第2章图形系统课件

1、计算机图形学第2章 图形系统2022/7/251HPU第2章 图形系统2.1 图形显示原理（掌握）显示方式：随机、存储式、光栅典型光栅显示器:CRT、LCD光栅显示系统颜色查找表2.2 图形系统的组成（理解）2.3 图形系统标准及软件（了解）2022/7/252HPU 计算机图形系统由硬件设备及相应的软件系统两部分组成。图形硬件交互式计算机图形系统人计算机系统图形设备2022/7/253HPU图形系统的基本功能及其硬件性能要求 计算机图形系统至少应具有以下五个方面基本功能:1.计算功能（1）形体设计和分析方法的程序库，描述形体的图形数据库。（2）坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序库的数

2、据库。（3）曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库。2.存储功能 在计算机内存储器和外存储器中，应能存放各种形体的几何数据及形体之间相互关系，可实现对有关数据的实时检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。 2022/7/254HPU3.输入功能 由图形输入设备将所设计的图形形体的几何参数（例如大小、位置等）和各种绘图命令输入到图形系统中。4.输出功能 图形系统应有文字、图形、图像信息输出功能。在显示屏幕上显示设计过程当前的状态以及经过图形编辑后的结果。同时还能通过绘图仪、打印机等设备实现硬拷贝输出，以便长期保存。5.对话功能 可通过显示器或其他人机交互设备直接进行人机通信，对计算结果和图形，

3、利用定位、拾取等手段进行修改，同时对设计者或操作员执行的错误给予必要的提示和帮助。图形系统的基本功能及其硬件性能要求2022/7/255HPU图形硬件常用的图形输入设备分为两种：失量型图形输入设备 它采取跟踪轨迹、记录坐标点的方法输入图形。 常用的有数字化仪、鼠标器、光笔等。光栅扫描型图形输入设备 它采取逐行扫描、按一定密度采样的方式输入图形。 常用的有扫描仪和摄像机。 图形输入设备的功能可分为6类：确定点坐标即定位 确定一系列点的坐标即笔划 确定数值 进行选择 进行图形识别 识别字符串 2022/7/256HPU图形硬件光笔 一种检测光信号的装置 功能一般有两种：拾取和跟踪 使用时要有相应的

4、软件配合。 图形扫描仪直接把图形（工程图纸）和图像（如照片、广告画）扫描输入到计算机中，以像素信息进行存储表示的设备。 2022/7/257HPU 图形扫描基本过程(CCD电耦合器件扫描仪）扫描光源通过待扫描材料再经一组镜面反射到CCD由CCD转换产生图像数据，然后传输给计算机主机经过适当的软件处理，以图像数据文件的形式存储或使用。 图形硬件2022/7/258HPU分辨率：在原稿的单位长度（英寸）上取样的点数，单位是dpi（dot per inch）一般在300dpi-1000dpi 扫描仪的性能指标支持颜色、灰度等级：目前有4位、8位和22位面颜色、灰度等级的扫描仪。 扫描图形分辨率越高，

5、所需的储空间就越大。 扫描仪支持的颜色、灰度层次越多，图像的数字化表示就越准确，但同时意味着表示一个像素的位数增加了，因而也增加了存储空间。2022/7/259HPU数字化仪和图形输入板数字化仪2022/7/2510HPU 数字化仪时常用来摘取放在它上面的工程图上的大量点，经数字化后存储起来，以此作为图形输入一种手段。 工作原理：数字化仪平板实际上就是一个XY直角坐标系，它上面的任何一点都对应于一个坐标值（x，y），当游标器移动到平板上某一位置时，按一下游标器上的开关，便可获得这一位置的坐标值，并自动地把这个坐标值（x，y）送到计算机内。只要将画有此曲线的图纸贴在数字化仪的平板上，并移动游标器

