计算机图形学知识要点

计算机图形学知识要点第一页，共三十四页，编辑于2023年，星期一第一章绪论基本概念图形及其要素、表示法；图像；OpenGL等图形标准；主要的图形输入和输出设备；计算机图形学的应用领域；当前计算机图形学的研究热点；第二页，共三十四页，编辑于2023年，星期一第二章图形设备输入设备光笔、鼠标、键盘、触摸屏、跟踪球、操纵杆、数据手套、数字化仪、扫描仪、音频和视频输入系统；输出设备阴极射线管(CRT)：光栅扫描图形显示器；平板显示器，液晶显示器、等离子显示器等；基本概念光点、像素、帧缓存（framebuffer）、位平面；三种分辨率（屏幕、显示、存储）；黑白、灰度、彩色图形的实现方法（直接存储颜色数据、颜色查找表）；光栅图形显示子系统的结构第三页，共三十四页，编辑于2023年，星期一第四章图形的表示与数据结构1、基本概念几何元素的六层拓扑结构：形体、外壳、面、环、边（顶点）、点的几何坐标；图形的几何信息和拓扑信息；实体的正则集定义：点的邻域、内点、边界点点集的正则运算及其几何意义；正则点集；二维流形实体正则集合运算：分类函数、正则集合算子及其几何意义；第四页，共三十四页，编辑于2023年，星期一2、规则三维形体的表示形体表示的分类线框模型缺点表面模型多边形表，拓扑信息： 显示和隐式表示平面方程多边形网格实体模型分解表示、构造表示、边界表示第五页，共三十四页，编辑于2023年，星期一实体的分解表示空间位置枚举；八叉树：对空间的分割方法以及相应的数据结构表示；改进后的线性八叉树的编码方法；单元分解法；三种分解表示方法之间的比较第六页，共三十四页，编辑于2023年，星期一实体的构造表示扫描表示：平移、旋转、三维、广义扫描表示；扫描表示的优缺点构造实体几何表示（ConstructiveSolidGeometry，CSG）：定义；表示结果（一颗有序二叉树）；结果不唯一；优缺点；特征表示：使用特征参数表示类似的物体；第七页，共三十四页，编辑于2023年，星期一实体的边界表示数据结构 分别以面、点、边为基础的数据结构；翼边数据结构；半边结构；第八页，共三十四页，编辑于2023年，星期一3、不规则形体的表示分形几何：基本特征－－无限的自相似性粒子系统：擅长模拟具有“流体”性质和状态随时间变化的物体。第九页，共三十四页，编辑于2023年，星期一第五章基本图形的生成算法1、直线段的光栅化DDA算法（数值微分方法）算法原理：是一种增量算法，按照斜率k>1和0<k≤1两种情况分别推导出相应的光栅化方法；中点Bresenham画线法算法原理：按照斜率k>1和0<k≤1，由于下一个可能的光栅化像素点为二者选其一，因此，可以根据两个像素点中点的坐标取值和直线相应的坐标取值进行比较，进而判断下一个像素点的选取。算法的基本判别式和增量判别式的构造、算法的描述（流程图或者伪代码）；改进的Bresenham算法的原理，判别式以及算法描述；第十页，共三十四页，编辑于2023年，星期一2、圆的光栅化生成（八分法）中点画线法算法原理：基本判别式的形式：

