计算机图形学chap2

1、第二章第二章 计算机图形系统及图形硬件计算机图形系统及图形硬件2.1 计算机图形系统计算机图形系统2.2 图形输入设备图形输入设备2.3 图形显示设备图形显示设备2.4 显示子系统显示子系统2.5 图形硬拷贝设备图形硬拷贝设备2.6 OpenGL图形软件包图形软件包1学习重点学习重点: :1. 了解计算机图形系统的功了解计算机图形系统的功 能与结构能与结构2. 了解常用的图形输入设备了解常用的图形输入设备3. 了解常用的图形显示设备了解常用的图形显示设备2.1 计算机图形系统计算机图形系统2.1.1 计算机图形系统的功能计算机图形系统的功能2.1.2 计算机图形系统的结构计算机图形系统的结构2

2、32.1.1 计算机图形系统的功能计算机图形系统的功能图图2.1 计算机图形系统的功能计算机图形系统的功能42.1.2 计算机图形系统的结构计算机图形系统的结构图图2.2 计算机图形系统的结构计算机图形系统的结构2.2 图形输入设备图形输入设备o 键盘（键盘（keyboard） 键盘能用来进行屏幕坐标的输入、菜单键盘能用来进行屏幕坐标的输入、菜单选择、图形功能选择，以及输入那些如辅助选择、图形功能选择，以及输入那些如辅助图形显示的图片标记等非图形数据。图形显示的图片标记等非图形数据。52.2 图形输入设备图形输入设备o 鼠标器（鼠标器（mouse） 当推动鼠标器在平面上移动时，鼠标将记当推动鼠

3、标器在平面上移动时，鼠标将记录移动的方向和距离，这个方向和距离被传送录移动的方向和距离，这个方向和距离被传送给计算机，转换成对应的光标的位移。给计算机，转换成对应的光标的位移。62.2 图形输入设备图形输入设备o 光笔光笔(light pen)7光孔透镜组笔体触钮开关光导纤维导线图图2.3 光笔的结构光笔的结构2.2 图形输入设备图形输入设备o 触摸屏触摸屏(touch screen) 当用手指或者小杆触摸屏幕时，触点位置当用手指或者小杆触摸屏幕时，触点位置便以光学的（红外线式触摸屏）、电子的（电便以光学的（红外线式触摸屏）、电子的（电阻式触摸屏和电容式触摸屏）或声音的（声音阻式触摸屏和电容式

4、触摸屏）或声音的（声音探测式）方式记录下来。探测式）方式记录下来。82.2 图形输入设备图形输入设备o 操纵杆操纵杆(joystick) 操纵杆是由一根小的垂直杠杆组成的可摇操纵杆是由一根小的垂直杠杆组成的可摇动装置，该杠杆装配在一个其四周可移动的底动装置，该杠杆装配在一个其四周可移动的底座上用来控制屏幕光标。座上用来控制屏幕光标。92.2 图形输入设备图形输入设备o 跟踪球跟踪球（Trackball）和空间球（）和空间球（Spaceball）10图图2.4 跟踪球跟踪球图图2.5 空间球空间球2.2 图形输入设备图形输入设备o 数据手套数据手套(Data Glove) 是一种戴在手上的传感器

5、，可以用来抓住是一种戴在手上的传感器，可以用来抓住“虚拟对象虚拟对象”，它由一系列检测手和手指运动，它由一系列检测手和手指运动的传感器构成，用来提供关于手的位置和方向的传感器构成，用来提供关于手的位置和方向的信息。的信息。112.2 图形输入设备图形输入设备o 数字化仪数字化仪(Digitizer) 用于在二维或三维的图形对象上扫描，以用于在二维或三维的图形对象上扫描，以输入一系列二维或三维的坐标值。这些坐标值输入一系列二维或三维的坐标值。这些坐标值代表的坐标点，在系统中将以直线段或曲线段代表的坐标点，在系统中将以直线段或曲线段连接，以逼近图形对象的描绘曲线或表面形状。连接，以逼近图形对象的描