6、到各个点A i（i1，2，6）每次按下游标器上的开关，便把这些点的坐标（x i，y i）自动地送到计算机内 数字化仪的工作原理2022/7/2511HPU图形输入板工作原理 图形输入板则更多用于交互设计，使用时大多划出一个台板图形区，其余部分放置菜单，称为菜单区。图形区菜单区台板图形区与显示屏之间存在着一种映射关系2022/7/2512HPU图形输入板的使用方式 图形输入板的使用方式有三种：（1）图形变成数字化信息。（2）拾取台板菜单区中的菜单项，即取出拾取点的坐标，算出该菜单项的代码并转入相应程序运行。（3）选择输出坐标数据的方式，共有四种方式。第一种为点方式，即先拾取一个点，接着输出该点的

7、坐标；第二种称连续方式，即随着定位工具的移动，连续输出点的坐标；第三种称开关连续方式，即当定位工具移动且同时按下开关时才能连续输出点的坐标；第四种称增量方式，这时拾取点的坐标以相对于上次拾取点的增量坐标形式输出。以上四种方式可通过选择图形输入板上的有关按钮来决定。2022/7/2513HPU操纵杆、跟踪球操纵杆跟踪球2022/7/2514HPU常用的图形输出设备分为两类：失量型 失量型设备的作画机构随着图形的输出形状而移动 并成像。如笔式绘图仪 。光栅扫描型 光栅扫描型设备的作画机构按光栅矩阵方式扫描整 张图面，并按输出内容对图形成像。如喷墨式绘图仪。图形硬件2022/7/2515HPU绘图仪

8、一、笔式绘图仪矢量型设备，绘图笔相对纸作随机移动。 在笔式绘图机上，一个电脉冲通过驱动电机与传动机构使画笔移动的距离称为步距（或称脉冲当量） 步距减小，画出的图就越精细。 2022/7/2516HPU(1).平台式绘图机 图纸静止不动导轨做X方向运动笔架做Y方向运动机械传动2022/7/2517HPU(2).滚筒式绘图机 绘图纸卷在滚筒上，笔和纸都是运动的。(3).平面电机式绘图机 采用平面电机驱动，可以取消导轨、横梁及传动机构 。（4）.小型绘图机 结构简单原理大致与平台式绘图机相同图形硬件2022/7/2518HPU笔式绘图机的主要技术指标 绘图速度步距 绘图精度 功能静态精度 重复精度零

9、位精度 总精度 包括绘图幅面大小（A0，A1，A3等），画笔数量，以及其他辅助功能（如插补功能、由线拟合功能等） 画笔移动的速度，一般为每分钟 1248m。 实际绘制图线与理论图线之间相似程度。误差越小，精度越高 画笔单方向移动时，实际移动距离与按脉冲计算的位移差 画笔从出发点移动一定距离后，再回到出发点，出发点与实际终点之间偏差。画笔从零位移动到绘图台面所允许的最大距离，再返回零位时，零位与实际终点问的偏差。 绘图时积累误差允许值。 2022/7/2519HPU二、喷墨式绘图仪（光栅型设备）喷墨装置多数情况是安装在类似打印机的机头上，纸则绕在滚筒上并使之快速旋转，喷墨头则在滚筒上缓慢运动，并

10、且把青色、品红、黄色，有时是黑色墨喷到纸上。 三、静电绘图仪（光栅型设备）绘图分两步：（1）用静电构造一个不可见潜影（2）喷上调色剂着色处理进行显影绘图仪2022/7/2520HPU绘图机 2022/7/2521HPU几种图形输出设备介绍 1. 阴极射线管CRT 阴极射线管通常利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电 子束，使其偏转到屏幕的不同位置以轰击屏幕表面的荧 光材料而产生可见图形 。打印机针点式打印机激光打印机 针打点阵式静电点阵式喷墨点阵式细针与色带作为打印装置 利用静电作用 利用喷射墨计作为打印装置 图形硬件2022/7/2522HPU1、阴极射线管CRT其主要组成部分如下： 阴极 当它

