计算机制图与数据库ppt课件

1、地球科学与资源学院遥感第四纪教研室绪 论 计算机图形学研讨概述第一章 计算机图形系统第二章 图形生成技术简介第三章 Worksheet 的运用第四章 Grapher绘制二维图形第五章 Surfer 绘制等值线图第六章 Surfer 绘制其它三维图形第七章 CorelDRAW绘图简介第八章 MapGIS 绘图简介 第一章 计算机图形系统第一节计算机图形系统的组成第二节 图形硬件设备简介第三节 图形软件系统第一节 计算机图形系统的组成一、计算机图形系统的构造二、计算机图形系统的根本功能三、计算机图形系统分类及硬件任务平台一、计算机图形系统的构造计算机图形系统由两部分组成：软件运用软件图形软件数据库

2、高级言语操作系统输入设备键盘鼠标数字化仪光笔扫描仪输出设备显示器绘图仪打印机主 机二、计算机图形系统的根本功能1 计算功能1形体设计和分析方法的程序库、描画形体的图形数据库2坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序的数据库3曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库计算机图形系统至少具有五种基功能2 存储功能在内外存储器中能存放各种形体的几何数据及形体之间的相互关系，并可实现对有关数据的实时性检索及保管对图形的删除、添加、修正等信息3 输入功能由输入设备将图形形体的几何参数包括大小、位置和各种绘图命令输入的图形系统中4 输出功能为能较长时间保管分析计算的结果，应具有文字、图形、图像信息输出功能5

3、对话交互功能能完成对图形的绘制、修正，并能给出操作错误的必要提示二、计算机图形系统的根本功能要实现上述功能，对图形系统的硬件性能要求1 处置速度与硬件系统及图形软件的图形处置算法有关2 存储容量图形图像数据信息量非常大，要求有大的存储量，包括系统随机存储量、外部存储量和显示缓冲区容量3 处置精度主要是指图像采集和输入质量、显示输出的质量，包括图形分辨率、图像颜色的显示等，在很大程度上取决于图形处置软件三、计算机图形系统分类及硬件任务平台1 计算机图形系统分类根据硬件配置和信息传送方式，系统可分为：1 脱机绘图系统计算机主系统不直接与图形输出设备相衔接，而是经过中间载体向绘图输出设备传送数据。将

4、图形数据和图形输出分别进展处置，防止了计算机处于等待形状。绘图应用程序输入设备大、中计算机磁带磁盘控制器绘图仪脱机绘图系统流程表示图2 联机绘图系统计算机把图形处置信息直接传送到绘图仪输出图形。由于绘图仪是机械动作，构成了计算机对绘图仪的时间等待，降低了计算机的任务效率，往往用于小型或微型机。3 交互式绘图系统具有很强的人机交互功能，用户向绘图系统发出指令，系统根据指令处置并将结果输出到绘图终端。用户还可以再对图形进展编辑和标注。普通用于小型、微型计算机绘图系统，典型的代表是计算机辅助设计系统。绘图应用程序输入设备大、中计算机控制器绘图仪联机绘图系统流程表示图2 计算机图形系统的硬件平台平台是

5、指操作者用户面对计算机的任务环境包括软件和硬件平台两部分1 微型计算机随着超大规模集成电路技术的开展，微机在处置速度、存储容量、显示性能等方面都有了飞速的开展，使其可以成为绘图平台的担当者。将图形数据和图形输出分别进展处置，防止了计算机处于等待形状。2 中、小型计算机属于高级大规模的计算机任务环境，普通在特殊的部门、单位和运用领域采用。3 大型计算机以大型计算机为根底，具有庞大的存储器和极强的计算功能，有大量的显示终端和极高精度、大幅面的硬拷贝设备。4 计算机网络采用效力器式任务站，分为局域网、广域网、有线网和无线网。第二节 图形硬件设备简介 一、显示设备二、输入设备三、输出设备1 CRT显示