6、绘曲线或表面形状。122.2 图形输入设备图形输入设备o 图像扫描仪图像扫描仪(Scaner) 图像扫描仪可直接把图纸、图表、照片、图像扫描仪可直接把图纸、图表、照片、广告画等输入到计算机中，在将它们传过一个广告画等输入到计算机中，在将它们传过一个光学扫描机构时，灰度或彩色等级被记录下来，光学扫描机构时，灰度或彩色等级被记录下来，并按图像方式进行存储。并按图像方式进行存储。132.2 图形输入设备图形输入设备o 声频输入系统声频输入系统o 视频输入系统视频输入系统142.3 图形显示设备图形显示设备2.3.1 阴极射线管阴极射线管2.3.2 彩色阴极射线管彩色阴极射线管2.3.3 CRT图形显

7、示器图形显示器2.3.4 平板显示器平板显示器2.3.5 三维观察设备三维观察设备152.3.1阴极射线管（阴极射线管（CRT）162.3.1阴极射线管（阴极射线管（CRT）o CRT（Cathode Ray Tube）是一种真空器件，是一种真空器件，它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束，它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束，偏转到屏幕的不同位置轰击屏幕表面的荧光材偏转到屏幕的不同位置轰击屏幕表面的荧光材料而产生可见图形。料而产生可见图形。o CRT从结构上分为：电子枪、偏转系统、荧光从结构上分为：电子枪、偏转系统、荧光屏。屏。172.3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）18电子枪

8、电子枪偏转系统偏转系统荧光屏荧光屏图图2.6 CRT的结构的结构2.3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）o 电子枪：电子枪：产生一个沿管轴（产生一个沿管轴（Z轴）轴）方向前进的方向前进的高速的细电子束轰击荧光屏。高速的细电子束轰击荧光屏。n 具有足够的电流强度。具有足够的电流强度。n 电流的大小和有无必须是可控的。电流的大小和有无必须是可控的。n 具有很高的速度。具有很高的速度。n 在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显示器有足够的分辨率。示器有足够的分辨率。192.3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）20灯丝阴极栅极加速极第二阳极第三阳极石墨层玻

9、璃灯丝阴极栅极加速极聚焦极第二、四阳极石墨层玻璃（b)四极电子枪（a)三极电子枪图图2.7 CRT电子枪的结构电子枪的结构2.3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）o 偏转系统偏转系统 为了在荧光屏为了在荧光屏上显示图形及字符，上显示图形及字符，必须用电子束偏转必须用电子束偏转扫描来实现。扫描来实现。21图图2.8 磁偏转磁偏转2.3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）o 枕形失真枕形失真n 当偏转线圈的匝数一定时，偏转电流当偏转线圈的匝数一定时，偏转电流I与偏与偏转角的正弦成正比。只有在偏转角很小时，转角的正弦成正比。只有在偏转角很小时，偏转角与偏转电流之间才成直线性关系。偏转角与偏转电

10、流之间才成直线性关系。n 由于荧光屏四角距中心最远，偏转角较大，由于荧光屏四角距中心最远，偏转角较大，同样的偏转电流增量所造成的偏转距离增同样的偏转电流增量所造成的偏转距离增量最大。量最大。222.3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）23图图2.9 枕形失真与桶形失真枕形失真与桶形失真o 枕形失真的校正枕形失真的校正n 将产生偏转磁场的锯齿形将产生偏转磁场的锯齿形电流预先产生一些失真；电流预先产生一些失真；n 将偏转磁场做成略有不均将偏转磁场做成略有不均匀性，接近管轴中央处略匀性，接近管轴中央处略强，周围略弱。强，周围略弱。2.3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）24图图2.10 电偏

11、转电偏转灯丝阴极加速极控制栅聚焦极加速极荧光屏水平偏转板垂直偏转板2.3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）o 荧光屏荧光屏（Phosphor Screen）n 荧光屏是用荧光粉涂敷在玻璃底壁上制成荧光屏是用荧光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用沉积法涂敷荧光粉。玻璃底壁要的，常用沉积法涂敷荧光粉。玻璃底壁要求无气泡，表面光学抛光。求无气泡，表面光学抛光。n 荧光粉的性能要求是：发光颜色满足标准荧光粉的性能要求是：发光颜色满足标准白色、发光效率高、余辉时间合适以及寿白色、发光效率高、余辉时间合适以及寿命长等。命长等。2526o 三基色原则三基色原则o 主要结构：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩板主要

