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2023 hnust 湖南科技大学 大四上 计算机图形图像技术 课程 期末考试 复习资料_湖南科技大学计算机图形学-CSDN博客

理论基础题解析.pdf

openGL习题.pdf

openCV习题.pdf

60道复习题

历年样卷

考试题型(源自CSDN)

• 简述题（10分×4题，共40分）

  1. 第1章的基本内容

  2. 三维观察流水线中的基本概念与理解

  3. 三维场景真实感绘制中的基本概念与理解

  4. 图像增强中的基本概念与理解

  5. 形态学操作，包括膨胀，腐蚀，开，闭等操作中的基本概念与理解

• 计算题（共10分）

  1. Bézier样条的计算表达

• 编程题（共30分）

  1. OpenCV基本函数的调用

  2. 利用OpenGL编写核心代码，包括平移，旋转，缩放及坐标系之间的变换等所有其它的基本变换。

  3. 利用OpenCV编写核心代码，内容包括图像增强，图像分析等

• 问答题（共20分 老师没讲）

  第一章和第十章内容，考得宽泛，无需写具体知识点，但回答尽量多写字数，预估送分题，例如：

  计算机图形学和数字图像处理这两门学科的关系 图像处理有哪些细分领域与自己有什么关系

第一章：计算机图形学概述

相关定义

计算机图像学定义

研究怎么利用计算机表示，生成，处理和显示图形的原理，算法，方法和技术的一门学科，计算机图形学=造型+绘制

图形的构成要素

图形由 几何要素 和 非集合要素 两种要素构成

1. 几何要素：刻画形状的点，线，面，体等

2. 非几何要素：反映物体表面属性和材质的灰度，颜色等

例如： 方程x+y=1确定的图形由满足这个方程并且具有一定颜色信息的点构成 （几何要素：满足x+y=1的点 非几何要素：具有一定的颜色信息）

图形的表示方法

一般有 参数法 和 点阵法 两种表示图形的方法

1. 参数法：用图形的形状参数 和 属性参数 来表示图形，用参数法描述的图形叫做参数图或者图形

   • 形状参数：是指描述图形的方程；分析表达式的系数；线段的端点坐标；多边形的顶点坐标等

   • 属性参数：包括颜色和线性

2. 点阵法：通过列出图形中所有的点来表示图形，用点阵法描述的图形叫做像素图或者图像。点阵法强调的是“图形由哪些点组成，每个点具有怎样的颜色”

计算机图形学的研究内容

1. 图形的输入：开发和利用图形输入设备以及相关软件把图形输入到计算机中，以便于进行各种处理

2. 图形的处理：对图形进行变换(例如几何变换，投影变换 )和运算(例如图形的交，并，差运算)等处理

3. 图形的生成和输出：将图形的特定表示形式转换为图形输出系统便于接受的表示形式，并将图形在显示器或者打印机等输出设备上输出

计算机图形学与相关学科的关系

主要探讨计算机图形学，图形处理，计算机和，计算机视觉和模式识别这几个学科之间的关系，一张图

计算机图形学的应用领域

• 计算机辅助设计（CAD）与制造 （这个是计算机图形学在工业界最成功，最重要的领域）

• 科学计算可视化

• 虚拟现实（VR）

• 计算机艺术

• 计算机动画（CG）

• 图形用户接口（GUI）

OpenGL基础

OpenGL（Open Graphics Library）的核心目标是渲染图形，即根据几何数据（点、线、面）和非几何数据（颜色、材质、纹理），在屏幕上绘制出 2D 或 3D 图像。它是一个底层的图形 API，提供了操作图形硬件的接口。专注于图形渲染，将几何数据转换为屏幕上的像素

了解定义是为了能和OpenCV的作用进行区分，方便理解而已，应该不存在考点的说法

基础语法

学习常规基础语法之前，先来聊聊OpenGL整个库的组成部分，有助于了解命名规范和记忆函数作用

基于三大组成部分的命名规范

• gl: 核心函数，直接与图形硬件交互，如 glClearColor, glVertex3f。

• glu: 实用函数库（OpenGL Utility Library），封装了一些常用操作，如 gluOrtho2D（正交投影）、gluPerspective（透视投影）。

• glut: 实用工具包（OpenGL Utility Toolkit），用于窗口管理、事件处理、简单的 3D 模型绘制，如 glutInit, glutCreateWindow, glutDisplayFunc。

