計算機圖形學答案(全面)PAGEPAGE8第三章習題答案3．1計算機圖形系統的主要功能是什么？答：一個計算機圖形系統應具有計算、存儲、輸入、輸出、交互等基本功能，它們相互協作，完成圖形數據的處理過程。1.計算功能計算功能包括：1）圖形的描述、分析和設計；2）圖形的平移、旋轉、投影、透視等幾何變換；3）曲線、曲面的生成；4）圖形之間相互關系的檢測等。2.存儲功能使用圖形數據庫可以存放各種圖形的幾何數據及圖形之間的相互關系，并能快速方便地實現對圖形的刪除、增加、修改等操作。3.輸入功能通過圖形輸入設備可將基本的圖形數據（如點、線等）和各種繪圖命令輸入到計算機中，從而構造更復雜的幾何圖形。4.輸出功能圖形數據經過計算后可在顯示器上顯示當前的狀態以及經過圖形編輯后的結果，同時還能通過繪圖儀、打印機等設備實現硬拷貝輸出，以便長期保存。5.交互功能設計人員可通過顯示器或其他人機交互設備直接進行人機通信，對計算結果和圖形利用定位、拾取等手段進行修改，同時對設計者或操作員輸入的錯誤給以必要的提示和幫助。3．2陰極射線管由哪些部分組成？它們的功能分別是什么？答：CRT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涂層組成，這六部分都在真空管內。陰極（帶負電荷）被燈絲加熱后，發出電子并形成發散的電子云。這些電子被電子聚集透鏡聚焦成很細的電子束，在帶正高壓的陽極（實際為與加速極連通的CRT屏幕內側的石墨粉涂層，從高壓入口引入陽極高電壓）吸引下轟擊熒光粉涂層，而形成亮點。亮點維持發光的時間一般為20～40mS。電平控制器是用來控制電子束的強弱的，當加上正電壓時，電子束就會大量通過，在屏幕上形成較亮的點，當控制電平加上負電壓時，依據所加電壓的大小，電子束被部分或全部阻截，通過的電子很少，屏幕上的點也就比較暗。所以改變陰極和控制電平之間的電位差，就可調節電子束的電流密度，改變所形成亮點的明暗程度。利用偏轉系統（包括水平方向和垂直方向的偏轉板）可將電子束精確定位在屏幕的任意位置上。只要根據圖形的幾何坐標產生適當的水平和垂直偏轉磁場（或水平和垂直偏轉板靜電場），控制電于束的偏轉，就可以在CRT熒光屏上得到發亮的圖形軌跡。3．4分辨率為800×600，能顯示216種顏色的顯示器，至少需要選用幀緩存的容量為（1）512K （2）1M （3）2M （4）3M。答：1MB3．7灰度等級為256，分辨率為1024×768的顯示器，至少需要選用幀緩存的容量為（1）512K （2）1M （3）2M （4）3M。答：1MB=5.7將梁友棟-Barsky裁減算法改寫成多邊形裁減算法。答：梁友棟-Barsky裁減算法是線段裁減，如果對多邊形的每條邊用該方法，會使原來封閉的多邊形變成不封閉或是一些離散的線段。為此可以將梁友棟-Barsky裁減算法改寫成多邊形裁減算法。包含PiPi+1的直線與窗口4條邊界相交，其中兩個是潛在的進入交點，另外兩個是潛在的離開交點，計算出交點的參數值，并分別記為t_in1,t_in2,t_out1,t_out2.跨越窗口直線有2種情形12for(每條邊e){確定邊的方向用此來確定包含線首先與裁減區域的哪條邊界線相交尋找退出點的t值if(t_out2>0)尋找第2個進入點的t值if(t_in2>t_out1){if(0<t_out1<=1)output_vert(turning_vertex);}else{If(0<t_out1&&1>=t_in2){If(0<=t_in2)Output_vert(適當的面交點)；ElseOutput_vert(起始頂點)；If(1>=t_out1)Output_vert(適當的面交點)；ElseOutput_vert(終止頂點)；}}If(0<t_out2<=1)Output_vert(適應的窗口角點)；}/*對每條邊*/第六章習題答案6.1下面有關平面幾何投影的敘述中，哪些是正確的？平面幾何投影中，透視投影的投影中心到投影平面的距離是有限的。(Y)平面幾何投影中，一組平行線的投影仍保持平行。(N)平行投影與透視投影相比，視覺效果更有真實感，而且能真實地反映物體的精確集合尺寸與形狀。(N)在三維空間中的平行投影變換不可能產生滅點。(Y)6.26.3請寫出當透視投影中心為原點，投影平面為z=3的透視投影矩陣，并求端點為A(5,15,25)和B(10,20,30)的線段在該投影平面的投影。，,.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）,投影線段的方程為第八章習題答案8.4設投影中心為原點，構造一個由透視投影到平行投影的變換。此變換使得原物體平行投影在平面上和將原物體透視投影在規范化視見平面上產生的圖像相同。答：原物體在平面上的透視投影是：其中，。點在視見平面上的透視投影是：透視投影到平行投影變換為：這里，是規范化前裁剪平面的位置。