Вопросы на экзамен по курсу «Компьютерная графика»

1. Предмет, цели и задачи компьютерной графики.

2. Исторические этапы развития компьютерной графики

3. Современные направления и виды компьютерной графики, типы изображений.

4. Устройства ввода

5. Устройства вывода (дисплеи), цветовые модели.

6. Системы координат в машинной графике.

7. Аффинные преобразования (перенос и масштабирование).

8. Аффинные преобразования (вращение)

9. Однородные координаты и матричное представление 2D-преобразований.

10. Матричное представление 3D-преобразований.

11. Проекции. Основные виды и их отличия.

12. Математический аппарат центральной перспективной проекции.

13. Проблема удаления невидимых линий и поверхностей. Обзор основных подходов и алгоритмов.

14. Удаление невидимых линий методом плавающего горизонта.

15. Алгоритм удаления невидимых поверхностей с использованием z-буфера.

16. Удаление невидимых линий на основе алгоритма Робертса

17. Удаление невидимых поверхностей методом трассировки лучей.

18. Алгоритм удаления невидимых поверхностей Варнока.

19. Построчный алгоритм удаления невидимых поверхностей Уоткинса.

20. Алгоритмы списка приоритетов. Метод сортировки по глубине (Ньюэла – Ньюэла – Санча)

21. Алгоритм Вейлера – Азертона.

22. Алгоритм Галимберти – Монтанари.

23. Алгоритм генерации отрезков (симметричный ЦДА).

24. Алгоритм генерации отрезков (простой ЦДА).

25. Алгоритм Брезенхема для генерации отрезков.

26. Проблема растровой развертки окружностей.

27. Алгоритм Брезенхема для развертки окружностей.

28. Алгоритмы заливки областей на основе построчного сканирования.

29. Алгоритмы заливки областей на основе затравочного заполнения.

30. Основы фрактальной геометрии

31. Алгоритмы отсечения. Постановка задачи.

32. Алгоритм отсечения Коэна-Сазерленда

33. Синтез реалистических изображений. Расчет интенсивности при различных видах освещения.

34. Классификация источников освещения. Проблема расчета затухания интенсивности (радиальное, угловое).

35. Методы решения задачи закраски граней (постановка задачи, закраска с постоянной интенсивностью, интерполированное закрашивание).

36. Методы закраски Гуро и Фонга

37. Моделирование глобального освещения методом трассировки лучей (прямая и обратная трассировки)

38. Распределенная трассировка лучей. Дефект алиайзинга и методы его устранения.

39. Методы оптимизации методов трассировки лучей. Основные характеристики и недостатки методов трассировки лучей.

40. Метод излучательности

1. Предмет, цели и задачи компьютерной графики.

Компьютерная графика – это область информатики, занимающаяся методами создания, анализа и обработки изображения с помощью компьютера и периферийных графических устройств.

Основные задачи КГ:

1. Обеспечение взаимодействия (диалога) человека и компьютера посредством образного графического обмена;

2. Синтез изображений:

   1. автоматический (камера, сканирование),

   2. ручной (графический планшет),

   3. полуавтоматический (программы-векторизаторы);

3. Анализ изображения (распознавание образов, выделение информации из графического образа);

4. Визуализация и преобразование изображения;

5. Хранение и распространение изображений

Виды КГ:

1. По степени взаимодействия с пользователем: пассивные изображения, интерактивные изображения;

2. По динамическим свойствам: статическая КГ (неподвижная), динамическая КГ;

3. По типу представления: векторная (точка, линия, полигон), растровая (набор пикселов и их атрибуты)

4. По количеству измерений: 2D, 3D

2. Исторические этапы развития компьютерной графики

КГ тесно связана с геометрией.

Отправной точкой можно считать 1930 год: в США была изобретена ЭЛТ, которая позволяла получить на экране изображение без механически движущихся частей. Первым компьютером с ЭЛТ был ЭВМ Whirlwind-I в 50 гг, который использовался для противовоздушной обороны. С этой машины начался этап развития векторных дисплеев (с производством сканирующего луча, каллиграфические). Изобретатель – Джей Форест

Современные мониторы векторными не являются.

Как научное направление, КГ берет начало в 1960 г с имени Ivan Sotherland. он разработал программы Sketchad, которая могла рисовать примитивные фигуры, перемещать и вращать их.

В 1961 г. компания выпустила IBM-2250 – первый графический терминал.

К концу 1970х появляются сложные графические системы типа «тренажер самолета».

1979 – внедрение КГ в кинопроизводство.

1968 – БЭСМ-6 с первым растровым монитором.

Итого: 1950гг – старт, штучные эксперименты.

1960-1970 – развитие КГ как научного направления.

3. Современные направления и виды компьютерной графики, типы изображений.

Направления:

1. Изобразительная КГ. Объекты: синтезированные изображения. Задачи: построение моделей объектов и генерация изображений; преобразование моделей и изображений; идентификация объекта и получение требуемой информации.

2. Обработка и анализ изображения. Объекты: цифровые представления изображения (фото и видеопотоки). Задачи: повышение качества изображения, удаление шумов; оценка изображения (определение форм, местоположения форм, других параметров объекта); распознавание образов в снимках (аэрокосмических, например); выделение и классификация свойств.

3. Анализ сцен (перцептивная КГ). (09 Объекты: абстрактные модели графических объектов и взаимосвязей между ними.) Машинное зрение, ориентация роботов в пространстве, системы слежения…

4. Когнитивная КГ. (09 КГ для получения абстракций ) графика, способствующая познанию.

Типы изображений:

1. Абстрактные – не содержат информации, создают общее впечатление;

2. Символические – выполняет роль некоего графического кода, который сопоставляется с массивами разрозненной информации, как правило, хранящейся отдельно от изображения;

3. Упрощенно-фигурные – наброски, эскизы, передающие самые существенные и обобщенные черты объектов (проблема генерализации – умения отбросить второстепенное и оставить главное);

4. Реалистичное – изображения с определенной степенью адекватности, соответствующие восприятию реального объекта;

5. Фотореалистичные – изображения, которые стремятся к максимальному сходству с реальными объектами