计算机图形学复习资料

第一章

1 图形学定义

ISO 的定义：计算机图形学是研究怎样利用计算机表示、生成、处理和显示图形的原理、算法、方法

和技术的一门学科。

通俗定义：计算机图形学以表达现实世界中的对象及景物为主要目标，其核心是解决如何用图形方式

作为人和计算机之间传递信息的手段，即人机界面问题。

计算机图形学的研究对象——图形。 图形是从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和

形。

图形的构成要素：几何要素：点、线、面、体等描述对象的轮廓、形状。非几何要素：描述对象的颜

色、材质等。

图形的表示方法： 点阵法： 枚举出图形中所有点 ( 简称图像 ) 。参数法： 由图形的形状参数 ( 简称图形 ) 。

2 图形与图像

图像：狭义上又称为点阵图或位图图像。图像是指整个显示平面以二维矩阵表示，矩阵的每一点称为

一个像素，由像素点所取亮度或颜色值不同所构成的二维画面。

特点：

A 文件所占的空间大。

B位图放大到一定的倍数后会产生锯齿。

C位图图像在表现色彩、色调方面的效果比矢量图更加优越。

图形：狭义上又称为矢量图形或参数图形。按照数学方法定义的线条和曲线组成，含有几何属性。或

者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。

特点：

A 文件小。

B可采取高分辨印刷。

C 图形可以无限缩放。

3 图形学过程

3D 几何建模、 3D 动画设置、绘制(光照和纹理) 、生成图像的存储和显示

4 与图像处理

计算机图形学：研究模型及数据的建立和由模型生成图像的过程和方法。 (模型到图像)

图像处理：将客观景物数字化成图像，研究数字化图像的采集、去噪、压缩、增强、锐化、复原及重

建等。 (图像到特征)

对立统一的关系。

5 计算机图形信息的特点

图形信息表达直观，易于理解。

图形信息表达精确、精炼。

图形信息能“实时”的反映事物的分布和变化规律

6 计算机图形学的应用

计算机辅助设计及计算机辅助制造

科学计算可视化

地图制图与地理信息系统

计算机动画、游戏

用户接口

计算机艺术

7 计算机图形系统

作为一个图形系统，至少应具有计算、存储、输入、输出、对话等五个方面的基本功能。

计算机图形系统主要有三部分构成：人、图形软件包、图形硬件设备。

图像硬件设备通常由图形处理器、图形输入设备和输出设备构成。

第二章

1 图形的扫描转换

确定一个像素集合及其颜色，用于显示一个图形的过程，称为图形的扫描转换。从本质上讲，图形的

扫描转换是由参数表示形式到点阵表示形式的转换过程。

PS1：在输出设备上输出一个点，首先需要计算出最逼近该点的像素位置，其次需要把应用程序中的

坐标信息转换成所用输出设备的相应指令

PS2：在显示器有限个像素中，确定最佳逼近该直线的一组像素，并且按扫描线顺序，对这些像素进

行写操作，这个过程称为 直线的扫描转换 。

2 DDA 算法

最基本思想：

从 x 的左端点 x0 开始，向 x 右端点步进，步长 =1( 个像素 ) 。X 步进后，用 y=kx+b 计算相应的 y 坐标。

最后取像素点 (x, 取整 round(y)) 作为当前点的坐标。即当 x 每递增 1，y 递增 k 。

PS：实际代码时用 Y+0.5 替代取整。

PS2：当 |k|>1 时，必须把 x ，y 地位互换。按照从 (x1, y1) 到(x2, y2) 方向不同，分 8 个象限。例如

对于方向在第 1a 象限内的直线而言，取增量值 Dx=1，Dy=k。对于方向在第 1b 象限内的直线而言，取增量

值 Dy=1，Dx=1/k 。其余同理。

优点：

最简单，最直接的画线算法。采用增量的思想，每计算一个像素，只需计算一个加法。

缺点：

由于斜率很可能是小数(浮点数) ，因此每个加法都意味着是浮点运算，浮点运算不利于硬件实现；

每次加法后还必须进行一次四舍五入后的取整运算。

3 中点画线法

假设当前像素点为