新-第2章-计算机图形系统

1、主讲教师：孙海军主讲教师：孙海军 sunhaijun80 sunhaijun80 天津商业大学天津商业大学 信息工程学院信息工程学院计算机图形学计算机图形学王汝传等王汝传等 编著编著 人民邮电出版社人民邮电出版社第二章第二章 计算机图形系统计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备计算机图形输出设备 2.5 计算机图形系统软件计算机图形系统软件 2.1.1 图形系统的结构图形系统的结构 由硬件和软件两部分组成由硬件和软件两部分组成 2.1 计算机图形系统的组

2、成计算机图形系统的组成2.1.22.1.2 图形系统的基本功能及其硬件性能要求图形系统的基本功能及其硬件性能要求 一、计算机图形系统的基本功能一、计算机图形系统的基本功能1. 计算功能计算功能 图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换；曲线、图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换；曲线、曲面生成和图形相互关系的检测。曲面生成和图形相互关系的检测。2. 存储功能存储功能 在计算机内存储器和外存储器中，应能存放各种形体在计算机内存储器和外存储器中，应能存放各种形体的几何数据及形体之间相互关系，以实现对有关数据的实的几何数据及形体之间相互关系，以实现对有关数据的实时检索以及保存对图形的删除、增加、修改

3、等信息。时检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。3. 输入功能输入功能 图形形体的几何参数（例如大小、位置等）和各图形形体的几何参数（例如大小、位置等）和各种绘图命令的输入。种绘图命令的输入。4. 输出功能输出功能 文字、图形、图像信息输出功能；显示设计过程文字、图形、图像信息输出功能；显示设计过程当前的状态以及图形编辑后的结果；通过绘图仪、打当前的状态以及图形编辑后的结果；通过绘图仪、打印机等设备实现硬拷贝输出。印机等设备实现硬拷贝输出。5. 对话功能对话功能 可通过人机交互设备进行对话；对计算结果和可通过人机交互设备进行对话；对计算结果和图形进行修改；对设计者或操作员出现的错误给予必

4、图形进行修改；对设计者或操作员出现的错误给予必要的提示和帮助。要的提示和帮助。二、图形系统的硬件性能要求二、图形系统的硬件性能要求 计算机图形系统与一般计算机系统相比，要求主机性能计算机图形系统与一般计算机系统相比，要求主机性能更高，速度更快，存储容量更大，外设种类更齐全。更高，速度更快，存储容量更大，外设种类更齐全。1. 处理速度处理速度 一般计算机系统的应用侧重于整数运算，浮点运算较少一般计算机系统的应用侧重于整数运算，浮点运算较少，CPU的浮点运算能力要求较低。的浮点运算能力要求较低。 图形运算要求图形运算要求CPU有强大的浮点运算能力有强大的浮点运算能力2. 图形显示图形显示 一般计算

5、机系统的应用主要侧重于字符显示，不需要一般计算机系统的应用主要侧重于字符显示，不需要专业图形加速卡和大屏幕显示器。专业图形加速卡和大屏幕显示器。 图形显示要求有功能强大的显示能力，包括要配备专图形显示要求有功能强大的显示能力，包括要配备专业业3D图形加速卡和大屏幕显示器图形加速卡和大屏幕显示器 图形加速卡目前已发展成为可与中央处理器（图形加速卡目前已发展成为可与中央处理器（CPU）相提并论的图形处理器（相提并论的图形处理器（GPU）。）。GPU的出现使得的出现使得CPU的的负担大大减轻，显示速度和质量明显提高。负担大大减轻，显示速度和质量明显提高。3. 存储容量存储容量硬盘、光盘、硬盘、光盘、

6、U盘盘外存外存内存内存CPU容量小、成本高容量小、成本高容量大、成本低容量大、成本低速度高速度高速度低速度低速度极高速度极高2.2 计算机计算机图形显示器图形显示器 显示器是图形系统中必备的输出设备，目前，阴极显示器是图形系统中必备的输出设备，目前，阴极射线管（射线管（CRT-Cathode Ray Tube）显示器已经渐渐退显示器已经渐渐退出竞争，但是其工作原理仍然值得讨论。此外，还有液出竞争，但是其工作原理仍然值得讨论。此外，还有液晶显示器和等离子板显示器等。晶显示器和等离子板显示器等。一一. CRT显示器显示器 CRT显示器分辨率好，可靠性高，速度快。为了不显示器分辨率好，可靠性高，速度

7、快。为了不影响主机的数据处理能力，影响主机的数据处理能力，CRT显示器作为计算机的外显示器作为计算机的外围设备而独立存在，它有自己的控制电路，专门负责屏围设备而独立存在，它有自己的控制电路，专门负责屏幕编辑功能，并有标准的串行接口与主机连接。幕编辑功能，并有标准的串行接口与主机连接。CRT显显示器的组组成CRT单色显示原理单色显示原理 灯丝加热阴极，阴灯丝加热阴极，阴极发射电子，控制极发射电子，控制栅控制电子的通过栅控制电子的通过 电子流被加速、聚电子流被加速、聚焦成很窄的电子束焦成很窄的电子束偏转电场（或磁偏转电场（或磁场）使电子束左场）使电子束左右、上下偏转右、上下偏转 在指定时刻、指定在

