一、[材料型]问答题
试题一（共 20 分）
阅读下列说明，回答问题1至问题4，将解答填入答题纸的对应栏内。
【说明】
随着多媒体技术的快速发展，多媒体应用软件层出不穷。多媒体软件工程把软件工程的思想和方法用于多媒体应用软件的开发过程，可以降低多媒体应用软件开发成本、改进多媒体应用软件质量、提高多媒体应用软件开发效率。采用螺旋式生命周期模型， 再配合面向对象的程序设计方式，已经成为开发多媒体应用软件的主流。
1、【问题 1】( 4 分）
( 1 )螺旋式软件生命周期模型有哪些优点？
( 2 )采用面向对象设计程序应符合哪两个条件？
参考答案：
【问题 1】
( 1 )螺旋式软件生命周期模型的优点： 开发周期短、效率高；软件产品可重用性、移植性好，版本升级方便。
( 2 )采用面向对象设计程序应符合两个条件：
（1）对象为具有状态（属性）与功能（函数）的集合；
（2）对象只有在其功能被激活时才能被处理。
解析：
问题1的解答中，关于螺旋式软件生命周期模型的优点，主要概括了其缩短开发周期、提高开发效率、增强软件的可重用性和移植性，以及方便版本升级的特点。这些优点使得螺旋式模型成为多媒体应用软件开发的主流。
对于问题2，采用面向对象设计程序的两个条件，一是对象需要封装状态和功能的集合，这有助于实现软件模块化和提高可维护性；二是对象的操作应该是事件驱动的，只有在特定事件发生时，对象的功能才会被激活和处理，这有助于提高软件的响应性和效率。这两个条件是面向对象设计的基本原则。
2、【问题 2】( 6 分）
让用户关心并介入应用软件的人机界面设计过程，可以提高用户对人机界面的满意度。请列举并解释“以用户为中心的设计方法”所包括的要点。
参考答案：
【问题2】
“以用户为中心的设计方法”包括：
（1）用户参与设计。用户应积极主动加入设计过程，并进入设计组共同进行决策。
（2）以用户为中心进行设计。设计必须根据用户的需求来确定， 而不能由功能过程需求或硬件限制等来推动。
（3） 迭代设计过程（原型设计）。人机交互文献特别强调， 在 设计期间必须注意原型及其细化周期的概念。
解析：
本题要求列举并解释“以用户为中心的设计方法”所包括的要点。以用户为中心的设计方法是一种强调用户体验和用户需求的设计思想，主要包括三个方面：用户参与设计、以用户为中心进行设计和迭代设计过程（原型设计）。其中，用户参与设计指的是让用户积极参与设计过程，了解用户需求并共同决策；以用户为中心进行设计则是根据用户的需求来确定设计方向，确保用户界面符合用户的习惯和期望；迭代设计过程则是通过快速原型制作和用户反馈，不断迭代优化设计方案。这些方法的共同目的是提高用户对人机界面的满意度。
3、【问题3】( 7 分）
界面对话设计应遵循哪 7 个原则？
参考答案：【问题3】
在界面设计中要使用对话风格的选择， 并加上用户存取和控制机制。对话是以任务顺序为基础的， 遵循原则如下：
（1）反馈 ( Feed back):随时将正在做什么的信息告知用户，尤其是在响应时间十分长的情况下。
（2）状态 ( Status):告诉用户正处于系统的什么位置，避免用户在错误环境下发出语法正确的命令。
（3）脱离 ( Escape )：允许用户中止当前操作，且能脱离该选择，避免死锁的发生。
（4）默认值 ( Default) ：只要能预知答案， 尽可能设置默认值，节省用户工作量。
（5）尽可能简化对话步序： 使用略语或代码来减少用户击键数。
（6）求助（帮助） ( Help ) ：尽可能提供联机在线帮助。
（7） 复原 ( Undo ) :用户操作出错时，能返回并重新开始。
解析：
根据题目要求，需要列出界面对话设计应遵循的7个原则。参考答案中给出了这7个原则，包括反馈、状态、脱离、默认值、简化对话步序、求助（帮助）和复原，这些原则在多媒体软件工程的界面设计中都是非常重要的，可以帮助提高用户体验和软件的易用性。
