CGLEC图形设备与系统

Lec2图形设备与系统李晓宁2022/12/81主要内容计算机图形系统概述Windows操作系统下图形程序的开发介绍OpenGL介绍实验:一个OpenGL基础实验2022/12/822.1计算机图形系统概述计算机图形系统外部设备图形输入设备图形输出设备:重点讲解图形显示设备计算机图形软件图形标准2022/12/832.1计算机图形系统概述计算机图形系统由硬件系统和软件系统组成。激光打印机喷墨打印机计算机台式绘图机滚筒绘图机幅面受限制，精度高幅面不受限制，精度低计算机图形系统的主要硬件：计算机、打印机、绘图机。2022/12/84图形输出设备图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图形显示指的是在屏幕上输出图形图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备2022/12/85计算机图形外部设备阴极射线管彩色阴极射线管

射线穿透法 影孔板法随机扫描显示系统光栅扫描系统2022/12/86阴极射线管（CRT)阴极射线管(CRT-CathodeRayTube)组成：包括电子枪、加速结构、聚焦系统、偏转系统、荧光屏2022/12/87阴极射线管(CRT)工作原理高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了2022/12/88刷新要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电子束刷新频率刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的过程刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示2022/12/89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。2022/12/810聚焦焦系系统统加速速电电极极加正正的的高高压压电电（（几几万万伏伏）），，使使电电子子束束高高速速运运动动。。保证证电电子子束束在在轰轰击击屏屏幕幕时时，，汇汇聚聚成成很很细细的的点点2022/12/711偏转转系系统统控制制电电子子束束，，静静电电场场或或磁磁场场，，产产生生偏偏转转。。电子束束要到到达屏屏幕的的边缘缘时，，偏转转角度度就会会增大大。到到达屏屏幕最最边缘缘的偏偏转角角度被被称为为最大偏偏转角角最大偏偏转角角是衡量量系统统性能能的最最重要要的指指标，，显示示器长长短与与此有有关CRT显示器器屏幕幕越大大整个个显象象管就就越长长2022/12/712荧光屏屏荧光物物质：：当它它被电电子轰轰击时时发出出亮光光持续发发光时时间：：电子子束离离开某某点后后，该该点的的亮度度值衰衰减到到初始始值1/10所所需的的时间间刷新(Refresh)：：为了让让荧光光物质质保持持一个个稳定定的亮亮度值值刷新频频率：：每秒秒钟重重绘屏屏幕的的次数数CRT产生稳稳定图图像所所需要要的最最小刷刷新频频率=1秒秒/荧荧光物物质的的持续续发光光时间间（例如如）=1000/40=25Hz2022/12/713涉及屏屏幕的的两个个术语语像素(Pixel:PictureCell)：构成屏屏幕（（图像像）的的最小小元素素分辨率率(Resolution)：CRT在水平平或竖竖直方方向单单位长长度上上能识识别的的最大大像素素个数数，单单位通通常为为dpi.在假定定屏幕幕尺寸寸一定定的情情况下下，也也可用用整个个屏幕幕所能能容纳纳的像像素个个数描描述，，如640*480，800*600，1024*768，，1280*1024等等等2022/12/7142.1.2彩彩色阴阴极射线线管产生彩色色的常用用方法:射线穿透透法影孔板法法2022/12/715彩色阴极极射线管管-射线穿透透法原理：两两层荧光光涂层，，红色光光和绿色色光两种种发光物物质，电电子束轰轰击穿透透荧光层层的深浅浅，决定定所产生生的颜色色电子束荧光涂层层产生颜色色低速电子子束较低速电电子束较高速电电子束高速电子子束主要用于于画线显显示器成本低只能产生生有限几几种颜色色2022/12/716彩色阴极射线线管-影孔板法影孔板法原理：影孔板板被安装在荧荧光屏的内表表面，用于精精确定位像素素的位置外层玻