杭电《实时三维图形绘制》OpenGL课复习提纲试题展示及参考答案剖析.docx
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杭电《实时三维图形绘制》OpenGL课复习提纲试题展示及参考答案剖析
2016学年杭州电子科技大学
《实时三维图像绘制》考试
红色标记表示考到了，都是简答题，有超纲的（老师给的提纲）
超纲题：
【1】写出至少三种OpenGL矩阵堆栈，并说明作用？
【2】请完整写出用glut和OpenGL编写的程序：
绘制一个平面正三角形，使它绕着过它中心的垂直于平面的轴自动旋转。
1、OpenGL中能渲染的基本元素是什么？
GLU可以渲染哪些基本元素？
答:
OPENGL基本元素：
GL_POINTS、
GL_LINES、GL_LINE_STRIP、GL_LINE_LOOP
GL_TRIANGLES、GL_TRIANGLE_STRIP、GL_TRIANGLE_FAN
GL_QUADS、GL_QUAD_STRIP、GL_POLYGON
GLU基本元素:
NURBS曲线曲面，二次曲面等
2、简述OpenGL函数的语法特点？
答:
OpenGL函数以前缀gl开头，并把组成函数的每个单词首字母用大写形式表示（如glClearColor）。
类似地，还定义了一些以前缀GL_开头的常量，所有单词都使用大写形式，并以下划线分隔（如GL-COLOR-BUFFER-BIT）。
3、用框图说明OpenGL的渲染流程，并简要说明每个坐标系。
设备坐标
裁剪坐标
视觉坐标
物体坐标
模型视图变换
透视除法
投影变换
裁剪空间
物体空间
归一化设备空间
视口变换
光栅化
片元测试
屏幕空间
帧缓冲区
片元处理
窗口坐标
4、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。
答:
顶点颜色=顶点处的材料发射颜色+全局环境光（在顶点处根据材料环境颜色属性进行缩放）+经过适当衰减的来自所有光源的环境、散射、镜面光成分
5、在OpenGL中，使用光照的步骤是什么？
答:
1、定义每个物体的每个顶点的法线向量。
2、创建和选择一个或多个光源，并设置它们的位置。
3、创建和选择一种光照模型。
4、定义场景中物体的材料属性。
6、分析程序并计算
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。
voidinit（void）
{
GLfloatmat_ambient[]={0.2,0.2,0.2,1.0};
GLfloatmat_diffuse[]={0.8,0.8,0.8,1.0};
GLfloatmat_emission[]={0.0,0.0,0.0,1.0};
GLfloatmat_specular[]={0.3,0.3,0.3,1.0};
GLfloatmat_shininess[]={2.0};
GLfloatlight_position[]={1.0,1.0,1.0,0.0};
GLfloatlight_ambient[]={0.2,0.2,0.2,1.0};
GLfloatlight_diffuse[]={1.0,1.0,1.0,1.0};
GLfloatlight_specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};
GLfloatlmodel_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,GL_POSITION,light_position）;
glLightfv（GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,light_ambient）;
glLightfv（GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,light_diffuse）;
glLightfv（GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,light_specular）;
glLightModelfv（GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT,lmodel_ambient）;
glEnable（GL_LIGHTING）;
glEnable（GL_LIGHT0）;
glEnable（GL_DEPTH_TEST）;
}
voiddisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT）;
glBegin（GL_TRIANGLES）;
glNormal3f（0.0f,0.0f,1.0f）;
glVertex3f（0.0,0.0,0.0）;//1
glVertex3f（1.0,0.0,0.0）;//2
glVertex3f（1.0,1.0,0.0）;//3
glEnd（）;
glFlush（）;
}
voidreshape（intw,inth）
{
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（）;
}
intmain（intargc,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（）;
return0;
}
答：
把各个参数带到第四题的公式里，不要求算出结果
7、在OpenGL中，使用纹理的步骤是什么？
纹理坐标和纹理都可以通过程序计算出来，自动生成纹理的原理是什么？
答:
步骤：
1、创建纹理对象，并为它指定一个纹理。
2、确定纹理如何应用到每个像素上。
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。
原理：
自动生成纹理由glTexGen（）函数来实现。
要自动生成纹理坐标，首先要指定以什么样的模式来生成纹理坐标。
纹理坐标生成模式有：
GL_OBJECT_LINEAR、GL_EYE_LINEAR、GL_SPHERE_MAP、
GL_REFLECTION_MAP和GL_NORMAL_MAP.
1.GL_OBJECT_LINEAR
在这个模式下，其纹理生成函数是顶点（x0,y0,z0,w0）的物体坐标的线性组合:
生成的坐标=p0*x0+p1*y0+p2*z0+p3*w0;
其中p0,p1,p2,p3的值是由glTexGen*v（）函数的param参数提供的。
2.GL_EYE_LINEAR
在这个模式下，其纹理生成函数是顶点的视觉坐标（xe,ye,ze,we）的线性组合：
生成的坐标=p0'*xe+p1'*ye+p2'*ze+p3'*we;
其中p0’,p1’,p2’,p3’的值是由glTexGen*（）函数的param参数提供的。
3.GL_SPHERE_MAP和GL_REFLECTION_MAP
主要用于生成球体纹理
4.GL_NORMAL_MAP
主要用于生成立方图纹理
8、帧缓存有几种，什么叫片元，片元的测试和操作有哪些？
【超纲】每种有什么作用？
答:
帧缓存有：
颜色缓存、深度缓存、模板缓存、累积缓存。
片元：
图元光栅化的结果，每个片元都对应于一个像素，包括颜色、深度，有时还包括纹理坐标。
片元的测试：
裁剪测试、alpha测试、模板测试、深度测试；
操作有：
混合、抖动、逻辑操作。
9、采用GPU编程，请说明VertexShader和FragmentShader的输入输出坐标系是什么?
输入输出的主要参数是什么？
答:
在VertexShader中的输入坐标为局部坐标系（模型坐标系），输出坐标为裁剪坐标系。
FragmentShader的输入为顶点管线输出的迭代值，包括纹理坐标、颜色信息等，输出为片元最终的颜色、深度以及输出到多个缓冲区。
10、如何实现纹理的反走样？
说明其原理。
答:
Mipmap技术可以实现纹理反走样，其指定一系列预先过滤的分辨率递减的纹理图像，在使用mipmap时，它会根据被贴图的物体大小自动确定使用哪个纹理。
通过这种方法，纹理图像中的细节层就能适应绘制到屏幕上的图像。
11、写出场景的反走样算法，并说明其原理。
答:
对场景的反走样，通常采用多重采样的方法，即使用额外的颜色，深度和模板信息对图元进行抗锯齿处理。
每个片元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。
还有一种扰动视点的方法，也就是多次绘制这个场景，每次绘制时，对视点进行抖动，作一定轻微的偏移，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。
12、请列举出3种以上的三维模型常见的表示格式，已知一个立方体环境映射对应的六个面上的图片，分别假定为X_POSITVIE_PIC,X_NEGATIVE_PIC,Y_POSITIVE_PIC,Y_NEGATIVE_PIC,Z_POSITIVE_PIC,Z_NEGATIVE_PIC，请用OBJ格式表示一个长度为1的立方体，并把每个面分别贴上给定的六个图片。
答:
三种常见格式：
.obj.x.3ds.off
#vertices
v0.00.01.0
v1.00.01.0
v1.01.01.0
v0.01.01.0
v1.00.00.0
v1.01.00.0
v0.01.00.0
v0.00.00.0
#normals
vn0.00.01.0
vn0.00.0-1.0
vn0.01.00.0
vn0.0-1.00.0
vn1.00.00.0
vn-1.00.00.0
vt0.00.0
vt1.00.0
vt1.01.0
vt0.01.0
#前面1-2-3-4
gposz_map
usemtlposz_map
f1/1/12/2/13/3/64/4/1
#后面5-6-7-8
gnegz_map
usemtlnegz_map
f5/1/26/2/27/3/28/4/2
#上面4-3-6-7
gposy_map
usemtlposz_map
f4/1/33/2/36/3/37/4/3
#下面2-1-8-5
gnegy_map
usemtlnegy_map
f2/1/41/2/48/3/45/4/4
#右面2-5-6-3
gposx_map
usemtlposx_map
f2/1/55/2/56/3/53/4/5
#左面8-1-4-7
gnegx_map
usemtlnegx_map
f8/1/61/2/64/3/67/4/6
a.mtl
newmtlposx_map
Ka0.9686000.9686000.968600
Kd0.9686000.9686000.968600
Ks0.9000000.9000000.900000
map_KdX_POSITVIE_PIC.jpg
newmtlnegx_map
Ka0.9686000.9686000.968600
Kd0.9686000.9686000.968600
Ks0.9000000.9000000.900000
map_KdX_NEGATIVE_PIC.jpg
newmtlposy_map
Ka0.9686000.9686000.968600
Kd0.9686000.9686000.968600
Ks0.9000000.9000000.900000
map_KdY_POSITIVE_PIC.jpg
newmtlnegy_map
Ka0.9686000.9686000.968600
Kd0.9686000.9686000.968600
Ks0.9000000.9000000.900000
map_KdY_NEGATIVE_PIC.jpg
newmtlposz_map
Ka0.9686000.9686000.968600
Kd0.9686000.9686000.968600
Ks0.9000000.9000000.900000
map_KdZ_POSITIVE_PIC.jpg
newmtlnegz_map
Ka0.9686000.9686000.968600
Kd0.9686000.9686000.968600
Ks0.9000000.9000000.900000
map_KdZ_NEGATIVE_PIC.jpg
12、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。
答:
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）;
3.gluPerspective（60.0f,1.0f,0.1f,300.0f）;
4.变换矩阵为：
[1000
0100
001-100
0001]
voidreshape（）
{
glViewport（100,100,200,200）;
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;
glLoadIdentity（）;
gluPerspective（60.0,1.0,0.1,300.0）;
glMatrixMode（GL_MODELVIEW）;
glLoadIdentity（）;
gluLookAt（0.0,0.0,100.0,0.0,0.0,0.0,0.0,1.0,0.0）;
}
13、分析下面的程序并计算在下面的例子中，计算对应
四个顶点所对应的四边形上的一个点（-1.0,0.5,0.0）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？
/*Createcheckerboardtexture*/
#definecheckImageWidth64
#definecheckImageHeight64
staticGLubytecheckImage[checkImageHeight][checkImageWidth][4];
#ifdefGL_VERSION_1_1
staticGLuinttexName;
#endif
voidmakeCheckImage（void）
{
inti,j,c;
for（i=0;ifor（j=0;jc=（（（（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;
}
}
}
voidinit（void）
{
glClearColor（0.0,0.0,0.0,0.0）;
glShadeModel（GL_FLAT）;
glEnable（GL_DEPTH_TEST）;
makeCheckImage（）;
glPixelStorei（GL_UNPACK_ALIGNMENT,1）;
#ifdefGL_VERSION_1_1
glGenTextures（1,&texName）;
glBindTexture（GL_TEXTURE_2D,texName）;
#endif
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）;
#ifdefGL_VERSION_1_1
glTexImage2D（GL_TEXTURE_2D,0,GL_RGBA,checkImageWidth,checkImageHeight,
0,GL_RGBA,GL_UNSIGNED_BYTE,checkImage）;
#else
glTexImage2D（GL_TEXTURE_2D,0,4,checkImageWidth,checkImageHeight,
0,GL_RGBA,GL_UNSIGNED_BYTE,checkImage）;
#endif
}
voiddisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT）;
glEnable（GL_TEXTURE_2D）;
glTexEnvf（GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_DECAL）;
#ifdefGL_VERSION_1_1
glBindTexture（GL_TEXTURE_2D,texName）;
#endif
glBegin（GL_QUADS）;
glTexCoord2f（0.0,0.0）;glVertex3f（-2.0,-1.0,0.0）;
glTexCoord2f（0.0,1.0）;glVertex3f（-2.0,1.0,0.0）;
glTexCoord2f（1.0,1.0）;glVertex3f（0.0,1.0,0.0）;
glTexCoord2f（1.0,0.0）;glVertex3f（0.0,-1.0,0.0）;
glTexCoord2f（0.0,0.0）;glVertex3f（1.0,-1.0,0.0）;
glTexCoord2f（0.0,1.0）;glVertex3f（1.0,1.0,0.0）;
glTexCoord2f（1.0,1.0）;glVertex3f（2.41421,1.0,-1.41421）;
glTexCoord2f（1.0,0.0）;glVertex3f（2.41421,-1.0,-1.41421）;
glEnd（）;
glFlush（）;
glDisable（GL_TEXTURE_2D）;
}
voidreshape（intw,inth）
{
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）;
}
voidkeyboard（unsignedcharkey,intx,inty）
{
switch（key）{
case27:
exit（0）;
break;
default:
break;
}
}
intmain（intargc,char**argv）
{
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH）;
glutInitWindo
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