4、【问题 4】( 3 分）
不少应用软件采用了数据可视化技术， 并不断创新数据呈现方式。请回答： 为 什么要进行数据可视化？
参考答案：
【问题 4】
进行数据可视化的原因：
（1）人类利用视觉获取的信息量， 远远比别的感官要多得多。
（2）数据可视化后， 人对数据有更全面的认识， 便于展现数据之间的联系。
（3）数据可视化能够在小空间中展示大规模数据。人类大脑在记忆能力上受限制，数 据可视化以后，大脑就只需要记住更少的场景。
（4）相对于大量的文字， 图像更容易理解， 更有趣 ， 也更容易让人们记住。
解析：
数据可视化技术是现代应用软件中常用的一种数据处理和展示方式。进行数据可视化的主要原因包括：首先，人类通过视觉获取的信息量远大于其他感官，因此将数据以图形、图像等形式进行展示，可以更加直观、生动地呈现信息。其次，数据可视化可以全面展现数据间的联系，帮助用户更深入地理解数据背后的规律和趋势。此外，数据可视化能够在有限的空间内展示大规模的数据，减轻人脑的记忆负担。最后，相对于大量的文字，图像更容易理解、更有趣，也更容易被人们记住，因此可以提高数据传播和应用的效率。
试题二（共 20 分）
阅读下列说明，回答问题1至问题5，将解答填入答题纸的对应栏内。
【说明】
在多媒体系统中，为了达到令人满意的图像、视频画面质量和听觉效果，必须解决视频、图像和音频信号数据的大容量存储和实时传输问题。
5、【问题1】( 4 分）
对于连续的声音信号，若采用16bit样值的PCM编码，采样频率选为44.1 kHz，请计算双声道立体声音频流的码率（写出计算过程）。
参考答案：
【问题 1】
单声道音频流码率= 16bit* 44. 1*1=705.6Kb/s
双声道音频流码率=705.6*2 = 1.4112 Mb/s
解析：
对于连续的声音信号，采用PCM编码时，码率是由每个样本的位数、采样频率以及声道数决定的。在本题中，给定的参数是16bit样值、44.1kHz采样频率和双声道立体声。计算码率时，首先计算单声道音频流的码率，即每个样本的位数乘以采样频率。然后，由于是双声道立体声，码率需要乘以2。通过计算，得到双声道立体声音频流的码率为1.4112Mb/s。
6、【问题 2】( 4 分）
若要连续传输具有中等分辨率 ( 640x480 )的真彩色图像 ( 24bit/像素， 并要达到每秒
25 帧的显示要求， 请计算系统的数据传输率（写出计算过程）。
参考答案：
【问题 2】
图像的数据量= 640 * 480 * 24=7.37Mbit/
帧系统的数据传输率=7.37 * 25=184Mbit/秒
解析：
问题要求计算连续传输具有中等分辨率（640x480）的真彩色图像的数据传输率。首先，需要计算单帧图像的数据量，即像素数乘以每个像素所需的位数（24bit）。然后，由于需要达到每秒25帧的显示要求，将单帧图像的数据量乘以每秒的帧数，即可得到系统的数据传输率。在进行计算时，注意单位的转换，例如将结果转换为“Mbit/秒”的形式以便更好地理解。
7、【问题3】( 2 分）
如果需要在 100Mbps 带宽的网络上实现实时传输【问题 2】描述的影像，必须 选择使用或自行设计开发压缩编码器。请计算压缩编码器的最小压缩比， 写出计算过程。
参考答案：
【问题3】
最小压缩比=184/100 = 1.84
解析：
为了实时传输影像，需要选择使用或自行设计开发压缩编码器。压缩编码器的最小压缩比可以通过影像原始码率与网络带宽的比值来计算。在这个例子中，影像原始码率是184Mbps，网络带宽是100Mbps，所以最小压缩比为1.84。