璃荧光涂层影孔板2022/12/717影孔板的类型型点状影孔板代表：大多数数球面与柱面面显像管栅格式影孔板板代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi的Diamondtron显像管沟槽式影孔板板代表：LG的Flatron显像管2022/12/718点状影孔板工工作原理三支电子枪三色荧光点（（很小并充分分靠近--〉〉像素）红、绿、兰三三基色电子枪、影孔孔板中的一个个小孔和荧光点呈一直线；每个小孔与一一个像素（即即三个荧光点）对应2022/12/719显示器能同时时显示的颜色色个数如果每支电子子枪发出的电电子束的强度度有256个个等级，则显显示器能同时时显示256*256*256=16M种颜颜色色，，称称为为真真彩彩系系统统调节节各各电电子子枪枪发发生生的的电电子子束束中中所所含含电电子子的的数数目目，，即即可可控控制制各各色色光光点点亮亮度度。。2022/12/720球面面显显示示器器与与柱柱面面显显示示器器普通通的的显显象象管管采采用用的的都都是是点状状影影孔孔板板显象象管管，，显显象象管管的的表表面面呈呈略略微微凸凸起起的的球球面面状状，，故故称称之之为为““球面面管管”。。而而柱柱面面显显象象管管采采用用荫栅栅式式结构构，，它它的的表表面面在在水水平平方方向向仍仍然然略略微微凸凸起起，，但但是是在在垂垂直直方方向向上上却却是是笔笔直直的的，，呈呈圆圆柱柱状状，，故故称称之之为为““柱面面管管”常用用的的点状状影影孔孔板板显象象管管有有日日本本索索尼尼公公司司的的特特丽丽珑珑管管（（Trinitron））和三三菱菱公公司司的的钻钻石石珑珑管管（（Diamondtron））2022/12/721荫栅式彩彩色CRT显色原理理2022/12/722柱面和球球面显示示器点距距定义示示意图2022/12/7232.1.3随随机扫描描的显示示系统特点：电电子束可可随意移移动，只只扫描荧荧屏上要要显示的的部分逻辑部件件：刷新新存储器器(RefreshingBuffer),显示处理理器（DPU:DisplayProcessingUnit））和CRT2022/12/724工作原理应用程序发出出绘图命令，，→解析成显显示处理器可可接受命令格格式，存放在在刷新存储器器中。刷新存存储器中所有有的绘图命令令组成一个显显示文件，由由显示处理器器负责解释执执行(刷新)，→驱动动电子枪在屏屏幕上绘图。。修改图形，实实际是修改显显示文件中的的某些绘图命命令。2022/12/7252.1.4光光栅扫描描的显示系统统光栅扫描显示示系统特点：光栅扫扫描扫描线帧水平回扫期垂直回扫期2022/12/726几个概概念行频、、帧频频水平扫扫描频频率为为行频频。垂垂直扫扫描频频率为为帧频频。逐行扫扫描、、隔行行扫描描隔行扫扫描方方式是是先扫扫偶数数行扫扫描线线，再再扫奇奇数行行扫描描线象素整个屏屏幕被被扫描描线分分成n行，每每行有有m个点，，每个个点为为一个个象素素。整整个屏屏幕有有m××n个象素素。2022/12/727几个个概概念念分辨辨率率是指指CRT在水水平平或或垂垂直直方方向向的的单单位位长长度度上上能能分分辨辨出出的的最最大大光光点点（（象象素素））数数，，分分为为水水平平分分辨辨率率和和垂垂直直分分辨辨率率。。通通常常用用屏屏幕幕上上象象素素的的数数目目来来表表示示。。比比如如上上述述的的n行，，每每行行m点的的屏屏幕幕分分辨辨率率为为m××n。。分辨辨率率越越高高，，相相邻邻象象素素点点之之间间的的距距离离越越小小，，显显示示的的字字符符或或图图像像也也就就越越清清晰晰。。分辨辨率率受受显显示示器器生生产产工工艺艺、、扫扫描描频频率率以以及及显显示示存存储储器器容容量量的的限限制制。。2022/12/728几个概念念点距相邻象素素点之间间的距离离，与分分辨率指指标相关关。显示速度度指显示字字符、图图形特别别是动态态图像的的速度，，与显示示器的分分辨率及及扫描频频率有关关。可用用最大带带宽（水水平象素素数××垂直直象素数数×最最大帧帧频）来来表示。。2022/12/729几个概念色彩与亮度度等级亮度等级又又称灰度，，主要指单单色显示器器的亮度变变化。色彩彩包括可选选择显示器器颜色的数数目以及一一帧画面可可同时显示示的颜色数数，与荧光光屏的质量量有关，并并受显示存存储器VRAM容量的影响响。