三大组成部分决定了函数的前缀，也决定了函数放在哪里，同时对于函数的作用也有一定的提示性。例如你看到glxxxx函数就立马能反应属于核心函数且与图形硬件交互有关

同时，基于三大组成部分，每个组成部分内肯定会定义一些常量，这些常量的命名也适合所属部分相关

• GL_: 核心常量，如 GL_COLOR_BUFFER_BIT, GL_LINE_LOOP。

• GLU_: 实用库常量。

• GLUT_: 工具包常量，如 GLUT_RGB, GLUT_DOUBLE。

OpenGL的函数后缀的设计也是有一定规范的，你可以看到很多函数名都是类似的3f，3fv，2d这种数字+字母的形式为函数名的后缀

• 数字：表示参数个数，如 glVertex2f（2 个参数）、glVertex3f（3 个参数）。

• 字母：表示参数类型，如 f（float）、d（double）、i（int）、v（vector，向量）。

  示例：

  • glVertex3f(1.0f, 0.0f, 0.0f)：3 个 float 参数，表示一个 3D 点。

  • glColor3fv(colors)：一个包含三个元素的 float 向量（数组），表示 RGB 颜色。

当然，也存在一部分特殊的命名，例如GLint, GLfloat, GLdouble, GLubyte 等，确保跨平台兼容性。

程序基本框架

如下代码，是运行一个最基本的OpenGL所需要的代码（教材P5），其运行后的效果是

一个 200×200 的窗口，标题是「First OpenGL!」：

• 背景是默认的黑色；

• 窗口中间会显示一个白色矩形（因为glColor默认是白色(1,1,1,1)），矩形的范围是(-0.8,-0.6)到(0.8,0.6)（对应 OpenGL 默认的「标准化设备坐标」，范围是[-1,1]）。

#include<GL/freeglut.h>
​
void Paint() // 对象的描述
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); // 清除颜色缓冲区  GL_COLOR_BUFFER_BIT即代表颜色缓冲区
    glRectf(-0.8,-0.6,0.8,0.6); // 定义矩形 (-0.8,-0.6)~(0.8,0.6)
    glFlush(); // 强制 OpenGL 命令序列在有限的时间内完成执行
}
​
int main(int argc,char *argv[])
{
    glutInit(&argc,argv); // 初始化 GLUT,记录 main()的参数，理解不了的直接死记硬背，入参就是main函数的入参，只不过第一个argc参数需要取地址
    
    // 设置程序窗口的显示模式(GLUT_SINGLE表示设置为单缓存,GLUT_RGBA表示设置为RGBA颜色模式,除此之外还有GLUT_INDEX索引颜色模型，CLUT_DOUBLE双线是缓冲区，GLUT_DEPTH深度缓存)，glutInitDisplayMode的默认模式是GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA即RGBA颜色方式的单缓冲区
    // 需要注意的是 RGBA的颜色参数其实有四个(red,green,blue,alpha)前三个即代表红绿蓝的占比，最后一个alpha代表透明度，默认为1，代表完全不透明，四个参数的取值都是[0,1]
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA);
    
    glutInitWindowSize(200,200); // 初始化窗口位置。指定程序窗口在屏幕上的大小
    glutCreateWindow("First OpenGL!"); // 创建程序窗口,指定窗口标题
    glutDisplayFunc(Paint); // 指定场景绘制循环函数,必需
    glutMainLoop(); // 开始循环执行 OpenGL 命令
}

基本图元绘制

常见图元类型，对应教材P26

• GL_POINTS：点

• GL_LINES：线段（每两个顶点组成一条）

• GL_LINE_STRIP：折线（顶点依次相连）

• GL_LINE_LOOP：闭合折线

• GL_TRIANGLES：三角形（每三个顶点一个）

• GL_TRIANGLE_STRPI：三角形带

• GL_TRIANGLE_FAN：三角形扇

• GL_QUADS：四边形

• GL_POLYGON：多边形

当你需要某种图元类型的绘画的时候，统一采用如下的格式/框架

glBegin(图元类型);
    相关参数
glEnd();

