图形学CG第2章电子教案

2023/2/41第二章计算机图形系统本章将介绍计算机图形系统，包括图形系统概述、图形设备、图形标准2023/2/422.1计算机图形系统概述2.1.1计算机图形系统的结构2023/2/43

1、图形软件系统图形应用软件和图形支撑软件两大类。（1）图形应用软件几何造型平台、CAD/CAM软件、计算机动画软件、科学计算可视化软件等。Autodesk的主导产品AutoCAD，二维绘图软件。Unigraphics（UG），Pro/Engineer，I-DEAS，以及国内的高华CAD、CAXA、GS-CAD98等。（2）图形支撑软件图形支撑软件是支撑程序员开发图形应用软件的软件，包括操作系统、设备驱动程序、语言系统、图形标准系统、数据转换标准等。2023/2/44在某种程序设计语言中，扩充加入了图形语句或函数，使其具备图形生成及处理功能，如TurboC、AutoLisp等。图形标准系统通常是通用编程软件包或图形库的形式，如OpenGL。图形支撑软件提供各种图形的生成、实现图形的处理和输入输出操作、控制和处理各种图形设备以及交互过程中的各种事件。2023/2/45

2、图形硬件系统图形硬件系统是计算机图形系统的硬件平台，包括图形计算机平台和图形设备两部分。（1）图形计算机平台（2）图形设备2023/2/462.1图形输入设备1.输入设备常用输入设备:

键盘（keyboard）,鼠标器,光笔(lightpen),触摸屏(touchscreen),操纵杆(joystick),

新型输入设备:数据手套(dataglove),数字化仪(digitizer),图象扫描仪(scaner)1.绘图仪

滚筒式,平板式2.打印机撞击式（impact）打印机,非撞击式（Nonimpact）打印机(喷墨式,激光式)2023/2/472.2图形绘制设备2.3图形显示设备显示设备分为两大类:

基于阴极射线管（CRTCathode－RayTube）的监视器,平板显示器.

CRT显示器的发展阶段:存储管式显示器，随机扫描显示器（又称矢量显示器），刷新式光栅扫描显示器.

平板显示器:液晶显示器、等离子显示器、激光显示器等。在应用中，由于液晶显示器价格的大幅降低，使用日渐增多，大有取代CRT显示器的趋势。2023/2/482023/2/49

1.单色阴极射线管

CRT（CathodeRayTube）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，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。2023/2/410从外形上看，CRT为：管颈部分、锥体部分、屏幕部分从结构上看，CRT为：电子枪、偏转系统、荧光屏2023/2/4112.彩色阴极射线管产生彩色方法：射线穿透法和影孔板法。射线穿透法:采用两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色。射线穿透法:主要用于画线显示器，其优点是成本低，而缺点是只能产生有限几种颜色。2023/2/4122023/2/413影孔板法影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位置。外层玻璃荧光涂层影孔板荫罩式彩色显象管主要结构：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩板2023/2/4142023/2/415三色荧光屏荫罩板2023/2/416三支电子枪2023/2/4173.光栅扫描的图形显示器

在光栅扫描系统中，电子束横向扫描屏幕，一次一行，从顶到底顺次进行。当电子束横向沿每一行移动时，电子束的强度不断变化来建立亮点的图案。2023/2/4182023/2/419(1)几个概念刷新速率：每秒60到80帧，即60Hz或80Hz。水平回扫（horizontalretrace），行扫描垂直回扫（verticleretrace），场扫描逐行扫描和隔行（interlaced）扫描：隔行扫描技术主要用于较慢的刷新速率，以避免闪烁2023/2/420刷新缓冲存储器（refreshbuffer）或称帧缓冲存储器（framebuffer）象素:若将整个屏幕扫描线分成n行，而每行有m个点，每个点为一个像素，则整个屏幕有m×n个像素.扫描转换过程:象素信息是从应用程序转换并放入帧缓冲区的过程屏幕分辨率:是指CRT在水平或垂直方向的单位长度上能分辨出的最大光点（像素）数。特点:分辨率越高，相邻像素点之间的距离越小，显示的字符或图像也就越清晰。