11、被加热时，发射电子。 控制栅 控制电子束偏转的方向和运动速度。 加速结构 用以产生高速的电子束。 聚焦系统 保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。 偏转系统 控制电子束在屏幕上的运动轨迹。 荧光屏 当它被电子轰击时，发出亮光。 所有这些部件都封闭在一个真空的圆锥形玻璃壳内 图形硬件显示原理2022/7/2523HPU电子枪灯丝加热阴极，阴极表面向外发射自由电子，控制栅控制自由电子是否向荧光屏发出 电子流在到达屏幕的途中，被加速、聚焦成很窄的电子束由偏转系统产生电子束的偏转电场（或磁场），使电子束左右、上下偏转 在指定时刻在屏幕指定位置上产生亮点 其结构如图所示:图形硬件显示原理2022/7/

12、2524HPU余辉时间：电子束离开光点后光点保持的时间。屏幕刷新：荧光亮度随着时间按指数衰减，整个画面 必须在每一秒钟内重复显示许多次，人们 才能看到一个稳定而不闪烁的图形，因此 必须重复地使荧光质发光，即使电子束迅 速回到同一点余辉时间越短，所需屏幕输刷新率越高荧光粉的质量直接影响到CRT成像效果。图形硬件显示原理2022/7/2525HPU2.CRT彩色显示原理 (1).穿透式彩色CRT 采用了多层不同的荧光粉。在绿色荧光粉层上再沉积一层红色荧光粉。提高加速电压后，电子束速度增加，穿透绿色荧光层，显示绿色电子束速度较低时，轰击荧光屏的能量只能使表层红色荧光粉受激励，产生红色亮点通过改变电子

13、束电压，就可调节电子束穿透荧光粉层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合成不同的颜色，因此，可显示红、橙、黄、绿四种颜色。2022/7/2526HPU(2).荫罩式彩色CRT 显示的色彩要比穿透式彩色CRT宽广得多 在荧光屏内壁上分别由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色的荧光粉涂成百万个荧光粉点，按RGB顺序分行交替排列成三角形状且相距很近 它们发出三种色彩时分辨不清三种原色，而形成一种颜色 荫罩的金属板，板上按三角形状钻有4050万小圆孔 荫罩式CRT管内按三角形排列安装三个电子枪，发射三条电子束，它们由一个共同偏转系统控制 三条电子束聚焦于荫罩板上的小孔中且相距很近 荫罩的作用是使三

14、条电子束分离开来，分别轰击到三种颜色的荧光点上 调节各个电子枪的电流强度，就可改变相应颜色荧光点的亮度，即合成色中所占比例，达到改变成色的色彩 2022/7/2527HPU显示器能显示颜色个数: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。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(2).荫罩式彩色CRT 2022/7/2528HPU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

15、Flatron显像管彩色CRT2022/7/2529HPU 由于荫罩式显示器的荧光屏是球面的，几何失真大，而且三角形的荧光点排列造成即使点很密很细也不会特别清晰，所以近几年荫栅式显示器逐渐流行起来。二者的区别在于光线的选择方式和荧光点的排列不同。2022/7/2530HPU荫栅式彩色CRT显色原理荫栅式2022/7/2531HPU柱面和球面显示器点距定义示意图点距示意2022/7/2532HPU液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质。当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩。液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，

16、使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。 液晶显示器LCD 2022/7/2533HPU液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)是由六层薄板组成的平板式显示器液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第一层偏光板，再来到液晶体上，而当光线透过液晶体时，就会产生光线的色泽改变，从液晶体射出来的光线，还得必须经过一块彩色滤光片以及第二块偏光板反射层水平极板水平网格线液晶层垂直网格线垂直极板观察方向LCD显示器基本原理2022/7/2534HPU液晶显示器LCD LCD显示器的优点：外观小巧精致，厚度只有6.58cm左右。不会产生CRT那样的

17、因为刷新频率低而出现的闪烁现象。工作电压低，功耗小，节约能源。没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响。LCD缺点：寿命短、怕震动、温度敏感分辨率相对较低，色彩不够鲜艳2022/7/2535HPU等离子显示器等离子显示器 等离子显示器是用许多小氖气灯泡构成的平板阵列，每个灯泡处于“开”或“关”状态。等离子显示器的结构 2022/7/2536HPU几种显示技术的比较如表所示:性质阴极射线管等离子显示器液晶显示器性质阴极射线管等离子显示器液晶显示器功耗大中小对比度中好差屏幕大中小灰度等级好差差厚度大小小视角大中一般平面度一般中好色彩丰富中中亮度好好适中价格低中低分辨率中好一般2022/7/2537HP

