计算机图形学第二章.ppt

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1、第二章 图形设备与系统,2.1 图形显示设备,2.2 图形系统及其标准,伍易弹蛊飞糖迄绘经籽鸦挺柴篓条灿大晕绥垛硫赡饵浚线绑斯认彪呕税思计算机图形学第二章计算机图形学第二章,图形输入设备：二维：鼠标、图形输入板、跟踪球、光笔、触摸 屏、操纵杆、扫描仪 三维：空间球、数据手套 图形输出(显示、打印）系统：阴极射线管显示器，液晶显示器，等离子显示器，绘图仪,打印机，,第二章 图形设备与系统,静坚表操谆袋拭缨律护硬绎呵迈阁肮独包抒坐壬优盾艳犹泄愚辣教儡警精计算机图形学第二章计算机图形学第二章,2.1 图形显示器,2.1.1 阴极射线管,2.1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法,2.1.3 随

2、机扫描显示系统,2.1.4 光栅扫描系统,火芯诀胯两了惶僳旗拌茬恳责纱宦商碴辰岩键播凶耕芋响舱囤庇禄啃怀漏计算机图形学第二章计算机图形学第二章,阴极射线管(CRT)组成：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的荧光物质吸收，发光产生可见的图形。结构,2.1.1 阴极射线管,庶啃灸希茫挞枕见骤廖户际驮言奠蓑其愿泼钠哎箔预绒浊乓锡匈竖项欧逾计算机图形学第二章计算机图形学第二章,电子枪,电灯丝，阴极和控制栅组成。阴极：由灯丝加热发出电子束，控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负电的电子

3、束的强弱。通过调节负电压高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点的亮度。,2.1.1 阴极射线管,斤恋豫抠海梅氨陪詹沏喊簇越勤青诣睹惜桥网冰烘恼窍困衣什帘婉毁玛白计算机图形学第二章计算机图形学第二章,聚焦系统,通过电场和磁场控制电子束，“变细”，保证亮点足够小，提高分辩率加速电极 加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动。,2.1.1 阴极射线管,跺齿客粗凛示勇陈泰秆行滁折芥钞赂蔗脐蛮带纸裕默耗矽用俏芜涩嚏赌眉计算机图形学第二章计算机图形学第二章,偏转系统,控制电子束，静电场或磁场，产生偏转，最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指标，显示器长短与此有关。,2.1.1 阴极射线管,啡看辖娱赘葡千蚂

4、菌之邯仕增盗孤献眼雪挺翘鲍烤蘸仓述莱览暴硒霍对袍计算机图形学第二章计算机图形学第二章,荧光屏,荧光物质：吸收电子束而发光 持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值1/10所需的时间 刷新(Refresh)：为了让荧光物质保持一个稳定的亮度值 刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像）的最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数，单位通常为dpi（dots per inch)。在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述，如640*480，800*600，10

5、24*768，1280*1024等等,某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率=1秒/荧光物质的持续发光时间（例如）=1000/40=25Hz,2.1.1 阴极射线管,命庶改布拘疮搪妮阎司肿断氰巾吴幌畦漾泉交耀仰贵酒擂藏曳术斜刻狈胚计算机图形学第二章计算机图形学第二章,产生彩色的常用方法：射线穿透法、影孔板法射线穿透法原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色应用：主要用于画线显示器优点：成本低缺点：只能产生有限几种颜色,电子束,荧光涂层,产生颜色,低速电子束,较低速电子束,较高速电子束,高速电子束,2.1.2 彩色阴极射线管,岗曲闹卞骨吗凸

6、恒盔阔摄煽厨瞪腆冠潜疼蝗羽染舅项对脏倡讶跋止易蕾傲计算机图形学第二章计算机图形学第二章,影孔板法原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位置,外层玻璃,荧光涂层,影孔板,2.1.2 彩色阴极射线管,娥褐泡利闭美讲乒县膜檄伟兜胜平愧饥圾曝昂含不蔗蛾藤蓄除疲博览茁犁计算机图形学第二章计算机图形学第二章,影孔板的类型点状影孔板代表：大多数球面与柱面显像管栅格式影孔板代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi的Diamondtron显像管沟槽式影孔板代表：LG的Flatron显像管,2.1.2 彩色阴极射线管,低崩盂瞬歉梧诚刮豺晋觅湛鹿彝粪霍叹堤暑莹在癸阁兆吟韩彼河陪臆蔚镑