图像刷新由于CRT内侧的荧光光粉在接受受电子束的的轰击时，，只能维持持短暂的发发光，根据据人眼视觉觉暂留的特特性，需要要不断进行行刷新才能能有稳定的的视觉效果果，因此刷刷新是指以以每秒30帧以上的的频率反复复扫描不断断地显示每每一帧图像像。图像的的刷新频率率等于帧扫扫描的频率率（帧频）），用每秒秒刷新的帧帧数表示。。目前刷新新频率标准准为每秒50~120帧。2022/12/730几个概念帧缓冲存储储器（显示示存储器））存储用于刷刷新的图像像信息的存存储器。帧帧缓冲存储储器的大小小通常用X方向（行））和Y方向（列））可寻址的的地址数的的乘积来表表示，称为为帧缓冲存存储器的分分辨率。2022/12/731显示器的分分辨率电子束按固固定的扫描描顺序进行行扫描N条扫描线，，每条扫描描线有M个像素，M*N显示器的分分辨率。2022/12/732逻辑部件：：帧缓冲存存储器（FrameBuffer)，视频控制器器（VideoController)，显示处理器器（DisplayProcessor），CRT帧缓冲存储储器作用：存储储屏幕上像像素的颜色色值简称帧缓冲冲器，俗称称显存2022/12/733帧缓存中单元元数目与显示示器上像素的的数目相同，，单元与像素素一一对应，，各单元的数数值决定了其其对应像素的的颜色显示颜色的种种类与帧缓存存中每个单元元的位数有关关（上图帧缓缓冲器的每个个单元只有一一位）2022/12/734黑白光栅扫描描显示器逻辑辑框图其中帧缓存是是一块连续的的计算机存储储器。对于黑黑白单灰度显显示器每一象象素需要一位位存储器，对对一个1024×1024象素组成成的黑白单灰灰度显示器所所需要的最小小缓存为220，并在一个位位面上。一个个位面的缓存存只能存储黑黑白图形，帧帧缓存是数字字设备，光栅栅显示器是模模拟设备，因因而还需要数数模转换器(DAC)。2022/12/735黑白光栅扫描描显示器逻辑辑框图在光栅图形显显示器中需要要足够的位面面和帧缓存结结合起来才能能反映图形的的颜色和灰度度等级。如下下图是一个具具有N位面灰度等级级的帧缓存。。显示器上每每个象素的亮亮度是由N位面中对应的的每个象素位位置的内容控控制的。该存存储器的中的的二进制的数数被翻译成灰灰度等级，范范围是0到2N-1之间。2022/12/736彩色光栅扫描描显示器下图是彩色光光栅显示器的的逻辑图，对对于红、绿、、蓝三原色有有三个位面的的帧缓存和三三个电子枪。。2022/12/737彩色光栅扫描描显示器每个颜色的电电子枪可以通通过增加帧缓缓存位面来提提高颜色种类类的灰度等级级。如上图，，每种原色电电子枪有8个个位位面的帧帧缓存和8位位的数模转换换器，每种原原色可有256中灰度，，三种原色的的组合将是(28)3=224。2022/12/738彩色色光光栅栅扫扫描描显显示示器器若每每个个单单元元有有24位位（（每每种种基基色色占占8位位））即即显显示示系系统统可可同同时时产产生生224种颜颜色色（（24位位真真彩彩色色））。。分辨辨率率M*N、、颜色色个个数数K与显显存存大大小小V的关关系系2022/12/739彩色色光光栅栅扫扫描描显显示示器器3个个位位面面分分辩辩率率是是1024××1024的的显显示示器器，，需需要要3××1024××1024（（3145728））位位的的存存储储器器。。若若存储储器器位位长长固固定定，，则则屏屏幕幕分分辩辩率率与与同同时时可可用用的的颜颜色色种种数数成成反反比比关关系系。。1兆兆字字节节的的帧帧缓缓存存，，若若设设分分辩辩率率为为640××480，，则则帧帧缓缓存存每每个个单单元元可可有有24位位，，可可能能同同时时显显示示224种颜颜色色，，若若设设分分辩辩率率为为1024××768，，则则每每个个单单元元分分得得的的位位数数仅仅略略多多于于8，，只只能能工工作作于于256色色显显示示模模式式下下。。2022/12/740彩色色光栅栅扫扫描描显显示示器器显存问题题高分辨率率和真彩彩要求有有大的显显存；曾经是个个问题！！解决方法法：采用用查色表表(LookupTable））或称彩色色表(ColorTable)查色表工工作原理理1024*768真彩彩模式需需要3M字节显存存2022/12/741查色表（（lookupTable）是一维线线性表，，其每一一项的内内容对应应一种颜颜色，它的长度度由帧缓缓存单元元的位数数决定，例如：：每单元元有8位位，则查查色表的的长度为为28＝256目的：在在帧缓存存单元的的位数不不增加的的情况下下，具有有大范围内内挑选颜颜色的能能力：2022/12/742存放方方式颜色信信息在在帧缓缓存中中两种种存放放方式式：一一是颜颜色值值直接接存储储在帧帧缓存存中。。