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三维图像复习题目


1、OpenGL 中能渲染的基本元素是什么?(曲面) OPENGL 基本元素: GL_POINTS GL_LINES GL_POLYGON GL_LINE_STRIP GL_LINE_LOOP GL_TRANGLES GL_TRANGLE_STRIP GL_TRANGLE_FAN GL_QUADS GL_QUAD_STRIP GLU 基本元素:NUBRS 曲线曲面,二次曲面等 2、常见的渲染引擎有哪些?举例说明这些实时渲染引擎的主要功能。
常见的渲染引擎有:Direct3D(微软),OpenGL ,Delta3d OpenGL 提供了大量的实用基本操作函数。如几何建模、变换、渲染、光照和材质、反走样、 混合、雾化、位图和图像、纹理映射、交互和动画等。 OpenGL 具有的主要优点如下: 平台无关性。OpenGL 是一个硬件与图形的软件接口,实际上就是一个三维图形和模型库,可以在 任意平台和操作系统上运行。 硬件加速性。OpenGL 的应用程序接口属于低层的和面向图形硬件的软件接口,因此许多算法可以 通过硬件实现。目前几乎所有的三维图形加速卡都具有 OpenGL 加速功能。 网络开放性。OpenGL 工作在客户机/服务器模式下,客户机与服务器可以是各种不同的计算机和 外设,只要两者之间服从相同的协议。这使得用户能够十分方便的在网络环境下使用 OpenGL。 DirectX 它可让以 windows 为平台的游戏或多媒体程序获得更高的执行效率,加强 3d 图形和声音效果,并提供设计人员一个共同的硬件驱动标准,让游戏开发者不必为每一品牌 的硬件来写不同的驱动程序,也降低用户安装及设置硬件的复杂度。 Delta3D 是一款由美国海军研究学院开发的全功能游戏与仿真引擎。是一个功能齐全的游戏 引擎,可用于游戏,模拟或其他图形应用。

纹理单元中的图像以一定的方式进行组合,把把产生的片元颜色传递到下一个纹理单 元 , 在 纹 理 组 合 时 , OPENGL 通 过 指 定 的 纹 理 组 合 函 数 , 如 GL_REPLACE , GL_ADD,GL_MODULATE 等方式。 5、Mipmap 的作用是什么?为什么 mipmap 可以用来纹理反混淆。 (如何实现纹理的反走样?说明其原理。) 采样不充分造成纹理的反走样。可以通过 Mipmap 的方法来减轻纹理的走样。Mipmap 是一系列预先过滤的分辨率递减的纹理图像。在 OPENGL 使用 Mipmap 时,会根据被 贴图的物体大小自动确定使用那个纹理。使用这种方法,纹理图像中的细节层就能适应 地被绘制到屏幕上的图像。生成 Mipmap 时,较小的图像通常是进行了过滤的版本,是 对最大的纹理图像进行适当匀缩后的结果,一般而言,较小的纹理图像的每个纹理单元 是更高一级分辨率的纹理图像的 4 个纹理单元的平均值。 6、写出 OpenGL 中局部光照的方程, 要包含的系数有光源参数、 材料参数、 聚光灯的参数、 衰减参数等,方程要表示是多个光源的。

3、可以使用的矩阵堆栈有哪些? 模型视点矩阵,投影矩阵,颜色矩阵(应该还有一个纹理矩阵) 4、说明使用纹理的步骤。 步骤:1、创建纹理对象,并为它指定一个纹理。 2、确定这个纹理如何应用到每个象素上。 3、启用纹理贴图功能。 4、绘制场景,提供纹理坐标和几何图形坐标。 投影纹理:通过应用一系列的变换,可以把物体坐标中的坐标映射到一个 2D 空间(纹 理空间)中,并找出每个顶点映射到纹理的哪个部分,然后把这个位置当作纹理坐标给 顶点。变换的过程是将物体坐标进行 MODEL 变换统一到一个世界坐标系,再进过 Projector 的 VIEW 矩阵变换投影的视点(Projector View)空间下,然后通过透视矩阵, 最后要进行一部缩放和偏移的变换,这样就生成了它的投影纹理。 多重纹理:多重纹理是指对一个多边形映射多个纹理。在纹理映射的过程中,对各个纹 理单元中的纹理,通过纹理组合函数,逐个应用到多边形上。使用多重纹理时,有多个 纹理单元和多个纹理坐标,OPENGL 渲染时对每个纹理进行单独的纹理操作,并把结 果传递到下一个纹理单元中,即每个纹理单元根据它的纹理状态,把原来的片元颜色与