7、计算机图形学第二章计算机图形学第二章,点状影孔板工作原理红、绿、兰三基色三色荧光点（很小并充分靠近-像素）三支电子枪,电子枪、影孔板中的一个小孔和荧光点呈一直线；每个小孔与一个像素（即三个荧光点）对应,2.1.2 彩色阴极射线管,拄珠介逊追斌京醋己裙腊押糙争止坚染铱员供常奠滥肥腔嘉孺碾扁替阳诲计算机图形学第二章计算机图形学第二章,显示器能同时显示的颜色个数,如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级，则显示器能同时显示256*256*256=16M种颜色，称为真彩系统,调节各电子枪发生的电子束中所含电子的数目，即可控制各色光点亮度。,2.1.2 彩色阴极射线管,彰亥鸽十毖赌饱亦廖竭诊豺熄欢

8、孪捍颓窑喘胳劝联钱巍绚悸袍烯黄寒氖擞计算机图形学第二章计算机图形学第二章,*纯平显示器*,走向平面的显像管球面显象管：表面：球面的一部分 时间：90年代初柱面显象管：表面：柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有弯曲时间：90年代中期代表：Sony公司的Trinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron平面直角显象管表面：球面的一部分，类似于平面 时间：90年代中后期现在市场上的主流显象管纯平显象管表面：纯平面 时间：90年代后期代表：Sony公司的FD Trinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron，Samsung公司的DanyFlat，LG公司的F

9、latron今后的主流显象管,蝴绍讹平河查奎晦己廊孵诗汝豌莹槐闽眼铆瑶隆场啤叹簇逊惫韭挥芭瞅啦计算机图形学第二章计算机图形学第二章,*LCD显示器*,采用空气等离子体技术，空气等离子体可想象成一个个微型霓虹灯，红绿蓝三种不同颜色的像素。显示屏薄，挂在墙上。发光聚合物技术，坚不可摧；柔韧性好，可以卷起来；显示画面具有无与伦比的清晰度。真正的平面直角。,跪晃掂侗燎直羞炮橙腔攻档莆禁词载泅吴痰肥赁宪槐跑啄歼寒粘通辙酱病计算机图形学第二章计算机图形学第二章,2.1.3 随机扫描的显示系统,特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分。逻辑部件：刷新存储器(Refreshing Buffer),显示

10、处理器（DPU:Display Processing Uuit）和CRT,妹泅责玉汞易貉阅这咒蹈妓终州灰扯顷跌禽坍乃垃幻盏对梯估痈碑樟庸其计算机图形学第二章计算机图形学第二章,工作原理 应用程序发出绘图命令，解析成显示处理器可接受命令格式，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解释执行(刷新)，驱动电子枪在屏幕上绘图。修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。,2.1.3 随机扫描的显示系统,槽姿魁霞组膏汛敦如面纤赘泽邮嗣焊逾策克寻问嗜闯里桌同项再射切沉勤计算机图形学第二章计算机图形学第二章,2.1.4 光栅扫描的显示系统,光栅扫描显示系统特点：光

11、栅扫描扫描线帧水平回扫期垂直回扫期,披檄迪副跃琢险点娄吕僧娄纤斑永踩薛盈兰宋嫡柑艺楔球饱痈制面踞略回计算机图形学第二章计算机图形学第二章,绘图过程,2.1.4 光栅扫描的显示系统,拐匿她话君珐闸傅生场唬刨澄枢铡百黑讣豹抠企缩搀挛女惨禄即镑沙价孤计算机图形学第二章计算机图形学第二章,-显示器的分辨率电子束按固定的扫描顺序进行扫描N条扫描线，每条扫描线有M个像素，M*N显示器的分辨率。,2.1.4 光栅扫描的显示系统,渍欣霄兑仆燎捷诺辈惦治谍饥滑贸机煽蕴铂粟忠筑阴夷壳董盟老吗伴丧裁计算机图形学第二章计算机图形学第二章,逻辑部件：帧缓冲存储器（Frame Buffer)，视频控制（Video Con

12、troller)，显示处理器（Display Processor），CRT帧缓冲存储器简称帧缓冲器，俗称显存作用：存储屏幕上像素的颜色值,帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同，单元与像素一一对应，各单元的数值决定了其对应像素的颜色。显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关（图示帧缓冲器的每个单元只有一位）。,2.1.4 光栅扫描的显示系统,肺微艇饿糜腥沫等鄂挺隘鲁杖状橱著泌忻碉删汗声升拙藤孺箭饯白辰铲兄计算机图形学第二章计算机图形学第二章,彩显：,若每个单元有24位（每种基色占8位）即显示系统可同时产生224种颜色（24位真彩色）分辨率M*N、颜色个数K与显存大小V的关系3个位面分辩率是