12、结构：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩板2.3.2 彩色阴极射线管彩色阴极射线管荫罩式荫罩式图图2.11 三色荧光屏三色荧光屏27三支电子抢电子束小孔荫罩三色荧光屏2.3.2 彩色阴极射线管彩色阴极射线管荫罩式荫罩式图图2.12 三支电子枪三支电子枪282.3.2 彩色阴极射线管彩色阴极射线管荫罩式荫罩式图图2.13 荫罩荫罩29o 为了避免混色，荧光点的面积比电子束截面要大些。为了避免混色，荧光点的面积比电子束截面要大些。o 只有只有15%左右的电子到达屏幕。左右的电子到达屏幕。o 荫罩吸收大量电子，容易发热变形。荫罩吸收大量电子，容易发热变形。o 管子的亮度低，要提高管子的亮度，则需提高第二阳

13、极的管子的亮度低，要提高管子的亮度，则需提高第二阳极的高压。高压。荫罩三色荧光屏RGBRBRGRGBR图图2.14 原理图原理图302.3.2 彩色阴极射线管彩色阴极射线管荫罩式荫罩式图图2.15 黑底荫罩管黑底荫罩管GRBRGGRBBRGRB312.3.3 CRT图形显示器图形显示器p 随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器p 直视存储管图形显示器直视存储管图形显示器p 光栅扫描的图形显示器光栅扫描的图形显示器32o 向量（向量（vector）显示器、笔划（显示器、笔划（Stroke writing）显示器。显示器。o 随机扫描（随机扫描（random-scan）的图形显示器中电的图形显示

14、器中电子束的定位和偏转具有随机性，即电子束的扫子束的定位和偏转具有随机性，即电子束的扫描轨迹随显示内容而变化，只在需要的地方扫描轨迹随显示内容而变化，只在需要的地方扫描，而不必全屏扫描。描，而不必全屏扫描。 随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器33随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器图图2.16 随机扫描图形显示器的工作原理随机扫描图形显示器的工作原理34p无冗余扫描、速度快、图像清晰、比光栅系统无冗余扫描、速度快、图像清晰、比光栅系统更高的分辨率、生成光滑线条；更高的分辨率、生成光滑线条；p不能显示逼真场景、和电视标准不一致、驱动不能显示逼真场景、和电视标准不一致、驱动系统也较复杂。

15、系统也较复杂。随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器35o 直视存储管直视存储管DVST（direct-view storage tube）从表面上看直视存储管的特性极象一个从表面上看直视存储管的特性极象一个有长余辉的荧光屏，一条线一旦画在屏幕上，有长余辉的荧光屏，一条线一旦画在屏幕上，在一小时之内都将是可见的。在一小时之内都将是可见的。 直视存储管图形显示器直视存储管图形显示器36屏幕存储栅收集栅写电子枪电子流读出电子枪写阴极直视存储管图形显示器直视存储管图形显示器图图2.17 直视存储管图形显示器的工作原理直视存储管图形显示器的工作原理工作原理工作原理37o 无需刷新；无需刷新；o 很复

16、杂的图形都可以在极高的分辨率下无闪烁很复杂的图形都可以在极高的分辨率下无闪烁地显示；地显示；o 成本较低；成本较低；o 不能显示彩色；不能显示彩色；o 不能局部修改；不能局部修改；o 擦除和重画过程可能持续较长时间。擦除和重画过程可能持续较长时间。直视存储管图形显示器直视存储管图形显示器38光栅扫描图形显示器光栅扫描图形显示器图图2.18 光栅扫描原理光栅扫描原理水平扫描（显示）水平扫描（显示）水平回扫（消隐）水平回扫（消隐）垂直回扫（消隐）垂直回扫（消隐）工作原理：光栅扫描是控制电子束按某种光栅形状进工作原理：光栅扫描是控制电子束按某种光栅形状进行的顺序扫描，而字符、图像是靠行的顺序扫描，而

17、字符、图像是靠Z轴信号控制辉亮轴信号控制辉亮来形成的。来形成的。辉亮放大器视频信号水平同步垂直同步水平振荡垂直振荡水平驱动垂直驱动水平输出垂直输出高压CRTyxz图图2.19 光栅扫描图形显示器的工作原理光栅扫描图形显示器的工作原理40o 刷新缓冲存储器刷新缓冲存储器（refresh buffer）或称帧缓冲或称帧缓冲存储器（存储器（frame buffer）。o 像素像素（pixel或或pel，是是picture element的简的简写）。写）。o 像素信息从应用程序转换并放入帧缓冲区的过像素信息从应用程序转换并放入帧缓冲区的过程称之为程称之为扫描转换过程扫描转换过程。光栅扫描图形显示器光