現在，對點應用變換，得到點：在平面上的平行投影為：所以和產生相同的投影圖像。而且，變換將以為邊界的規范化透視視見體變換到以為邊界的長方體上。8.6請敘述掃描線消隱算法的基本思想及其算法的具體實現。答：1、基本思想：從最上面的一條掃描線開始工作，向下對每一條掃描線進行處理。在處理當前掃描線時，開一個一維數組作為當前掃描線的Z-buffer。首先找出與當前掃描線相關的多邊形，以及每個多邊形中相關的邊對。對每一個邊對之間的小區間上的各象素，計算深度，并與Z-buffer中的值比較，找出各象素處可見平面，計算顏色，寫幀緩存。對深度計算，采用增量算法。2、算法的具體實現：首先，建立幾個類classpolygon{ public: doublea,b,c,d; ShapeTypType; intdeltaY,yMax; doubledetaZx,deltaZy; COLORREFcolor; boolvisible; intIP;//,可以將所有的多邊形放在一個一維數組中，所在位置即位其ippublic: voidfillPoly(inti,pt3DX[],COLORREFcolor1,intip,ShapeTyptype) {//實現填充多邊形的各個變量 }};structEdge{public:ShapeTypType;intdeltaY;doubledeltaX;intIP;doubletopX;inttopY;public: /////引進topY一是為了在將相應的邊加入y桶時方便，而是為了判斷活化邊結束的時候//////////對邊的信息進行填充后，deltay!=0決定了將其放入ymax決定的鏈表中 voidfillEdge(pt3Dx,pt3Dy,intip,ShapeTyptype) {//填充邊的各個參數}}；structEdgeLive{public: ShapeTypType; doublexl;intdeltaYl; doubledeltaXl; doublexr;intdeltaYr; doubledeltaXr; doublezl; doubledeltaZx,deltaZy; intIP;public: //////////活化邊的填充的時候，說明這兩條邊肯定不是并行與x軸的直線,， /////////因為在相eldgeBox填入內容的時候應該已經進行了處理};這些準備工作完成之后，有了前期的準備工作三維模型的建立及其可以發生的仿射變換，就可以進行下面的掃描線算了。函數voidScanningZBufffer();的功能便是進行該算法的實現。在實現時，要有一個初始化工作，完成將變化之后各個體的各個面和邊放入到合適的鏈表中。所需得各個鏈表如下所示： list<polygon>m_AllPoly[800];//存放所有的多邊形list<polygon>m_curPoly;//多邊形活化鏈表，用來存放當前正在處理的多邊形 list<Edge>m_AllEdge[800];//所有的邊 list<EdgeLive>m_curEdge;//邊活化鏈表,用來存放當前處理的邊對 函數voidInitialize();負責進行上面的工作。之后便可以進行算法的主體了；程序原代碼見附件。8.8簡述用緩沖器算法來確定哪一個面被隱藏的方法。答：緩沖器算法設置了一個二維數組，類似于幀緩沖器。但是緩沖器存放的是每個象素點的深度值，而不是幀緩沖器中的顏色值。緩沖器的初始值為某個大的數值，通常是后裁剪平面的距離。在判斷像素上的哪個平面更靠近觀察者時，就可以簡單地比較緩沖器中的深度值和當前平面的深度值。如果當前平面的值比緩沖器中的值小（即距視點更近），則用新值替換原緩沖器中的值，像素的顏色值也變成新平面的顏色值。第九章習題答案9.4局部光照明模型的不足之處是什么？答：1、局部光照明模型僅考慮光源直接照射在景物表面產生的光照效果；2、局部光照明模型通常假定物體表面是光滑的且由理想材料構成；3、局部光照明模型中，環境假設為由白光照明，且反射光和透射光的顏色由用戶來選定。9.7敘述和明暗處理技術的基本原理和兩者的異同。答：1、明暗處理的基本原理：對離散的光亮度采樣作雙線性插值以獲得一連續的光亮度函數。具體做法是：先計算出多邊形頂點處的光亮度值，把它們作為曲面光亮度的采樣點，然后再對多邊形頂點的光亮度值插值計算出多邊形內任一點的光亮度。2、明暗處理的基本原理：對多邊形頂點處的法向量采樣作雙線性插值，在多邊形內構造一個連續的法向量函數，依據這一函數計算的多邊形內各采樣點的法向量帶入光亮度計算公式，即得到由多邊形近似表示的曲面在各采樣點處的光亮度。3、相同點：過程中都采用了雙線性插值。4、不同點：（1）、對光亮度進行雙線性插值，是線性光亮度插值，計算簡單；對法向量進行雙線性插值，最終是非線性光亮度差值，計算量比較大。（2）、不能正確地模擬高光；