8、【问题 4】( 5 分）
应用某种编码方法提取或减少图像数据表示中存在的大量冗余，便可达到压缩数据的目的。请列举图像数据中存在的冗余种类（至少列举 5 个）。
参考答案：
【问题 4】
图像数据中存在的冗余类型主要有：
空间冗余：图像内部相邻像素之间存在较强的相关性所造成的冗余。
•时间冗余：视频图像序列中的不同帧之间的相关性所造成的冗 余 。
•视觉冗余：是指人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息 。
•信息墒 冗余：也称编码冗余， 如果图像 平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息嫡， 则图像中存在冗余， 这种冗余称为信息嫡冗余 。
•结构冗余： 是指图像中存在很强的纹理结构或自相似性。
•知识冗余：是指在有些图像中还包含与某些验证知识有关的信息 。
•图像区域相同性冗余：图像中的两个或多个区域所对应的所有像素值相同或相近， 从而产生的数据重复性存储。
•纹理的统计冗余： 图像纹理在统计意义上服从某一分布规律 。
解析：
在图像数据中，存在多种冗余类型以达到压缩数据的目的。这些冗余类型包括：空间冗余，即图像内部相邻像素间的相关性造成的冗余；时间冗余，即视频图像序列中不同帧之间的相关性造成的冗余；视觉冗余，指的是人眼无法感知或不敏感的那部分图像信息；信息熵冗余，也称编码冗余，当图像平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵时，存在信息熵冗余；结构冗余，指的是图像中存在的纹理结构和自相似性；知识冗余，指的是图像中与某些验证知识相关的信息；图像区域相同性冗余，即图像中两个或多个区域对应的所有像素值相同或相近，造成的数据重复性存储；纹理的统计冗余，即图像纹理在统计意义上服从某一分布规律。这些冗余类型的存在为图像数据的压缩提供了可能。
9、【问题 5】( 5 分）
差分脉冲编码调制 ( DPCM ) 属于有损预测编码。DPCM 根据离散信号之间存在一定相关性的特点，利用前面的一个或多个信号对下一个信号进行预测，然后对实际值和预测值的差（预测误差）进行编码。如果预测比较准确，那么误差信号就会很小，就可以用较少的码位进行编码，以达到数据压缩的目的。
若DPCM 系统的输入为{ 01210123344... }，预测模型是： 下一个信号和前一个信号
相同。请将下面的编码过程表格的阴影部分（如表2-1 所示）补充完整。
参考答案：
解析：
差分脉冲编码调制（DPCM）是一种利用信号间相关性进行预测并对预测误差进行编码的技术。在给定的输入序列和预测模型下，通过计算实际值与预测值之间的误差，并对误差进行编码，可以实现数据压缩。本题要求补充编码过程的表格，需要根据DPCM的原理，计算误差并进行编码，然后将结果填入表格的阴影部分。由于具体的编码方案未给出，无法直接给出具体的编码数值结果。
试题三（共 20 分）
阅读下列说明，回 答问题1至问题5,将解答填入答题纸的对应栏内。
【说明】
虚拟现实系统是图形图像领域的高新技术，利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关千视觉、听觉、触觉等感官的模拟， 让使用者如同身临其境， 可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。
10、【问题1】( 3 分）
在虚拟现实系统中，虚拟世界生成设备应包括哪些主要功能？
参考答案：
【问题1】
虚拟世界生成设备的主要功能应包括：
•视觉通道信号生成与显示。
•听觉通道信号生成与显示。
•触觉和力觉通道信号生成与显示。
解析：