6、器任务原理2 显示器的类型一、显示设备1 CRT显示器任务原理1CRT单色显示原理它利用电场产生高速的聚焦电子束，偏转到屏幕外表的不同部位，以产生可见图形。CRT主要由3部分组成：a 电子枪电流经过灯丝对阴极加热而发射出电子束。在聚焦极上加上一定的正电压，使电子束聚焦并成为很细的电子束。再由加速极加上正电压对电子束加速，使其有足够的能量射向荧光屏。接近阴极的控制极，加上负电压后能控制电子束的强弱，即能控制电子束打在荧光屏上所产生的光的强度显示设备是最终产生图形效果的部件，目前占据主导位置的仍是阴极射线管CRTCathode Ray Tube显示器。CRT 剖面示意图磁偏转系统CRT剖面图b 偏

7、转系统是可以在屏幕上产生图形的最关键的部分。可以用静电场或磁场控制电子束的偏转：静电场偏转：属内部偏转，在射线管内放置垂直和程度两套平板。磁偏转：属外部偏转，有两个线圈绕在管颈上，一个线圈使电子 束产生程度偏转，另一个线圈产生垂直偏转。偏转系统最重要的特性是灵敏度，它反映了偏转信号所能产生的偏转角度的大小。假设一个CRT的灵敏度低，为获得较大的偏转角度，只能加长管子的长度，其结果，显示器就非常笨重。静电偏转技术的灵敏度由下式确定：tanLVd(2DVa) 为偏转角度；Va为加速电压； Vd为偏转电压；L为偏转板的长度；D为板间间隔。显然，当偏转角给定以后，Va愈大(即电子束速度愈高)，所要求的

8、偏转电压(Vd)也愈高。偏转灵敏度表示图普通说来，磁偏转方法允许用较高速的电子束，因此能产生亮度较高的图象。另外，磁偏转系统可以使电子束会聚成更小的光点，且具有构造简单及所需电功率较小等优点，所以大多数CRT都用磁偏转系统。c 荧光屏荧光屏上涂有荧光粉，电子束打在荧光屏上，荧光粉就会发光而构成光点。除了颜色不同外，各类荧光物质之间的主要区别在于荧光物质的余辉时间。通常，由电子束轰击荧光层某点产生荧光，当电子束分开该点后其亮度值随时间按指数规律衰减。余辉时间就是指光亮度值衰减到初始值的110所需的时间。各种荧光物质的余辉时间差别很大，可以从几微秒到几秒，而用于图形设备的大多数荧光物质的余辉时间普

9、通为几十到几百毫秒。为了得到一幅稳定的、不闪烁的画面：使电子束不断反复地描画出原来的图形，假设反复频率足够快，某点的亮度值对察看者来说是 一个常数；增长余辉时间。余辉时间是决议产生不闪烁图形所需刷新速率的主要要素。余辉时间越长，所需的刷新速率就越低。c 荧光屏普通短余辉的荧光物质适用于动画显示；而长余辉的荧光物质那么适用于显示复杂的、静态的画面。单色CRT显示图象的质量取决于：设备固有的单个光点直径的大小“可寻址才干(addressability)。可寻址才干可以了解为单位长度内可以利用的光点的数目。以下图表示不同寻址才干显示图形的效果。通常总是希望点的直径大于点间距，以得到较光滑的图形。 光

10、点直径与点距比值不同时的图形效果荧光屏的分辨率 一个CRT在程度或垂直方向上可以识别出的光点最大数目称为分辨率。这是衡量CRT的重要目的，它取决于所用荧光物质的类型以及聚焦和偏转系统。有时我们也把分辨率了解成所能识别的光点的最小间隔。显然，点数愈多，间隔愈小，分辨率愈高，显示图形也就愈准确。分辨率与光点直径大小有关。2CRT彩色显示原理之所以能发出彩色，是由于运用了不同颜色荧光粉的结果。有两种类型：a 穿透式彩色CRT采用多层不同的荧光粉，即在荧光屏上先涂上绿色荧光粉层，再涂上红色荧光粉。当电子束速度较低时，轰击荧光屏的能量只能使表层红色荧光粉受鼓励而产生红色亮点。当提高加速电压后，电子束速度