18、U未来显示器采用空气等离子体技术，无须刷新缓冲存储器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，无锯齿现象。真正的平面直角。2022/7/2538HPU图形显示方式 根据其电子束轰击屏幕的方式和组成结构可分为三种：随机扫描式显示、存储管式显示和光栅扫描式显示。 技术指标：分辨率的高低：现在一般在10241024以上 显示图形的颜色的种数 ：现在一般为真彩色32位 2022/7/2539HPU随机扫描式显示、存储管式显示： 画线设备，在屏幕上显示一条直线是从屏幕上一个可编地址点直

19、接画到另一个可编地址点。 光栅扫描式显示： 画点设备，可以看作是一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元亮度，可以生成多种灰度和颜色，色彩连续变化具有真实感的图形。 图形显示方式 2022/7/2540HPU1.随机扫描式显示器 要显示的图形由计算机处理成为显示器的显示指令（或称显示文件） 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 由管头控制电路使电子束以按所要的亮度偏转到指定位置，从而得到图形 利用电子束在荧光屏上扫描的轨迹画图 显示指令中的亮度、位移量等数字信息经过线产生器的处理转换为控制电子束产生偏转和明暗的物理量，也就是电流和电压 固定存储器中则存放各种常用字符、数字

20、等的显示指令 显示指令经接口电路送到显示器的缓冲存储器 2022/7/2541HPU为了获得稳定的画面，必须不断地重复扫描显示文件（即刷新），速度通常为每秒重复扫描2550次，即每秒2550帧左右 优点：图形修改方便，交互性好图形可以无级放大不会出现锯齿状缺点：不能产生多级灰度的真实感显示图形的复杂程度受显示器扫描速度的限制1.随机扫描式显示方式 画线设备2022/7/2542HPU2.存储管式显示方式利用显示管本身来存储信息技术（随机扫描器使用了一个独立的存储器来存储图形信息） 优点：图形保持时间长，比较稳定。电路结构简单，成本低。缺点：显示画面速度慢，不适宜动态修改，一次擦除整屏图形，交互

21、性差。不能进行区域填充，图形复杂度受到限制。 画线设备2022/7/2543HPU3.光栅扫描显示优点：不仅可以显示物体轮廓还可进行区域填充可生成真实感图像缺点：从应用程序将图形的描述转换成帧缓存像素信息的过程比较费时，相应软件比较复杂在显示斜线时会出现走样 2022/7/2544HPU黑白光栅扫描显示器黑白光栅显示器的逻辑框图如上：其中帧缓存是一块连续的计算机存储器。对于黑白单灰度显示器每一象素需要一位存储器，对一个10241024象素组成的黑白单灰度显示器所需要的最小缓存为220，并在一个位面上。2022/7/2545HPU彩色光栅扫描显示器在光栅图形显示器中需要足够的位面和帧缓存结合起来

22、才能反映图形的颜色和灰度等级。如下图是一个具有N位面灰度等级的帧缓存。显示器上每个象素的亮度是由N位面中对应的每个象素位置的内容控制的。该存储器的中的二进制的数被翻译成灰度等级，范围是0到2N-1之间，即可以有2N种灰度等级。2022/7/2546HPU彩色光栅扫描显示器下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于红、绿、蓝三原色有三个位面的帧缓存和三个电子枪。2022/7/2547HPU彩色光栅扫描显示器每个颜色的电子枪可以通过增加帧缓存位面来提高颜色种类的灰度等级。如上图，每种原色电子枪有8个位面的帧缓存和8位的数模转换器，每种原色可有28=256种灰度，三种原色的组合将是(28)3=224种。每个