8、指定时刻、指定位置上产生亮点位置上产生亮点 余辉时间余辉时间 电子束离开光点后光点保持的时间。电子束离开光点后光点保持的时间。 屏幕刷新屏幕刷新 荧光亮度随着时间迅速衰减，为了使人们看到一个稳荧光亮度随着时间迅速衰减，为了使人们看到一个稳定而不闪烁的图形，整个画面必须在每一秒钟内重复显定而不闪烁的图形，整个画面必须在每一秒钟内重复显示许多次。示许多次。 要保持一幅画面的稳定性，若余辉时间越短，则所需要保持一幅画面的稳定性，若余辉时间越短，则所需的屏幕刷新率越高。的屏幕刷新率越高。 液晶显示器的光点可以一直保持原来的色彩和亮度，恒液晶显示器的光点可以一直保持原来的色彩和亮度，恒定发光，所以刷新率

9、可以相对低一些。定发光，所以刷新率可以相对低一些。 CRT单色显示原理单色显示原理 余辉时间、画面切换和刷新频率三者之间的关系余辉时间、画面切换和刷新频率三者之间的关系电视电视（刷新率低）（刷新率低）由于影片播放由于影片播放时画面经常切时画面经常切换，一般采用换，一般采用短余辉的荧光短余辉的荧光粉粉若采用长余辉的荧光若采用长余辉的荧光粉，会使上一帧图像粉，会使上一帧图像余辉保留时间过长而余辉保留时间过长而出现拖尾和马赛克现出现拖尾和马赛克现象象电脑电脑（刷新率高）（刷新率高）由于电脑画面一般由于电脑画面一般较为稳定，同一帧较为稳定，同一帧画面停留时间较长画面停留时间较长，所以采用长余辉，所以采

10、用长余辉的荧光粉的荧光粉如果一帧画面停如果一帧画面停留时间很长，那留时间很长，那么需要一定的刷么需要一定的刷新频率才能使该新频率才能使该画面不闪烁、不画面不闪烁、不变暗变暗液晶(Liquid-Crystal)于1888年被被奥地利的植物学家Friedrich Reinitzer 所发现二、液晶显示器二、液晶显示器(LiquidCrystal Display, 简称简称LCD) LCD性能性能 参数参数响应时间响应时间:指指LCD显示器对于输入信号的显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或者由亮反应速度，也就是液晶由暗转亮或者由亮转暗的反应时间。通常都是以毫秒转暗的反应时间。通常都是以

11、毫秒(ms)来来计算，响应时间越小越好。计算，响应时间越小越好。 坏点坏点:是指在液晶面板上不能正常显示的像素点，是指在液晶面板上不能正常显示的像素点，包括：坏点、亮点与暗点。包括：坏点、亮点与暗点。坏点是判断坏点是判断LCD显示器优劣的主要依据，坏点越少显示器优劣的主要依据，坏点越少越好。关于越好。关于LCD显示器坏点有显示器坏点有A、B、C三级标准，三级标准，A级级质量最好。如我国的标准是质量最好。如我国的标准是3个坏点以下为个坏点以下为A级。级。几个性能几个性能 参数参数显示器的尺寸：显示器的尺寸：LCD显示器的尺寸就是它实显示器的尺寸就是它实际的屏幕尺寸，也就是最大的可视尺寸。如果际的

12、屏幕尺寸，也就是最大的可视尺寸。如果同是一台同是一台17英寸的显示器，英寸的显示器，CRT显示器的显示显示器的显示区域为区域为15.35英寸，而液晶显示器的则为英寸，而液晶显示器的则为17英英寸。寸。分辨率：分辨率： 对于对于CRT显示器而言，只要调整电子束的偏转电显示器而言，只要调整电子束的偏转电压，就可以改变不同的分辨率。压，就可以改变不同的分辨率。 LCD显示器由于像素间距已经固定，所以支持的显示显示器由于像素间距已经固定，所以支持的显示模式不多。模式不多。LCD显示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在显示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在该分辨率下，液晶显示器才能显示最佳效果。该分辨率下，液

13、晶显示器才能显示最佳效果。三、等离子显示器三、等离子显示器(Plasma Display Panel, 简称简称PDP) 等离子显示器 是在两张超薄的玻璃板之间注入混合气体，并施加电是在两张超薄的玻璃板之间注入混合气体，并施加电压，利用荧光粉发光成像。压，利用荧光粉发光成像。 与与CRT相比：相比：PDP具有分辨率高、屏幕大、超薄、具有分辨率高、屏幕大、超薄、色彩丰富、鲜艳的特点。色彩丰富、鲜艳的特点。 与与LCD相比：相比： PDP具有亮度高、对比度高、可视具有亮度高、对比度高、可视角度大、响应时间快、颜色鲜艳和接口丰富等特点。角度大、响应时间快、颜色鲜艳和接口丰富等特点。 等离子显示器等离