7、如何理解模型视图变换?在一个坐标系 W 中,设模型为一个以(5.0, 0.0, 0.0), (0.0, 5.0, 0.0), (0.0, 0.0, 5.0)为三个点的三角形,现在把照相机按照下列方式设置: ? 照相机位置设为: (0.0, 0.0, 100.0) ,看向的目标点为 (0.0, 0.0, 0.0) ,照相机的 up 方向为(0.0, 1.0, 0.0) ? 投影为透视投影,竖直张角为 60 度 ? 取景范围为沿照相机的朝向距离从 0.1 到 300 现需要把照相机看到的图片放在一个 400x300 像素分辨率的窗口的右上部分,该部分起始 点为 (100, 100), 宽度为 200,高度为 200 (1) 请写出用 OpenGL 函数表示的照相机设置。 (2) 写出视区(viewport)的设置函数。 (3) 写出投影变换的设置函数。 (4) 求出从坐标系 W 到照相机坐标系(视点坐标系)的 4x4 的变换矩阵。 1. gluLookAt(0.0,0.0, 100.0,0.0,0.0,0.0,0.0,1.0,0.0); 2. glViewport (100, 100, 200, 200);
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3. gluPerspective(60.0f,1.0f,0.1f,300.0f); 4. 1 0 0 0 公式呢? 0 1 0 0 0 0 1 -100 0 0 0 1 8、采用 GLSL 语言如何进行编程,Vertex Shader 和 Fragment Shader 的输入输出 GLSL(GL Shading Language)是用来在顶点和像素着色器(shader)中编程的语 言,编写的程序段是在图形卡的 GPU(Graphic Processor Unit 图形处理单元)上执 行的,代替了固定的渲染管线的一部分。比如:视图转换、投影转换等。GLSL 的着色 器代码分成 2 个部分:Vertex Shader(顶点着色器)和 Fragment Shader(片断着色 器) 。 顶点着色器控制顶点坐标转换过程;片段着色器控制像素颜色计算过程。 在 Vertex Shader input:顶点坐标,法线向量,颜色值,纹理坐标,雾坐标 输出:图元设置,裁剪。 Fragment Shader input:几何图形设置开始,位图/像素矩阵 output:片段测试 创建 shade project,program link,gluseshader 9、用框图说明 OpenGL 的渲染管线,并简要说明顶点变换中的每个坐标系。 见书 p423。 10、 分析程序并计算 1 2 3 请看下面的一段程序,并计算三个顶点○、○和○处的光照的颜色值。必须写出过程,只 有结果不得分。
void init(void) { GLfloat mat_ambient[] = { 0.2, 0.2, 0.2, 1.0 }; GLfloat mat_diffuse[] = { 0.8, 0.8, 0.8, 1.0 }; GLfloat mat_emission[] = { 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 }; GLfloat mat_specular[] = { 0.3, 0.3, 0.3, 1.0 }; GLfloat mat_shininess[] = { 2.0 }; GLfloat light_position[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 }; GLfloat light_ambient[] = {0.2, 0.2, 0.2, 1.0}; GLfloat light_diffuse[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0}; GLfloat light_specular[] ={1.0, 1.0, 1.0, 1.0}; GLfloat lmodel_ambient[] = {0.2, 0.2, 0.2, 1.0}; glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_SMOOTH); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, mat_ambient); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse);

glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, mat_emission); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess); glLightfv(GL_LIGHT0, glLightfv(GL_LIGHT0, glLightfv(GL_LIGHT0, glLightfv(GL_LIGHT), GL_POSITION, light_position); GL_AMBIENT, light_ambient); GL_DIFFUSE, light_diffuse); GL_SPECULAR, light_specular);

glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, lmodel_ambient); glEnable(GL_LIGHTING); glEnable(GL_LIGHT0); glEnable(GL_DEPTH_TEST); } void display(void) { glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glBegin(GL_TRIANGLES); glNormal3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); 1 ○glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0); 2 ○glVertex3f(1.0, 0.0, 0.0); 3 ○glVertex3f(1.0, 1.0, 0.0); glEnd(); glFlush (); } void reshape (int w, int h) { glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); if (w <= h) glOrtho (-1.5, 1.5, -1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w, 1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w, -10.0, 10.0); else glOrtho (-1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); 第 2 页 共 5 页