18、栅扫描图形显示器41低电压、轻小型、数字化显示器件。低电压、轻小型、数字化显示器件。平板显示器（平板显示器（flat-panel display）的分类：的分类：o 非发射显示器（非发射显示器（none-emissive display）o 发射显示器（发射显示器（emissive display）2.3.4 平板显示器平板显示器42o 液晶显示器液晶显示器o 等离子体显示板（等离子体显示板（Plasma Panel）o 薄 片 光 电 显 示 器 （薄 片 光 电 显 示 器 （ T h i n - F i l m Electroluminescent Display）o 发光二极管（发光二

19、极管（Liquid-Emitting Diode, LED）2.3.4 平板显示器平板显示器43o 液晶分子的排列在微弱的外部电场、磁场或者液晶分子的排列在微弱的外部电场、磁场或者应力、温度变化等作用下非常容易改变。当液应力、温度变化等作用下非常容易改变。当液晶分子的某种排列状态在电场作用下变为另一晶分子的某种排列状态在电场作用下变为另一种状态时，液晶的光学性质随之改变，这种产种状态时，液晶的光学性质随之改变，这种产生光被电场调制的现象称为液晶的生光被电场调制的现象称为液晶的电光效应电光效应。液晶显示器液晶显示器原理原理44图图2.20 液晶显示原理液晶显示原理液晶显示器液晶显示器原理原理o

20、液晶显示的机理是通过能阻塞或传递光的液晶液晶显示的机理是通过能阻塞或传递光的液晶材料，传递来自周围的或内部光源的偏振光。材料，传递来自周围的或内部光源的偏振光。45液晶显示器液晶显示器原理原理开态（亮）动态工作原理图 关态（暗）46o NW（Normal White）型的）型的LCD：在液晶面板：在液晶面板不施加电压时，我们所看到的面板是透光的画不施加电压时，我们所看到的面板是透光的画面，也就是亮的画面。面，也就是亮的画面。o NB（Normal Black）型的）型的LCD：当对液晶面：当对液晶面板不施加电压时，面板无法透光。板不施加电压时，面板无法透光。液晶显示器液晶显示器类型类型47液晶

21、显示器液晶显示器彩色彩色o 液晶显示器利用在一侧的玻璃基板上加上一个液晶显示器利用在一侧的玻璃基板上加上一个彩色滤光片（彩色滤光片（CF，Color Filter）实现彩色。）实现彩色。o 彩色滤光片上均匀分布着红、绿、蓝色小点，彩色滤光片上均匀分布着红、绿、蓝色小点，每个小点有各自不同的灰度，相邻的一组每个小点有各自不同的灰度，相邻的一组RGB小点构成一个基本的彩色显示单元，即一个像小点构成一个基本的彩色显示单元，即一个像素。素。48液晶显示器液晶显示器彩色彩色图图2.21 彩色滤光片排列方式彩色滤光片排列方式49液晶显示器液晶显示器分类分类o 扭曲向列型（扭曲向列型（TN，Twisted

22、Nematic）o 超扭曲向列型（超扭曲向列型（STN，Super TN）o 双层超扭曲向列型（双层超扭曲向列型（DSTN，Dual Scan TN）o 薄膜晶体管型（薄膜晶体管型（TFT，Thin Film Transistor）50等离子体显示板等离子体显示板图图2.22 等离子体显示板的基本结构等离子体显示板的基本结构51薄片光电显示器薄片光电显示器图图2.23 薄片光电显示器的基本结构薄片光电显示器的基本结构52发光二极管（发光二极管（LED）o 发光二极管采用二极管激发发光来显示图像。发光二极管采用二极管激发发光来显示图像。二极管以矩阵排列形成显示器的像素位置。图二极管以矩阵排列形成

23、显示器的像素位置。图形的定义存储在刷新缓冲器中。形的定义存储在刷新缓冲器中。信息从刷新缓信息从刷新缓冲器读出，并转换为电压施于二极管，在显示冲器读出，并转换为电压施于二极管，在显示器上产生发光图案。器上产生发光图案。53p 从变焦距的柔性震动镜面反从变焦距的柔性震动镜面反射射CRT图像图像2.3.5 三维观察设备三维观察设备图图2.24 采用震动镜面的三维显示系统采用震动镜面的三维显示系统54p 显示具立体感的视图：三维电影显示具立体感的视图：三维电影视差视差2.3.5 三维观察设备三维观察设备2.4 显示子系统显示子系统2.4.1 光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构2.

