图形设备与系统课程

Lec2图形设备与系统李晓宁2023/1/61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2023/1/622.1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2023/1/632.1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。2023/1/64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2023/1/65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2023/1/66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2023/1/67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2023/1/68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2023/1/69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。2023/1/610聚焦系系统加速电电极加正的的高压压电（（几万万伏）），使使电子子束高高速运运动。。保证电电子束束在轰轰击屏屏幕时时，汇汇聚成成很细细的2022/12/2911偏转系统统控制电子子束，静静电场或或磁场，，产生偏偏转。电子束要要到达屏屏幕的边边缘时，，偏转角角度就会会增大。。到达屏屏幕最边边缘的偏偏转角度度被称为为最大偏转转角最大偏转转角是衡量系系统性能能的最重重要的指指标，显显示器长长短与此此有关CRT显示器屏屏幕越大大整个显显象管就就越长2022/12/2912荧光屏荧光物质：：当它被电电子轰击时时发出亮光光持续发光时时间：电子子束离开某某点后，该该点的亮度度值衰减到到初始值1/10所所需的时间间刷新(Refresh)：：为了让荧光光物质保持持一个稳定定的亮度值值刷新频率：：每秒钟重重绘屏幕的的次数CRT产生稳定图图像所需要要的最小刷刷新频率=1秒/荧荧光物质的的持续发光光时间（例如）=1000/40=25Hz2022/12/2913涉及屏幕的的两个术语语像素(Pixel:PictureCell)：构成屏幕（（图像）的的最小元素素分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖竖直方向单单位长度上上能识别的的最大像素素个数，单单位通常为为dpi.在假定屏幕幕尺寸一定定的情况下下，也可用用整个屏幕幕所能容纳纳的像素个个数描述，，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等等2022/12/29142.1.2彩彩色色阴阴极极射射线线管管产生生彩彩色色的的常常用用方方法法:射线线穿穿透透法法影孔孔板板法法2022/12/2915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2022/12/2916彩色阴阴极射射线管管-影孔板板法影孔板板法原理：：影孔孔板被被安装装在荧荧光屏屏的内内表面面，用用于精精确定定位像像素的的位置置外层玻玻璃荧光涂涂层影孔板板2022/12/2917影孔板的的类型点状影孔孔板代表：大大多数球球面与柱柱面显像像管栅格式影影孔板代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi的Diamondtron显像管沟槽式影影孔板代表：LG的Flatron显像管2022/12/2918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2022/12/2919显示示器器能能同同时时显显示示的的颜颜色色个个数数如果果每每支支电电子子枪枪发发出出的的电电子子束束的的强强度度有有256个个等等级级，，则则显显示示器器能能同同时时显显示示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。。2022/12/2920球面显示器器与柱面显显示器普通的显象象管采用的的都是点状影孔板板显象管，显显象管的表表面呈略微微凸起的球球面状，故故称之为““球面管”。