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1、第一章 1、图形：图形都是真实物体或想象物体的可视化显示与表示。计算机图形包括点、线、面、体、明暗、灰度、色彩、颜色、材质2、图像：是记录在介质上面客观对象的映像。3、计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科 。4、计算机图形学研究内容:建模：在计算机图形学，建模与表示是一个通用词汇，用于建立物体的三维计算机图形学表示，即用于表示物体的技术、方法或数据结构，其最终产品并不是二维图像而是真实的三维物体。绘制：该术语来自艺术领域，这里主要指对建模表示后的物体进行可视化，即根据三维计算机模型生成带阴影的图像。动画：利用图像序列，产生物体运动的视觉效
2、果的一种技术，这里也要用到建模和绘制，但控制时间这个关键问题在基本建模和绘制中一般是不考虑的。5、 计算机图形学相近领域: 人机交互：在输入设备（如鼠标、写字板等）、应用程序和以图形或者其他感官方式向用户发送的反馈之间建立接口。 虚拟现实：试图让用户置身于三维虚拟世界。为了产生这种效果，系统至少有立体显示，并对头部运动产生反应。真正的虚拟现实系统还要有声音反馈和力反馈。 可视化：试图通过视觉显示让用户看得更明白。6、 相关技术a) 基于图形设备的基本图形元素生成算法b) 图形变换与裁剪 c) 几何造型技术d) 图形信息的存储、检索和交换技术e) 人机交互及用户接口技术f) 动画技术g) 图形输
3、出设备与输出技术h) 图形标准和图形软件包的研究开发7、 计算机图形学与相关学科的关系:8、 计算机图形学应用领域计算机辅助设计与制造 CAD&CAM计算机仿真和模拟 Simulation娱乐动画 Movie &Game地理信息系统 GIS 表现在：遥感图像信息的自动提取，地理系统建模，地理信息的智能分析，地表系统的仿真虚拟现实Virtual Reality9、 计算机图形学的发展a) 诞生(1950-1960 ) 旋风I号计算机的诞生，类似于示波显示器阴极射线管(CRT)来显示一些简单图形b) 线框图形学（1960-1970）特点是利用直线、曲线等线条来表示物体对象。c) 光栅图形学（197
4、0-1980） 充分利用区域填充来表现线框条所不能表现的复杂对象。d) 真实感图形学（1980-1990） 简单光照模型 Phong模型e) 实时计算机图形学（1990-今） 是在当前图形算法和硬件条件的限制下提出的在一定的时间内完成真实感图像绘制的技术。图形图像比较：比较内容图形图像基本元素矢量元素如直线、圆等像素存储数据各个矢量的参数(属性)各个像素的灰度/颜色分量实例工程图样照片应用领域计算机辅助设计图像处理第二章1、图形系统=硬件设备+相应的软件设备图形硬件：图形输入设备，图形输出设备（图形显示设备、图形绘制设备）图形软件：图形应用软件（图形生成软件、图形处理软件、图形用户接口） 图形
5、支撑软件（功能子程序、OS图形扩展、图形设备驱动程序） 图形应用数据结构（图形数据文件、图形基元模型、几何描述数据）常用图形输入设备：键盘、鼠标、光笔、跟踪球、空间球、操纵杆、数字化仪特殊应用输入设备：数据手套、触摸屏、图像扫描仪、声频输入系统、视频输入系统。常用图像输出设备：CRT显示器(光栅扫描、刷新式随机扫描、存储管式随机扫描图形显示器)、其他显示器（LCD液晶、LED发光二极管、激光、等离子显示器）图形硬拷贝设备：绘图仪、图形打印机、其他设备（复印输出、录像、缩微胶片输出设备）2、图形系统分三类：用于专业图形工作站的图形系统；用于PC的图形系统；用于嵌入式设备的图形系统；3、常见的显示