二是是把颜颜色码码放在在一个个独立立的表表中，，帧缓缓存存存放的的是颜颜色表表中各各项的的索引引值，，颜色色范围围扩充充了。。单色系系统：：查色色表固固化彩显：：可修修改、、创建建查色色表。。2022/12/743彩色光光栅扫扫描显显示器器带宽T与分辨辨率、、帧频频F的关系系带宽问问题高分辨辨率和和高的的刷新新频率率要求求有高高带宽宽--依依然是是个问问题！！解决方方法：：隔行行扫描描（现现在已已经基基本不不用，，主流显示器器都采用逐逐行扫描方方式）隔行扫描的的：把一帧帧分两场，，即奇数场场与偶数场场场频：==2*帧频频2022/12/744隔行扫描工工作原理一帧完整的的画面分成成两场。一场1／60秒，（（场频60HZ），（（帧频30HZ）画面更新频频率仍为60HZ，降低了闪烁烁效应，每每一场1／／60秒内内，帧缓存存中数据量量比逐行扫扫描少一半半。降低了了视频控制制器存取帧帧缓存的速速度及传输输带宽的要要求。2022/12/745其中中，，帧帧缓缓存存为为系系统统内内存存任任一一块块区区域域，，视视频频控控制制器器能能够够直直接接存存取取该该区区域域以以刷刷新新屏屏幕幕。。简单单的的光光栅栅扫扫描描图图形形显显示示系系统统的的结结构构2022/12/746典型型的的光光栅栅扫扫描描图图形形显显示示系系统统的的结结构构其中中，，帧帧缓缓存存可可以以是是专专用用的的存存储储器器，，也也可可以以是是系系统统内内存存中中的的一一块块固固定定区区域域。。2022/12/747视频控制制器作用：建建立帧缓缓存与屏屏幕像素素之间的的一一对对应，负负责刷新新逻辑结构构2022/12/748视频控制器工作原理———刷新周期开开始，光栅扫扫描发生器置置X地址寄存器为为0，置Y地址寄存器为为N-1，首先取出对应应像素（0，，N-1）的帧缓存单元元的数值,放放入像素素值寄存器，，用来控制像像素的颜色，，然后X的地址寄存器器的地址加一一，如此重复复，直到该扫扫描线上的最最后一个像素素。双缓冲机制（（DoubleBuffer)普通显卡=视视频控制器+显存2022/12/749显示处理器作用：代替CPU完成部分图形形处理功能，，扫描转换、、几何变换、、裁剪、光栅栅操作、纹理理映射等等具有专用显示示处理器的光光栅显示系统统的结构图形加速卡=视频控制器器+显存+显显示处理器2022/12/750光栅显示系统统的特点优点：成本低易于绘制填充充图形色彩丰富刷新频率一定定，与图形的的复杂程度无无关易于修改图形形缺点：需要扫描转换换会产生混淆优点使其占据据了市场主流流缺点正在被克克服2022/12/751LCD显示示器CRT固有的物理理结构限制制了它向更更广的显示示领域发展展屏幕的加大大必然导致致显象管的的加长，显显示器的体体积必然要要加大，在在使用时候候就会受到到空间的限限制CRT显示器是利利用电子枪枪发射电子子束来产生生图像，容容易受电磁磁波干扰长期电磁辐辐射会对人人们健康产产生不良影影响2022/12/752LCD显示示器的的优点点外观小小巧精精致，，厚度度只有有6.5~8cm左右。。不会产产生CRT那样的的因为为刷新新频率率低而而出现现的闪闪烁现现象工作电电压低低，功功耗小小，节节约能能源没有电电磁辐辐射，，对人人体健健康没没有任任何影影响2022/12/7532022/12/754液晶显显示器器的构构成液晶显显示器器LCD(LiquidCrystalDisplay)是由六六层薄薄板组组成的的平板板式显显示器器反射层层水平极极板水平网网格线线液晶层层垂直网网格线线垂直极极板观察方方向2022/12/755LCD显示示器基基本原原理液晶是是一种种介于于液体体和固固体之之间的的特殊殊物质质，它它具有有液体体的流流态性性质和和固体体的光光学性性质。。