计算机图形学试题及答案分解

一、 判断题（10x1=10分）

1、 构成图形的要素可分为两类：刻画形状的点、线、面、体的非几何要素与反映物体表面属性或材质的明暗、色

彩等的几何要素。（ 错误 ）

2、 参数法描述的图形叫图形；点阵法描述的图形叫图像。（ 正确 ）

3、 EGA/VGA 为增强图形显示效果的一种图形处理软件的名称。（ 错误 ）

4、 对山、水等不规则对象进行造型时，大多采用过程式模拟方法。（ 正确 ）

5、 若两个图形是拓扑等价的，则一个图形可通过做弹性运动与另一个图形相重合。（ 正确 ）

6、 0阶参数连续性和0阶几何连续性的定义是相同的。（ 正确 ）

7、 Bezier 曲线可做局部调整。（ 错误 ）

8、 字符的图形表示分为点阵和矢量两种形式。（ 正确 ）

9、 LCD 表示发光二极管显示器。（ 错误 ）

10、 使用齐次坐标可以将n 维空间的一个点向量唯一的映射到n+1维空间中。（ 错误 ） 二、 填空题（15x2=30分）

1、目前常用的PC 图形显示子系统主要由3个部件组成：（1）帧缓冲存储器、（2）显示控制器、（3）ROM BIOS 。

2、 图形的输入设备有（4）键盘、鼠标、光笔（至少写三种）；图形的显示设备有（5）CRT 显示器、LCD 、投影仪（至少写三种）。

3、常用坐标系一般可以分为：建模坐标系、用户坐标系、（6观察坐标系、（7）规格化设备坐标系、（8）设备坐标系。

4、在多边形的扫描转换过程中，主要是通过确定穿越多边形区域的扫描线的覆盖区间来填充，而区域填充则是从（9）给定的位置开始涂描直到（10）指定的边界条件为止。

5、一个交互式计算机图形系统应具有（11）计算 、（12）存储、（13）对话、（14）输入和输出等五个方面的功能。 三、 简答题（5x6=30分）

1、 请列举常用的直线段裁减算法（四种）。

答：答：直接求交算法、编码算法、中点再分算法、Cyrus-Beck 算法。

2、 考虑三个不同的光栅系统，分辨率依次为480640?，10241280?，20482560?。欲存储每个像素12位，

这些系统各需要多大的帧缓冲器（字节数）？

答：480640?需要的帧缓存为KB 4508/12480640=??

10241280?需要的帧缓存为KB 19208/1210241280=?? 20482560?需要的帧缓存为KB 76808/1220482560=??

3、 什么叫做走样？什么叫做反走样？反走样技术包括那些？ 答：走样指的是用离散量表示连续量引起的失真。

为了提高图形的显示质量。需要减少或消除因走样带来的阶梯形或闪烁效果，用于减少或消除这种效果的方法称为反走样。

其方法是①前滤波，以较高的分辨率显示对象；②后滤波，即加权区域取样，在高于显示分辨率的较高分辨率下用点取样方法计算，然后对几个像素的属性进行平均得到较低分辨率下的像素属性。 4、 试说明一致缩放（s x =s y ）和旋转形成可交换的操作对。

答：?????

?????-=??????????-???????????=1000cos sin 0sin cos 1000cos sin 0sin cos 10

00001θθθθ

θθθθ

y y x x y x s s s s s s T ????

?????

?-=?????????????????????-=10

00cos sin 0sin cos 10

000010

00cos sin 0sin cos 2θθθθθθθθ

y x y x y x

s s s s s s T

因为s x =s y ,故有T 1=T 2，所以一致缩放（s x =s y ）和旋转可以形成可交换的操作对。 5、用参数方程形式描述曲线曲面有什么优点？

答：①点动成线；②可以满足几何不变性的要求；③可以避免斜率带来的问题； ④易于定界；⑤可以节省工作量；⑥参数变化对各因变量的影响明显。

四、 利用中点Bresenham 画圆算法的原理推导第一象限从y=x 到x=0圆弧段的扫描转换算法（要求写清原理、误差函数、递推公式）。(10分)

解：x 方向为最大走步方向，x i+1=x i -1,y i+1由d 确定

d i =F(x m ,y m )=(x i -1)2+(y i +0.5)2-R 2

⑴ d i <0时，点在圆内，x i+1=x i -1, y i+1= y i +0.5

d i+1=F(x m ,y m )= (x i -2)2+(y i +1.5)2-R 2 =x i 2-4x i +4+y i 2+3y i +1.52-R 2 =(x i -1)2-2x i +3+(y i +0.5)2+2y i +2-R 2 = d i -2x i +2y i +5 = d i +2(y i -x i )+5 ⑵ di ≥0时，点在圆外，x i+1=x i -1,y i+1=y i d i+1=F(x m ,y m )=(x i -2)2+(y i +0.5)2-R 2 =x i 2-4x i +4+(y i +0.5)2-R 2 = di -2xi+3