6、硬件设备：CRT阴极射线管、LCD液晶显示器、等离子显示器。4、图形显示方式：随机扫描显示、直视存储管式显示、光栅扫描显示。5、基本的图形硬件流水线像素处理阶段几何处理阶段用户程序图元二维屏幕坐标6、每阶段任务：(1)用户程序阶段一般是把数据以图元的形式提供给图形硬件(2)几何处理阶段以每个顶点为基础对几何图元进行处理，并从三维坐标变换为二维坐标的过程(3)在光栅阶段，屏幕对象先是被传送到像素处理器进行光栅化，再对每个像素进行着色，再输出到帧缓冲区，最后输出到屏幕。7、图形支撑软件 第一层次是面向系统的，主要解决图形设备与计算机的通讯接口等问题，称为设备驱动程序，包括一些最基本的输入、输出程序
7、，事实上，设备驱动程序现在已被作为操作系统一部分，由操作系统或设备硬件厂商开发；第二层次是建立在驱动程序之上，完成图元的生成、设备的管理等功能，目前这个层次上的图形支撑软件已经标准化，如GKS、PHIGS、CGI等；第三层次是在中间层基础上编写的，其主要任务是建立图形数据结构，定义、修改和输出图形，它是面向用户的，要求具有较强的交互功能，使用方便，风格好，概念明确，容易阅读，便于维护和移植，OpenGL、DirectX便属于这一层次的软件。OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口，是一个跨平台的开放式图形软接口。包含几个库：核心库、实用程序库、X窗口系统扩展库、windows专用函数
8、库、编程辅助库。第三章3.1 直线的光栅化通常用于直线光栅化的算法有数值微分法（DDA）、中点画线法和Bresenham画线算法。3.11 DDA画线算法DDA是根据直线的微分方程来画直线的 缺点：计算量大1.斜率的绝对值小于1，每次沿x方向增加或减少一个单位2.斜率的绝对值大于1，每次沿y方向增加或减少一个单位3.12 中点画线算法 中点画线算法：假设直线的斜率在0到1之间，若直线在x方向上增加一个光栅单位，则在y方向上的增量只能在0到1之间。设P（x,y）是直线上的一点，与P点最近的网格点为（xi, yi）,那么，下一个与直线最近的像素只能是正右方的网格点PB（xi+1, yi）或右上方的
9、网格点PT（xi+1,yi+1）两者之一。再以点M（xi+1, yi+0.5）表示PB和PT的中点，设Q是直线与垂直线x= xi+1的交点。显然，若M在Q的下方，则PT离直线较近，应取PT为下一个像素点，否则应取PB做为下一个像素点，这就是中点画线算法的基本思想。 3.13Bresenham画线算法Bresenham画线算法原理:过各行各列像素中心构造一组虚拟网格线，按直线从起点到终点的顺序计算直线与各垂直网格线的交点，然后确定该列像素中与此交点最近的像素。若st，则Si比较靠近理想直线，应选Si;若st，则Ti比较靠近理想直线，应选Ti。3.2 圆的光栅化 3.2.1中点画圆算法中点画圆算法
10、的基本原理是：假设点P（xp,yp）为圆弧上一点，那么，下一个与圆弧最近的像素点只能是正右方的点P1（xp+1,yp）或右下方的点P2(xp+1,yp-1)。令M为P1和P2的中点，易知M的坐标为（xp+1,yp-0.5）。显然，若M在圆内，则P1离圆弧近，应取为下一个像素点；否则应取P2作为下一个像素点。3.2.2Bresenham画圆算法 Bresenham画圆算法的基本原理是若Pi-1（xi-1,yi-1）为已经选定的点，那么下一个可能的像素点为其正右方的点Si或右下方的点Ti。若Si到圆弧的距离小于Ti到圆弧的距离，则取Si ，反之取 Ti。3.3 区域填充 P443.3.1多边形填充
11、算法多边形的表示方法：顶点表示和点阵表示多边形填充的方法通常有两种：射线法，累计角度法。射线法：从V点发出射线与多边形P的边相交，若交点的个数为奇数，则V位于P内；若为偶数 则V位于P外。 累计角度法：角度和为0 点在外部，和为2 pi 点在内部扫描线算法是效率比较高的多边形填充方法。利用了区域的连续性，扫描线的连续性和边的连续性等3种连续性。通常是考 大题计算题：(8分)如图所示多边形，采用扫描线算法进行填充，画出边表和活性边表。数据结构对应的顺序为： ymax；x；deitax；*next（下一个指针）答案：3.3.2边填充算法边填充算法的基本原理：对每一条扫描线，依次求与多边形各条边的交
12、点，将该扫描线上交点右边的所有像素求补，并对多边形的每条边按一定的顺序（逆时针、顺时针均可）做此处理。栅栏填充算法的基本原理是：对于每条扫描线与多边形的交点，将交点与栅栏之间的扫描线上的像素取补，也就是说，若交点位于栅栏左边，则将交点之右、栅栏之左的所有像素取补；若交点位于栅栏之右，则将栅栏之右、交点之左的所有像素取补。 3.3.3种子填充算法 P52扫描线种子填充算法的基本思想是：从给定的种子点开始，填充当前扫描线上种子点所在的区间，然后确定与这一区间相邻的上下两条扫描线上需要填充的区间，从这些区间上各取一个种子点并依次把他们保存起来，作为下次填充的种子点，反复进行这个过程，直到所保存的各区
13、间都填充完毕。借助于堆栈，扫描线种子填充算法可由以下4个步骤来实现。（重点）1）将算法设置堆栈置为空，将给定的种子点（x,y）压入堆栈；2）如果堆栈为空，算法结束；否则取栈顶元素（x,y）作为种子点；3）从种子点（x,y）开始，沿纵坐标为y的当前扫描线向左右两个方向逐个像素用新的颜色值进行填充，直到边界为止。设区间两边界的横坐标为x_left,x_right。4）在与当前扫描线相邻的上下两条扫描线上，以区间x_left,x_right为搜索范围，求出需要填充的各个小区间，把各个小区间中最右边的点作为种子点压入堆栈中，转到步骤2）。3.4 字符表示常用字符：ASCII 美国信息交换用标准代码 中
14、华人民共和国国家标准信息交换编码 GB 3212-80字符的图形两种表示方法：点阵表示、矢量表示。3.5 反走样（必考1分）对图形进行光栅化时，用离散的像素显示连接空间中定义的对象。这种用离散量表示连续量时引起的失真现象称为走样；用于减少或消除走样的技术成为反走样。光栅图形的走样现象：产生阶梯状、图形的细节失真、狭小图形遗失反走样技术：提高分辨率的反走样算法、线段反走样算法、多边形反走样算法 第四章 实体造型与曲线曲面在工程上经常遇到的曲线和曲面有两种，一种是简单曲线和曲面，一般为拋物线、双曲线、椭圆线等，如自由物体在空中的运动轨迹，磁力线等，这些曲线可以用函数方程或参数方程直接给出；另一种是
15、形状较为复杂，如汽车的车身、高速公路的路线等难以用二次方程描述的曲线，称为自由曲线，一般采用二次混合曲线或三次曲线表示。（书P66）一、曲线的表示形式参数方程是表示曲线或曲面的主要形式，用它表示具有如下优势：1 方程所描述的曲线的形状本质上与坐标系无关，即曲线的形状只决定于给定点列之间的关系。参数方程把所有坐标分量均作为参数的函数，使不含坐标值的自变量与所有因变量(各坐标分量)完全分开。2 容易确定曲线的边界。无论曲线有多长，其参数的区间都可以固定到一个范围，如一般采用规格化区间0,1，其参数为0或为1就代表了曲线的边界。3 曲线的绘制简单。当参数t从0变化到1时，由t值求出的点序列组成的联机就是方程代表的曲线。4 易于变换。对参数方程表示的曲线或曲面进行几何变换或投影变换，只需要对方程的系数变换即可,计算量小。5 易于处理斜率无穷