根据说明中提到的虚拟现实系统的定义和功能，虚拟世界生成设备的主要功能应该包括生成并显示视觉、听觉、触觉和力觉通道信号，以提供给用户关于虚拟世界的多感官模拟体验。因此，答案包括视觉通道信号生成与显示、听觉通道信号生成与显示、触觉和力觉通道信号生成与显示。
11、【问题 2】( 3 分）
在虚拟现实系统中，对 触觉反馈设备和力学反馈设备的要求是什么？
参考答案：
【问题 2】
对触觉反馈设备和力觉反馈设备有下列要求：
•实时性要求： 触觉反馈和力觉反馈要实时计算接触力、表面形状、平滑性等，这 样 才有真实感。
•有较好的安全性： 正常使用或出现故障时， 施加 的力度都不能伤害到用户。
•具有轻便和舒适的特点： 设 备便于安装与携带。
（答出标题或答出后面的解释，都可以得分。）
解析：
在虚拟现实系统中，对触觉反馈设备和力学反馈设备的要求包括：
- 实时性要求：触觉反馈和力学反馈需要实时计算接触力、表面形状、平滑性等，以保证用户能够感受到真实的触感和力度，从而增强虚拟现实体验的真实感。
- 较好的安全性：无论设备正常使用还是出现故障，施加的力度都必须保证不会伤害到用户，确保用户在使用过程中的安全。
- 具有轻便和舒适的特点：设备需要便于安装与携带，让用户在使用的过程中感到舒适，不会造成使用上的不便。这些要求都是为了让用户在虚拟现实系统中的体验更加真实、安全和舒适。
12、【问题 3】( 5 分）
头戴式显示器是虚拟现实系统中普遍采用的一种立体显示设备。请问： 头戴式显示器是如何让佩戴者看到具有立体视觉的虚拟事物的？
参考答案：
【问题 3 】
头显（头戴式显示器）由两只屏幕分别向两个眼睛提供图像， 这两个图像存在着微小的差别， 类似于“ 双眼视差”。 人的大脑将两个图像融合以获得深度感知， 得到一个 立体的图像。
解析：
头戴式显示器是虚拟现实系统中一种重要的立体显示设备，它通过向佩戴者的两只眼睛提供略有差异的图像，模拟人眼的“双眼视差”，使得大脑能够将这两个图像融合，从而感知到虚拟事物的立体效果。
13、【问题 4】( 6 分）
虚拟现实的本质是客观世界的仿真或折射。虚拟现实中的模型是客观世界物体或对象的代表， 应具有自主性，并服从一定的客观规律。
( 1 ) 虚拟环境的建模是虚拟现实系统建立的基础。请列举出四个虚拟环境视觉建模种类。
( 2 )在虚拟环境中， 把手中的苹果向上抛出， 苹果应当向上做减速运动， 再向下做自由落体运动，跌落到地面后，碎裂或滚动，并发出声响。
请问： 对上述过程进行的建模属于哪一种虚拟环境视觉建模技术？
参考答案：
【问 题 4 】
（1）几何建模、运动建模、物理建模、对象行为建模。
（2）对象行为建模。
解析：
（1）虚拟环境视觉建模是虚拟现实系统建立的基础，其种类包括几何建模、运动建模、物理建模和对象行为建模。几何建模主要关注物体的几何形状和结构；运动建模涉及物体的运动特性和规律；物理建模则关注物体的物理属性和行为，如力学、电磁学等；对象行为建模则更注重物体在虚拟环境中的行为表现，包括与其他物体的交互等。
（2）在虚拟环境中，描述苹果被抛出后的行为，如减速上升、自由下落、碰撞碎裂和滚动发声等，涉及到苹果在虚拟环境中的行为表现和交互，因此这一过程属于对象行为建模技术。
14、【问题 5】( 3 分）
在虚拟现实系统中，虚拟场景往往包含大量的多边形， 并且要求进行实时的三维绘制。为了提高虚拟现实的逼真度，加强真实性，绘制时常采用哪三种方法？
参考答案：
【问题 5】
纹理映射、环境映射、反走样。
解析：
在虚拟现实系统中，为了提高虚拟现实的逼真度和加强真实性，在绘制虚拟场景时，常常采用三种方法：纹理映射、环境映射、反走样。这些方法可以帮助实现更加真实、精细的虚拟场景绘制，提高用户体验。
试题4