当液液晶受受到电电压的的影响响时，，就会会改变变它的的物理理性质质而发发生形形变，，此时时通过过它的的光的的折射射角度度就会会发生生变化化，而而产生生色彩彩液晶屏屏幕后后面有有一个个背光光，这这个光光源先先穿过过第一一层偏偏光板板，再再来到到液晶晶体上上，而而当光光线透透过液液晶体体时，，就会会产生生光线线的色色泽改改变，，从液液晶体体射出出来的的光线线，还还得必必须经经过一一块彩彩色滤滤光片片以及及第二二块偏偏光板板2022/12/756液晶显示有有主动式和和被动式两两种被动式液晶晶屏幕有STN（SuperTN超扭曲向列列LCD）和DSTN（（DoublelayerSuperTN双层超扭曲曲向列LCD）等最流行的主主动式液晶晶屏幕是TFT（ThinFilmTransistor薄膜晶体管管）主动式液晶晶显示器使使用了FET场效晶体管管以及共通通电极，这这样可以让让液晶体在在下一次的的电压改变变前一直保保持电位状状态。这样样主动式液液晶显示器器就不会产产生在被动动式液晶显显示器中常常见的鬼影影、或是画画面延迟的的残像等2022/12/757LCD显显示示器器的的基基本本指指标标可视视角角度度视线线与与屏屏幕幕中中心心法法向向成成一一定定角角度度时时，，人人们们就就不不能能清清晰晰地地看看到到屏屏幕幕图图象象，，而而那那个个能能看看到到清清晰晰图图象象的的最最大大角角度度被被我我们们称称为为可可视视角角度度。。一一般般所所说说的的可可视视角角度度是是指指左左右右两两边边的的最最大大角角度度相相加加。。工工业业上上有有CR10（（ContrastRatio））、、CR5两种种标标准准来来判判断断液液晶晶显显示示器器的的可可视视角角度度2022/12/758LCD显显示示器器的的基基本本指指标标点距距与与分分辨辨率率液晶晶屏屏幕幕的的点点距距就就是是两两个个液液晶晶颗颗粒粒（（光光点点））之之间间的的距距离离，，一一般般0.28~0.32mm就能能得得到到较较好好的的显显示示效效果果通常常所所说说的的液液晶晶显显示示器器的的分分辨辨率率是是指指其其真真实实分分辨辨率率，，表表示示水水平平方方向向的的像像素素点点数数与与垂垂直直方方向向的的像像素素点点数数的的乘乘积积2022/12/759液晶晶显显示示器器的的缺缺点点寿命命短短、、怕怕震震动动、、温温度度敏敏感感分辨辨率率相相对对较较低低，，色色彩彩不不够够鲜鲜艳艳，，且且价价格格偏偏高高。。2022/12/760图形处处理器器图形处处理器器是图图形系系统结结构的的重要要元件件，是是连接接计算算机和和显示示终端端的纽纽带早期的的图形形处理理器只只包含含简单单的存存储器器和帧帧缓冲冲区，，它们们实际际上只只起了了一个个图形形的存存储和和传递递作用用，一一切操操作都都必须须有CPU来控制制现在的的图形形处理理器不不单单单存储储图形形，而而且能能完成成大部部分图图形函函数，，专业业的图图形卡卡已经经具有有很强强的3D处理能能力，，大大大减轻轻了CPU的负担担,提提高了了显示示质量量和显显示速速度2022/12/761图形处理理器的组组成显示主芯芯片显卡的核核心，俗俗称GPU，，它的主要要任务是是对系统统输入的的视频信信息进行行构建和和渲染显示缓存存用来存储储将要显显示的图图形信息息以及保保存图形形运算的的中间数数据显存的大大小和速速度直接接影响着着主芯片片性能的的发挥数字模拟拟转换器器（RAMDAC））它的作用用就是把把二进制制的数字字转换成成为和显显示器相相适应的的模拟信信号2022/12/762显卡工作作原理简简单示意意图2022/12/763*纯平显示示器*走向平面的的显像管球面显象管管：表面：球面面的一部分分时间：~90年代初初柱面显象管管：表面：柱面面的一部分分，垂直方方向上平直直，水平方方向上有弯弯曲时间：90年代中期期代表：Sony公司的Trinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron2022/12/764*纯平显示示器*走向平面的的显像管平面直角显显象管表面：球面面的一部分分，类似于于平面时间：90年代中后后期现在市场上上的主流显显象管纯平显象管管表面：纯平平面时间：90年代后期期代表：Sony公司的FDTrinitron，，Mitsubishi公司的Diamondtron，Samsung公司的DanyFlat，，LG公司的Flatron今后的主流流显象管2022/12/765*未未来来显显示示器器*采用用空空气气等等离离子子体体技技术术，，无无须须刷刷新新缓缓冲冲存存储储器器空气气等等离离子子体体可可想想象象成成一一个个个个微微型型霓霓虹虹灯灯，，红红绿绿蓝蓝三三种种不不同同颜颜色色的的像像素素。。显示示屏屏薄薄，，挂挂在在墙墙上上。。发光光聚聚合合物物技技术术，，坚坚不不可可摧摧；；柔柔韧韧性性好好，，可可以以卷卷起起来来；；显显示示画画面面具具有有无无与与伦伦比比的的清清晰晰度度，，无无锯锯齿齿现现象象。。真真正正的的平平面面直直角角。。2022/12/766图形形工工作作站站具有有完完整整人人机机交交互互界界面面，，集集高高性性能能的的计计算算和和图图形形于于一一身身，，可可配配置置大大容容量量的的内内存存和和硬硬盘盘，，I/O和网络功功能完善善，使用用多任务务多用户户操作系系统的小小型通用用个人化化计算机机系统。。1983年美国国APOLLO公司推推出第第一台台适合合计算算机辅辅助设设计（（CAD）的工作作站。。现在全全球最最有名名的图图形工工作站站属SGI图形工工作站站。2022/12/767虚拟现现实系系统除了具具有常常规的的高性性能计计算机机系统统的硬硬件和和软件件外，，还必必须对对下列列关键键技术术提供供强有有力的的支持持。能以实实时的的速度度生成成具有有逼真真感的的景物物图形形（三三维全全彩色色的、、有明明暗、、纹理理和阴阴影的的图像像）能高精精度的的实时时跟踪踪用户户的头头和手手。头戴显显示器器能产产生高高分辨辨率图图像和和较大大的视视角。。2022/12/7682.2图图形系统及及其标准硬件，图形形I/O设备，系统统软件，图图形软件。。图形软件：：通用编程程软件包，，专用应用用软件包。。通用类：提提供一个可可用于高级级程序语言言的图形功功能扩展集集(比如，，OpenGL).基本功能：：图元生成成，属性设设置（颜色色，….））选择观察察及实施变变换等。专用类：不不关心图形形操作过程程（比如，，CAD系统。2022/12/769图形系统标标准图形标准：：图形系统统及其相关关应用系统统中各界面面之间进行行数据传送送和通信的的接口标准准，以及供供图形应用用程序调用用的子程序序功能及其其格式标准准，前者称称为数据及文件件格式标准准，后者称为为子程序界面面标准。2022/12/770图形形系系统统标标准准分分类类面向向图图形形设设备备的的接接口口标标准准：：面面向向系系统统计算算机机图图形形元元文文件件(CGM)，，(CRT,Mouse,……)计算算机机图图形形接接口口(CGI)：设设备备驱驱动动程程序序。。面向向应应用用软软件件的的标标准准：：图图元元的的生生成成，，设设备备的的管管理理程序序员员层层次次交交互互式式图图形形系系统统（（PHIGS））,GL(图形形程程序序包包)（三三维维））图图形形核核心心系系统统（（3D-)GKS面向向用用户户的的标标准准，，建建立立图图形形数数据据结结构构，，定定义义、、修修改改和和输输出出图图形形图形形操操作作函函数数库库：：OpenGL,DirectX面向向图图形形应应用用系系统统中中工工程程和和产产品品数数据据模模型型及及其其文文件件格格式式：：基本本图图形形转转换换规规范范（（IGES））产品品数数据据转转换换规规范范（（STEP）2022/12/771图形形标标准准的的作作用用位位置置2022/12/772应用系统在不不同系统之间间的可移植性性应用系统和图图形设备之间间的可移植性性图形数据的可可移植性程序员的可移移植性2022/12/773CGI（（ISODP9636)提供供控控制制图图形形硬硬件件的的一一种种与与设设备备无无关关的的方方法法。。也可可看看作作图图形形设设备备驱驱动动程程序序的的一一种种标标准准。。在用用户户程程序序和和虚虚拟拟设设备备之之间间，，以以一一种种独独立立于于设设备备的的方方式式提提供供图图形形信信息息的的描描述述和和通通信信。。2022/12/774CGM（（ISOIS8632)与设设备备无无关关的的语语义义、、词词法法定定义义的的图图形形文文件件格格式式。。规定定了了生生成成、、存存储储、、传传送送图图形形信信息息的的格格式式。。面向向系系统统和和系系统统开开发发者者，，和和CGI配配套套提提供供。。通用用性性是是其其关关键键属属性性。。2022/12/775GKS提供供了了在在应应用用程程序序和和图图形形输输入入输输出出设设备备之之间间的的功功能能接接口口与语语言言无无关关。。GKS提供供了了一一个个称称为为元元文文件件的的顺顺序序文文件件接接口口应用用程程序序的的所所有有图图形形资资源源由由GKS控制制（（通通过过GKS元文文件件-GKSM））GKSM用于于:图形形信信息息存存档档；；系统统传传送送图图形形信信息息；；在GKS应用用程程序序间间传传送送图图形形信信息息；；与图图形形信信息息相相关关的的非非图图形形信信息息的的存存储储和和复复用用。。