五、 如下图所示多边形，若采用改进的有效边表算法进行填充，试写出该多边形的ET 表和当扫描线Y=4时的AET

表。（本题10分）

六、

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

A7

A6

A5

A4

A3

A2

A1

Y

X

解：ET 表：

六、假设在观察坐标系下窗口区的左下角坐标为（wxl=10,wyb=10）,右上角坐标为（wxr=50，wyt=50）。设备坐标系中视区的左下角坐标为（vxl=10,vyb=30）,

右上角坐标为（vxr=50,vyt=90）。已知在窗口内有一点p(20,30),要将点p 映射 到视区内的点p`,请问p`点在设备坐标系中的坐标是多少？（本题10分）

解：○1将窗口左下角点（10,10）平移至观察坐标系的坐标原点，平移矢量为（-10，-10）。 ○

2针对坐标原点进行比例变换，使窗口的大小和视区相等。比例因子为： S x =(50-10)/(50-10)=1; S y =(90-30)/(50-10)=1.5。

○

3将窗口内的点映射到设备坐标系的视区中，再进行反平移，将视区的左下角点移回到设备坐标系中原来的位置（10，30），平移矢量为（10，30）。

p`点在设备坐标系中的坐标是（20，60）。

1、以计算机中所记录的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法叫做（ ），一般把它描述的图形叫做（ ）；而

用具有灰度或颜色信息的点阵来表示图形的一种方法是（ ），它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度

或色彩，一般把它描述的图形叫做（ ）。A

A 参数法、图形、点阵法、图像

B 点阵法、图像、参数法、图形

C 参数法、图像、点阵法、图形

D 点阵法、图形、参数法、图像 2、下列设备中属于图形输出设备的是（ B ） ○

1鼠标○2LCD ○3键盘○4 LED ○

5打印机○6扫描仪○7绘图仪○8触摸屏 A ○

1○3○6○8 B ○2○4○5○7 C ○2○5○6○7 D ○4○6○7○8 3. 下面给出的四个选项中（ D ）是绕Z 轴负向旋转θ的三维旋转变换矩阵。

A ?????????

???-10

0cos sin 00sin cos 00001θθθθ B ?????

????

???-10000cos 0sin 00100sin 0cos θθθθ C ?????

????

???-10

010000c o s s i n 00s i n c o s θθθθ D ?????

???????-10

010000cos sin 00sin cos θθθθ 4. 下面给出的四个选项中，（ A ）不是Bezier 曲线具有的性质。 A 局部性 B 几何不变性 C 变差缩减性 D 凸包性

5、B 样条曲线中，按照节点矢量T 的不同可以将B 样条分为均匀B 样条，开放均匀B 样条和非均匀B 样条，以下

选项中属于开放均匀B 样条节点矢量的是（C ）。 A 、T ＝（0，1，2，3，4，5，6）

B 、T ＝（0，0，1，1，2，2，3，3）

C 、T ＝（0，0，0，1，2，3，4，5，5，5）

D 、T ＝（0，0.1，0.2，0.2，0.5，1）

二、填空题（共8小题，每空1分，总计25分，请直接在原题上作答）

??

??????????????????--=?=130

10

0100

0110

05.10001110

10

010001

2

1T T T ??

????=115

05.100

011] 60 [20115005.100011]. 30 [20115005.100011].y [x 1]y [x p`====???

?????????

1、一个交互式计算机图形系统应具有（计算）、（存储）、（对话）、（输入）、

（输出）等五个方面的功能。

2. 将三维物体变为二维图形的变换称为（投影变换），其有两种基本方式：（平行投影）、（透视投影）。

3、形体的定义和图形的输入输出都是在一定的坐标系下进行的，通常这些坐标系分为：建模坐标系，（用户坐标系），（观察坐标系），规格化设备坐标系和（设备坐标系）。

4、X扫描线算法中，每次用一条扫描线进行填充，对一条扫描线填充的过程可分为4个步骤：（求交）、（排序）、（交点配对）、（区间填色）。

5、平面几何投影可分为两大类，分别是：（透视投影），（平行投影）。

6、用一组型值点来指定曲线曲面的形状时，形状完全通过给定的型值点列，用该方法得到的曲线曲面称为曲线曲面的（拟和），而用控制点列来指定曲线曲面的形状时，得到的曲线曲面不一定通过控制点列，该方法称为曲线曲面的（逼近）。