显示分辨率:是显示控制器所能提供的显示模式分辨率.如640*480，800*600，1024*768，2800*1024等。存储分辨率:是指帧缓冲区的大小，一般用缓冲区的字节数表示.不仅与显示分辨率有关，还与像素点的色彩有关.2023/2/4212023/2/422亮度等级又称灰度:主要指单色显示器的亮度变化。色彩:包括显示器可选择颜色的数目以及一帧画面可同时显示的颜色数，与荧光屏的质量有关，并受显示存储器VRAM容量的影响。2023/2/423走样2023/2/4243平板显示器（flat-paneldisplay）低电压、轻小型、数字化显示器件平板显示器（flat-paneldisplay）非发射显示器（none-missivedisplay）发射显示器（emissivedisplay）2023/2/4251.液晶显示器（LiquidCrystalDisplay）液晶的电光效应：当液晶分子的某种排列状态在电场作用下变为另一种排列状态时，液晶的光学性质随之改变。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。2023/2/4262显示卡简单的光栅图形显示子系统2023/2/427常用的光栅图形显示子系统2023/2/428发展的光栅图形显示子系统2023/2/4293相关概念1.分辨率光点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象素点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。2023/2/430

三种分辨率：屏幕分辨率:也称为光栅分辨率，它决定了显示系统最大可能的分辨率，任何显示控制器所提供的分辨率也不能超过这个物理分辨率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。2023/2/431

显示分辨率:是计算机显示控制器所能够提供的显示模式分辨率，实际应用中简称为显示模式。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。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。显示分辨率不同，它所对应的象素点大小也不同。2023/2/432图形的存储分辨率:是指帧缓冲区的大小，一般用缓冲区的字节数表示。存储分辨率不仅与显示分辨率有关，还与象素点的色彩有关。帧缓存大小的计算：

x方向的象素点数*y方向的象素点数*log2n/8其中：n为颜色数或灰度等级数2023/2/433屏幕分辨率决定了所能显示的最高分辨率。显示分辨率和存储分辨率对所能显示的图形分辨率也有控制作用。2.象素与帧缓存屏幕上一个象素点就对应帧缓存中的一组信息。组合象素法（PackedPixelMethod）颜色位面法（ColorPlaneMethod）2023/2/434

组合象素法: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存中，编码字节的长度与点的属性（如颜色、灰度等）有关。2023/2/435

颜色位面法:帧缓存被分成若干独立的存储区域，每一个区域称为一个位面（BitPlane），每个位面控制一种颜色或者灰度，每一个图形象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一个象素。2023/2/4362023/2/4373.颜色查找表

颜色查找表(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索引。2023/2/4382023/2/4392023/2/4404.显示长宽比

显示长宽比，即水平点数与垂直点数之比。要求在屏幕两个方向上相同象素点数产生同样长度的线段，以使图形不至发生畸变。2023/2/4415.屏幕坐标系2023/2/4422.3.3PC图形显示卡（自学）2023/2/4431.MDA（MonochromeDisplayAdapter）2.CGA（ColorGraphicsAdapter）3. EGA（ExtendedGraphicsArray）/VGA（VideoGraphicsArray）显示模式4.高性能图形显示卡SVAG、AVGA、TVGA、显示存储器的带宽刷新带宽2023/2/4442.5图形软件标准

图形标准是指系统中各界面之间进行数据交换的接口标准、语言连接规范和应用程序接口API标准等。图形标准的制定是为了在不同的计算机系统和图形设备之间进行图形应用软件的移植。计算机图形标准有GKS标准、CGM标准、CGI标准、IGES标准、DXF标准、STEP标准、OpenGL标准。

2023/2/445OpenGL（OpenGrepgicsLibrary）

OpenGL（OpenGrepgicsLibrary）是在SGI等多家世界闻名的计算机公司的倡导下制定的一个通用共享的开放式的三维图形标准。它提供了一个标准的计算机图形学所使用的数学模型到显示的接口，并独立于硬件设备和操作系统。以它为基础