而柱面面显象管采采用荫栅式结构，它的的表面在水水平方向仍仍然略微凸凸起，但是是在垂直方方向上却是是笔直的，，呈圆柱状状，故称之之为“柱面管”常用的点状影孔板板显象管有日日本索尼公公司的特丽丽珑管（Trinitron）和三菱公司司的钻石珑珑管（Diamondtron）2022/12/2921荫栅式彩色CRT显色原理2022/12/2922柱面和球面显显示器点距定定义示意图2022/12/29232.1.3随机扫扫描的显示示系统特点：电子子束可随意意移动，只只扫描荧屏屏上要显示示的部分逻辑部件：：刷新存储储器(RefreshingBuffer),显示处理器器（DPU:DisplayProcessingUnit）和CRT2022/12/2924工作原理应用程序发发出绘图命命令，→解解析成显示示处理器可可接受命令令格式，存存放在刷新新存储器中中。刷新存存储器中所所有的绘图图命令组成成一个显示示文件，由由显示处理理器负责解解释执行(刷新)，，→驱动动电子枪在在屏幕上绘绘图。修改图形，，实际是修修改显示文文件中的某某些绘图命命令。2022/12/29252.1.4光光栅栅扫扫描描的的显显示示系系统统光栅栅扫扫描描显显示示系系统统特点点：：光光栅栅扫扫描描扫描描线线帧水平平回回扫扫期期垂直直回回扫扫期期2022/12/2926几个个概概念念行频频、、帧帧频频水平平扫扫描描频频率率为为行行频频。。垂垂直直扫扫描描频频率率为为帧帧频频。。逐行行扫扫描描、、隔隔行行扫扫描描隔行行扫扫描描方方式式是是先先扫扫偶偶数数行行扫扫描描线线，，再再扫扫奇奇数数行行扫扫描描线线象素素整个个屏屏幕幕被被扫扫描描线线分分成成n行，，每每行行有有m个点点，，每每个个点点为为一一个个象象素素。。整整个个屏屏幕幕有有m×n个象素。。2022/12/2927几个概念念分辨率是指CRT在水平或或垂直方方向的单单位长度度上能分分辨出的的最大光光点（象象素）数数，分为为水平分分辨率和和垂直分分辨率。。通常用用屏幕上上象素的的数目来来表示。。比如上上述的n行，每行行m点的屏幕幕分辨率率为m×n。。分辨率越越高，相相邻象素素点之间间的距离离越小，，显示的的字符或或图像也也就越清清晰。分辨率受受显示器器生产工工艺、扫扫描频率率以及显显示存储储器容量量的限制制。2022/12/2928几个概概念点距相邻象象素点点之间间的距距离，，与分分辨率率指标标相关关。显示速速度指显示示字符符、图图形特特别是是动态态图像像的速速度，，与显显示器器的分分辨率率及扫扫描频频率有有关。。可用用最大大带宽宽（水水平象象素数数××垂垂直象象素数数××最最大帧帧频））来表表示。。2022/12/2929几个概概念色彩与与亮度度等级级亮度等等级又又称灰灰度，，主要要指单单色显显示器器的亮亮度变变化。。色彩彩包括括可选选择显显示器器颜色色的数数目以以及一一帧画画面可可同时时显示示的颜颜色数数，与与荧光光屏的的质量量有关关，并并受显显示存存储器器VRAM容量的的影响响。图像刷刷新由于CRT内侧的的荧光光粉在在接受受电子子束的的轰击击时，，只能能维持持短暂暂的发发光，，根据据人眼眼视觉觉暂留留的特特性，，需要要不断断进行行刷新新才能能有稳稳定的的视觉觉效果果，因因此刷刷新是是指以以每秒秒30帧以以上的的频率率反复复扫描描不断断地显显示每每一帧帧图像像。图图像的的刷新新频率率等于于帧扫扫描的的频率率（帧帧频）），用用每秒秒刷新新的帧帧数表表示。。目前前刷新新频率率标准准为每每秒50~120帧帧。2022/12/2930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。2022/12/2931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条扫扫描描线线，，每每条条扫扫描描线线有有M个像像素素，，M*N显示示器器的的分分辨辨率率。。2022/12/2932逻辑辑部部件件：：帧帧缓缓冲冲存存储储器器（（FrameBuffer)，，视频频控控制制器器（（VideoController)，，显示示处处理理器器（（DisplayProcessor）），，CRT帧缓缓冲冲存存储储器器作用用：：存存储储屏屏幕幕上上像像素素的的颜颜色色值值简称称帧帧缓缓冲冲器器，，俗俗称称显显存存2022/12/2933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）2022/12/2934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)。2022/12/2935黑白光光栅扫扫描显显示器器逻辑辑框图图在光栅栅图形形显示示器中中需要要足够够的位位面和和帧缓缓存结结合起起来才才能反反映图图形的的颜色色和灰灰度等等级。。如下下图是是一个个具有有N位面灰灰度等等级的的帧缓缓存。。显示示器上上每个个象素素的亮亮度是是由N位面中中对应应的每每个象象素位位置的的内容容控制制的。。该存存储器器的中中的二二进制制的数数被翻翻译成成灰度度等级级，范范围是是0到到2N-1之间。。2022/12/2936彩色光光栅扫扫描显显示器器下图是是彩色色光栅栅显示示器的的逻辑辑图，，对于于红、、绿、、蓝三三原色色有三三个位位面的的帧缓缓存和和三个个电子子枪。。