天天看點

計算機圖形學複習大綱

1、計算機圖形學中圖形的概念:是指由點、線、面、體等幾何要素和明暗、灰階(亮度)、色彩等非幾何要素構成的,從現實世界中抽象出來的帶有灰階、色彩及形狀的圖或形。

2、計算機圖形學(Computer Graphics,簡稱:CG)是研究如何在計算機環境下生成、處理和顯示圖形的一門學科。

3、計算機圖形學的主要研究内容:在計算機環境下景物的幾何模組化方法(modeling)、對模型的處理方法、幾何模型的繪制技術(rendering)、圖形輸入和控制的人機互動界面(user interface)。

4、圖形與圖像的關系

圖形與圖像兩個概念間的差別越來越模糊,但還是有差別的

A、圖形含有幾何屬性,更強調場景的幾何表示,是由場景的幾何模型和景物的實體屬性共同組成

B、圖像是由掃描器、錄影機等輸入裝置捕捉實際的畫面産生的數字圖像。純指計算機内以位圖形式存放的灰階資訊,存儲的是圖像的點陣資料

圖形是矢量圖,圖像是位圖。

圖像處理:掃描器、錄影機等輸入裝置捕捉客觀世界實際的畫面産生的數字圖像,對圖像進行處理、分析和了解,從圖像中提取所關注的圖形的二維或者三維幾何資訊。

圖像處理的研究内容:圖像增強、邊緣提取和圖像分割、圖像壓縮、紋理分析、形狀特征提取、模式識别和三維形體重建等。

5、計算機圖形學的應用

1)計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)

應用CAD系統進行設計,可1)獲得産品的精确表示和顯示結果,2)在計算機中建立對象的資料模型,3)進行各種性能分析計算,4)對設計做修改,5)制造過程和設計結果聯系起來,設計結果直接傳送至後續工藝進行加工。

計算機輔助設計(CAD)已廣泛應用于飛機、汽車、   船舶的外形設計、電路設計,以及建築、 服裝、印染、玩具設計等領域。 CAD技術使得工程、産品設計和施工圖紙不必再由人工繪制,可大大縮短設計周期。

2)地理資訊系統

地理資訊系統記錄着關于人口、城鎮鄉村、高山平原地形、礦藏、森林、旅遊等大量資訊。利用地理系統中的圖形軟體可繪制出地理、地質的以及其他自然現象的高精度勘探、測量圖形,如地理圖、人口分布圖、水資源分布圖等。

3)科學計算可視化

科學計算可視化就是利用計算機圖形生成技術,将科學及工程計算中的計算資料和測量資料等以圖形的形式顯示出來,使人們能觀察到用正常手段難以觀察到的自然規律和自然現象。

可視化技術已廣泛應用于流體力學、有限元分析、醫學、天氣預報、海洋和空間探測等領域。

4)計算機動畫

計算機生成的場景可單獨顯示,也可以與演員及實際場景混合顯示,以生成各種逼真的虛拟場景畫面和特技效果,進而為人們提供一個充分展示個人想象力和藝術才能的空間。

5)計算機模拟和仿真  

計算機模拟和仿真是利用計算機産生真實(虛拟)場景,模拟場景中對象随時間變化的行為和規律。通過虛拟對象的行為和規律,研究液體流動、熱流、核反應、結構有負載時的變形、複雜産品的加工過程和大工程的完工後的效果等。

6) 虛拟現實

虛拟現實(Virtual Reality: VR)是指由計算機實時生成一個虛拟的三維空間。使用者可在其中自由的運動,随意觀察周圍的景物,通過一些特殊的裝置與虛拟物體進行互動操作。在此環境中,使用者看到的是全立體彩色景象,聽到的是虛拟環境中的聲響,手或腳可以感受到虛拟環境所回報給它的作用力,進而使使用者産生一種身臨其境的感覺。