7、对于基本几何变换，一般有平移、旋转、反射和错切等，这些基本几何变换都是相对于（坐标原点）和（坐标轴）

进行的几何变换。

三、简答题（共3小题，每小题5分，总计15分，请直接在原题上作答）

1、走样与反走样的定义是？反走样技术包括那些？

答：走样指的是用离散量表示连续量引起的失真。

为了提高图形的显示质量。需要减少或消除因走样带来的阶梯形或闪烁效果，用于减少或消除这种效果的方法称为反走样。

其方法是①前滤波，以较高的分辨率显示对象；②后滤波，即加权区域取样，在高于显示分辨率的较高分辨率下用点取样方法计算，然后对几个像素的属性进行平均得到较低分辨率下的像素属性。

2.如下图所示，裁减窗口为正方形，采用逐边裁件算法，依次按左、下、右、

上的顺序，用四条窗口边界裁减多边形ABCDE。试写出每条框口边界裁减后

输出的新的多边形的顶点序列。

答：左边界裁减后：ABCD12 下边界裁减后：4B56D123

右边界裁减后：4B7D123 上边界裁减后：4B789123

3、Bezier曲线在端点处的一阶导数为：p’(0)=n(P1-P0)，p’(1)=n(P n-P n-1)，二阶导数为：p”(0)=n(n-1)((P2-P1)-(P1-P0))，

p ”(1)=n(n-1)((P n-2-P n-1)-(P n-1-P n ))。写出如图2所示的两段三次Bezier 曲线在连接点处的G1，G2连续性条件。

答：因为是三次Bezier 曲线，所以有n=3。

根据G1连续性条件有：p ’(1)=a* p ’(0)即：Q 1-Q 0= a*(P 3-P 2) 又根据G2连续性条件有：

p ”(1)＝b*p ”(0)即：Q 0-2Q 1+Q 2=b*(P 1-2P 2＋P 3)

四、证明题（本题5分，请直接在原题上作答）

试证明一个绕原点的旋转变换和一个均匀比例变换是可交换的变换对。

证明：?????

??

???-=?????????????????????-=10

0cos sin 0sin cos 100000010

0cos sin 0sin cos 1θθθθ

θθθθS S S S S S

T ????

?

?????-=???????

???-???????????=10

0cos sin 0sin cos 10

00cos sin 0sin cos 10000

002θθθθ

θθθθ

S S S S S S

T T 1=T 2，所以一个绕原点的旋转变换和一个均匀比例变换是可交换的变换对。

五、（本题10分）利用中点Bresenham 画圆算法的原理推导第一象限从y=0到x=y 圆弧段的扫描转换算法（设半径为R ，

要求写清原理、误差函数、递推公式）。

解：算法原理：如图a 所示，从y=0到x=y 圆弧段即为逆时针方向，此时当

y 方向走一步时，x 方向能否走一步需要根据判别式进行判断，推导如下：

先构造函数F(x,y)=x 2+y 2-R 2，对于圆上点F(x,y)＝0；对于圆外点F(x,y)>0；

圆内点F(x,y)<0。

假设M 为Pr 和Pl 的中点即M(x i -0.5,y i +1)

所以判别式为：

d=F(x M ,y M )=F(x i -0.5,y i +1)= (x i -0.5)2+( y i +1)2-R 2

当d<0时，如图b ，下一点取Pr （x i ,y i +1） 当d>0时，如图c ，下一点取Pl(x i -1,y i +1) 当d ＝0时，任取上述情况中一种即可。

误差项的递推：如图b 所示，当d<0时，取Pr （x i ,y i +1），欲判断下一个象素，应计算：

d’=F(x i -0.5,y i +2)=d+2y i +3，即d 的增量为2y i +3；

如图c 所示，当d>0时，取Pl(x i -1,y i +1)，欲判断下一个象素，应计算：

d’=F(x i -1.5,y i +2)=d-2x i +2y i +3, 即d 的增量为-2x i +2y i +3。 绘制第一个点为（R,0）,所以d 的初始值为

d 0＝F （R-0.5,1）=1.25-R

六、（本题15分）如右图所示的多边形，若采用

改进的有效边表算法进行填充，在填充时采用“下闭上升”的原则（即删除

y=y max 的边之后再填充）试画出该多边

形的ET 表和当扫描线Y=3和Y=8时的AET 表。

多边形P 0P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 0

x 图a

解：ET 表如下：

当扫描线Y=8时的AET 表：

当扫描线Y=3时的AET 表：

七、（本题15分）如图所示四边形ABCD ，求绕P （5，

时针旋转90度的变换矩阵，

并求出各端点坐标，画出变换后的图形。

解：

?????

????????????????-???????????--=145010001100090cos 90sin 090sin 90cos 145010

00

1

T ??

??

?

?????--=119001010?????

?????????=???????

???--???????????????110652166138119001010114717137114

5、 考虑三个不同的光栅系统，分辨率依次为480640?，10241280?，20482560?。欲存储每个像素12位，

这些系统各需要多大的帧缓冲器（字节数）？

答：480640?需要的帧缓存为KB 4508/12480640=??

10241280?需要的帧缓存为KB 19208/1210241280=?? 20482560?需要的帧缓存为KB 76808/1220482560=?? 3、按照所构造的图形对象来分，点、曲线、平面、曲面或实体属于（ ），而山、水、云、烟等自然界丰富多彩的对

象属于（ ）。A

A 、规则对象、不规则对象

B 、规则对象、属性对象

C 、不规则对象、几何对象

D 、不规则对象、属性对象

4、对于区域内外测试中，常常使用奇－偶规则测试的方法，按照该规则测试

图形，如图1所示，试选出以下属于外部点的是（ D ）。

A 、M 点

B 、P 点

C 、O 点

D 、N 点

5、B 样条曲线中，按照节点矢量T 的不同可以将B 样条分为均匀B 样条，开

放均匀B 样条和非均匀B 样条，以下选项中属于开放均匀B

T ＝（0，1，

2，3，4，5，6）

B 、T ＝（0，0，1，1，2，2，3，3）

C 、T ＝（0，0，0，1，2，3，4，5，5，5）

D 、T ＝（0，0.1，0.2，0.2，0.5，1） 七、（本题10分）试用Liang-Barsky 算法裁剪如图所示

线段。

解：

A(-2,6) x1=-2, y1=6 B(7,-2) x2=7, y2=-2

窗口：wxl=0, wxr=4, wyb=0, wyt=3 * ??

?-+=-+=)

12(1)

12(1y y U y y x x U x x 0≤U ≤1

P 1=-Δx=-(7+2)=-9 q 1=x1-wxl=-2 U 1=2/9 P 2=Δx=9 q 2=wxr-x1=6 U 2=2/3 P 3=-Δy=-(-2-6)=8 q 3=y1-wyb=6 U 3=3/4 P 4=Δy=-8 q 4=wyt-y1=3 U 4=3/8 U k =

k

k

p q (k=1、2、3、4)

Umax=max （0，0

Umin=min(1,0

>k p k

U )=min(1, 2/3, 3/4)= 2/3

将Umax ， Umin 代入方程组* 中求得直线与窗口的两个交点： x max =11/8, y max =3 x min =4, y min =2/3

即将A ’(11/8,3) B ’(4,2/3)直线保留，AA ’B ’B 删去。 八、（本题10分）如图所示，物体ABCDEFGH 进行如下变换，

写出其变换矩阵并求出复合变换后顶点的齐次坐标。 1、 平移使点C 与点P （1，－1，0）重合； 2、绕z 轴旋转60°。

解：平移点C 与点P 重合的平移矩阵为

?????

??

??

???-=10

2

00100001000011T 绕z 轴旋转60°矩阵为?

????????????

?-=10

0010

0000022

12

32321

T 所以，复合变换后的矩阵为T1*T2，有：

?

???

?

??????

?

????????????=??????????????????????????+--+-=??

??

?

?

?

?

?

???

????????????=*????????????????????????--+--+''''''''12121213

12131010101310132*1*1210

1211120112001010101110011000

2*121

23

2

1

3231212

1

2

32

1

323123

21

H G F E D C B A T T T T H G F E D C B A 其中A ’B ’C ’D ’E ’F ’G ’H ’为变换后对应的齐次坐标。

X

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分）提示：在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分

1）灰度等级为256级，分辨率为1024*1024的显示模式，至少需要的帧缓存容量为___B____bit。

A、7M

B、8M

C、10M

D、16M

2) ___C___是在高于显示分辨率的较高分辨率下用点取样方法计算，然后对几个像素的属性进行平均得到较低分辨率下的像素属性。实际上是把显示器看成是比实际更细的网格来增加取样率。

A、提高显示分辨率

B、图像分割

C、过取样（supersampling）

D、区域取样（areasampling）

3）用一个n位的整数表示一个位串，用它控制线型时，可以n个像素为周期进行重复显示。若Patten=11100101，

而i表示画线程序中的第i个像素，则画线程序中的SETPIXEL（X，Y，COLOR）可改写为___C__

A、if(pattern[i%4])setixel(x,y,color);

B、if(pattern[i%6])setixel(x,y,color);

C、if(pattern[i%8])setixel(x,y,color);

D、if(pattern[i%12])setixel(x,y,color);

4、点P的齐次坐标为(8,6,2)，其对应的空间坐标为__D____。

A、（8，6，2）

B、（8，6）

C、（4，3，1）

D、（4，3）

5)在多边形的逐边裁剪法中,对于某条多边形的边(方向为从端点S到端点P)与某条裁剪线(窗口的某一边)的比较结果共有以下四种情况,分别需输出一些顶点.请问哪种情况下输出

的顶点是错误的____A____。

A ：S 和P 均在可见的一侧,则输出S 和P.

B ：S 和P 均在不可见的一侧,则不输出顶点.

C ：S 在可见一侧,P 在不可见一侧,则输出线段SP 与裁剪线的交点.

D ：S 在不可见的一侧,P 在可见的一侧,则输出线段SP 与裁剪线的交点和P.

6)扫描线多边形填充算法中，对于扫描线同各边的交点的处理具有特殊性。穿过某两条边的共享顶点的扫描线与这两条边的交点数只能计为___B__交点：

A 、0 个

B 、1个

C 、2个

D 、3个

7、如果观察方向（视线方向）为Z 轴负向，观察向量可设为V=(0,0,-1)，则对场景中的图形表平面可判定其可见性。令某平面的法向量为N=(A,B,C)。当___A__时，该平面可判定为后向面（Back-Face ）即是观察时不可见的面。

Ａ、C<=0 Ｂ、C>=0 C 、A>=0 D 、B<=0

8、多边形面的平面方程为：Ax+By+Cz+D=0。投影后，若扫描线上起始点的深度值为，

则该面的扫描线上所有后继点的深度值计算公式为__B__ A ）z(x+1,y)=z(x,y)+A/C B ）z(x+1,y)=z(x,y)-A/C C ）z(x+1,y)=z(x,y)+C/A D ）z(x+1,y)=z(x,y)-C/A

9）当观察光照下的光滑物体表面时，在某个方向上看到高光或强光，这个现象称为__B__

Ａ、漫反射 Ｂ、镜面反射 C 、环境光 D 、折射

10）、绘制样条曲线时，如果控制点中的任一个发生了变动，则整条曲线都将受到影响

C

D

By Ax y x z ---=

),(

的是_A__曲线：

Ａ、自然三次样条

Ｂ、Ｈermite 插值样条 Ｃ、Cardinal 样条 Ｄ、Ｋorchanek-Bartels 样条

二、判断题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）提示：正确打 ，错误打 ，并

分别简述理由。

１、显示处理器的主要任务是将应用程序给出的图形定义数字化为一组像素强度值，并存放在帧缓存中，这个数字化过程称为扫描转换。 对

２、绕多边形的边界，计算相邻边界向量的叉乘可识别出该多边形是凸还是凹多边形。如果叉乘结果全部为正则为凹多边形；若有正有负，则为凸多边形。 错（凸，凹）

3、使用查色表可以提供合理的能够同时显示的颜色数，而无须大容量的帧缓冲器。这时，帧缓冲器中存放的是真正的颜色编码。 错（颜色编码改为索引（或地址））

4、某种颜色，在GRB 颜色模型下坐标值（1,0.7,0.8），在CMY 颜色模型下也是（1,0.7,0.8） 错（0,0.3,0.2）

5、透视投影变换后，图形中的不平行于观察平面的各组平行线的延长线，能够汇聚成最多3个灭点。 错（可以是无数个灭点）

三．计算推导题目（本大题共2小题，每小题10分，共20分）。

1．给定四点P1(0,0,0),P2(1,1,1),P3(2,-1,-1),P4(3,0,0)。用其作为特征多边形来构造一条三次贝塞尔曲线段，请写出该曲线的参数化表达式，并计算参数为1、2/3时曲线上点的值。

答: 三次贝塞尔曲线的公式为： 4分

3

3,323,22

3,133,0)()

1(3)()1(3)()1()(t t BEN t t t BEN t t t BEN t t BEN =-=-=-=0

,,11,000

, )0()0()0( )