2022/12/2937彩色色光光栅栅扫扫描描显显示示器器每个个颜颜色色的的电电子子枪枪可可以以通通过过增增加加帧帧缓缓存存位位面面来来提提高高颜颜色色种种类类的的灰灰度度等等级级。。如如上上图图，，每每种种原原色色电电子子枪枪有有8个个位位位位面面的的帧帧缓缓存存和和8位位的的数数模模转转换换器器，，每每种种原原色色可可有有256中中灰灰度度，，三三种种原原色色的的组组合合将将是是(28)3=224。2022/12/2938彩色光栅栅扫描显显示器若每个单单元有24位（（每种基基色占8位）即即显示系系统可同同时产生生224种颜色（（24位位真彩色色）。分辨率M*N、、颜色个数数K与显存大大小V的关系2022/12/2939彩色光栅栅扫描显显示器3个位面面分辩率率是1024××1024的显显示器，，需要3×1024××1024（3145728）位的的存储器器。若存储器位位长固定定，则屏屏幕分辩辩率与同同时可用用的颜色色种数成成反比关关系。1兆字节节的帧缓缓存，若若设分辩辩率为640××480，则帧帧缓存每每个单元元可有24位，，可能同同时显示示224种颜色，，若设分分辩率为为1024×768，，则每个个单元分分得的位位数仅略略多于8，只能能工作于于256色显示示模式下下。2022/12/2940彩色光栅扫描显示示器显存问题高分辨率和真真彩要求有大大的显存；曾经是个问题题！解决方法：采采用查色表(LookupTable）或称彩色表(ColorTable)查色表工作原原理1024*768真彩模模式需要3M字节显存2022/12/2941查色表（lookupTable）是一维线性表表，其每一项项的内容对应应一种颜色，，它的长度由帧帧缓存单元的的位数决定，例如：每单单元有8位，，则查色表的的长度为28＝256目的：在帧缓缓存单元的位位数不增加的的情况下，具具有大范围内挑选选颜色的能力力：2022/12/2942存放方式颜色信息在在帧缓存中中两种存放放方式：一一是颜色值值直接存储储在帧缓存存中。二是是把颜色码码放在一个个独立的表表中，帧缓缓存存放的的是颜色表表中各项的的索引值，，颜色范围围扩充了。。单色系统：：查色表固固化彩显：可修修改、创建建查色表。。2022/12/2943彩色光栅扫扫描显示器器带宽T与分辨率、、帧频F的关系带宽问题高分辨率和和高的刷新新频率要求求有高带宽宽--依然是是个问题！！解决方法：：隔行扫描描（现在已已经基本不不用，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2022/12/2944隔行行扫扫描描工工作作原原理理一帧帧完完整整的的画画面面分分成成两两场场。。一场场1／／60秒秒，，（（场场频频60HZ）），，（（帧频频30HZ））画面面更更新新频频率率仍仍为为60HZ，，降低低了了闪闪烁烁效效应应，，每每一一场场1／／60秒秒内内，，帧帧缓缓存存中中数数据据量量比比逐逐行行扫扫描描少少一一半半。。降降低低了了视视频频控控制制器器存存取取帧帧缓缓存存的的速速度度及及传传输输带带宽宽的的要要求求。。2022/12/2945其中，，帧缓缓存为为系统统内存存任一一块区区域，，视频频控制制器能能够直直接存存取该该区域域以刷刷新屏屏幕。。简单的的光栅栅扫描描图形形显示示系统统的结结构2022/12/2946典型的的光栅栅扫描描图形形显示示系统统的结结构其中，，帧缓缓存可可以是是专用用的存存储器器，也也可以以是系系统内内存中中的一一块固固定区区域。。2022/12/2947视频控控制器器作用：：建立立帧缓缓存与与屏幕幕像素素之间间的一一一对对应，，负责责刷新新逻辑结结构2022/12/2948视频控制制器工作原理理——刷刷新周期期开始，，光栅扫扫描发生生器置X地址寄存存器为0，置Y地址寄存存器为N-1，，首先取出出对应像像素（0，N-1））的帧缓存存单元的的数值,放放入像素素值寄存存器，用用来控制制像素的的颜色，，然后X的地址寄寄存器的的地址加加一，如如此重复复，直到到该扫描描线上的的最后一一个像素素。双缓冲机机制（DoubleBuffer)普通显卡卡=视频频控制器器+显存存2022/12/2949显示处理理器作用：代代替CPU完成部分分图形处处理功能能，扫描描转换、、几何变变换、裁裁剪、光光栅操作作、纹理理映射等等等具有专用用显示处处理器的的光栅显显示系统统的结构构图形加速速卡=视视频控制制器+显显存+显显示处理理器2022/12/2950光栅显示示系统的的特点优点：成本低易于绘制制填充图图形色彩丰富富刷新频率率一定，，与图形形的复杂杂程度无无关易于修改改图形缺点：需要扫描描转换会产生混混淆优点使其其占据了了市场主主流缺点正在在被克服服2022/12/2951LCD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2022/12/2952LCD显示示器的优点点外观小巧精精致，厚度度只有6.5~8cm左右。不会产生CRT那样的因为为刷新频率率低而出现现的闪烁现现象工作电压低低，功耗小小，节约能能源没有电磁辐辐射，对人人体健康没没有任何影影响2022/12/29532022/12/2954液晶晶显显示示器器的的构构成成液晶晶显显示示器器LCD(LiquidCrystalDisplay)是由由六六层层薄薄板板组组成成的的平平板板式式显显示示器器反射射层层水平平极极板板水平平网网格格线线液晶晶层层垂直直网网格格线线垂直直极极板板观察察方方向向2022/12/2955LCD显示器器基本原理液晶是一种介介于液体和固固体之间的特特殊物质，它它具有液体的的流态性质和和固体的光学学性质。当液液晶受到电压压的影响时，，就会改变它它的物理性质质而发生形变变，此时通过过它的光的折折射角度就会会发生变化，，而产生色彩彩液晶屏幕后面面有一个背光光，这个光源源先穿过第一一层偏光板，，再来到液晶晶体上，而当当光线透过液液晶体时，就就会产生光线线的色泽改变变，从液晶体体射出来的光光线，还得必必须经过一块块彩色滤光片片以及第二块块偏光板2022/12/2956液晶显示有主主动式和被动动式两种被动式液晶屏屏幕有STN（SuperTN超扭曲向列LCD）和DSTN（DoublelayerSuperTN双层超扭曲向向列LCD）等最流行的主动动式液晶屏幕幕是TFT（ThinFilmTransistor薄膜晶体管））主动式液晶显显示器使用了了FET场效晶体管以以及共通电极极，这样可以以让液晶体在在下一次的电电压改变前一一直保持电位位状态。这样样主动式液晶晶显示器就不不会产生在被被动式液晶显显示器中常见见的鬼影、或或是画面延迟迟的残像等2022/12/2957LCD显示器器的基本指标标可视角度视线与屏幕中中心法向成一一定角度时，，人们就不能能清晰地看到到屏幕图象，，而那个能看看到清晰图象象的最大角度度被我们称为为可视角度。。一般所说的的可视角度是是指左右两边边的最大角度度相加。工业业上有CR10（ContrastRatio）、、CR5两种标准来判判断液晶显示示器的可视角角度2022/12/2958LCD显示示器的的基本本指标标点距与与分辨辨率液晶屏屏幕的的点距距就是是两个个液晶晶颗粒粒（光光点））之间间的距距离，，一般般0.28~0.32mm就能得得到较较好的的显示示效果果通常所所说的的液晶晶显示示器的的分辨辨率是是指其其真实实分辨辨率，，表示示水平平方向向的像像素点点数与与垂直直方向向的像像素点点数的的乘积积2022/12/2959液晶显显示器器的缺缺点寿命短短、怕怕震动动、温温度敏敏感分辨率率相对对较低低，色色彩不不够鲜鲜艳，，且价价格偏偏高。。2022/12/2960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2022/12/2961图形处理器器的组成显示主芯片片显卡的核心心，俗称GPU，它的主要任任务是对系系统输入的的视频信息息进行构建建和渲染显示缓存用来存储将将要显示的的图形信息息以及保存存图形运算算的中间数数据显存的大小小和速度直直接影响着着主芯片性性能的发挥挥数字模拟转转换器（RAMDAC）它的作用就就是把二进进制的数字字转换成为为和显示器器相适应的的模拟信号号2022/12/2962显卡工作作原理简简单示意意图2022/12/2963*纯平显显示器*走向平面面的显像像管球面显象象管：表面：球球面的一一部分时间：~90年年代初柱面显象象管：表面：柱柱面的一一部分，，垂直方方向上平平直，水水平方向向上有弯弯曲时间：90年代代中期代表：Sony公司的Trinitron，，Mitsubishi公司的Diamondtron2022/12/2964*纯平显示器器*走向平面的显显像管平面直角显象象管表面：球面的的一部分，类类似于平面时间：90年年代中后期现在市场上的的主流显象管管纯平显象管表面：纯平面面时间：90年年代后期代表：Sony公司的FDTrinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron，Samsung公司的DanyFlat，LG公司的Flatron今后的主流显显象管2022/12/2965*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。。2022/12/2966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和网网络络功功能能完完善善，，使使用用多多任任务务多多用用户户操操作作系系统统的的小小型型通通用用个个人人化化计计算算机机系系统统。。1983年年美美国国APOLLO公司司推推出出第第一一台台适适合合计计算算机机辅辅助助设设计计（（CAD））的工工作作站站。。现在在全全球球最最有有名名的的图图形形工工作作站站属属SGI图形形工工作作站站。。2022/12/2967虚拟现实实系统除了具有有常规的的高性能能计算机机系统的的硬件和和软件外外，还必必须对下下列关键键技术提提供强有有力的支支持。能以实时时的速度度生成具具有逼真真感的景景物图形形（三维维全彩色色的、有有明暗、、纹理和和阴影的的图像））能高精度度的实时时跟踪用用户的头头和手。。头戴显示示器能产产生高分分辨率图图像和较较大的视视角。2022/12/29682.2图图形系系统及其其标准硬件，图图形I/O设备，系系统软件件，图形形软件。。图形软件件：通用用编程软软件包，，专用应应用软件件包。通用类：：提供一一个可用用于高级级程序语语言的图图形功能能扩展集集(比如如，OpenGL).基本功能能：图元元生成，，属性设设置（颜颜色，…….）选选择观察察及实施施变换等等。专用类：：不关心心图形操操作过程程（比如如，CAD系统。2022/12/2969图形系系统标标准图形标标准：：图形形系统统及其其相关关应用用系统统中各各界面面之间间进行行数据据传送送和通通信的的接口口标准准，以以及供供图形形应用用程序序调用用的子子程序序功能能及其其格式式标准准，前前者称称为数据及及文件件格式式标准准，后者者称为为子程序序界面面标准准。2022/12/2970图形系系统标标准分分类面向图图形设设备的的接口口标准准：面面向系系统计算机机图形形元文文件(CGM)，，(CRT,Mouse,……)计算机机图形形接口口(CGI)：设备备驱动动程序序。面向应应用软软件的的标准准：图图元的的生成成，设设备的的管理理程序员员层次次交互互式图图形系系统（（PHIGS）,GL(图形程程序包包)（三维维）图图形核核心系系统（（3D-)GKS面向用用户的的标准准，建建立图图形数数据结结构，，定义义、修修改和和输出出图形形图形操操作函函数库库：OpenGL,DirectX面向图图形应应用系系统中中工程程和产产品数数据模模型及及其文文件格格式：：基本图图形转转换规规范（（IGES））产品数数据转转换规规范（（STEP）2022/12/2971图形标准的的作用位置置2022/12/2972应用系统在在不同系统统之间的可可移植性应用系统和和图形设备备之间的可可移植性图形数据的的可移植性性程序员的可可移植性2022/12/2973CGI（ISODP9636)提供控制图图形硬件的的一种与设设备无关的的方法。也可看作图图形设备驱驱动程序的的一种标准准。在用户程序序和虚拟设设备之间，，以一种独独立于设备备的方式提提供图形信信息的描述述和通信。。2022/12/2974CGM（ISOIS8632)与设备无关的的语义、词法法定义的图形形文件格式。。规定了生成、、存储、传送送图形信息的的格式。面向系统和系系统开发者，，和CGI配配套提供。通用性是其关关键属性。2022/12/2975GKS提供了在应用用程序和图形形输入输出设设备之间的功功能接口与语言无关。。GKS提供了一个称称为元文件的的顺序文件接接口应用程序的所所有图形资源源由GKS控制（通过GKS元文件-GKSM）GKSM用于:图形信息存档档；系统传送图形形信息；在GKS应用程序间传传送图形信息息；与图形信息相相关的非图形形信息的存储储和复用。2022/12/2976PHIGS（（ISOIS9592）向应用程序员员提供的控制制图形设备的的图形系统接接口；图形数据按层层次结构组织织；提供动态修改改和绘制显示示图形数据的的手段。是一一个高度动态态化和交互式式图形系统。。2022/12/2977GL图形程序库，，UNIX下运运行，OpenGL—微机，分类：基本图图素；坐标变变换；设置属属性和显示方方式；I/O处理；真真实图形显示示。2022/12/2978IGES（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。2022/12/2979STEP（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。2022/12/2980持续发光时间间刷新像素CRT的分辨率阴极射线管的的组成部分及及其功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念与与术术语语2022/12/29812.2基基于于Windows的图图形形程程序序设设计计方方法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程序序执执行行模模式式Windows的前前身身是是DOS操作作系系统统，，在在DOS操作作系系统统下下，，标标准准C/C++应用用程程序序包包含含一一个个主主函函数数main()，，应用用程程序序执执行行时时，，从从main函数数开开始始。。2022/12/29822.2.1Windows应用用程程序序执执行行模模式式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2022/12/2983设备备上上下下文文DC（（DeviceContext））显示示设设备备上上下下文文：将显显示示信信息息输输出出到到视视频频显显示示器器。。打印印设设备备上上下下文文：将显显示示信信息息输输出出到到打打印印机机。。内存存设设备备上上下下文文：为特特定定的的设设备备保保存存位位图图图图像像。。信息息设设备备上上下下文文：用于于访访问问默默认认设设备备数数据据信信息息的的设设备备上上下下文文。。2022/12/2984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。。逻辑辑坐坐标标系系是是不不考考虑虑具具体体设设备备的的一一个个统统一一坐坐标标系系，，Windows通过过映映射射模模式式将将逻逻辑辑坐坐标标转转化化成成设设备备坐坐标标。。映映射射模模式式是是在在图图形形绘绘制制过过程程中中所所依依据据的的坐坐标标系系。。2022/12/2985OpenGL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2022/12/2986OpenGL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/INFO2022/12/2987OpenGL特点独立于窗口口系统和操操作系统,便于移植植可以与VisualC++紧密接口口,便于实实现图形算算法使用简便,效率高2022/12/2988OpenGL功功能建模:点、线、面面+三维物体+曲线曲面变换：平移移、旋转、、缩放、镜镜像+平行投影、、正视投影影颜色设置模模式：RGBA+ColorIndex光照和材质质设置：辐射光（EmittedLight）、环境光光（AmbientLight）、漫反反射光（DiffuseLight）、镜面面光SpecularLight）纹理映射位图显示和和图象增强强：基本的的拷贝和像像素读写+融合（Blending）、反走样样（Antialiasing）和雾（fog）双缓存动画画：深度度暗示（DepthCue）、运动模模糊（MotionBlur）2022/12/2989OpenGL图形库库四个图形库库，200多个函数核心函数有有115个，以gl开头OpenGL实用库（OpenGLUtilityLibrary，GLU）：绘制制复杂的曲曲线曲面、、高级坐标标变换、多多边形分割割，43个，glu开头OpenGL辅助库（OpenGLAuxiliaryLibrary，GLAUX）:简单的窗口口管理、输输入事件处处理、某些些复杂三维维物体绘制制,31个，glaux开头OpenGL工具库（OpenGLUtilityToolkit）:大约30多个函数，，函数名前前缀为glut六个WGL函数：专专门用于OpenGL和Windows95窗口系统的的联接，其其前缀为wgl五个Win32函数用来处处理像素格格式（pixelformats）和双缓存存2022/12/2990OpenGL的绘制流流程和原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2022/12/2991OpenGL中中的数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,GLenumGLbitfield2022/12/2992OpenGL程序设计计图形操作描述述表：特殊的DC有OpenGL与Windows窗口系统相关关的各种信息息一旦启用，未未删除之前可可以调用任何何OpenGL绘制函数，进进行各种操作作2022/12/2993OpenGL程序设计计像素格式创建一个图形形操作表之前前，首先必须须设置像素格格式：含有有设备绘图界界面的属性PIXELFORMATDESCRIPTOR结构体：26个属性2022/12/2994OpenGLMFC程程序流程建立单文档工工程修改StdAfx.h,加入对OpenGL的支持改造C***View::PreCreateWindow()为C***View增加数据成员员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()编写自己的初初始化函数编写自己的DrawScence()2022/12/2995实验一一OpenGL基基础实实验按照上上述流流程，，搭建建OpenGLMFC程序序框架架；（（注意意保存存自己己的工工程））编写自自己的的DrawScene函函数，，绘制制基本本的OpenGL图图形时间：：3月月2号号2022/12/29969、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。