2022/12/776PHIGS（（ISOIS9592））向应用程序序员提供的的控制图形形设备的图图形系统接接口；图形数据按按层次结构构组织；提供动态修修改和绘制制显示图形形数据的手手段。是一一个高度动动态化和交交互式图形形系统。2022/12/777GL图形程序库库，UNIX下下运行，OpenGL—微机机，分类：基本本图素；坐坐标变换；；设置属性性和显示方方式；I/O处理理；真实图图形显示。。2022/12/778IGES（基基本图形转换换规范）InitialGraphicsExchangeSpecification作用：不同的的CAD/CAM系统之间交换换数据。文件格式是ASCII码，五节：开开始节，目录录入口(DE)，参数(DP)节，整体节和和结束节。2022/12/779STEP（产品模型数据据转换标准））StandardfortheExchangeofProductmodelData.覆盖产品整个个生命周期强调建立能存存入数据库中中的一个产品品模型的完整整表示。克服IGES中的问题和缺缺点。2022/12/780持续续发发光光时时间间刷新新像素素CRT的分分辨辨率率阴极极射射线线管管的的组组成成部部分分及及其其功功能能射线线穿穿透透法法及及影影孔孔板板法法产产生生彩彩色色的的工工作作原原理理随机机扫扫描描显显示示系系统统的的逻逻辑辑部部件件及及工工作作机机理理光栅栅扫扫描描显显示示系系统统的的逻逻辑辑部部件件及及工工作作机机理理查色色表表及及其其工工作作原原理理显存存大大小小、、屏屏幕幕分分辨辨率率及及可可同同时时显显示示的的颜颜色色数数目目之之间间的的关关系系图形形系系统统及及其其标标准准概念与术术语2022/12/7812.2基基于Windows的图形程程序设计计方法用户输入或系统功能调用DOS操作系统主函数main()调用库函数或自定义函数DOS程序执行行模式Windows的前身是是DOS操作系统统，在DOS操作系统统下，标标准C/C++应用程序序包含一一个主函函数main()，应用程序序执行时时，从main函数开始始。2022/12/7822.2.1Windows应用程程序执执行模模式Windows操作系统WinMain（）函数注册窗口类、创建主窗口、显示主窗口创建窗口函数进入消息循环，遇到WM_QUIT消息推出空闲窗口函数处理各种消息消息到来处理完毕程序启动2022/12/783设备上上下文文DC（（DeviceContext）显示设设备上上下文文：将显示示信息息输出出到视视频显显示器器。打印设设备上上下文文：将显示示信息息输出出到打打印机机。内存设设备上上下文文：为特定定的设设备保保存位位图图图像。。信息设设备上上下文文：用于访访问默默认设设备数数据信信息的的设备备上下下文。。2022/12/784映射射模模式式在Windows中确确定定图图形形输输出出位位置置都都离离不不开开坐坐标标系系。。GDI支持持设设备备坐坐标标系系和和逻逻辑辑坐坐标标系系。。设备备坐坐标标系系是是以以像像素素点点作作为为度度量量单单位位，，默默认认方方式式下下，，以以用用户户区区域域的的左左上上角角为为原原点点，，从从左左到到右右为为X轴的的正正方方向向，，从从上上到到下下为为Y轴的的正正方方向向。。设设备备坐坐标标系系又又分分为为三三种种独独立立的的坐坐标标系系，，屏屏幕幕坐坐标标系系、、窗窗口口坐坐标标系系和和用用户户区区坐坐标标系系。。这这三三种种坐坐标标系系的的坐坐标标原原点点的的位位置置是是不不同同的的。。逻辑坐标系是是不考虑具体体设备的一个个统一坐标系系，Windows通过映射模式式将逻辑坐标标转化成设备备坐标。映射射模式是在图图形绘制过程程中所依据的的坐标系。