23、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）。2022/7/2548HPU把计算机送来的画图形（如画线、画多边形、画填充区域或写字符等）基本画图命令扫描转换成为相应的点阵，即位图（bitmap) 点阵的每一点与屏幕像素一一对应，点阵中每个元素就是像素值，通常用112位二进制数值来表示灰度或色彩。位映射（bit mapping）技术：由若干位数据来对应屏幕上一点的光栅图形显示技术将屏幕上显示图形的映像（Image），即位图放入显示存储器中。 所以显示存储器又叫位存储器，通常称之为帧缓冲器（Frame Buffer） 为了使CRT屏幕上的图形能持续地进行显示，显示

24、存储器的内容需要不断地读出并送到监视器，使得画面能以一定的频率刷新 显示存储器的分页处理:显示存储器中同时存放多幅画面，这时存储区划分成若干页，每一页存放一幅位图。物理屏幕当前正在显示的页称为可见页（Visual Page）。主机每次只能向一个页进行读写操作，这个页就称作活动页（Active Page）。存储器的页面可以比屏幕位图大得多，这样屏幕只能显示画面的一部分，通过上下左右移屏功能，用户可以看到显示存储器中的整个画面。 （1）光栅扫描式显示器组成 2022/7/2549HPU（1）光栅扫描式显示器组成 用来定义像素的颜色。又称为调色板。 彩色表的目的是为了不使显示存储器容量增大，而能显示

25、更多的颜色，例如：显示器要控制三种原色，即R(红）、G(绿)、B(蓝），为了使三种原色按不同的比例合成各种颜色，每种颜色要有不同的灰度，如果每个像素各个原色要16种灰度，于是每个原色要占4位，则每个像素要12位，于是显示存储器容量就要很大，彩色表可解决此问题。2022/7/2550HPU工作于高分辨率和真彩色模式下的光栅系统显示的图形精度高、质量好，但也带来两个问题： 1.需要大容量的帧缓存，例如当屏幕分辨率为10241024，每个象素24位（以真彩色显示）时，帧缓存的容量需要：1024102424/8=3M字节； 2.要求视频控制器对帧缓存有较快的存取速度，通信线路有较大的传输带宽。 解决方

26、法：采用查色表(Lookup Table）或称彩色表(Color Table)2022/7/2551HPU查色表（look up Table）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。图形系统为更灵活控制图形和颜色的变化，往往不直接将帧缓冲器中的数值作图显示的亮度值，而是先经过颜色查找表（又称调色板)结构产生变换值来控制光点的亮度。2022/7/2552HPU查色表（look up 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

27、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：2022/7/2553HPU采用彩色表时，显示存储器的像素值不再是直接送到监视器中的颜色值，而仅是颜色的一个索引（Color Index），即彩色表的地址，用八位表示一个像素值，如编号69（01000101）为彩色表对应地址从彩色表对应地址项中读出R、G、B三种颜色分量（即颜色号的定义值）然后送监视器 例如：彩色表的字长为 12bit（R、G、B各 4bit），这意味着最多可定义2124096种不同颜色 彩色表结构2022/7/2554HPU 对于分辨率为1024*1024的光栅系统，若每一像素用8位和1

28、2位二进制来表示存储信息，各需多大光栅存储容量？每一屏幕最多能显示多少颜色？若R，G，B灰度都占8位，其显示颜色的总数是多少？ 答：1)每一像素用8位二进制来表示存储信息，所需容量为1024*1024*1=1MB彩色数：28=256（项）2）每一像素用12位二进制来表示存储信息，所需容量为 1024*1024*12/8=1MB 彩色数：212=4096（项） 3)颜色总数：28*28*28=224（种）例题2022/7/2555HPU（2）光栅扫描显示器的工作原理 图形生成器根据主机发送来的画图命令转换成相应点阵 点阵存入到显示存储器中 显示存储器中生成所显示画面位图 CRT控制器产生水平和垂