例如

// 绘制 4 个独立的点，分别位于坐标 (-1,1)、(1,1)、(1,-1)、(-1,-1) 处
glBegin(GL_POINTS); // 绘点
// glVertex2f按照我们上面的命名规范可以拆分理解  
// gl(核心库函数)+Vertex(英文翻译为顶点)+2f(代表接收两个float类型的参数)
// 所以综合理解就是  核心库函数中的 利用两个float入参 可以绘画一个顶点 的方法
    glVertex2f(-1, 1);    // 左上点
    glVertex2f(1, 1);     // 右上点
    glVertex2f(1, -1);    // 右下点
    glVertex2f(-1, -1);   // 左下点
glEnd();
​
​
​
// 每两个顶点组成一条线段，这里将绘制两条交叉的线段，形成一个 "X" 形，一条连接 (-2,2) 到 (2,-2)，另一条连接 (-2,-2) 到 (2,2)。 
glBegin(GL_LINES); // 线段
    // 第一条线段
    glVertex2f(-2, 2);
    glVertex2f(2, -2);
    
    // 第二条线段
    glVertex2f(-2, -2);
    glVertex2f(2, 2);
glEnd();
​
​
​
//顶点依次连接形成连续的折线，从 (-2,0) 到 (0,2)，再到 (2,0)，最后到 (0,-2)，形成一个不闭合的菱形轮廓。
glBegin(GL_LINE_STRIP); //折线（顶点依次相连）
    glVertex2f(-2, 0);
    glVertex2f(0, 2);
    glVertex2f(2, 0);
    glVertex2f(0, -2);
glEnd();
​
​
// 顶点依次连接形成折线，并且最后一个顶点会与第一个顶点连接形成闭合图形，这里将形成一个五边形轮廓
glBegin(GL_LINE_LOOP);  // 闭合折线
    glVertex2f(-2, 1);
    glVertex2f(0, 2);
    glVertex2f(2, 1);
    glVertex2f(1, -1);
    glVertex2f(-1, -1);
glEnd();
​
// 每三个顶点组成一个独立的三角形，这里将绘制两个三角形，它们共享一个顶点 (0,2)，形成一个类似蝴蝶翅膀的形状
glBegin(GL_TRIANGLES);  // 三角形
    // 第一个三角形
    glVertex2f(-2, 1);
    glVertex2f(0, 2);
    glVertex2f(-1, -1);
    
    // 第二个三角形
    glVertex2f(0, 2);
    glVertex2f(2, 1);
    glVertex2f(1, -1);
glEnd();
​
​
//从第一个顶点开始，每新增一个顶点就与前两个顶点组成一个新三角形，形成连续相连的三角形带，这里会形成一个波浪状的条带图形。
glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP);  //三角形带  下面有对应的图
    glVertex2f(-2, -1);
    glVertex2f(-1, 1);
    glVertex2f(0, -1);
    glVertex2f(1, 1);
    glVertex2f(2, -1);
glEnd();
​
​
​
// 以第一个顶点为中心，后续每个顶点与前一个顶点及中心点组成三角形，形成类似扇形的形状，这里会形成一个六边形。
glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);  // 三角形扇 下面有对应的图
    glVertex2f(0, 0);  // 中心点
    glVertex2f(2, 0);
    glVertex2f(1, 2);
    glVertex2f(-1, 2);
    glVertex2f(-2, 0);
    glVertex2f(-1, -2);
    glVertex2f(1, -2);
    glVertex2f(2, 0);  // 闭合图形
glEnd();
​
​
// 所有顶点依次连接形成一个闭合的多边形，这里将绘制一个六边形，顶点按顺时针方向排列形成规则的六边形形状。
glBegin(GL_POLYGON);
    glVertex2f(-1, 2);
    glVertex2f(1, 2);
    glVertex2f(2, 0);
    glVertex2f(1, -2);
    glVertex2f(-1, -2);
    glVertex2f(-2, 0);
glEnd();

颜色与材质的设置

• 设置颜色：glColor3f(r, g, b)（RGB）或 glColor4f(r, g, b, a)（RGBA，a 为透明度）。

• 材质属性：3D 绘图中使用，如 glMaterialfv 设置材质的漫反射、镜面反射等属性。

几何变换

• 平移：glTranslatef(x, y, z)

• 旋转：glRotatef(angle, x, y, z)（angle 为角度，x,y,z 为旋转轴）

• 缩放：glScalef(x, y, z)