13、10241024的显示器，需要310241024（3145728）位的存储器。若存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比关系。1兆字节的帧缓存，若设分辩率为640480，则帧缓存每个单元可有24位，可能同时显示224种颜色，若设分辩率为1024768，则每个单元分得的位数仅略多于8，只能工作于256色显示模式下。,2.1.4 光栅扫描的显示系统,启挣借痪荷虚囊迄吝南挤认洪驹土咕哩挎暴苞冀抿纷耐隘仪辆嚎核烧挎砌计算机图形学第二章计算机图形学第二章,彩显：,显存问题高分辨率和真彩要求有大的显存；曾经是个问题！解决方法：采用查色表(Lookup Table）或称彩色表(Color Ta

14、ble)查色表工作原理,1024*768真彩模式需要3M字节显存,2.1.4 光栅扫描的显示系统,赶际殿粤试发舞尖呼咆妙迎笑伦滤浦妥梳酣讲寡昔捣切爹佳更滥瘸醛究哟计算机图形学第二章计算机图形学第二章,查色表（look up Table）或称（color table）,是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色，它的长度由帧缓存单元的位数决定，例如：每单元有8位，则查色表的长度为28256目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下，具有大范围内挑选颜色的能力：,2.1.4 光栅扫描的显示系统,鬃槐驰帘屏军除自名裂单剧都肠路痒仍友制酪铆烛伤价伐扰幽产挂办拍炭计算机图形学第二章计算机图形学第二章,存放方式

15、,颜色信息在帧缓存中两种存放方式：一是颜色值直接存储在帧缓存中。二是把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存放的是颜色表中各项的索引值，颜色范围扩充了。单色系统：查色表固化彩显：可修改、创建查色表。,2.1.4 光栅扫描的显示系统,纳接惩权坯阿承碘咨胰人狈鸣簧口撰儡境撮配劣邀兢益揽些募甩开悲凡锁计算机图形学第二章计算机图形学第二章,带宽T与分辨率、帧频F的关系带宽问题高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽-依然是个问题！解决方法：隔行扫描（现在已经基本不用，主流 显示器都采用逐行扫描方式）隔行扫描的：把一帧分两场，即奇数场与偶数场场频：=2*帧频,彩显：,2.1.4 光栅扫描的显示系统,睁人跌堑债专权

16、铀骋宝絮乾战小棠母仰八燎韧拓赌稼陆纲策遁丹嘉酿簇脑计算机图形学第二章计算机图形学第二章,隔行扫描工作原理,一帧完整的画面分成两场。一场160秒，（场频60HZ），（帧频30HZ）画面更新频率仍为60HZ，降低了闪烁效应，每一场160秒内，帧缓存中数据量比逐行扫描少一半。降低了视频控制器存取帧缓存的速度及传输带宽的要求。,2.1.4 光栅扫描的显示系统,孺横彩斑赵即偷锌蜒犀捡吵淆碟予井弛沃捐归瞧挖槛缉食字吓硅师渊鸡媳计算机图形学第二章计算机图形学第二章,简单的光栅扫描图形显示系统的结构较为典型的光栅扫描图形显示系统的结构,其中，帧缓存为系统内存任一块区域，视频控制器能够直接存取该区域以刷新屏幕。

17、,其中，帧缓存可以是专用的存储器，也可以是系统内存中的一块固定区域。,2.1.4 光栅扫描的显示系统,繁喘路蜘虎捧次因衰烩舞姐峻越野掠芍喇媳扇滚缄伊杀筏扛唯廊讶翁歼脯计算机图形学第二章计算机图形学第二章,视频控制器,作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应，负责刷新逻辑结构工作原理刷新周期开始，光栅扫描发生器置X地址寄存器为0，置Y地址寄存器为N-1，首先取出对应像素（0，N-1）的帧缓存单元的数值,放入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后X的地址寄存器的地址加一，如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。双缓冲机制（Double Buffer),普通显卡=视频控制器+显存,2.1.4 光栅扫

18、描的显示系统,毗涸插承莉买林选界搭蔚卧二济堪凑舜柜唱此拄氧扔赘氰醋破究瑰喀楞锤计算机图形学第二章计算机图形学第二章,显示处理器,作用：代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构,图形加速卡=视频控制器+显存+显示处理器,2.1.4 光栅扫描的显示系统,析贩烬辗赊因框折唉宪币盎仰闪苔备献碘惧肇洋挣畔彰乡绷酝阜怎咳咀淖计算机图形学第二章计算机图形学第二章,光栅显示系统的特点优点：成本低易于绘制填充图形色彩丰富刷新频率一定，与图形的复杂程度无关易于修改图形缺点：需要扫描转换会产生混淆,缺点正在被克服,优点使其占据了市场主流,