24、4.2 绘制流水线绘制流水线2.4.3 相关概念相关概念552.4.1 光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构56图图2.25 简单的光栅图形显示子系统简单的光栅图形显示子系统57图图2.26 常用的光栅图形显示子系统常用的光栅图形显示子系统2.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构58图图2.27 发展的光栅图形显示子系统发展的光栅图形显示子系统2.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构o 帧缓冲存储器帧缓冲存储器：用来存储像素颜色（灰度）值：用来存储像素颜色（灰度）值的存储器。的存储器。o 双缓存：一个缓存用来刷新的同时，另

25、一个写双缓存：一个缓存用来刷新的同时，另一个写入数据信息，尔后这两个缓存可互换角色。这入数据信息，尔后这两个缓存可互换角色。这种方式称为双缓存，它可以使得显示的动画流种方式称为双缓存，它可以使得显示的动画流畅而没有滑动感。畅而没有滑动感。592.4.1光栅扫描图形显示子系统的结光栅扫描图形显示子系统的结构构o 显示控制器（显示控制器（Display Controller），又称视，又称视频控制器（频控制器（Video Controller），主要功能是），主要功能是依据设定的显示工作方式，自主地、反复不断依据设定的显示工作方式，自主地、反复不断地读取帧缓存中的图像点阵（包括图形、字符地读取帧缓

26、存中的图像点阵（包括图形、字符文本）数据，将它们转换成文本）数据，将它们转换成R、G、B三色信号三色信号并配以同步信号送至显示器，即可刷新屏幕。并配以同步信号送至显示器，即可刷新屏幕。602.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构o 显示处理器（显示处理器（Display Processor），又称图，又称图形控制器（形控制器（Graphics Controller）或显示协处）或显示协处理器（理器（Display Coprocessor），它把），它把CPU从从图形显示处理的事务中解脱出来，其主要任务图形显示处理的事务中解脱出来，其主要任务是扫描转换待显示的图形以及是

27、扫描转换待显示的图形以及某些附加的操作某些附加的操作等等。612.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构62o 图形子系统的图形绘制功能常常采用流水线图形子系统的图形绘制功能常常采用流水线（Pipeline）结构绘制，或者称为管线绘制。）结构绘制，或者称为管线绘制。o 绘制流水线的基本结构从概念上包括三个阶段绘制流水线的基本结构从概念上包括三个阶段n 应用程序阶段应用程序阶段n 几何阶段几何阶段n 光栅阶段光栅阶段2.4.2 绘制流水线绘制流水线632.4.2 绘制流水线绘制流水线图图2.28 绘制流水线的结构绘制流水线的结构64o 分辨率分辨率o 像素与帧缓存像素与帧

28、缓存o 颜色查找表颜色查找表o 显示长宽比显示长宽比o 屏幕坐标系屏幕坐标系2.4.3 相关概念相关概念65o 光点光点一般是指电子束打在显示器的荧光屏上，一般是指电子束打在显示器的荧光屏上，显示器能够显示的最小的发光点。显示器能够显示的最小的发光点。o 像素点像素点是指图形显示在屏幕上时候，按当前的是指图形显示在屏幕上时候，按当前的图形显示分辨率所能提供的最小元素点。图形显示分辨率所能提供的最小元素点。相关概念相关概念分辨率分辨率66o 屏幕分辨率屏幕分辨率，也称为光栅分辨率，它决定了显，也称为光栅分辨率，它决定了显示系统最大可能的分辨率，任何显示控制器所示系统最大可能的分辨率，任何显示控制

29、器所提供的分辨率也不能超过这个物理分辨率。提供的分辨率也不能超过这个物理分辨率。o 通常用水平方向上的光点数与垂直方向上的光通常用水平方向上的光点数与垂直方向上的光点数的乘积来表示。点数的乘积来表示。相关概念相关概念分辨率分辨率67o 显示分辨率显示分辨率是计算机显示控制器所能够提供的显示模是计算机显示控制器所能够提供的显示模式分辨率，实际应用中简称为式分辨率，实际应用中简称为显示模式显示模式。o 对于文本显示方式，显示分辨率用水平和垂直方向上对于文本显示方式，显示分辨率用水平和垂直方向上所能显示的字符总数的乘积表示。所能显示的字符总数的乘积表示。o 对于图形显示方式，则用水平和垂直方向上所能

30、显示对于图形显示方式，则用水平和垂直方向上所能显示的象素点总数的乘积表示。的象素点总数的乘积表示。o 显示分辨率不同，它所对应的象素点大小也不同显示分辨率不同，它所对应的象素点大小也不同。相关概念相关概念分辨率分辨率68o 图形的图形的存储分辨率存储分辨率是指帧缓冲区的大小，一般是指帧缓冲区的大小，一般用缓冲区的字节数表示。用缓冲区的字节数表示。o 存储分辨率不仅与显示分辨率有关，还与像素存储分辨率不仅与显示分辨率有关，还与像素点的色彩有关。点的色彩有关。o 帧缓存大小的计算：帧缓存大小的计算：x方向的像素点数方向的像素点数y方向的像素点数方向的像素点数log2n/8（BYTE） 其中：其中：

31、n为颜色数或灰度等级数为颜色数或灰度等级数相关概念相关概念分辨率分辨率69p屏幕分辨率决定了所能显示的最高分辨率。屏幕分辨率决定了所能显示的最高分辨率。p显示分辨率和存储分辨率对所能显示的图形分辨率显示分辨率和存储分辨率对所能显示的图形分辨率有控制作用。有控制作用。p显示器中的分辨率显示器中的分辨率 带宽带宽 = A*水平像素点数水平像素点数*垂直像素点数垂直像素点数*刷新频率刷新频率 A常取常取1.344相关概念相关概念分辨率分辨率70屏幕上一个象素点就对应帧缓存中的一组信息。屏幕上一个象素点就对应帧缓存中的一组信息。o 组合像素法（组合像素法（Packed Pixel Method）o 颜

32、色位面法（颜色位面法（Color Plane Method）相关概念相关概念像像素与帧缓存素与帧缓存71o 在在组合像素法组合像素法中，一个图形象素点的全部信息被中，一个图形象素点的全部信息被编码成一个数据字节，按照一定方式存储到帧缓编码成一个数据字节，按照一定方式存储到帧缓存中，编码字节的长度与点的属性（如颜色、灰存中，编码字节的长度与点的属性（如颜色、灰度等）有关。度等）有关。相关概念相关概念像素与帧缓存像素与帧缓存图图2.29 组合象素法组合象素法72o 在在颜色位面法颜色位面法中，帧缓存被分中，帧缓存被分成若干独立的存储区域，每一成若干独立的存储区域，每一个区域称为一个位面（个区域称为

33、一个位面（Bit Bit PlanePlane），），每个位面控制一种每个位面控制一种颜色或者灰度，每一个图形象颜色或者灰度，每一个图形象素点在每个位面中占一位，通素点在每个位面中占一位，通过几个位面中的同一位组合成过几个位面中的同一位组合成一个象素。一个象素。相关概念相关概念像素与帧缓存像素与帧缓存图图2.30 颜色位面法颜色位面法图图2.31 具有具有24位面彩色帧缓存的显示器位面彩色帧缓存的显示器74o 颜色查找表颜色查找表也称调色板，是由高速的随机存储也称调色板，是由高速的随机存储器组成，用来储存表达象素色彩的代码。此时器组成，用来储存表达象素色彩的代码。此时帧缓冲存储器中每一象素对应

34、单元的代码不再帧缓冲存储器中每一象素对应单元的代码不再代表该象素的色彩值，而是作为查色表的地址代表该象素的色彩值，而是作为查色表的地址索引。索引。相关概念相关概念颜色查找表颜色查找表图图2.32 具有具有24位面彩色帧缓存和位面彩色帧缓存和10位颜色查找表的显示器位颜色查找表的显示器76o 显示长宽比显示长宽比，即水平点数与垂直点数之比。，即水平点数与垂直点数之比。要求在屏幕两个方向上相同像素点数产生同要求在屏幕两个方向上相同像素点数产生同样长度的线段，以使图形不至发生畸变。样长度的线段，以使图形不至发生畸变。相关概念相关概念显示长宽比显示长宽比77相关概念相关概念屏幕坐标系屏幕坐标系图图2.

35、33 不同显示器的坐标不同显示器的坐标2.5 图形硬拷贝设备图形硬拷贝设备o 打印机打印机o 绘图仪绘图仪78打印机打印机o 打印机是画点设备。打印机是画点设备。o 击式打印机主要指针式打印机，它隔着色带将某击式打印机主要指针式打印机，它隔着色带将某种点阵图案压在纸上。种点阵图案压在纸上。o 非撞击式打印机包括激光打印机、喷墨打印机、非撞击式打印机包括激光打印机、喷墨打印机、热转印打印机、染料热升华打印机和静电打印机热转印打印机、染料热升华打印机和静电打印机等。等。79绘图仪绘图仪o 笔式绘图仪（笔式绘图仪（Pen Plotter）是画线设备。）是画线设备。o 笔式绘图仪可分为平板式绘图仪（笔

36、式绘图仪可分为平板式绘图仪（Flatbed Plotter）和滚筒式绘图仪（）和滚筒式绘图仪（Drum Plotter）802.6 OpenGL图形软件包图形软件包o OpenGL的主要功能的主要功能o OpenGL的绘制流程的绘制流程o OpenGL的基本语法的基本语法o OpenGL的程序实例的程序实例81OpenGL图形软件包图形软件包p OpenGL是是SGI（Silicon Graphics Inc.）公司公司对对IRIS GL进行改进，扩展可移植性，形成的一进行改进，扩展可移植性，形成的一个跨平台开放式图形编程接口个跨平台开放式图形编程接口。p 目前，目前，OpenGL标准由标准由

37、1992年成立的独立财团年成立的独立财团OpenGL Architecture Review Board（ARB）以投票方式产生，并制成规范文档公布。以投票方式产生，并制成规范文档公布。82OpenGL的主要功能的主要功能o 模型绘制模型绘制o 模型观察模型观察o 颜色模式颜色模式o 光照应用光照应用o 图像效果增强图像效果增强o 位图和图像处理位图和图像处理83OpenGL的主要功能的主要功能o 纹理映射纹理映射o 实时动画实时动画o 交互技术交互技术84OpenGL的绘制流程的绘制流程工作方式工作方式85图图2.34 OpenGL图形处理系图形处理系统在计算机系统中的层次结构统在计算机系统

38、中的层次结构o 一个完整的窗口系统的一个完整的窗口系统的OpenGL图形处理系统的图形处理系统的结构为：最底层为图形硬结构为：最底层为图形硬件，第二层为操作系统，件，第二层为操作系统，第三层为窗口系统，第四第三层为窗口系统，第四层为层为OpenGL，最上面的，最上面的层为应用软件。层为应用软件。OpenGL的绘制流程的绘制流程流水线流水线86图图2.35 一条简化的一条简化的OpenGL绘制流水线绘制流水线o OpenGL命令将被放在一个命令缓冲区中，这命令将被放在一个命令缓冲区中，这样命令缓冲区中包含了大量的命令、顶点数据样命令缓冲区中包含了大量的命令、顶点数据和纹理数据。当缓冲区被清空时，

39、缓冲区中的和纹理数据。当缓冲区被清空时，缓冲区中的命令和数据都将传递给流水线的下一个阶段。命令和数据都将传递给流水线的下一个阶段。OpenGL的基本语法的基本语法相关库相关库87o OpenGL核心库：核心库：glo OpenGL实用程序库：实用程序库： gluo OpenGL编程辅助库：编程辅助库：auxo OpenGL实用程序工具包（实用程序工具包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：）：gluto Windows专用库：专用库：wglOpenGL的基本语法的基本语法命名规则命名规则88o OpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式：下格式： 例如函数例如函数glColor3f()，gl表示这个函数表示这个函数来自库来自库gl.h，color表示该函数用于颜色设定，表示该函数用于颜色设定，3f表示这个函数采用了三个浮点数参数。表示这个函数采用了三个浮点数参数。OpenGL的基本语法的基本语法数据类型数据类型89OpenGL数据类型数据类型内部表示法内部表示法定义为定义为C类型类型C字面值后缀字面值后缀GLbyte8位整数位整数signed charBGL