0()0(P BEN P BEN P BEN P BEN P p n n n n n n

k n k k =+++==∑= 3

3,323,213,103,033

2212033

3

,)()()()( [0,1]t

)1(3)1(3)1( )

()(P t BEN P t BEN P t BEN P t BEN P t P t t P t t P t t BEN

P t p k k k +++=∈+-+-+-==

∑=

当t=1时，根据端点性质，它就是P(1)=P1=(1,1,1) 3分当t=2/3时，x=(1/27)*0+3*(2/3)*(1/9)*1+3*(4/9)*(1/3)*2+(8/27)*3=2

Y=(1/27)*0+3*(2/3)*(1/9)*1+3*(4/9)*(1/3)*(-1)+(8/27)*0= —2/9

Z=(8/27)*0+3*(2/3)*(1/9)*1+3*(4/9)*(1/3)*(-1)+(8/27)*0= —2/9 3分

P(2/3)=(2,-2/9,-2/9)

评分标准：按步骤给分。若写出计算的表达式后计算结果错误只扣1分。

2．用Liang-Barsky线段裁剪方法，使用窗口（0，0）（2，2）裁剪以下线段，要求写出计算步骤和裁剪结果。

a)线段A（1,-2）B(1，2)

解:

x1=1, x2=1, y1= -2, y2=2,

xmin=0,xmax=2, ymin=0, ymax=2

dx=X2-x1=0, dy=y2-y1= 4

P1= -dx= 0 q1=x1-xmin= 1

P2=dx=0 q2=xmax-x1=1

P3= -dy= -4 q3=y1-ymin= -2 t3=1/2

P4=dy=4 q4=ymax-y1=4 t4=1 4分

P1,p4<0, tmin=MAX(0,t3)=MAX(0,1/2)=1/2 2分

P3,P4>0, tmax=MIN(1,t4)=MIN(1,1)=1 2分

Tmin

裁剪结果是线段：（1，0）（1，2）2分

四．变换题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）。提示：用列向量表示，注意矩阵乘的顺序。用齐次坐标表示变换矩阵。不要求计算出最后结果，但是每个矩阵要表示出来。

1．二维空间中，图形绕点(-1，-2)，顺时针旋转50度的变换矩阵。

2．在XOY二维平面坐标系中有点P(4，1)和点O’(3，4)。现以O’P作为Y’轴正向建立新坐标系X’O’Y’（都是右手坐标系），请写出图形由XOY到X’O’Y’的坐标变换矩阵。

3．设投影参考点为（0，0，d）,投影面为xoy平面，请推导投影变换矩阵。

答案：1．二维空间中，图形绕点(-1，-2)，顺时针旋转50度的变换矩阵。

1 0 -1 cos(-50) –sin(-50) 0 1 0 1

0 1 -2 sin(-50) cos(-50) 0 0 1 2

0 0 1 0 0 1 0 0 1

评分标准：每一个矩阵写正确得3分，顺序正确1分。

2、在XOY二维平面坐标系中有点P(6，1)和点O’(3，5)。现以O’P作为X’轴正向来建

立新坐标系X’O’Y’（都是右手坐标系），请写出图形由XOY到X’O’Y’的坐标变换矩阵。

计算向量o’p为（3，-4），则单位向量为u=（ 3/5，-4/5），计算得到u=(-4/5,-3/5) 3/5 -4/5 1 0 -3

-4/5 -3/5 0 0 1 -5

0 0 1 0 0 1

评分标准：单位向量计算正确得4分，每一个矩阵写正确得2分，顺序正确2分。3．设投影参考点为Pprp（0，0，d）,投影面为xoy平面，请推导投影变换矩阵

1）当投影中心点是（0，0，d）时，根据两点(Pprp和P)可求得PP’射线的参数方程为X’= (x-0) u+0

Y’=(y-0) u+0

Z’= (z-d) u + d

投影面为xoy平面，则Z’=0，带入可得到u=d/(d-z)

X’= x *d/(d-z)

Y’= y*d /(d-z)

Z’= 0

令h=1-z/d，可以得到齐次坐标表示的投影变换矩阵为

1，0，0，0

0，1，0，0

0，0，0，0

0，0，-1/d 1

评分标准：写出直线参数方程得5分，推导步骤完整，矩阵写正确得5分。

五、编程及分析题（本大题共1小题，每题10分，共10分），

1．请根据中点圆生成算法思想，对圆x2+y2=R2，推出第一象限中从y=0到y=x这段弧的生成算法。要求推导出主要的计算公式，并写出算法（描述性算法）。提示这一段上，y的变换率比x大。