} int main(int argc, char** argv) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH); glutInitWindowSize (500, 500); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow (argv[0]); init (); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMainLoop(); return 0; } 因为 GLfloat light_position[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 };

nv -1.0 0.0 0.0 vt 0.0 0.0 vt 1.0 0.0 vt 1.0 1.0 vt 1.0 1.0 g posx_map usemtl posx_map f 4/1/6 2/2/6 1/3/6 3/4/6 g posy_map usemtl posy_map f 2/1/4 6/2/4 5/3/4 1/4/4 g negx_map usemtl negx_map f 6/1/5 8/2/5 7/3/5 5/4/5 g negy_map usemtl negy_map f 8/1/3 4/2/3 3/3/3 7/4/3 g posz_map usemtl posz_map f 7/1/2 3/2/2 1/3/2 5/4/2 g negz_map usemtl negz_map

故 L=G((1,1,1)); n=G((0,0,1));s=G(L+(0,0,1)); kc=1,kl=kq=0,N=1 聚光效果的 1; 11、 请用 OBJ 格式表示一个长度为 10 的立方体, 并把每个面分别贴上图片文件 pic1.jpg, pic2.jpg, pic3.jpg, pic4.jpg, pic5.jpg。 11 a.obj mtllib a.mtl # 8 vertices v 0.0 0.0 0.0 v 0.0 10.0 0.0 v 0.0 10.0 10.0 v 0.0 0.0 10.0 v 10.0 0.0 0.0 v 10.0 10.0 0.0 v 10.0 10.0 10.0 v 10.0 0.0 10.0 #normals nv 0.0 0.0 1.0 nv 0.0 0.0 -1.0 nv 0.0 1.0 0.0 nv 0.0 -1.0 0.0 nv 1.0 0.0 0.0

a. mtl newmtl posx_map Ka 0.968600 0.968600 0.968600 Kd 0.968600 0.968600 0.968600 Ks 0.900000 0.900000 0.900000 map_Kd pic1.jpg



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newmtl posy_map Ka 0.968600 0.968600 0.968600 Kd 0.968600 0.968600 0.968600 Ks 0.900000 0.900000 0.900000 map_Kd pic2.jpg newmtl posz_map Ka 0.968600 0.968600 0.968600 Kd 0.968600 0.968600 0.968600 Ks 0.900000 0.900000 0.900000 map_Kd pic3.jpg newmtl negx_map Ka 0.968600 0.968600 0.968600 Kd 0.968600 0.968600 0.968600 Ks 0.900000 0.900000 0.900000 map_Kd pic4.jpg newmtl negy_map Ka 0.968600 0.968600 0.968600 Kd 0.968600 0.968600 0.968600 Ks 0.900000 0.900000 0.900000 map_Kd pic5.jpg newmtl negz_map Ka 0.968600 0.968600 0.968600 Kd 0.968600 0.968600 0.968600 Ks 0.900000 0.900000 0.900000 map_Kd pic6.jpg

模板测试的结果决定了像素的颜色值是否要被写入到渲染目标,像素的深度值是否要被写入深度缓 冲。 例如,当参考模板值为 0 时将一些物体绘制到场景中,而此时模板缓冲已经清除为 1,那么当绘制 这些物体时模板缓冲就会为 0。如果接着将参考值设置为 1,而且 StencilFunction 设置为 CompareFunction.LessEqual, 那么只有那些模板值不为 0 的对应区域的像素会被绘制。 这是使用模 板缓冲创建一个限制当前绘制区域的基本用法。 要使用模板缓冲,DepthFormat 必须保留一些字节用于模板缓冲。 片元: 片元的测试按下列的顺序进行,如果在前面的测试中片元被删除,则不在进行后续的测试或操作。 1. 剪取测试:利用 glScissor()函数定义窗口中的一个矩形,并将图限制在其中。 2. alpha 测试: 利用 alpha 值来确定或是拒绝一个片元。 利用 glEnable()使用参数 GL_ALPHA_TEST 激活。哟哦那个 glAlphaFunc()来比较。用来实现透明算法和纹理图制作贴花。 3. 模板测试:对存储于模板缓存中的像素值与参考值进行比较,根据比较的结果来对模板缓存中 的值进行修改。glStencilOp(). 4.深度测试:用于消除隐藏表面的操作。glDepthFunc()来设置比较函数。