11、添加，可以穿透到绿色荧光层构成绿色光点。经过改动电子束电压可以调理其穿透荧光粉层的厚度，从而改动红绿两种发光亮度的比例，产生红、橙、黄、绿四种颜色。价钱低，但只能生成4种颜色，而且图形质量也差。荧光屏红绿色涂层b 影孔板荫罩式彩色CRT它能显示的颜色要比前者宽的多，常用于光栅扫描显示器。这种CRT在屏幕内壁上涂有由红R绿G兰B三种颜色构成的荧光粉点，按RGB顺序分行交错排成密集的三角形外形。在间隔荧光屏1cm处安装着影孔板，其上假设干小孔，与屏幕上三原色组一一对应。 呈三角形陈列安装着三支电子枪同时发射三条电子束，由偏转系统共同控制，使三条电子束聚焦于影孔板上的小孔中，并穿过小孔轰击荧光屏。由

12、于三支电子枪在不同于位置，经聚焦后可以分别击中RGB三个点。 由于RGB三个荧光点相距太近，以致于分不清三原色而构成混合色。因此经过调理各个电子枪的电流强度，可以改动相应颜色荧光点的亮度，从而产生各种合成色。例如，封锁RG电子枪就能得到B色，三支电子枪以一样的强度同时激发三个荧光点，就会得到白色等。在廉价的显示器中，电子束只需发射和封锁两种形状，因此只能有8种颜色；在比较复杂的系统中，那么可以发射中间强度的电子束，因此能产生多达几百万种的颜色。影孔板彩色CRT的影响要素 影孔板和三元组对其分辨率有较大的影响。普通高分辨显管三元组的平均径距(pitch)约为0.21mm，家用电视显象管约为0.6

13、mm。由于聚焦的光束不能保证准确地穿过影孔板上对应孔的中心，所以，电子束的直径必需为影孔板径距的74倍。例如，假设影孔板的径距为0.25mm(0.01英寸)，那么电子束的直径就为0.45mm(0.018英寸)。 影孔板的径距对CRT的分辨率有很大的限制。随着径距减小，分辨率会高。但是径距愈小，管子消费就愈困难。小径距的影孔板很脆，难于安装，也容易因电子加热而弯曲。 影孔板也限制了CRT的亮度。普通来说，只需20的电子束轰击荧光屏，其他那么轰击影孔板。因此，与单色CRT相比，能产生光的电子要少得多。可以添加电子束电流来加强亮度，但这又引起聚焦的困难，且也使影孔板更热而更易弯曲。 CRT的刷新频率

14、 刷新频率是指每秒重画图象的次数。为了得到稳定的画面，通常刷新频率应为50帧秒。随着刷新频率的降低，会出现闪烁。 使图象不闪烁的刷新频率称为临界停闪频率CFF(critical fusion frequency)。决议CFF的要素有：荧光屏的余辉时间，图象亮度及环境光的亮度，发射光的波长以及察看者本身。2 显示器的类型图形显示器根据电子束轰击屏幕的方式和组成构造分为三种：随机扫描式显示器存储管式显示器光栅扫描显示器图形显示器的主要技术目的有两项：分辨率，颜色数1随机扫描显示器随机扫描显示器结构1随机扫描显示器 随机扫描显示器的任务流程和原理： 要显示的图形由计算机生成显示器的显示指令，显示指令

15、经接口电路送到显示器的缓冲存储器，而固定存储器中那么存放各种常用字符、数字等显示指令。图形控制器取出缓冲存储器或固定存储器中的显示指令，依次执行。显示指令中的亮度、位移量等数字信息经线产生器的处置转换为控制电子束偏转和明暗的物理量，即电压或电流。再由管头控制电路使电子束以所需的亮度偏转到所需的位置。为了得到稳定的图形，还需求不断地反复扫描显示档案，即所谓的刷新。刷新频率通常为每秒2550次，即每秒2550帧左右。 特点： 能实时地进展数字视频转换；交互性好，扫描速度快，图形质量好。 不能产生多级灰度的真实感图形，复杂图形受扫描速度的限制，价钱高2存储管式显示器 随机扫描器运用独立的存储器存储图