1、計算機圖形系統:用來生成、處理和顯示圖形的一整套硬體和軟體。

2、計算機圖形系統功能

1).計算功能

包括:圖形的描述、分析和設計;投影、透視等幾何變換;曲線、曲面的生成;圖形之間互相關系的檢測等。

2).存儲功能

圖形資料庫可以存放各種圖形的幾何資料及圖形之間的互相關系,實作對圖形的删除、增加、修改等操作。

3).輸入功能

可将基本的圖形資料(如點、線等)和各種繪圖指令輸入到計算機中,進而構造更複雜的幾何圖形

4).輸出功能

可在顯示器上顯示目前的狀态以及經過圖形編輯後的結果,同時還能通過繪圖儀、列印機等裝置實作硬拷貝輸出,以便長期儲存。

5).互動功能

設計人員可通過顯示器或其他人機互動裝置直接進行人機通信,對計算結果和圖形利用定位、拾取等手段進行修改,給以必要的提示和幫助。

3、CRT陰極射線管由哪些部分組成?它們的功能分别是什麼?

答案:陰極射線管主要由陰極、電平控制器(即控制極)、聚焦系統、加速系統、偏轉系統和陽極熒光粉塗層組成。

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陰極被燈絲加熱後,會發出電子(帶負電荷)并形成發散的電子雲。如果不加控制,電子受到帶正電荷的陽極的吸引轟擊熒光粉塗層時,将漫射整個熒光屏,形成明亮的白光。但是在聚焦系統的作用下,電子雲會聚焦成很細的電子束,在熒光屏的中心形成一個單一的亮點。

電平控制器用來控制電子束的強弱,通過改變陰極和控制電平之間的電位差,可調節電子束的電流密度,改變所形成亮點的明暗程度。

聚焦後的電子束通過加速系統達到轟擊熒光屏應有的速度後,利用偏轉系統(包括水準方向和垂直方向的偏轉闆)可将電子束精确定位在螢幕的任意位置上。

4、什麼叫重新整理?為什麼要進行重新整理?

答案:CRT内側的熒光粉在接受電子束的轟擊時,隻能維持短暫的發光,根據人眼視覺暫留的特性,要保持螢幕上有穩定的圖像就必須不斷地發射電子束才能有穩定的視覺效果。

重新整理一次指電子束從左到右,從上到下将熒光屏掃描一次。

隻有重新整理頻率高到一定值後,圖像才能穩定顯示。大約達到每秒60幀,即60Hz時,人眼才能感覺到螢幕不閃爍,要使人眼覺得舒服,一般必須有85Hz以上的重新整理頻率。

人的視覺系統要用一定的時間才能識别圖像元素,隻要每幀圖像的停留時間長于人眼觀察所需的時間,則人的視覺殘留可以消除畫面的閃爍現象 

重新整理頻率:重新整理一次指電子束從上到下将熒光屏掃描一次,隻有重新整理頻率高到一定值後,圖像才能穩定顯示。

5、隔行掃描技術:

每一幀分兩個場顯示,每個場隻包含一半的畫面,兩個場是交錯的,一個場包含所有的奇數掃描行,另一個場包含所有的偶數掃描行。

掃描從奇數場左上角開始,每一行都是自左向右同時以一個較低的速率向下移動,當掃描線到達螢幕右端時,就将其隐去并迅速傳回螢幕左端。這個過程稱為水準回掃。

當整場掃描完畢時,接着掃描線迅速回到螢幕頂部中央,這就是奇數場垂直回掃。

接着進行偶數場掃描,偶數場掃描結束于螢幕右下角,垂直回歸後電子束傳回螢幕左上角。

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6、請簡述光栅掃描顯示器的性能名額。

(1)分辨率

分辨率是指顯示器在螢幕水準垂直方向可顯示多少像素。通常用螢幕上像素的數目來表示,分辨率越高,相鄰像素點之間的距離越小,顯示的字元或圖像就越清晰。

(2)重新整理頻率

重新整理頻率就是螢幕重新整理的速度。重新整理頻率越低,圖像閃爍和抖動的就越厲害,眼睛疲勞的就越快。過低的重新整理頻率,會産生令人難受的頻閃效應。

(3)水準掃描頻率

又稱為行頻,是指電子槍每秒在螢幕上掃描過的水準點數,以KHz為機關。行頻越大越好,至少要達到50KHz。

(4) 亮度等級數目和色彩

亮度等級數目主要指單種顔色亮度可變化的數目,亮度等級範圍的提升可以使圖像看上去更加柔和自然,否則圖像看上去要麼曝光過度,要麼曝光不足。色彩包括可選擇顯示顔色的數目以及一幀畫面可同時顯示的顔色數,與熒光屏的品質有關,并受顯示存儲器VRAM大小的影響。

(5) 點距

如前所述,點距是同一像素中兩個顔色相近的熒光體間的距離,與圖像分辨率有關。點距越小,顯示出來的圖像越細膩,當然其成本也越高。

(6) 顯示速度

顯示速度指顯示字元、圖形,特别是動态圖像的速度,與顯示器的分辨率及掃描頻率有關。可用最大帶寬(即水準像素數×垂直像素數×最大重新整理頻率)來表示。

7、液晶的實體特性

a、液晶即液态晶體,具有線狀結晶結構的分子,可像液體那樣流動。

b、液晶分子的排列柔軟易變形,受電場、磁場、溫度、應力等外部條件作用時會重新排列。

c、當通電和不通電時液晶分子處于兩種不同的排列,一種排列光線容易通過,而另一種排列阻止光線通過。

8、液晶顯示器的原理是什麼?

答案:在液晶顯示器中,液晶是灌入兩個列有溝槽的上下夾層之間的。這兩個夾層上的槽互相垂直(相交成90度)。接近上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列,而接近下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向來排列,是以位于兩個夾層之間的液晶分子被強迫處入一種90°扭轉的狀态。由于光線順着分子的排列方向傳播,是以光線經過液晶時最終也被扭轉90°, 進而可以形成一條完整的光線穿透路徑。但當液晶上加一個電壓時,分子不再按照正常的方式排列,而變成豎立的狀态,使光線不發生任何扭轉而無法通過。

液晶材料本身不發光,是以顯示屏兩邊設有作為光源的燈管。

液晶顯示屏背面有一塊背光闆和反光膜,背光闆由熒光物質組成,可以發射光線,其作用主要是提供均勻的背景光源.

背光闆發出的光線穿過第一層偏振過濾層後進入液晶層。

玻璃闆與液晶材料之間的透明電極分為行和列,在行與列的交叉點上,通過改變電壓而改變液晶的旋光狀态,進而改變螢幕上相應像素的亮度

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9、彩色液晶顯示器的工作原理

彩色LCD要具備專門處理彩色顯示的色彩過濾層。

彩色LCD面闆中的每一個像素由3個液晶單元格構成,每一個單元格前面都分别有紅色、綠色或藍色的過濾器。這樣,通過不同單元格的光線可在螢幕上顯示出不同的顔色。

10、液晶顯示器的特點

優點:

工作電壓低、功耗小;

無輻射,對人體健康無損害;

完全平面,無閃爍、失真,可視面積大,又薄又輕,能大量節省空間;

抗幹擾能力比CRT顯示器強得多。

缺點:

視角太小、亮度和對比度不夠大

舍入法求解最佳逼近;利用微分思想,即每一個點坐标都可以由前一個坐标變化一個增量得到。

使用直線的參數方程表示:

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選擇的原則是看精确值y與yi及yi+1的距離d1及d2的大小而定。

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假設已選取Pi-1為第i-1個像素,如果Pi-1在圓内,就要向圓外方向走一步;若已在圓外就要向圓内走一步。總之,盡量貼近圓的輪廓線

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 圓的表示:設圓的圓心為(0,0),半徑為R,則圓的方程為:

      F(x,y)=x2+y2–R2=0  

當點(x,y)在圓内時,F(x,y)<0。 要向右走一步得Pi+1,這是向圓外方向走去。取xi+1= xi+1, yi+1= yi

當點(x,y)在圓外時,F(x,y)>0。要向下走一步得Pi+1,這是向圓内方向走去,取xi+1= xi, yi+1= yi-1

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Bresenham算法在候選的兩個像素中,總是標明離圓弧最近的像素為圓弧的一個近似點。

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設Pi-1是已選中的一個表示圓弧上的點,下一個點應從Hi或Li中選擇。

設Hi和Li兩點的坐标分别為(xhi,yhi)和(xli,yli)

令D(P)=(x2+y2)-R2

   di=D(Hi)+D(Li)

當 di=0,點Hi和Li距弧AB的距離相等

當 |D(Hi)|<|D(Li)| 時,di<0,取Hi來顯示弧AB

當 |D(Hi)|>|D(Li) |時,di≥0,取Li來顯示弧AB

将整個圓弧等分成一段段的短直線,用這些短直線形成的折線來逼近圓弧。

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設内接正多邊形的一個頂點為Pi(xi,yi),cPi的幅角為θi,則

          xi=Rcosθi

          yi=Rsinθi

頂點Pi+1的坐标為

  xi+1=Rcos(θi+α)

      = xicosα-yisinα

  yi+1=Rsin(θi+α)

      = xisinα+yicosα

表示為矩陣形式,則内接正多邊形的遞推公式

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多邊形的掃描轉換:把多邊形的頂點表示轉換為點陣表示

多邊形的頂點和點陣表示各有什麼優缺點?

答案:頂點表示是用多邊形的頂點序列來描述多邊形。該表示幾何意義強、占記憶體少、幾何變換友善;但它沒有明确地指出哪些像素在多邊形内,故不能直接用于面着色。

點陣表示用位于多邊形内的像素的集合來描述多邊形。該方法丢失多邊形的幾何資訊(頂點、邊),但便于用幀緩存表示圖形,可直接用于面着色。

掃描線算法的實作步驟

确定多邊形所占有的最大掃描線數,得到多邊形定點的最小最大值(ymin和ymax)

從ymin到ymax每次用一條掃描線進行填充

對于每一條掃描線

(1)計算掃描線與多邊形各邊的交點,設交點個數為n。

(2)把所有的交點按x值遞增順序進行排序。

(3)排序後按第1個和第2個交點、第3個和第4個交點,.......,第n-1個和第n個交點配對,每對交點就代表掃描線與多邊形的一個相交區間。

(4)把相交區間内的像素設定為多邊形的顔色,相交區外的像素置成背景色。

奇點

若掃描線與多邊形相交于多邊形的頂點,則該頂點稱為奇點。

在多邊形的掃描線算法中,是如何處理奇點的?

    答案:為使每一條掃描線與多邊形P的邊界的交點個數始終為偶數,規定當奇點是多邊形P的極值點時,該點按兩個交點計算,否則按一個交點計算。在實際計算過程中,可采用如下方法處理非極值點:若Pi是非極值點,則将Pi-1Pi,PiPi+1兩邊中位于掃描線y=yi上方的那條邊在處截去一個機關長,這樣就可以保證掃描線y=yi隻和Pi-1Pi,PiPi+1中的一邊相交,隻有一個交點。

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采用對圖像進行逐位求反的方法,免去對邊排序的工作量。對圖像M作偶數次求反運算,其結果還是M,而對M作奇數次求反運算的結果是M的反M 。

