新計算機圖形系統(tǒng)學習教案

1、會計學1新計算機圖形系統(tǒng)新計算機圖形系統(tǒng)第一頁，共92頁。2.1 計算機圖形系統(tǒng)的組成(z chn) 一. 圖形系統(tǒng)的結構 由硬件和軟件兩部分組成(z chn)。 第二章 計算機圖形系統(tǒng) 第二章 計算機圖形系統(tǒng)(xtng) 2.1 計算機圖形系統(tǒng)(xtng)的組成 2.2 計算機圖形顯示器2.3 計算機圖形輸入設備2.4 計算機圖形輸出設備2.5 圖形核心系統(tǒng)(xtng)（GKS）簡介 2.6 通用圖形軟件簡介 第1頁/共92頁第二頁，共92頁。 計算機圖形系統(tǒng)至少應具有以下五個方面基本功能:1.計算功能（1）形體設計和分析方法的程序庫，描述形體的圖形數據庫。（2）坐標的平移、旋轉、投影、透視

2、等幾何變換程序庫的數據庫。（3）曲線、曲面生成和圖形相互(xingh)關系的檢測庫。2.存儲功能 在計算機內存儲器和外存儲器中，應能存放各種形體的幾何數據及形體之間相互(xingh)關系，可實現(xiàn)對有關數據的實時檢索以及保存對圖形的刪除、增加、修改等信息。 第2頁/共92頁第三頁，共92頁。3.輸入功能 由圖形輸入設備將所設計的圖形形體的幾何參數（例如大小、位置等）和各種繪圖命令輸入到圖形系統(tǒng)中。4.輸出功能 圖形系統(tǒng)應有文字、圖形、圖像(t xin)信息輸出功能。在顯示屏幕上顯示設計過程當前的狀態(tài)以及經過圖形編輯后的結果。同時還能通過繪圖儀、打印機等設備實現(xiàn)硬拷貝輸出，以便長期保存。5.對話功

3、能 可通過顯示器或其他人機交互設備直接進行人機通信，對計算結果和圖形，利用定位、拾取等手段進行修改，同時對設計者或操作員執(zhí)行的錯誤給予必要的提示和幫助。第3頁/共92頁第四頁，共92頁。 為了實現(xiàn)以上功能，對圖形(txng)系統(tǒng)的硬件性能要求是：1.處理速度 圖形(txng)系統(tǒng)的處理速度既與圖形(txng)系統(tǒng)硬件有關，也與圖形(txng)軟件的圖形(txng)處理算法有關。2.存儲容量 存儲容量包括三部分：內存儲容量、顯存、外部存儲容量和顯示緩沖區(qū)容量。3. 處理精度 處理精度主要是指圖形(txng)采集輸入質量和顯示輸出質量：這里主要指圖形(txng)分辨率、圖形(txng)色彩的顯示等

4、。而且很大一部分與所采用的圖形(txng)處理軟件有關。 第4頁/共92頁第五頁，共92頁。1.計算機圖形系統(tǒng)的分類 根據其硬件配置和信息傳遞方式分為(fn wi): (1) 脫機繪圖系統(tǒng) 將輸入圖形數據在主機內進行(jnxng)處理將圖形處理后的圖形數據送入中間介質用磁盤或磁帶控制繪圖輸出機輸出圖形 脫機繪圖系統(tǒng)是將圖形數據和圖形輸出分別進行處理，避免計算機處于等待狀態(tài)，加快計算機的工作效率。 第5頁/共92頁第六頁，共92頁。(2) 聯(lián)機(lin j)繪圖系統(tǒng)將輸入圖形(txng)數據在主機內進行處理計算機將圖形處理信息(xnx)直接送給繪圖機輸出圖形 不需要中間介質（磁盤或磁帶）傳遞繪圖

5、信息，處理時間縮短了。但由于繪圖機是機械速度，這樣造成了計算機對繪圖機等待，降低了計算機工作效率。 第6頁/共92頁第七頁，共92頁。(3) 交互式繪圖(hu t)系統(tǒng)繪圖系統(tǒng)將處理結果輸出到圖形終端（圖形顯示器）或圖形工作站。用戶對所顯示圖形還可用定位、拾取和描繪(miohu)等設備進行編輯和標注等。 第7頁/共92頁第八頁，共92頁。 2.計算機圖形系統(tǒng)的硬件工作(gngzu)平臺目前(mqin)，計算機圖形系統(tǒng)的硬件平臺有如下幾種:(1).微型計算機（簡稱微機） 隨著微型計算機性能進一步提高，用微型計算機實現(xiàn)三維形體的設計及顯示(xinsh)能力在不斷提高。 (2).工作站 實際上是一類

6、超級微型計算機，該系統(tǒng)主要用于工程設計，為研究、開發(fā)提供一整套軟硬件工作環(huán)境支持。工作站是具有高速的科學計算、豐富的圖形處理、靈活的窗口及網絡管理功能的交互式計算機系統(tǒng)。美國的SUN、SGI、HP、DEC、IBM等公司均生產此類產品。第8頁/共92頁第九頁，共92頁。(3).中、小型計算機 一般在特定的部門、單位和應用領域中采用此類環(huán)境。它是大型信息系統(tǒng)建立的重要環(huán)境，這種環(huán)境中信息和數據的處理量是很大的，要求(yoqi)機器有極高的處理速度和極大的存儲容量。(4).大型機 以大型計算機為基礎，具有容量龐大的存儲器和極強的計算功能,大量的顯示終端及高精度、大幅面的硬拷貝設備。還往往擁有自行開發(fā)

7、的、功能齊全的應用軟件系統(tǒng)。例如(lr)，美國第三大汽車公司（CHRYSLER汽車公司）就擁有龐大的計算機系統(tǒng)來進行計算機輔助設計、實體造型、結構分析、運動模擬、工程和科學計算、項目管理、生產過程控制等。2.計算機圖形系統(tