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文档简介
第二章图形系统综述交互式图形系统的组成视频显示设备随机扫描系统光栅扫描系统输入设备硬拷贝设备图形软件第二章图形系统综述交互式图形系统的组成1交互式图形系统的组成硬件系统主计算机图形显示器、绘图仪、打印机键盘、鼠标仪、图形输入板磁盘、磁带、光盘机软件系统
操作系统DOSMS-WindowsUNIXLinux高级语言VisualC++VBPASCAL...图形软件
GKSPHIGSOPENGL...应用软件CorelDraw,AutoCAD...
交互式图形系统的组成硬件系统2图形系统操作系统图形系统操作系统3视频显示设备CRT(Cathod-RayTube)显示器To8-9随机扫描显示器:Vector/RandomDisplayto15
存储管显示器---StorageTubeDisplayTo6光栅扫描显示器---RasterDisplayto17平板显示器液晶显示器To17等离子体显示器to21
三维观察设备To26
视频显示设备CRT(Cathod-RayTube)显示4CRT电子枪原理CRT电子枪原理5CRT工作原理CRT工作原理6刷新式CRT工作原理构造阴极:灯丝控制栅极:控制电子发出的多少聚焦系统加速阳极XY向偏转系统荧光屏:荧光物质点阵,象素工作过程受控电子束,在聚焦系统、加速系统、偏转系统作用下轰击荧光屏发光余辉时间从发光到亮度衰减成1/10的时间刷新30帧(1/30秒)分辩率(resolution)Pixel图2.5刷新式CRT工作原理构造7图形系统综述课件8彩色CRT监视器彩色荧光层荫罩法RGB三支电子枪荫罩帧缓存调色板
彩色CRT监视器彩色荧光层9图形系统综述课件10光栅扫描系统
RasterScanDisplay原理CPU-显示处理器-显示缓存-视頻控制器-屏幕
帧缓存FrameBuffer
颜色的数据表示位,RGB模型黑白系统(1bit二值系统)单色灰度系统(多位8bit256级)RGB三色系统位平面组织方式彩色表ColorTable光栅操作读、写、复制RGB100010001光栅扫描系统
RasterScanDisplay原理111024768每一个象素点有多少种颜色可以选择?屏幕上可以同时出现多少种颜色?屏幕FrameBuffer像素寄存器位平面帧缓存的概念(x,y)(x,y)101011011024768每一个象素点有多少种颜色可以选择?屏幕Fram121024768
颜色查找表(colorlookuptable)每一个象素点有多少种颜色可以选择?屏幕上可以同时出现多少种颜色?屏幕24bit?RGB2802552000010100(x,y)(x,y)colorlookuptable1024768颜色查找表(colorlookup13显示控制器
displaycontroller光栅扫描图形系统结构I/O设备CPUmemoryFrameBuf.VideocontrollerBUS显示控制器
displaycontroller光栅扫描图形14视频控制器的刷新操作光栅扫描生成器x寄存器y寄存器存储器地址像素寄存器帧缓存强度xy屏幕坐标系(x,y)颜色数据视频控制器的刷新操作光栅扫描生成器xy存储器地址像素寄存器帧15光栅扫描显示处理器显示处理器DisplaysProcessor独立的CPU任务:扫描转换Scanconversion计算、绘图光栅扫描显示处理器显示处理器DisplaysProc16随机扫描显示器
Randomscandisplays工作原理显示文件画线指令刷新周期缺点:划线长度受限优点:分辨率高,线平滑随机扫描显示器
Randomscandisplays工作17随机扫描系统
Random-scanCRT电子束在图形部分移动,逐条线划.CPU--显示文件--DPU--SCREEN显示指令显示文件图形的显示字符发生器I/O设备随机扫描系统
Random-scanCRT电子束在图形部分移18高性能图形显示卡
E&STornado分辨率最高到1920x1200(24位显示缓存,24位Z-缓存)双屏模式2048x7683D矢量5M/s3D三角形5M/s纹理填充100M像素/s高性能图形显示卡
E&STornado分辨率最高到192019图形系统综述课件20图形系统综述课件21图形系统综述课件22图形系统综述课件23图形软件分类:基本图形软件---支撑软件应用图形软件---专用软件基本图形软件实现方法图形软件包修改高级语言专用高级图形语言图形软件标准图形软件分类:24图形网络图形服务器(GraphicsServer)监视器、处理器、输入设备客户端(Client)
客户端运行图形应用程序将结果通过网络传送至图形服务器上显示。图形网络图形服务器(GraphicsServer)25可移植性的四个方面应用程序在不同系统间的可移植性;应用程序和图形设备的可移植性;图形数据的可移植性;程序员的可移植性。可移植性的四个方面应用程序在不同系统间的可移植性;26图形系统标准化GKS(2D,3D)PHIGSOpenGL其他图形系统标准化GKS(2D,3D)27应用系统图形系统GKS,PHIGS,OpenGL图形标准的作用位置设备驱动设备驱动设备驱动CGI元文件输出程序元文件输入程序CGM数据库IGES,STEPIInitialGraphicsExchangeSystemStandardfortheExchangeofProductmodelData应用系统图形系统GKS,PHIGS,OpenGL图形标准28图形系统的标准化
GKS-GraphicsKernalSystem工作站输出型,输入型,输入/输出型,元文件输出,元文件输入,图段存储器工作站坐标系建模坐标系MC(ModelingCoordinates)世界坐标系WC(WorldCoordinates)观察和投影坐标系(ViewingCoordinates)规范化设备坐标系NDC(NormalizedDeviceCoordinate)设备坐标系DC(DeviceCoordinate)图形系统的标准化
GKS-GraphicsKernalS29坐标变换规范化坐标变换WCNDC工作站坐标变换NDCDC建模变换和投影变换图形输出原语折线Polyline多点标记Polymarker文字Text填充区FillArea单元阵列CellArray广义图元GeneralizedDrawingPrimitive图段Segment可见性、醒目性、优先性、可检测性、图段变换坐标变换30逻辑输入设备
定位设备Locater笔画设备Stroke定值设备Valuator选择设备Choice拾取设备Pick字符串设备String逻辑输入设备31PHIGS(PHIGS+)
Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem图形的层次模型层次结构描述文件元素及属性其他标准CGICGMComputerGraphicsMetafilePHIGS(PHIGS+)
Programmer’sHi32OpenGL独立于程序设计语言的图形函数库
核心库(gl)基本图元,点、直线段、多边形、图案阵列…….OpenGLUtilityglu2维观察、表面绘制OpenGLUtilityToolkitglut窗口系统,曲线和曲面绘制,三维形体与其他OS的接口;MSwindowsWGLOpenGL独立于程序设计语言的图形函数库33OpenGL功能功能:3维图形函数库建模基本的点、线、多边形的绘制函数;复杂的三维物体(球、锥、多面体、茶壶等)以及复杂曲线和曲面(例如Bezier、等曲线或曲面)绘制函数变换基本变换和投影变换颜色模式设置
光照和材质设置
光有辐射光(EmittedLight)、环境光(AmbientLight)、漫反射光(DiffuseLight)和镜面光(SpecularLight)。材质是用光反射率纹理映射(TextureMapping)位图显示和图象增强融合(Blending)、反走样(Antialiasing)和雾(fog)的特殊图象效果处理双缓存动画(DoubleBuffering)OpenGL功能功能:3维图形函数库34OpenGL与其他系统的接口与Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP系统接口OpenGLforMSWindows图形库
OpenGL图形库一共有100多个函数。其中核心函数有115个,它们是最基本的函数,其前缀是gl,OpenGL实用库(OpenGLutilitylibrary,GLU)的函数功能更高一些,如绘制复杂的曲线曲面、高级坐标变换、多边形分割等,共有43个,前缀为glu;OpenGL辅助库(OpenGLauxiliarylibrary,GLAUX)的函数是一些特殊的函数,包括简单的窗口管理、输入事件处理、某些复杂三维物体绘制等函数,共有31个,前缀为aux。
OpenGL与其他系统的接口与Microsoft、SGI、35第二章图形系统综述交互式图形系统的组成视频显示设备随机扫描系统光栅扫描系统输入设备硬拷贝设备图形软件第二章图形系统综述交互式图形系统的组成36交互式图形系统的组成硬件系统主计算机图形显示器、绘图仪、打印机键盘、鼠标仪、图形输入板磁盘、磁带、光盘机软件系统
操作系统DOSMS-WindowsUNIXLinux高级语言VisualC++VBPASCAL...图形软件
GKSPHIGSOPENGL...应用软件CorelDraw,AutoCAD...
交互式图形系统的组成硬件系统37图形系统操作系统图形系统操作系统38视频显示设备CRT(Cathod-RayTube)显示器To8-9随机扫描显示器:Vector/RandomDisplayto15
存储管显示器---StorageTubeDisplayTo6光栅扫描显示器---RasterDisplayto17平板显示器液晶显示器To17等离子体显示器to21
三维观察设备To26
视频显示设备CRT(Cathod-RayTube)显示39CRT电子枪原理CRT电子枪原理40CRT工作原理CRT工作原理41刷新式CRT工作原理构造阴极:灯丝控制栅极:控制电子发出的多少聚焦系统加速阳极XY向偏转系统荧光屏:荧光物质点阵,象素工作过程受控电子束,在聚焦系统、加速系统、偏转系统作用下轰击荧光屏发光余辉时间从发光到亮度衰减成1/10的时间刷新30帧(1/30秒)分辩率(resolution)Pixel图2.5刷新式CRT工作原理构造42图形系统综述课件43彩色CRT监视器彩色荧光层荫罩法RGB三支电子枪荫罩帧缓存调色板
彩色CRT监视器彩色荧光层44图形系统综述课件45光栅扫描系统
RasterScanDisplay原理CPU-显示处理器-显示缓存-视頻控制器-屏幕
帧缓存FrameBuffer
颜色的数据表示位,RGB模型黑白系统(1bit二值系统)单色灰度系统(多位8bit256级)RGB三色系统位平面组织方式彩色表ColorTable光栅操作读、写、复制RGB100010001光栅扫描系统
RasterScanDisplay原理461024768每一个象素点有多少种颜色可以选择?屏幕上可以同时出现多少种颜色?屏幕FrameBuffer像素寄存器位平面帧缓存的概念(x,y)(x,y)101011011024768每一个象素点有多少种颜色可以选择?屏幕Fram471024768
颜色查找表(colorlookuptable)每一个象素点有多少种颜色可以选择?屏幕上可以同时出现多少种颜色?屏幕24bit?RGB2802552000010100(x,y)(x,y)colorlookuptable1024768颜色查找表(colorlookup48显示控制器
displaycontroller光栅扫描图形系统结构I/O设备CPUmemoryFrameBuf.VideocontrollerBUS显示控制器
displaycontroller光栅扫描图形49视频控制器的刷新操作光栅扫描生成器x寄存器y寄存器存储器地址像素寄存器帧缓存强度xy屏幕坐标系(x,y)颜色数据视频控制器的刷新操作光栅扫描生成器xy存储器地址像素寄存器帧50光栅扫描显示处理器显示处理器DisplaysProcessor独立的CPU任务:扫描转换Scanconversion计算、绘图光栅扫描显示处理器显示处理器DisplaysProc51随机扫描显示器
Randomscandisplays工作原理显示文件画线指令刷新周期缺点:划线长度受限优点:分辨率高,线平滑随机扫描显示器
Randomscandisplays工作52随机扫描系统
Random-scanCRT电子束在图形部分移动,逐条线划.CPU--显示文件--DPU--SCREEN显示指令显示文件图形的显示字符发生器I/O设备随机扫描系统
Random-scanCRT电子束在图形部分移53高性能图形显示卡
E&STornado分辨率最高到1920x1200(24位显示缓存,24位Z-缓存)双屏模式2048x7683D矢量5M/s3D三角形5M/s纹理填充100M像素/s高性能图形显示卡
E&STornado分辨率最高到192054图形系统综述课件55图形系统综述课件56图形系统综述课件57图形系统综述课件58图形软件分类:基本图形软件---支撑软件应用图形软件---专用软件基本图形软件实现方法图形软件包修改高级语言专用高级图形语言图形软件标准图形软件分类:59图形网络图形服务器(GraphicsServer)监视器、处理器、输入设备客户端(Client)
客户端运行图形应用程序将结果通过网络传送至图形服务器上显示。图形网络图形服务器(GraphicsServer)60可移植性的四个方面应用程序在不同系统间的可移植性;应用程序和图形设备的可移植性;图形数据的可移植性;程序员的可移植性。可移植性的四个方面应用程序在不同系统间的可移植性;61图形系统标准化GKS(2D,3D)PHIGSOpenGL其他图形系统标准化GKS(2D,3D)62应用系统图形系统GKS,PHIGS,OpenGL图形标准的作用位置设备驱动设备驱动设备驱动CGI元文件输出程序元文件输入程序CGM数据库IGES,STEPIInitialGraphicsExchangeSystemStandardfortheExchangeofProductmodelData应用系统图形系统GKS,PHIGS,OpenGL图形标准63图形系统的标准化
GKS-GraphicsKernalSystem工作站输出型,输入型,输入/输出型,元文件输出,元文件输入,图段存储器工作站坐标系建模坐标系MC(ModelingCoordinates)世界坐标系WC(WorldCoordinates)观察和投影坐标系(ViewingCoordinates)规范化设备坐标系NDC(NormalizedDeviceCoordinate)设备坐标系DC(DeviceCoordinate)图形系统的标准化
GKS-GraphicsKernalS64坐标变换规范化坐标变换WCNDC工作站坐标变换NDCDC建模变换和投影变换图形输出原语折线Polyline多点标记Polymarker文字Text填充区FillArea单元阵列CellArray广义图元GeneralizedDrawingPrimitive图段Segment可见性、醒目性、优先性、可检测性、图段变换坐标变换65逻辑输入设备
定位设备Locater笔画设备Stroke定值设备Valuator选择设备Choice拾取设备Pick字符串设备String逻辑输入设备66PHIGS(PHIGS+)
Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem图形的层次模型层次结构描述文件元素及属性其他标准CGICGMComputerGraphicsMetafilePHIGS(PHIGS+)
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