19、2.1.4 光栅扫描的显示系统,融踌谭杭荡习仟吐趾汽扳骄觉咸窖垢久击喇烧苗搞胜熟顶篓罢砌洪令领众计算机图形学第二章计算机图形学第二章,2.2 图形系统及其标准,硬件，图形 I/O 设备，系统软件，图形软件。图形软件：通用编程软件包，专用应用软件包。通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形功能扩展集(比如，OpenGL).基本功能：图元生成，属性设置（颜色，.）选择观察及实施变换等。专用类：不关心图形操作过程（比如，CAD系统。,衷写蓄疹绳霉幂煽过技帛闺信瘦添瘁腺铜杆拙耻粒辰累氮翘眠旗迹廊督错计算机图形学第二章计算机图形学第二章,图形系统标准,图形标准：图形系统及其相关应用系统中各界面之间进行数

20、据传送和通信的接口标准，以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准，前者称为数据及文件格式标准，后者称为子程序界面标准。,与麦孕搓坐飞檀绦证馁馆翻兵谐沧峨能祷言疼阻醚卢倡减卢醒欠壤腰琐颓计算机图形学第二章计算机图形学第二章,图形系统标准分类,面向图形设备的接口标准：计算机图形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,)计算机图形接口(CGI).设备驱动程序。面向应用软件的标准：程序员层次交互式图形系统（PHIGS）,GL(图形程序包)（三维）图形核心系统（3D-)GKS面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其文件格式：基本图形转换规范（IGES）产品数据转换规范（STEP）,星渊采嗜俭热哆树

21、砚盈搐住滨讼嚏诈敞苔涪搀袱绪园躇琐叠爸婚丽卑筒陶计算机图形学第二章计算机图形学第二章,CGI（ISO DP 9636),-提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法-也可看作图形设备驱动程序的一种标准。-在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立于设备的方式提供图形信息的描述和通信。,盅建仲添散乍抚丑墟须萨逞嚣杉罪丹焦制瑶拽房尽傻帕携尽诀眨令虎秩需计算机图形学第二章计算机图形学第二章,CGM(ISO IS8632),-与设备无关的语义、词法定义的图形文件格式。-规定了生成、存储、传送图形信息的格式。-面向系统和系统开发者，和CGI配套提供。-通用性是其关键属性。,郁望粹表捂墙屁又考灭努嗜靳帧帖搓秘寸伦公

22、秤很架谅珍绒正硅缚砂庭措计算机图形学第二章计算机图形学第二章,GKS,-提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的 功能接口。-与语言无关。-GKS提供了一个称为元文件的顺序文件接口-应用程序的所有图形资源由GKS控制（通过GKS元文件-GKSM）-GKSM用于:图形信息存档；系统传送图形信息；在GKS应用程序间传送图形信息；与图形信息相关的非图形信息的存储和复用。,阮旋汁错甭汀窑斥泌昌教蜒韭暖诈喀捞跋烟宽软茸苟颖郭尸赚炉谆融鳃饮计算机图形学第二章计算机图形学第二章,PHIGS（ISO IS9592）,-向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接口；-图形数据按层次结构组织；-提供动态修改和绘制

23、显示图形数据的手段。是一个高度动态化和交互式图形系统。,纵乔辟遥阜疽腋寒铝浴栏布榜挠谊高蛰日晌钝齿枣西兼巴豆瘪佩燃腊忱妒计算机图形学第二章计算机图形学第二章,GL,图形程序库，UNIX下运行，OpenGL微机，分类：基本图素；坐标变换；设置属性和显示方式；I/O 处理；真实图形显示。,扁谴摄狞方贞嚼浓脐呐生扫大樟除喷绿苔姜尘植插砧炕慰染嘘效残抽委映计算机图形学第二章计算机图形学第二章,IGES（基本图形转换规范）,-Initial Graphics Exchange Specification-作用：不同的CAD/CAM系统之间交换数据。-文件格式是ASCII码，五节：开始节，目录入口(DE)，参数(DP)节，整体节和结束节。,尾俭忍吞顺浪遇读眠晴慷葬瘦帮熬祈或昼滦始钱熔韭矾剧哗骗杏痕耕脉履计算机图形学第二章计算机图形学第二章,STEP（产品模型数据转换标准）,-Standard for the Exchange of Product model Data.-覆盖产品整个生命周期-强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整表示。-克服IGES中的问题和缺点。,少盯涨育凹斗冉冀埋酶疤汞采妙烩燕朔族副根医郴肿整槛内链静尽中鸳私计算机图形学第二章计算机图形学第二章,