2022/12/785OpenGL入入门介介绍基本简简介特点和和功能能图形库库程序设设计2022/12/786OpenGL简简介以SGI的GL三维图图形库库为基基础制制定的的一个个通用用共享享的开开放式式三维维图形形标准准很多大大公司司都采采用OpenGL作为图图形标标准,软件厂厂商也也以OpenGL为基础础开发发了软软件产产品动画制制作软软件SoftImage和3DStudioMAX仿真软软件OpenInventorVR软件WorldToolKitCAM软件ProEngineerGIS软ARC/INFO2022/12/787OpenGL特特点独立于于窗口口系统统和操操作系系统,便于于移植植可以与与VisualC++紧密密接口口,便便于实实现图图形算算法使用简简便,效率率高2022/12/788OpenGL功功能能建模:点、线、、面+三维物体体+曲线曲面面变换：平平移、旋旋转、缩缩放、镜镜像+平行投影影、正视视投影颜色设置置模式：：RGBA+ColorIndex光照和材材质设置置：辐射光（（EmittedLight）、环境境光（AmbientLight）、漫漫反射光光（DiffuseLight）、镜镜面光SpecularLight）纹理映射射位图显示示和图象象增强：：基本的的拷贝和和像素读读写+融合（Blending）、反走走样（Antialiasing）和雾（（fog）双缓存动动画：：深度暗暗示（DepthCue）、运动动模糊（（MotionBlur）2022/12/789OpenGL图图形库四个图形形库，200多个函数数核心函数数有115个，以gl开头OpenGL实用库（（OpenGLUtilityLibrary，GLU）：绘绘制复杂杂的曲线线曲面、、高级坐坐标变换换、多边边形分割割，43个，glu开头OpenGL辅助库（（OpenGLAuxiliaryLibrary，GLAUX）:简单的窗窗口管理理、输入入事件处处理、某某些复杂杂三维物物体绘制制,31个，glaux开头OpenGL工具库（（OpenGLUtilityToolkit）:大约30多个函数，函函数名前缀为为glut六个WGL函数：专门门用于OpenGL和Windows95窗口系统的联联接，其前缀缀为wgl五个Win32函数用来处理理像素格式（（pixelformats）和双缓存2022/12/790OpenGL的绘制流程和和原理点数据评价器逐点操作基元匹配显示列表像素数据像素操作纹理存储器光栅化基片操作帧缓冲区2022/12/791OpenGL中的的数据类型型后缀数据类型C语言类型OpenGL类型b 8位整数singedcharGLbytes16位整数shortGLshorti32位整数int,longGLint,GLsizeif32位浮点数floatGLfloat,GLclampf64位浮点数doubleGLdouble,GLclampdud8位无符号整数unsignedcharGLubyte,GLbooleanus16位无符号整数unsignedshortGLushortui32位无符号整数unsignedint,unsignedlongGLunit,GLenumGLbitfield2022/12/792OpenGL程序序设计图形操作描描述表：特殊的DC有OpenGL与Windows窗口系统相相关的各种种信息一旦启用，，未删除之之前可以调调用任何OpenGL绘制函数，，进行各种种操作2022/12/793OpenGL程序序设计像素格式创建一个图图形操作表表之前，首首先必须设设置像素格格式：含含有设备绘绘图界面的的属性PIXELFORMATDESCRIPTOR结构体：26个属性2022/12/794OpenGLMFC程序流流程建立单文档档工程修改StdAfx.h,加入对OpenGL的支持改造C***View::PreCreateWindow()为C***View增加数据成成员HGLRCm_hGLRC;覆盖函数C***View::OnCreate()覆盖函数C***View::OnSize()覆盖函数C***View::OnEraseBkgnd()覆盖函数C***View::OnDraw()编写自己的的初始化函函数编写自己的DrawScence()2022/12/795实验验一一OpenGL基基础础实实验验按照照上上述述流流程程，，搭搭建建OpenGLMFC程程序序框框架架；；（（注注意意保保存存自自己己的的工工程程））编写写自自己己的的DrawScene函函数数，，绘绘制制基基本本的的OpenGL图图形形时间间：：3月月2号号2022/12/7969、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December7,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。21:45:1721:45:1721:4512/7/2022