12、

常见有几种帧缓冲(Framebuffer) ,Stencil buffer 如何使用。看懂 stencil.c 文件。

13、 请举出一种场景反混淆(反走样)的方法。 对场景的反走样,通常采用多重采样的方法。多重采样的方法使用额外的颜色,深度和 模版信息对图元进行反走样处理。每个片元是根椐子像素样本的数量和信息来计算,也 就是根据一个多重采样缓冲区所保存的样本来计算。 一种是扰动视点的方法,也就是多次绘制这个场景,每次绘制时,对视点进行抖动,作 一点轻微的偏移,当整个渲染过程完结后,再把所有图象叠加起来,由于每个图象的位 置不同,可以减轻锯齿状。 14、 分析下面的程序并计算 1 2 3 4 在下面的例子中, 计算对应○○○○四个顶点所对应的四边形上的一个点 (-1.5, 0.5, 0.0) 对应的纹理坐标是多少?按照最近邻域滤波方法,该点对应的颜色是什么?写出详细的计 算过程,只有结果将不给分。
#define checkImageWidth 64 #define checkImageHeight 64 static GLubyte checkImage[checkImageHeight][checkImageWidth][4]; static GLuint texName; void makeCheckImage(void) { int i, j, c; for (i = 0; i < checkImageHeight; i++) { 第 4 页 共 5 页

帧缓存有几种,什么叫片元,片元的测试和操作有哪些? 颜色缓存:包括左前,右前,左后,右后及任意数量的辅助颜色缓存。 深度缓存,模板缓存,累积缓存 明白 stencilbuffer(模板缓冲区)的使用。 模板测试常用的是屏蔽掉屏幕中一些不规则的区域, 以免在这些区域中进行绘图。 使用 glStencilFunc() 和 glStencilOp()函数选择需要使用的特定比较函数,参考值以及对模板缓冲区所执行的修改操作。

for (j = 0; j < checkImageWidth; j++) { c = ((((i&0x8)==0)^((j&0x8))==0))*255; checkImage[i][j][0] = (GLubyte) c; checkImage[i][j][1] = (GLubyte) c; checkImage[i][j][2] = (GLubyte) c; checkImage[i][j][3] = (GLubyte) 255; } } } void init(void) { glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel(GL_FLAT); glEnable(GL_DEPTH_TEST); makeCheckImage(); glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1); glGenTextures(1, &texName); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texName); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST); glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, checkImageWidth, checkImageHeight, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, checkImage); } void display(void) { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glEnable(GL_TEXTURE_2D); glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_DECAL); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texName); glBegin(GL_QUADS); 1 ○glTexCoord2f(0.0, 0.0); glVertex3f(-2.0, -1.0, 0.0); 2 ○glTexCoord2f(0.0, 1.0); glVertex3f(-2.0, 1.0, 0.0); 3 ○glTexCoord2f(1.0, 1.0); glVertex3f(0.0, 1.0, 0.0); 4 ○glTexCoord2f(1.0, 0.0); glVertex3f(0.0, -1.0, 0.0); glEnd(); glFlush(); } void reshape(int w, int h)

{ glViewport(0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluPerspective(60.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 30.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); glTranslatef(0.0, 0.0, -3.6); } int main(int argc, char** argv) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH); glutInitWindowSize(250, 250); glutInitWindowPosition(100, 100); glutCreateWindow(argv[0]); init(); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMainLoop(); } 四个顶点所对应的四边形形上的一个点(-1.0,0.5,0.0)对应的纹理坐标是(0.75,0.75) 颜色矩阵是 64*64 所以, 【48】 【48】 ,接着是与运算和异或运算得出,按照最近临域滤波方法,该店、 点对应的黑颜色设双线性混合因子为:x 水平方向,y 竖直方向: V 点的 x,y 为 x=d1/v1v2; y=d3/V2V3 2.V 的纹理坐标=V2*x*y+V3*(1-x)*y+v1*x*(1-y)+V4(1-x)(1-y); 写成矩阵形式:

?s? ? 0? ?1? ? 0? ?1? ? ? ? ? ? ? x ? y ? ? ? ? ?1 ? x ? ? y ? ? ? ? x ? ?1 ? y ? ? ? ? ? ?1 ? x ? ? ?1 ? y ? ?t ? ?1 ? ?1? ?1 ? ?1? ? ?v ? ? ? ? ? ? ? ?
4. 根据上面公司计算出的 V 点的纹理坐标去求取屏幕相应位置的像素值,函数如下:

Color4 GetTextureColor(float s, float t) { Int x = (int)( s * width ); Int y = (int)( t*height); Return texture_buffer[ x*width + y];} 第 5 页 共 5 页


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