解答：

构造函数F(X,Y)=Y2+X2-R2。

对于圆上的点，F(X,Y)=0；

对于圆外的点，F(X,Y)>0；

而对于圆内的点，F(X,Y)<0。

1）当前点为（Xi, Yi），下一个代定点为（X i-1,Y i+1），以Y每次增加1，Y i+1= Yi +1，X i-1需要判定。

中点M的坐标为：M(,Xi-0.5, Yi +1)

当F(XM, YM)<=0时，取Pu(Xi，Yi +1,)

当F(XM, YM)>0时，取Pd(Xi-1，Yi +1,)

2）决策参数：

d=F(XM,YM)=F(Xi-0.5,Yi+1)=(xi-0.5)2+(yi+1)2-R2

当d≤0时，下一点取Pu(Xi，Yi +1)；

当d>0时，下一点取Pd(Xi-1，Yi +1)。

决策参数的增量式

当d≤0时，下一点取Pu(Xi，Yi +1)

di+1=F(Xi-0.5，Yi+2)=di+2Yi+3

当d>0时，下一点取Pd(Xi-1，Yi +1)

di+1=F(Xi-1.5，Yi+2)=di+2(Yi-Xi)+5

判别式的初始值

d0=F（R-0.5,1）=1.25-R

算法步骤：

1.输入圆的半径R。

2.计算初始值d=1.25-R、Y=0、X=R。

3.绘制点(X,Y)及其在八分圆中的另外七个对称点。

4.判断d的符号。若d≤0，则先将d更新为d+2Y+3，再将(X,Y)更新为(X, Y+1)；否则

先将d更新为d+2(Y-X)+5，再将(X,Y)更新为(X-1, Y+1)。

5.当Y

姓名：___________学号：___________班级：_______ 机械学院2006-2007计算机图形学试题（B）开卷

一、填空题（共20分，每空2分）

1．在处理图形时常常涉及的坐标系有模型坐标系（局部坐标系），世界坐标系，观察坐标系，设备坐标系。

2．生成直线的四点要求是:生成的直线要直，直线的终止点要准，直线的粗细要均匀，速度要快。

3．扫描线的连贯性是多边形区域连贯性在一条扫描线上的反映；边的连贯性是多边形区域连贯性在相邻两扫描线上的反映。

4．具有256级灰度、分辨率为1024*1024个象素阵列的光栅扫描式显示器需要1024 KB的缓冲器。

5．计算机图形学是研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。

二、选择题（共10分，每题2分）

1．计算机显示设备一般使用的颜色模型是（ A ）

A）RGB B）HSV

C）CMY D）不在A,B,C中出现

2．在计算机图形关于Modeling的物体的描述中，下列是正确的结论有（ C ）

A 一根直线是物体

B 一个空间的点是物体

C 一个立方体是物体

D 三维欧氏空间点的集合是物体

3．以下关于图形变换的论述不正确的是（ D ）

A. 平移变换不改变图形大小和形状，只改变图形位置；

B. 拓扑关系不变的几何变换不改变图形的连接关系和平行关系；

C.旋转变换后各图形部分间的线性关系和角度关系不变，变换后直线的长度不变

D.错切变换虽然可引起图形角度的改变，但不会发生图形畸变；

4．计算机图形学与计算机图象学的关系是( B )。

A）计算机图形学是基础，计算机图象学是其发展

B）不同的学科，研究对象和数学基础都不同，但它们之间也有可转换部分C）同一学科在不同场合的不同称呼而已

D）完全不同的学科，两者毫不相干5．使用下列二维图形变换矩阵：

将产生变换的结果

为（ D ）

A. 图形放大2倍；

B. 图形放大2倍，同时沿X、Y坐标轴方向各移动1个绘图单位；

C.沿X坐标轴方向各移动2个绘图单位；

2倍，同时沿X、Y坐标轴方向各平移1个绘图单位。

三、判断题（共10分，每题1分）

请在括号内填写“T”或“F”。

1．光栅扫描式图形显示器可看作是点阵单元发生器，可直接从单元阵列中的一个可编地址的象素画一条直线到另一个可编地址的象素。（ F ）2．由三个顶点可以决定一段二次B样条曲线，若三顶点共线时则所得到的曲线褪化为一条直线段。（ T ）

T =

3．四连通的区域同时也是一个八连通的区域，所以，四连通区域填充算法也可以用于填充八连通区域。 （ F ） 4．插值得到的函数严格经过所给定的数据点。 （ T ） 5．Bezier 曲线具有对称性质。

（ T ）

6. 在光栅扫描图形显示器中，所有图形都按矢量直接描绘显示。 （ F ） 7．齐次坐标提供了坐标系变换的有效方法，但仍然无法表示无穷远的点；（ F ） 8．一次Bezier 曲线其实就是连接起点到终点的折线段。 （ F ） 9．参数曲线的表示有代数形式和几何形式两种。 （ T ） 10．光栅图形显示器中，显示一幅图像使用的时间与图像复杂程度无关。

（ T ）

四、推导题（共20分, 每题10分）

1．写出正二测投影变换矩阵，确定变换矩阵中的参数，

并给出详细步骤。

答案： 正轴测投影变换矩阵的一般形式：

X 轴上的单位矢量[1 0 0 1]变换后为：

[x ‘ y ’ z ‘ 1] = [1 0 0 1]T = [cos θ 0 -sin θsin φ 1] Y 轴上的单位矢量[0 1 0 1]变换后为：

[x ‘ y ’ z ‘ 1] = [1 0 0 1]T = [-sin θ 0 -cos θsin φ 1] Z 轴上的单位矢量[0 0 1 1]变换后为：

[x y z 1] = [0 0 1 1]T = [0 0 cos φ 1] 则三个方向的变形系数分别为：

????

?

????

???=1 0 0 0 0 cos 0 0

0 sin cos - 0 sin -0 sin sin - 0 cos φφθθφθθT

按照正二轴测投影变换的定义有： p = r

假定Y 轴上的单位矢量经变换后长度变为1/2，即取Y 轴的变形系数恒为1/2：

可得：θ=20。42‘, φ=19 。28’。

2. 试按左下右上顺序用四向算法，分析当S1为种子时，下图区域的填充过程。

S1—6—7—3—10—11—12—9—2—8—5—4

3 11

4 6 3 11 4 7 3 11 4 8 3 3 11 4 8 2 10 3 11 4 8 2 9 11 3 11 4 8 2 9 12 3 11 4 8 2 9

4

/1sin cos sin 222=+φθθ

3 11

4 8 2 3 11 4 8

5 8 3 11 4 8 5 3 11 4 8 3 11 4 3 11 3

五、计算题（共20分,每题10分）

1．已知三角形ABC 各顶点的坐标A(1,2)、B(5,2)、C(3,5)，相对直线P 1P 2(线

段的坐标分别为：P 1 (-1,-1) 、P 2 (8,3) )做对称变换后到达A ’、B ’、C ’。 试计算A ’、B ’、C ’的坐标值。（要求用齐次坐标进行变换，列出变换矩阵，列出计算式子，不要求计算结果）

解: (1) 将坐标平移至P1 (-1,-1)点: ????

?

?????=111010001Ta

(2) 线段P 1P 2与X 轴夹角为9

4

=arctg

θ (3) 顺时针方向旋转θ角: ????

??????=T 10

00cos sin 0sin -cos θ

θ

θθ

b (4) 关于X 轴对称: ????

?

?????-=100010001Tc (5)逆时针转回: ????

??????-=10

0cos sin 0sin cos θ

θ

θθ

Td

(6) 将坐标系平移回原处 ????

?

?????--=T 111010001e

(7)变换矩阵: e d c b a T ?T ?T ?T ?T =T

(8) 求变换后的三角形ABC 各顶点的坐标A ’、B ’、C ’

A ’: [

]

[]T Y X A A

?=1211/

/

B ’: []

[]T Y X

B B

?=1251/

/ C ’: []

[]T Y X C

C

?=1531//

2．已知四个型值点P1(4,1,1)，P2(0,0,0)，P3(3,0,3)，和P4(-1,1,1)，用线段连

接相邻的Pi ，构造一条连接好的三次B 样条曲线，写出该曲线的参数表达式，并计算参数为0，1/3，2/3和1的值。

答案：

[

]

[

]

?????

?

???

????

?-?????????

???----=??

?

??

?

??

????????

?????

?

?

???

??----=)111()303()000()114(0141030

303631331611()()()(0141

030

303631331611

)(2

3

)333

2221110002

3

3,1t t t z y x z y x z y x z y x t t t t P

x(t)=4*)133(6123+-+-t t t +0*)463(6123+-t t +3*)1333(6

123+++-t t t +(-1)*

3

6

1t y(t)=1*

)133(6

123+-+-t t t +0*)463(6123+-t t +0*)1333(61

23+++-t t t +1*

36

1t z(t)=1*

)133(6

123+-+-t t t +0*)463(6123+-t t +3*)1333(61

23+++-t t t +1*