：在動畫制作過程中，隱式曲面求交算法可以用于計算物體之間的碰撞，實現逼真的動畫效果。

（3）渲染：在渲染過程中，隱式曲面求交算法可以用于計算物體之間的遮擋關系，提高渲染效率。

2.著色模型的選擇對渲染效果具有重要影響。以下列舉幾種常見著色模型及其對渲染效果的影響：

（1）漫反射模型：適用于模擬粗糙、不光滑的物體表面，如石頭、布料等。

（2）鏡面反射模型：適用于模擬光滑、反光的物體表面，如金屬、玻璃等。

（3）光線追蹤模型：適用于模擬真實光照效果，如陰影、反射、折射等。選擇合適的著色模型可以更好地還原物體的真實感，提高渲染質量。

六、綜合應用題（每題12分，共24分）

1.由于篇幅限制，此處無法給出完整代碼。以下給出部分代碼示例：

```python

#讀取三維模型文件

defload_model(filename):

#讀取文件內容，解析模型信息

pass

#變換模型

deftransform_model(model,translation,rotation,scale):

#根據變換參數，計算變換后的模型

pass

#渲染模型

defrender_model(model):

#將模型渲染到屏幕上

pass

#主函數

defmain():

#加載模型

model=load_model("model.obj")

#設置變換參數

translation=[1,2,3]

rotation=[45,45,45]

scale=[2,2,2]

#變換模型

transformed_model=transform_model(model,translation,rotation,scale)

#渲染模型

render_model(transformed_model)

#運行程序

if__name__=="__main__":

main()

```

2.由于篇幅限制，此處無法給出完整代碼。以下給出部分代碼示例：

```python

#讀取三維場景文件

defload_scene(filename):

#讀取文件內容，解析場景信息

pass