16、形信息，然后不断读取并刷新屏幕。这就带来了显示稳定图形时画线长度有限，且造价高。存储管式显示器利用显示管本身存储信息。其原理如下： 存储管的写电子枪和普通的CRT一样，经聚焦的电子束在X，Y两个方向上偏转，其定位和偏转有随机性，但电子束不是直接写在荧光屏上，而是写在荧光屏前面的存储栅上。存储栅是一个很细的金属栅网，由写电子枪射出的高能量电子束将栅网上介质的电子轰击出来，轰击出来的电子比写上去的电子要多，所以栅网上遭电子束轰击的地方呈正电荷，电子束书写的轨迹在栅网上构成正电荷轨迹(即电子束描画的轨迹)。在直视型的存储管内还有一个电子枪，叫第二电子枪，或称读出电子枪。它射出的低能量漂浮电子流(泛流

17、电子)大面积向搜集栅流去，搜集栅使这些电子均匀散开，流向存储栅。存储栅上呈现正电荷的地方吸引电子，使电子经过并轰击荧光屏而发光，而其它位置那么不经过电子。所以存储栅既存储图形，又控制电子经过，并在屏幕上构成图形。 直视型存储管原理特点： 存储管式显示器显示图形不需求附加存储器和有关电路，能在几小时内显示不闪烁的复杂图形。它可在较低的传输速率下任务，如300或1200波特率，并具有价钱廉价的优点。 但是这种显示器不能做选择性修正，所以难以进展动态显示。近年有些直视型存储管提供了某种“写入经过方式，它降低了写电子束的能量，使写电子不是保管在存储栅上，而是直接写在屏幕上，因此具有一定的动态性能。但是

18、，由于写电子束的速度低，故所显示的直线段数目，也即图形的复杂性遭到限制3光栅扫描式显示器 这种显示器的CRT屏幕可分为m行，每行又可分为n个点，即屏幕可分为mn个点，称其为像素。屏幕上的每个像素都对应帧缓冲存储器中的假设干位，最简单的黑白图像只需一位：假设该位为0，表示像素为暗，该位1表示像素为亮。因此，光栅扫描显示器的帧缓存中存放的不是显示指令，而是对应各个像素的亮度或颜色信息，称其为位图Bitmap。其原理如下： 计算机将要显示的图形图像转换为位图，经接口电路送入帧缓存；图像控制器控制电子束按自上而下、由左到右的顺序依次扫描整个屏幕。同时，把一帧画面中的每个像素的值从帧缓存中读出，二者同步

19、进展，以使读出的值控制电子束的能量大小，并决议像素的亮度。 光栅扫描显示器基本结构 光栅扫描方式有两种，逐行扫描和隔行扫描。 逐行扫描：由上而下逐行依次扫描，直至将屏幕扫描终了。 隔行扫描：屏幕扫描分两次完成，先扫描偶数行，而后再扫描奇数行。 光栅扫描显示器的主要技术参数包括： 显示分辨率 指屏幕上程度和垂直方向上可以显示像素的数目。 高性能显示器每屏可显示像素达1MPp=Pixel 中性能显示器每屏可显示像素达0.3-0.5MP 640480=3072000.3MP 普通显示器每屏可显示像素达0.05-0.2MP 6402001280000.12MP 颜色数或亮度等级数 亮度等级是指单色显示

20、器的像素亮度可变化数目。 彩色显示器颜色数是指显示器可以显示的一切颜色总数。 画图速度 指图像生成器把根本画图命令转换成显示存储器位图的速度。 其它 屏幕大小，刷新频率，纵横比，余晖长度等。 光栅扫描器的优点 可显示真实感图形，容易实现图像的数字化转换，图形文件的格式比较固定。技术成熟，存储芯片价钱廉价，故光栅显示器的运用比较广泛。 缺乏： 分辨率低，使斜线和曲线不光滑，提高分辨率的制约要素较多。 4其它显示器 a 液晶显示器 液晶显示器LCDLiquid-crystal display由6层组成。液晶资料由细长的晶状颗粒组成，一切的晶粒以螺旋方式陈列，经光电共同作用而到达显示图形的目的。 b

21、等离子显示器 主要由小氖灯等离子体plasma panel阵列构成的显示器，由三个玻璃层组成，每个氖灯有“亮和“暗两种形状，第一第三层组成矩阵式编址，用来控制氖灯的开与关。 c电子发光显示器 构造类似于LCD离子体显示器，在前后板之间是一个500mm的电子发光资料层。当在105v/cm 强电场中时可发射光线。这种显示器较亮，且通断迅速，但耗电大，价钱高。二、计算机图形输入设备三、计算机图形输出设备 主要包括显示器、绘图仪、打印机等。 1 绘图仪 1笔式绘图仪 a 平台式绘图仪 b 滚筒式绘图仪 c 平面电机式绘图仪 d 小型绘图仪 绘图仪绘图质量取决于以下主要技术目的： 绘图速度：指画笔挪动的

22、快慢，普通为12-48 m/分钟。笔和纸的运动加速度也影响绘图速度。 步距：也称分辨率，普通0.01-0.1mm，步距越小，绘出图形精度越高。 绘图精度：指实践绘图线与实际图形线之间的相近程度，包括：静态精度：画笔一方向挪动时，实践挪动间隔与实际计算间隔间的误差 反复精度：画笔从出发点挪动一定间隔后再回到出发点时的位置差。 2喷墨绘图仪 3静电绘图仪 绘图纸带有负电荷，吸有调色剂的针尖带有正电荷，当程序控制的电压按阵列式输出并选中某针尖时，就将调色剂附着到纸上，产生极小的静电点。 静电绘图仪可输出具有明暗度的面图，分辨率较高，速度较高，运转可靠，噪声小。但纸张特殊，而价钱高。 2 打印机 根据

23、打印机制式不同，可分为点阵式打印机和激光打印机。 1) 针式打印机 2) 喷墨打印机 3) 激光打印机 激光打印机把数据转换为电信号，用激光束在光敏鼓硒鼓上扫描，经过控制激光束的开与关来控制光敏鼓能否吸附碳粉，在纸上滚动的的光敏鼓将图形印在了纸上到达输出的目的。 激光打印分辨率高，图形文本质量非常高。 打印机的开展方向：高精度、高速度、低噪音、彩色化。 第三节 图形软件系统 一、图形软件的组成二、根本图形软件三、图形软件与其它软件资源的联络四、适用图形软件包简介一、图形软件的组成图形软件系统应该具有良好的构造，有合理的层次构造和模块构造。使系统容易设计、调试和维护，便于扩展和移植。零级图形软件

24、：底层软件，又称设备驱动程序，面向系统。一级图形软件：根本子程序，包括生成根本图形元素即对设备进展管理的程序模块，既面向系统又面向用户。二级图形软件：功能子程序，建立图形数据构造，定义、修正和输出图形，主要面向用户。三级图形软件：处理运用问题的图形软件，通常由用户编写。 零到二级为根本图形软件，或支撑软件，三级或以上为运用图形软件。图形设备指令功能命令集计算机操作系统二、根本图形软件1 根本图形软件的内容 零级二级图形软件称为根本图形软件，作为图形系统的支撑软件，其根本内容包括：系统管理程序；定义和输出根本图素及复合图素图形的程序；通讯变换。包括几何变换、开窗、裁减等程序；实时输入处置程序；交互处置程序；2 建立根本图形软件的方法 通常采用以下三种方法建立根本图形软件：1) 图形程序包 以某种高级言语为根底，加上扩展处置图形功能的子程序包。实现起来比较容易，便于修正扩展。由于高级言语FORTRAN, BASIC等并不是专为处置图形而设计，有不妥之处。2) 修正高级言语 修正高级言语的编译系统，扩展一些处置图形的言语和数据类型，改动原高级言语不顺应图形处置的缺陷。