d=(x+1)2+(y-0.5)2–R2

增量判别式（根据上一个d的取值不同而采用不同的增量判别式）算法描述：包括初始值、增量判别式等的描述；p（x,y）p1（x＋1,y）p2（x＋1,y－1）M(x+1,y-0.5)第十一页，共三十四页，编辑于2023年，星期一Bresenham算法绘制圆弧基本原理误差判据：像素点到圆心的距离平方与半径平方之差；一般关系式取值对应的几何意义，即和下一个像素的对应关系；第十二页，共三十四页，编辑于2023年，星期一3、椭圆的光栅化方法中点法：基本原理判别式的构造方法；根据椭圆弧法向量的取值变化，分成两个区域进行判断，两个区域中，上一个判别式的取值和下一个像素点选取之间的关系；第十三页，共三十四页，编辑于2023年，星期一4、多边形的扫描转换多边形的扫描转换：顶点表示点阵表示；逐点判断法：射线法、累计角度法、编码法等X-扫描线算法算法原理：求交、排序、交点配对、区间填色；交点的取整规则特殊交点的处理（0，2，1）活性边表算法第十四页，共三十四页，编辑于2023年，星期一活性边表算法基本概念：活性边、扫描线的连贯性、多边形边的连贯性；算法的基本原理；算法的数据结构：（新）边表、活性边表；算法的执行过程：特别是活性边表在算法执行过程中的变化规律。第十五页，共三十四页，编辑于2023年，星期一边缘填充算法基本思想优缺点栅栏填充算法基本思想优缺点边标志法基本思想与活性边表算法的比较第十六页，共三十四页，编辑于2023年，星期一5、区域填充基本概念区域填充算法和扫描线算法的区别区域的定义和表示（边界表示和内点表示、4连通和8连通等）种子填充算法算法思想主要数据结构算法的主要步骤优缺点扫描线种子算法算法的思想和步骤第十七页，共三十四页，编辑于2023年，星期一6、字符和反走样技术基本概念：走样反走样的几种方法提高分辨率过取样区域反走样第十八页，共三十四页，编辑于2023年，星期一第六章二维变换及二维观察1、图形变换基础齐次坐标、哑坐标、齐次坐标和普通坐标表示之间的对应关系、规格化坐标为什么要使用齐次坐标表示图形变换包括的几种变换：视窗、几何、投影变换；图形变换的作用第十九页，共三十四页，编辑于2023年，星期一2、窗口到视区的变换基本概念用户域和窗口区；屏幕域和视图区窗口区到视图区的坐标变换通过窗口－视图变换实现缩放以及漫游的方法第二十页，共三十四页，编辑于2023年，星期一3、二维几何变换二维变换矩阵表示形式；各个子矩阵对应的功能平移、比例、选择、对称、错切变换对应的矩阵二维复合变换矩阵的推导围绕平面上任意一点做旋转变换的矩阵的推导相对于平面上任意直线进行对称变换的矩阵的推导第二十一页，共三十四页，编辑于2023年，星期一4、线段裁剪Cohen-Sutherland端点编码算法基本思想编码规则以及测试方法中点分割算法基本思想和Cohen-Sutherland算法相比较的优缺点；第二十二页，共三十四页，编辑于2023年，星期一Liang-Barsky算法基本思想：将直线的参数方程表示代入区域内部表示公式中，掌握结果公式对应的几何意义；关键操作：交点的计算和选择；第二十三页，共三十四页，编辑于2023年，星期一5、多边形的裁剪Sutherland-Hodgman算法基本思想：分割处理策略；流水线过程（其中边与裁剪线位置关系的判断）。算法的特点第二十四页，共三十四页，编辑于2023年，星期一WeiLer-Atherton多边形裁剪算法适用对象：任意非自相交多边形算法涉及到的基本元素：从属多边形、裁剪多边形、进点、出点；主要数据结构：多边形边界的循环链表表示算法的实现步骤：对循环链表的追踪过程第二十五页，共三十四页，编辑于2023年，星期一第七章三维变换与三维观察1、投影基础基本概念投影转换定义及其分类；正投影中的三视图、 正轴测、正二测、正三 测、斜平行投影等；灭点、主灭点；一点透 视、两点透视、三点透 视的划分方法；第二十六页，共三十四页，编辑于2023年，星期一2、平行投影三视图中各个图形转换矩阵的推导；正轴测投影的形成过程以及根据该过程进行的投影转换矩阵推导；3、透视投影透视投影的几何规律掌握空间点的一点和两点透视变换矩阵的样式、了解三点透视矩阵，变换前后坐标之间的关系；第二十七页，共三十四页，编辑于2023年，星期一4、三维几何变换三维变换矩阵各个子矩阵的功能；平移、比例变换的形式三维对称变换：关于三个坐标平面的对称变换矩阵三维旋转变换：绕三个坐标轴的旋转变换矩阵绕任意空间直线的旋转变换的推导过程以及各个子矩阵的写法。第二十八页，共三十四页，编辑于2023年，星期一5、三维裁剪两种基本的三维裁剪窗口：长方体；平截头棱锥体第二十九页，共三十四页，编辑于2023年，星期一6、三维图形的显示流程三种坐标系观察空间的类型三维图形显示的大致流程第三十页，共三十四页，编辑于2023年，星期一第九章消隐1、基本概念图形的二义性消隐及其分类（隐藏线删除/隐藏面删除）、消隐算法分类（图像空间/物体空间）、消隐的主要运算（线线、线面求交）；提高消隐效率的五种方法利用连贯性（五种）、包围盒技术、背面剔除、空间分割、物体分层表示；第三十一页，共三十四页，编辑于2023年，星期一2、画家算法算法的基本思想，多边形在线性表中的排序方法是一种图像空间算法；算法不能处理的情况；第三十二页，共三十四页，编辑于2023年，星期一3、z-buffer算法算法思