邊緣填充算法實作過程是對多邊形P的每一非水準邊上的各像素做向右求反運算。

首先用一種特殊的顔色在幀緩沖器中将多邊形的邊界(水準邊的部分邊界除外)勾畫出來。然後再把位于多邊形内的各個像素着上所需的顔色。

區域是指已經表示成點陣形式的像素集合。

在光栅圖形中,區域可采用内點表示和邊界表示兩種形式進行描述。

内點表示法:把位于給定區域内的所有像素一一列舉出來的方法稱為内點表示法。

邊界表示法:把位于給定區域邊界上的像素一一列舉出來的方法稱為邊界表示法。

簡述四連通區域和八連通區域的概念以及兩者之間的關系。

答案:四連通的區域是指從該區域内一點出發,通過上、下、左、右四種運動的組合,在不越出區域的前提下,可到達區域内的任一點。八連通的區域是指從該區域内一點出發,通過沿水準方向、垂直方向和對角線方向的八種運動的組合,在不越出區域的前提下,可到達區域内的任一點。

四連通區域的邊界為八連通區域,而八連通區域的邊界為四連通區域。4連通區域也可了解成8連通區域,即4連通能達到的8連通肯定能達到,4連通隻是8連通的一種特殊情況。

請簡要叙述掃描線種子填充算法的基本思想及其用堆棧實作的步驟。

答案:基本思想:從給定的種子點開始,先填充種子點所在掃描線上的位于給定區域内的一個區間,然後确定與這一區間相鄰的上下兩條掃描線上需要填充的區間,從這些區間上各取一個種子點并依次儲存下來,作為下次填充的種子點,反複進行這個過程,直到所儲存的各區間都填充完畢。

借助于堆棧,該算法可由以下四個步驟實作。

(1)将堆棧置空,并将給定的種子點(x, y)壓入堆棧。

(2)若堆棧為空,算法結束;否則取棧頂元素(x, y)作為種子點。

(3)從種子點(x, y)出發,沿縱坐标為y的目前掃描線向左右兩個方向用新的顔色逐個像素地填充,直到邊界。設區間兩邊界的橫坐标分别為Xleft和Xright。

(4)以區間[Xleft,Xright]為搜尋範圍,檢查與目前掃描線相鄰的上下兩條掃描線上的像素,若存在非邊界、未填充的像素,則把相應小區間中最右邊的點作為種子點壓入堆棧,轉入(2)。

光栅圖形的走樣現象

 a:圖形的邊界一般都呈階梯形

 b:圖形的細節失真、狹小圖形遺失

提高分辨率的反走樣算法

采用硬體: 采用高分辨率的光栅圖形顯示器,花費的代價大。

采用軟體: 高分辨率計算,低分辨率顯示。 花費的代價小,也容易實作。

高分辨率計算:将低分辨的圖形顯示像素劃分為許多子像素,如2×2劃分,3×3劃分等,然後按通常的算法計算出各個子像素的顔色值或灰階值。

低分辨率顯示:将一像素内的各個子像素的顔色值或灰階值的平均值作為該像素的顔色值或灰階值。求平均值時可取算術平均,也可取權重平均。

區域采樣的反走樣算法

區域采樣算法假定每個像素都是一個具有一定面積的小區域,将直線段看做具有一定寬度的狹長矩形,這樣當線段通過某些像素時,可以求出二者相交區域的面積,根據相交面積的大小來确定像素的顔色或灰階值。就相當于将線段上位于原相鄰階梯之間的像素置為了過渡顔色或灰階,進而使得顔色或者灰階過渡自然,變化柔和。階梯被淡化後,線形自然就顯得平直了。

寫出下列二維圖形變換的變換矩陣

(1). 沿x軸正向移動一個繪圖機關,同時,沿y軸負向移動一個繪圖機關。

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(2). 繞原點逆時針旋轉90度

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(3). 沿x軸負向移動2個繪圖機關,同時,沿y軸正向移動2個繪圖機關。

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(4). 坐标軸為對稱軸的反射圖形。

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(5). y=x為對稱軸的反射圖形。

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2、請寫出當透視投影中心為原點,投影平面為z=3時的透視投影矩陣。

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3、求端點為A(5,15,25)和B(10,20,30)的直線段在上述投影平面的投影。

