27073计算机图形学与CAD（自考资料）

27073计算机图形学与CAD

江苏技术师范学院编

说明：
1．根据江苏省高等教育自学考试《计算机科学教育<本科段>专业考试计划》，计算机图形学与CAD为该专业核心课程。本课程以孙家广主编的《计算机图形学》(清华大学出版社)为教材，通过自学，要求掌握计算机图形学的基本原理与方法。
２．考生可参考的资料
唐泽圣等编著·计算机图形学·清华大学出版社。
 
一、课程的性质、目的
该课程为计算机教育专业的专业必修课，目的是通过学习掌握计算机图形学的基本概念、原理和方法，通过理论与实践相结合，使学生为图形软件和CAI课件开发奠定基础。
 
二、学习要求
通过本课程的自学，应获得以下知识：
1． 了解图形设备与系统、图形学的应用、图形的标准化等知识；
2． 掌握图形的二／三维几何变换、投影变换的基本概念与方法；
3． 了解曲线曲面的表示方法和生成技术；
4． 了解三维形体的简单表示；
 
通过本课程的自学，考生应重点获得以下能力：
1． 根据实际需求参考相关资料配备图形系统的能力；
2． 开发简单图形系统的能力；
3． 独立分析与解决实际问题的能力。
 
三、考核目标与知识点
第一章 图形设备. 系统和应用
了解计算机图形学的发展及应用；
了解常见的图形输入设备、图形显示设备、图形绘制设备、图形处理器；
了解图形工作站的特点、性能评测；
掌握图形系统的组成；
掌握虚拟现实系统的概念与构成。
 
第二章 计算机图形的标准化和窗口
掌握计算机图形接口各功能集的功能；
掌握计算机图形元文件的概念与分类；
掌握图形核心系统的概念与组成；
了解程序员层次交互式图形系统（PHIGS）的特点与构成；
了解基本图形转的规范（IGES）的作用、组成与文件结构；
掌握产品模型数据转换模型（STEP）的概念模式；
掌握解计算机图形参考模型（ GRM）的概念、外部关系与环境模型；
掌握窗口系统的特点、输入与输出处理方法。
 
第三章 交互技术与用户接口
掌握用户接口的概念、常用形式、每种接口形式的功能
掌握交互设备、 交互任务和交互技术的类型与特征；
掌握输入控制形式的种类；
掌握构造简单交互系统的方法与流程；
了解基于知识的用户接口设计环境的概念、结构与模块构成。
 
第四章 基本图形生成算法
掌握直线扫描转换的三种方法（数值微分法、中点划线法、Bresenham划线法）；
掌握中点画圆法的圆的扫描转换算法；
掌握多变形区域填充的有序边算法、边填充算法、种子填充算法
掌握直线、圆弧线的线宽与线型的处理方法；
掌握字符的类型、字形的处理方法；
掌握线段裁剪的方法，了解多边形与字符的裁剪方法；
了解反走样的概念与方法；
 
第五章 交互式图形程序库（略）
 
第六章 曲线和曲面
了解曲线、曲面的显式、隐式与参数表示；
掌握参数曲线的定义及其切矢量、法矢量、曲率和绕率的概念；
掌握插值、逼近、拟合和光顺的概念与方法；
掌握参数曲线的代数形式与几何形式；
了解调和函数、曲线段的C¹,C²和G¹、G²连续性的定义；
掌握四点式曲线的定义与表示方法；
了解有理参数多项式曲线的定义与表示方法；
掌握Bézier曲线、B样条曲线的定义与特征
了解常用的参数曲面。
 
第七章 图形变换
掌握图形变换的数学基础
掌握窗口视图变换的有关概念与方法
掌握投影变换的分类、正平行投影、斜平行投影、透视投影、投影空间的观念。
 
第八章 几何造型
掌握表示形体的坐标系的类型；
掌握几何元素的定义；
掌握表示形体的线框、表面、实体模型的概念；
了解形体的边界及其连接关系；
掌握常用的形体表示方法。
了解边界表示的数据结构与欧拉操作。
 
三、题型举例
(一)选择题（每题１分）
1．关于三次样条曲线函数，下面的陈述正确的是（         ）
A. 一阶导函数可导，二阶导函数连续
B. 一阶导函数连续，二阶导函数不连续
C. 一阶导函数连续，二阶导函数不存在
D. 一阶导函数存在但不连续，二阶导函数不存在
２．自然坐标系中一点的规格化坐标是（x1,y1）,将其映射到屏幕坐标系的规格化坐标是(x2,y2)，则(x1,y1)，(x2,y2)之间的关系是（         ）
A. (x1,y1)＞(x2,y2)　　　　　B. (x1,y1)＝(x2,y2)
C. (x1,y1)＜(x2,y2)          D. (x1,y1)≠(x2,y2)
 
(二)填空题（每空１分）
1．通过移动光标和做选择操作向计算机输入信息的设备称为（）。
2．自然坐标系中形体在XOY平面上正投影变换矩阵的其次坐标形式是 （）。
 
(三)名词解释（每题３分）
1．虚拟现实系统（３分）
2．基本图形转换规范（IGES）（３分）
 
(四)简答题（每题６分）
1．简述用直线段剪裁解决曲线剪裁的基本原理。（６分）
2．简述数值微分直线扫描转换方法的基本原理。（６分）
 
(五)计算题
１．设平面上一点的齐次坐标为（10，20，10），请完成以下各题：
(1) 写出该点的规格化齐次坐标（2分）
(2) 将该点绕点P(2,1,1)正向旋转45度角，然后再将该点沿x轴平移1个坐标单位，写出变换过程及所用到的变换矩阵。（6分）
２．求出一条位于点（２,３,５,-1.2）处，长度为零的退化三次参数曲线的代数系数。
 
(六)设计题
1．编写按逆时针方向生成第一个8分圆的中点算法。
2．试设计一个简单交互式绘图系统的流程图。