计算机图形学 第二章课件

第二章图形系统

本章重点1.图形系统的组成（硬件、软件）及功能。2.目前常见的几类图形系统。3.图形输入设备的分类。4.光栅扫描图形显示器。2.1图形系统的组成及功能主机硬件图形外部设备

计算机图形系统操作系统系统软件网络软件软件支撑软件应用软件2.2图形系统的分类一.PC图形系统PC机键盘鼠标打印机绘图仪彩色图形显示器图形适配卡特点：1.价格低廉，易于使用。

2.图形处理主要靠软件和CPU来完成，较难承受三维图形实时处理时的计算量。改进：配置高档图形卡，如Leadtek

Quadro6000。

Leadtek

Quadro6000名称：LeadtekQuadro6000接口：PCIExpress2.0显存：6144MB(G)DDR5显存位宽：384bit

核心频率：

575MHz显存频率：3000MHz显存带宽：144GB/s

流处理器：448个统一渲染单元，工作频率1150MHz价格：39999元

MIPSR1200300MHz,1MBL2cache,128MBto1GBSynchronousDRAMResolutionupto1600x10242.3图形外部设备一.图形输入设备按逻辑功能可分为六类：

1.定位（locator）基本功能：输入一个点坐标。典型物理设备：数字化仪（digitizer）图形输入板（teblet）、鼠标器（mouse）、

操纵杆（joystick）、跟踪球（trackball）

2.笔划（stroke）基本功能：输入一系列点坐标。典型物理设备：数字化仪（digitizer）、鼠标器（mouse）图形输入板（teblet）

CALCOMPUltraSlate绘图板（图形输入板）台湾Logitech公司生产的跟踪球（无线和有线）

3.数值（valuator）基本功能：输入一个数据（整数或实数）。典型物理设备：键盘（keyboard）。

4.选择（choice）基本功能：给应用程序返回一个整数值，实现某种选择。典型物理设备：功能键。

5.拾取（pick）基本功能：拾取一个显示着的图元。典型物理设备：光笔（通常采用软件的方法来模拟）。

6.字符串（string）基本功能：输入一串字符。典型物理设备：键盘二.图形输出设备1.硬拷贝设备

笔式绘图仪（滚筒式、平板式）喷墨绘图仪数码相机HPDesignJet5500PS最高分辨率(dpi)：600×1200

打印速度(m2/hr)：17.6

最大打印宽度(mm)：1520参考报价：142000元CALCOMP宽幅喷墨绘图机理光DCR10采用1030万像素的原色CCD，具有3英寸LCD显示屏、28-200mm广角，3648×2736最高图像分辨率，7.1倍光学变焦镜头，1cm超微距，光学防抖，168g。优点：1）开机迅速2）1cm微距拍摄3）焦距范围大

4）CCD防抖效果明显5）成像色彩饱和

6）实用的电子水平仪尼康D1H，数码相机之经典机型D1H最重要的性能是具有高速快门和连拍功能,快门速度达到了1/16000秒,每秒高达5张。

尼康D3X

尼康D3X

尼康D3X产品类型：全画幅数码单反相机

感光器件：CMOS

最大像素数（万个）：2572

最高分辨率（像素）：6048×4032

显示屏尺寸（英寸）：3快门速度：30秒-1/8000秒连拍模式：最高达每秒11张续航能力：4400张重量：1220克（无电池）单电相机索尼Nex7传感器类型ExmorAPSHDCMOS最大象素数：2470万像素有效像素2430万最高分辨率：6000×4000快门速度：30-1/4000秒连拍：速度优先连续拍摄模式，最高10张/秒镜头说明：索尼E卡口镜头显示屏：3英寸，可旋转重量：291g（仅机身）2.显示设备

1)光栅扫描显示器基本结构及工作原理特点：光栅扫描式显示器是一种画点设备，可看作是一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元的亮度。每个可寻址的点阵单元称为一个像素（pixel）。显示器在水平和垂直方向上能够寻址的像素数称为分辨率。

锯齿现象走样（aliasing）

2）LCD显示器基本原理液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。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。LCD显示器的基本指标可视角度：能看到清晰图象的最大角度被我们称为可视角度。一般所说的可视角度是指左右两边的最大角度相加。点距：两个液晶颗粒（光点）之间的距离，一般0.28－0.32mm就能得到较好的显示效果分辨率：指其真实分辨率，表示水平方向的像素点数与垂直方向的像素点数的乘积

3)帧缓存(framebuffer)

屏幕上的像素点和帧缓存中的存储单元之间具有一一对应的关系，所以帧缓存的单元数至少等于当前分辨率下的屏幕象素总和。对于黑白图形只有黑白两级灰度，因此每个像素只需一个bit表示，通常将其称之为一个位面(plan)。对于彩色图形，则需要若干个bit来表示每个像素的颜色值，也就是需要若干个位面。若设位面数为n，那么所能表示的颜色总数为2的n次方。D/AD/AD/A红绿蓝CRT光栅彩色电子枪帧缓冲存储器888N寄存器问题：若光栅扫描式显示器的分辨率为1024×768

要使屏幕上可显示的色彩总数达到224种帧缓冲存储器的容量至少应该多大？答案：

1024×768×3B=2304KB=2.25MB∴帧缓冲存储器的容量应该≥3MB4)彩色表技术目的：以较小的帧缓存来达到在较大范围内挑选颜色的能力。025567100110100001RGB帧缓存彩色表显示器5)显示处理器（GPU）显示处理器+帧缓存显卡图形处理器图形处理硬件子系统2.4图形软件1.图形软件的组成1）零级图形软件：解决图形设备与主机的通讯、接口等问题，又称设备驱动程序。2）一级图形软件：包括生成基本图形元素、对设备进行管理的各程序模块，又称基本子程序。3）二级图形软件：建立图形数据结构，定义、修改和输出图形；以及建立各图形设备之间的联系，具有较强的交互功能。也称功能子程序4）三级图形软件：为解决某种应用问题的图形软件，是整个应用软件的一部分。2.基本图形软件（支撑软件）1）内容：系统管理程序、定义和输出基本图素和复合图素的程序、图形变换（包括几何变换、裁剪等）程序、实时输入处理程序、交互处理程序。2）常见支撑软件高级语言（扩充了图形处理子程序包）：TurboC、TurboPascal、NDPFORTRAN、Delphi、VB、VC等交互式图形软件（与硬件平台有关）微机：AutoCAD、3DSMAX、MicroStation、SoftImage3D等。工作站：Euclid、I—DEAS、Unigraphics、MAYA等。2.5图形标准目的：将图元的绘制、交互操作、图形设备的驱动、图形文件的存储和传送等标准化，便于图形应用程序的开发和移植。

1.基本图形交换规范IGES

定义了一套表示图形系统中常用的几何和非几何数据的格式以及相应的文件结构，解决不同图形系统间的数据传送问题。

2.图形核心系统GKS

定义了一个独立于语言的图形系统核心，提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的标准功能接口。

3.程序员级层次结构图形系统PHIGS

为应用程序员提供的控制图形设备的子程序接口标准。便于描述多层次的应用模型。4.计算机图形设备接口CGI

提供一种与设备无关的虚拟图形设备驱动程序的标准。5.计算机图形元文件CGM

定义了一套与设备无关的图形文件格式，提供了随机存取、传送图形文件，以及将不同图形系统所产生的图形集成到一起的手段。

本章小结1。计算机图形系统与一般计算机系统的主要区别在于强调图形处理能