A點在該平面上的投影為(3/5,9/5,3)B點在該平面上的投影為(1,2,3),投影線段的方程為。

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裁剪

第一步,判定:

1) 完全在視窗内的直線段,稱為完全可見的線段;

2) 完全在視窗外的線段,稱為完全不可見線段。

第二步,處理不能斷定為完全可見或完全不可見的線段。

*這時需要計算出直線段和視窗邊界的一個交點,這個交點把直線分成兩段,其中一條為完全不可見的線段,被抛棄。

*對餘下部分再作第一步的判斷,重複上述過程,直到直線段餘下的部分可用第一步的判斷得出肯定的結論為止。

隻要對多邊形用視窗的四條邊依次裁剪四次便可得到裁剪後的多邊形。

每次用視窗的一條邊界(包括延長線)對要裁剪的多邊形進行裁剪,裁剪時順序地測試多邊形各頂點,保留邊界内側的頂點,删除外側的頂點,同時,适時地插入新的頂點(即交點和視窗頂點),進而得到一個新的多邊形頂點序列。

然後以此新的頂點序列作為輸入,相對第二條窗邊界線進行裁剪,又得到一個更新的多邊形頂點序列。

将三維物體變為二維圖形的變換稱為(投影變換),其有兩種基本方式:(平行投影)、(透視投影)。

1、什麼是投影變換(或投影變換的作用):

      由于顯示器和繪圖機隻能用二維空間來表示圖形,要顯示三維圖形就要把三維坐标表示的幾何形體變換成二維坐标表示的圖形,這就是圖形的投影變換。

2、投影變換的要素:視點(投影中心)、投影平面、投影線、投影方向

3、投影變換的類型

 透視投影:投影中心和投影面之間的距離是有限的

 平行投影:投影中心和投影平面之間的距離是無限的

根據投影方向與投影平面之間的關系,平行投影分為正投影與斜投影

4、斜投影,常見的斜投影類型有:

   斜等測投影:投影方向與投影平面成45度角,是以與投影平面垂直的直線段的投影與它本身的長度相等;

   斜二測投影:投影方向和投影平面的夾角為arctan(2),是以與投影平面垂直的直線段的長度是它投影長度的2倍。

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5、透視投影和平行投影的差別:

a、透視投影的投影中心和透視平面之間的距離是有限的,而平行投影的投影中心和投影平面之間的距離是無限的;

b、平行投影的投影線是互相平行的,是以定義平行投影,隻要給出投影方向就可;而定義透視投影,還要給出投影中心

c、透視投影的方式和人眼觀察物體的方式相同,是以透視投影的真實感更強,而平行投影的真實感相對較差,但可以用于精确測量。

1、人機互動(Human-Computer Interaction)是指使用者與計算機系統之間的通信,它是人與計算機之間各種符号和動作的雙向資訊交換。可由人向計算機輸入資訊,也可由計算機向使用者回報資訊。

2、互動式繪圖系統基本的互動任務有哪些?

答:1定位,2筆畫,3定值,4選擇,5拾取,6字元串,7三維互動。

3、常見的輔助互動技術:幾何限制、拖拽、三維輸入、新的互動技術。

4、幾何限制包含:定位限制、方向限制、引力場

3、人機互動新技術:視線追蹤、語音識别、表情識别、手勢識别、自然語言識别、手寫識别

3、人機互動輸入模式:請求模式、樣本模式、事件模式

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1、為什麼需要隐藏面消隐算法?

答:由于顯示器和繪圖機隻能用二維空間來表示圖形,計算機生成三維物體的真實感圖形需要投影,但投影變換失去了深度資訊,往往導緻圖形的二義性。為了在計算機中真實再現三維物體,要消除二義性,就必須在繪制時消除被遮擋的不可見的線或面,就可以在計算機中生成一個三維物體的真實感圖形了。

2、邊界盒指能夠包含該物體的一個幾何形狀(如矩形/圓/長方體等),該形狀有較簡單的邊界。

3、深度排序算法

先把螢幕置成背景色,再把物體按照離視點的遠近進行排序并放入深度排序表中。距觀察者遠的優先級低,放在表頭;近的優先級高,放在表尾。從表頭開始,逐個取出多邊形,投影到螢幕上,由于采用由遠及近的順序繪制各多邊形,即後顯示的畫面取代先顯示的畫面,類似油畫家繪畫過程,是以又稱油畫家算法。

4、光線投射算法

由視點出發穿過觀察平面上一像素向場景發射一條射線,求出射線與場景中各物體表面的交點,離視點最近的交點的顔色即為像素要填的顔色。

光線投射算法對于包含曲面,特别是包含球面的場景有很高的效率。

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1、顔色概述:顔色是可見光的一種視覺特性。可見光(電磁能)經過與周圍環境互相作用後到達人眼,并經一系列實體和化學作用轉化為人眼所能感覺的電脈沖,讓人眼感覺到了顔色。

是以,顔色的形成是一個複雜的實體和心理互相作用的過程,它涉及光的傳播特性,人眼的結構及人腦心理感覺等内容。

2、顔色的基本特征:波長、亮度和飽和度

3、光照系統分為三部分:光源、材質和光照環境

4、顔色的影響因素

a、人的視覺系統 顔色是主觀的,依賴于觀察者,不同的觀察者觀察同一物體産生的顔色感覺不盡相同,顔色的形成是一個複雜的實體和心理互相作用的過程,它涉及光的傳播特性,人眼的結構及人腦心理感覺等内容。

b、心理因素:顔色對比效應、明度對比效應、顔色适應效應

5、簡述環境反射、漫反射和鏡面反射的差別。

答:物體對照射到其表面的光線進行反射,反射現象簡單地可以分為三類:環境反射、漫反射和鏡面反射。

環境反射指從周圍環境中均勻入射的光入射至景物表面并均勻等量的向各個方向反射出去的現象。而漫反射和鏡面反射都是由特定的光源照射在物體上産生的反射現象。

漫反射指粗糙的物體表面将特定光源反射光向各個方向均勻地散射出去,人眼所接收到的光亮度與觀察者的位置無關。

特定光源在物體上産生高光或亮光,就是鏡面反射,鏡面反射遵從光的反射定律。

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6、叙述Gouraud和Phong明暗處理技術的基本原理和兩者異同。

答:

a.Gouraud明暗處理技術的基本原理:

Gouraud明暗處理是将曲面表面某一點的光亮度做近似表示,近似值為該曲面的各多邊形頂點光亮度的雙線性插值。具體來說,使用Gouraud明暗處理技術,在采用掃描線算法對多邊形進行繪制時,可按以下計算步驟來實作

· 計算多邊形頂點處的光亮度。

· 用頂點處的光亮度通過線性插值計算出目前掃描線與多邊形邊界交點處的光亮度。

· 用邊界交點處的光亮度做線性插值求出多邊形與掃描線相交區段上每一采樣點的光亮度值。

b.Phong明暗處理技術的基本原理:

Phong明暗處理的基本原理與Gouraud明暗處理類似,所不同的隻是Phong明暗處理對多邊形頂點處法向量做雙線性插值,在多邊形内構造一個連續變化的法向量函數。把由法向量函數得到的多邊形内各采樣點的法向量代入光亮度計算公式,即得到由多邊形近似表示的曲面上的光亮度。

c.二者的差別:Gouraud明暗處理模型是對頂點處的光亮度進行線形內插補點,不能正确地模拟高光,會誘發馬赫帶效應。而Phong模型是對頂點處的法向量進行線形內插補點,然後再把各采樣點的法向量代入光亮度公式進行計算。二者相比Phong明暗處理較好地模拟了表面的光滑性,尤其是對鏡面高光現象模拟的更加真實并能大大減輕馬赫帶效應,因而可得到更好的曲面繪制效果。

作者:王陸

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