29、直同步信号送到监视器，使CRT电子束不断地自上而下、自左向右进行扫描，形成光栅；同时根据电子束在屏幕上的行列位置，不断地读出显示存储器中对应位置像素值。 彩色表中对应值控制R、G、B电子束，在屏幕对应点生成需要像素值。 为了使屏面显示画面不产生闪烁，上述过程要反复进行，一般要求CRT的帧频为5060帧秒。 2022/7/2556HPU显示器的光栅扫描方式一般有两种 消隐 按照0，2，4，6的顺序扫描完偶数行，开始扫描奇数行。按照1，3，5，7的顺序扫描完奇数行，整个屏幕扫描完毕。从0行光栅（偶数行）开始，逐行下扫，直到屏幕底部 隔行扫描、非隔行扫描扫描第0行光栅 消隐 回扫线是被消隐的 202

30、2/7/2557HPU（3）光栅扫描式显示器主要性能参数 显示分辨率颜色或亮度等级数目其他画图速度一般指屏幕上水平方向可以显示多少像素（水平分辨率），垂直方向可以显示多少像素（垂直分辨率）。如 CGA 6402001280000.12MP。(PPixel) 亮度等级或灰度等级数目是指单色显示器的像素亮度可变化数目，彩色显示器颜色数目又分成两个指标：一个是显示器可以显示的所有不同颜色总数，一个是同一帧面允许显示的不同颜色最大数目，即彩色表项的多少。画图速度指的是图像生成器把基本画图命令转换成显示存储器位图的速度。 如屏幕尺寸刷新频率、纵横比（屏幕上纵向间距和横向间距之比）、余辉长度等。2022/

31、7/2558HPU显示配置 显示器和显示卡两方面内容 显示器就是监视器（CRT） 显示器控制适配器，它是将显示存储器、CRT控制器制作在一块芯片上 从显示标准的角度来说，每一种标准都包含有一种或多种显示模式，而每一种显示模式都规定了模式的“类型”、“字符尺寸”、“字符格式”、“屏幕分辨率”、“色彩”等指标。 两种显示模式类型，即图形模式和文本模式。 2022/7/2559HPU1.图形模式在图形模式下，把字符也看成图形，用点阵（位图）来表示，直接存放在显示存储器中。 优点:字符的显示位置可以以像素为单位任意定位，也可以随意改变单个字符的大小、方向或字符串走向，但编辑修改操作比较麻烦。 2.文本

32、模式显示存储器中存放的是字符编码（ASCII码或汉字代码）及属性（加亮、闪烁、下横线等），其字符点阵信息存放在一个只读存储器中（称为字符发生器或字库）。优点:处理速度快，但是字符是由固定区域内的像素所组成。 2022/7/2560HPU屏幕、字符格式、字符尺寸与分辨率关系 字符尺寸:是指这个固定字符区的大小，它是由行和列两个方向上像素点的个数来决定的914每行 9个像素点每列14个像素点字符格式:是指显示屏幕上字符显示的分辨率，它是用每行可显示的字符数乘每列可显示的字符数来表示的 8025每行可显示80个字符每列可显示25个字符,即有25行2022/7/2561HPU常见显示标准MDA(Mon

33、achronme Display Adapter)单色显示标准 “文本”模式类型，“字符格式”为8025，“字符尺寸”为914，“屏幕分辨率”为720350，彩色数目只有黑白两种； CGA（Color Graphics Adapter）彩色图形标准 包括四种“文本”模式类型和三种“图形”模式类型，最高“屏幕分辨率”为 640200，“色彩数目”最多为16色； 2022/7/2562HPUEGA（Enhanced Graphics Adapter）增强型图形标准 含有MDA、CGA的模式“类型”外，增加了四种“文本”模式类型和四种“图形”模式类型，其中一种为单色。它的最高“屏幕分辨率”为6403

34、50“色彩数目”最多为16色； VGA（Video Graphics Array）视频图形阵列标准 最高“屏幕分辨率”为640480，“色彩数目”最多可达 256色。 请同学们自己查阅其他显示标准丰富知识。2022/7/2563HPU图形核心系统（GKS）简介 Graphics Kernel System，一种已经被ISO接受的国际图形标准一. GKS的功能提供了各种物理的图形输入、输出设备（图形显示器、绘图机。图形输入板等）和应用软件之间的接口。 提供了与各种高级语言的接口。 2022/7/2564HPU二. GKS的基本概念1.工作站 由一个操作员操纵使用的一组图形输入输出设备 是一个逻辑

