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;i

for（j=0;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;

}

}

}

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