14、子显示器PDP与液晶显示器与液晶显示器LCD之间的比较之间的比较 PKPK等离子电视等离子电视(PDP)和液晶电视和液晶电视(LCD)都属于平板都属于平板电视，它们就像双胞胎，虽然表面上相像，但本电视，它们就像双胞胎，虽然表面上相像，但本质却有很大差别。质却有很大差别。其中两者的最大的区别在于使用的面板不同，其中两者的最大的区别在于使用的面板不同，也就是说它们的成像原理不一样。也就是说它们的成像原理不一样。等离子电视依靠高电压来激活显像单元中的特等离子电视依靠高电压来激活显像单元中的特殊气体，使它产生紫外线来激发磷光物质发光殊气体，使它产生紫外线来激发磷光物质发光LCD通过电流改变晶体管内晶体

15、的结构，使它显像通过电流改变晶体管内晶体的结构，使它显像1. 等离子电视在视角等离子电视在视角方面要好于液晶电方面要好于液晶电视，当然等离子电视，当然等离子电视也不是视也不是“没有视没有视角问题角问题”。2. 对于客厅、卧房用的对于客厅、卧房用的电视机，很少会在超电视机，很少会在超过过120度的角度去看度的角度去看电视，所以从这个角电视，所以从这个角度来说，关于视角的度来说，关于视角的问题并不重要。问题并不重要。 PK关于关于 视角视角 关于关于制造成本制造成本 LCDLCD与与PDPPDP生产制造工艺有迥然不同的差异生产制造工艺有迥然不同的差异 LCDLCD面板的制造至少需要面板的制造至少需

16、要65657070道制程，而且成品道制程，而且成品的合格率较低；的合格率较低；生产线更新较快，使整个生产线更新较快，使整个产业在成本竞争上相当激产业在成本竞争上相当激烈。烈。 PDP面板的面板的生产仅需约生产仅需约2530道制程，且成品合道制程，且成品合格率较高。格率较高。 PDP由于采用高压制程，由于采用高压制程，面板须承受高压负载，面板须承受高压负载，在设计上要求较高。在设计上要求较高。 几种显种显示技术术的比较较如表所示:性质性质阴极射阴极射线管线管等离子等离子显示器显示器液晶显液晶显示器示器性质性质阴极射阴极射线管线管等离子等离子显示器显示器液晶显液晶显示器示器功耗功耗大大小小中中对比

17、度对比度中中好好差差屏幕屏幕小小大大中中灰度等级灰度等级好好差差差差厚度厚度大大小小小小视角视角大大中中小小平面度平面度一般一般中中好好色彩色彩中中丰富丰富中中亮度亮度好好好好适中适中价格价格低低高高中中分辨率分辨率中中好好一般一般2.3 2.3 计算机图形输入设备计算机图形输入设备2.4 2.4 计算机图形输出设备计算机图形输出设备显示器、绘图仪、打印机显示器、绘图仪、打印机 把由计算机生成的图形输出到图纸（或其它介把由计算机生成的图形输出到图纸（或其它介质）上的硬拷贝设备。质）上的硬拷贝设备。 笔绘式笔绘式喷墨式喷墨式静电式静电式 平台式平台式滚筒式滚筒式平面电机式平面电机式小型式小型式

18、绘图仪绘图仪2.5 2.5 计算机图形系统软件计算机图形系统软件 计算机图形系统的软件包括系统软件和应用软件两方计算机图形系统的软件包括系统软件和应用软件两方面。系统软件又分为操作系统和程序设计语言。面。系统软件又分为操作系统和程序设计语言。 个人计算机的操作系统大多采用底层的个人计算机的操作系统大多采用底层的DOS和上层的和上层的Windows，它们都是，它们都是Microsoft公司的产品。目前公司的产品。目前DOS和和Windows已合二为一，成为不可分割的一个整体。已合二为一，成为不可分割的一个整体。282930313233342、程序设计语设计语言 程序设计语言方面，计算机图形系统当然要求程序设计程序设计语言方面，计算机图形系统当然要求程序设计语言具有较强的图形图像处理能力，所以具有很强的图形图语言具有较强的图形图像处理能力，所以具有很强的图形图像处理能力和发展前景的像处理能力和发展前景的C/C+语言逐渐成为计算机图形系语言逐渐成为计算机图形系统的首选开发语言统的首选开发语言 其它高级语言如其它高级语言如PASCAL、BASIC和和FORTRAN语言虽语言虽也有一定的图形图像处理能力，但在计算机图形系统中已逐也有一定的图形图像处理能力，但在计算机图形系