35、上的概念 一个工作站允许有多个输入设备，但只能有一个输出设备。典型的工作站由一个键盘、一个鼠标器和一台图形显示器组成 分为输出型、输入型、输入输出型（交互式工作站）、元文件输出工作站、元文件输入工作站和图段存储器工作站六种类型。 图形核心系统（GKS）简介 2022/7/2565HPU2.坐标与坐标变换 GKS有三种不同的坐标系 供应用程序使用的实际世界坐标系统（World Coordinate System，简称 WC）各工作站物理设备使用的设备坐标系（Device Coordinate System，简称DC）GKS内部使用的规范设备坐标系（Normalized Device Coordi

36、nate；简称NDC） 三个坐标系都是二维坐标系 图形核心系统（GKS）简介 2022/7/2566HPU图形核心系统（GKS）简介 规范化坐标变换 工作站坐标变换 2022/7/2567HPU图形系统的体系结构 图形系统的核心结构图形系统的体系结构 图形硬件描述的是进行快速绘制所必需的硬件单元，它使用基于光栅的专用硬件体系结构，能够快速将三维物体绘制成计算机屏幕显示的像素。 2022/7/2568HPU图形系统的体系结构大部分图形软硬件设计为要完成一组固定的操作。这些操作被组织成流水线流水线把顶点和像素依次放入各个阶段 实时图形学流水线： 2022/7/2569HPU图形系统的体系结构用户程

37、序（或者说应用程序）：把数据以图元的形式提供给图形硬件，例如用来描述三维几何模型的点、线或多边形。同时也提供用于表面纹理映射的图像或者位图。 2022/7/2570HPU图形系统的体系结构此阶段是以每个顶点为基础对几何图元进行处理，并从三维坐标变换为二维屏幕坐标的过程。几何阶段主要负责大部分多边形和顶点操作，可以将这个阶段进一步划分为图所示的几个功能阶段。 2022/7/2571HPU图形系统的体系结构给定经过变换和投影之后的顶点、颜色以及纹理坐标（均来自于几何阶段），光栅阶段的目的就是给每个像素正确配色，以便正确绘制整幅图像，这个过程称为光栅化或者扫描转换，也就是把屏幕空间的二维顶点转化为屏

38、幕上的像素。 2022/7/2572HPU图形处理器图形处理器是图形系统结构的重要元件，是连接计算机和显示终端的纽带早期的图形处理器只包含简单的存储器和帧缓冲区，它们实际上只起了一个图形的存储和传递作用，一切操作都必须有CPU来控制现在的图形处理器不单单存储图形，而且能完成大部分图形函数，专业的图形卡已经具有很强的3D处理能力，大大减轻了CPU的负担,提高了显示质量和显示速度。2022/7/2573HPU图形处理器的组成显示主芯片显卡的核心，俗称GPU，它的主要任务是对系统输入的视频信息进行构建和渲染显示缓存用来存储将要显示的图形信息以及保存图形运算的中间数据显存的大小和速度直接影响着主芯片性

39、能的发挥数字模拟转换器（RAMDAC）它的作用就是把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号2022/7/2574HPU显卡工作原理简单示意图图形处理器的组成2022/7/2575HPU第二章 图形系统2.1 图形显示原理2.2 图形系统的组成2.3 图形系统标准及软件图形系统标准图形软件2022/7/2576HPU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。2022/7/2577HPU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(CG

40、M)，(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）2022/7/2578HPU图形系统标准硬件，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。CAD系统。2022/7/2579HPU图形支撑软件第一层次是面向系统的，主要解决图形设备与计算机的通讯接口等问题，称为设备驱动程序，包括一些最基本的输入、输出程序，事实上，设备驱动程序现在已被作为操作系统一部分，由操作系统或设备硬件厂商开发；第二层次是建立在驱动程序之上，完成图元的生成、设备的管理等功能，目前这个层次上的图形支撑软件已经标准化，如GKS、PHIGS、CGI等；第三层次是在中间层基础上编写的，其主要任务是