阅读下列说明，回答 问题1至问题 4，将答案填入答题纸的对应栏内。
15、【问题 1】( 4 分）
将下列对图形和图像的描述进行分类，将序号填写到答题纸相应的位置。
（1）是 位 图 ， 基本元素是像素。
（2）是矢量， 基本元素是图元。
（3）显示过程与内容相关。
（4）显示过程与内容无关。
（5）变换则会发生失真。
（6）可以进行变换且无失真。
）7不能以内容为单位单独进行属性修改、编辑等操作。
（8）能以内容为单位单独进行属性修改、编辑等操作。
参考答案：
【问题 1】
对图形的描述： （2）、（3）、（6）、（8）
对图像的描述： （1）、（4）、（5）、（7）
解析：
根据描述的内容，我们可以对每一个描述进行分类。
（1）描述的是位图图像，其基本元素是像素，所以属于图像。
（2）描述的是矢量图形，其基本元素是图元，所以属于图形。
（3）描述的内容与图形的显示过程相关，因此是图形的特点。
（4）描述的内容与图像的显示过程无关，因此是图像的特点。
（5）描述的是位图图像在变换时可能会发生的失真。
（6）描述的是矢量图形可以进行变换且无失真。
（7）描述的是图像不能以内容为单位单独进行属性修改、编辑等操作。
（8）描述的是图形能以内容为单位单独进行属性修改、编辑等操作。
根据上述解析，我们可以得出对图形的描述有（2）（3）（6）（8），对图像的描述有（1）（4）（5）（7）。
16、【问题 2】( 4 分）
降噪耳机分为哪两种类型？各自的降噪原理是什么？
参考答案：
【问 题 2 】
降噪耳机分为两种：
（1）被动式降噪： 利用物理特性将外部噪声与耳朵隔绝开。
（2）主动式降噪： 首先要收集噪音的波形特点，然后通过内置的处理芯片运算出反相的波， 再通过高还原度扬声器相抵消。
解析：
问题2询问的是降噪耳机的两种类型及其各自的降噪原理。答案中正确指出了降噪耳机分为被动式降噪和主动式降噪两种类型，并详细解释了这两种降噪方式的原理。被动式降噪主要依赖物理特性，如隔音材料，来隔绝外部噪声。而主动式降噪则更为复杂，它首先收集噪音的波形特点，然后通过内置芯片处理并产生反相波，最后通过高还原度扬声器播放反相波来与原始噪音相抵消。
17、【问题3】( 4 分）
平面设计的作品根据使用场合不同，所保存的颜色模式也不同。请从显色原理、使用场合两个方面分析 RGB 色彩模式与 CMYK 色彩模式的区别。
参考答案：
【问题3】
RGB 模式是发光（加色）的色彩模式， 应用千光照、视频或显示器显示。
CMYK 模式是依靠反光的色彩模式， 应用于印刷品。
解析：
RGB色彩模式是基于红、绿、蓝三种颜色的发光原理，通过调整这三种颜色的亮度来混合出其他颜色。因此，RGB模式适用于光照环境，如显示器等自发光的设备。而CMYK色彩模式是基于青色、洋红、黄色和黑色四种颜色的反光原理，通过反射光线来呈现颜色。这种色彩模式适用于印刷品等需要反光的场合。
18、【问题 4】( 3 分）
保存数字音乐可以采用多种格式。MIDI 音乐和 MP3 音乐的存储内容是什么? MIDI音乐和 MP3 音乐相比，哪 一 种 格式的音乐更易于编辑？
参考答案：
【问题 4】
MIDI 音乐存储的是指令。MP3 音乐存储的是波形声音。
MIDI 的编辑比较灵活。
解析：
MIDI 音乐存储的是一系列指令，这些指令告诉计算机如何产生音乐，而不是实际的音频波形。相比之下，MP3 音乐则是将音频波形进行压缩存储，保留了音频的原始声音信息。由于 MIDI 音乐是基于指令的，因此它的编辑相对更加灵活，可以方便地进行修改、调整甚至创作。而 MP3 音乐的编辑则相对受限，主要限于音频处理方面的操作。
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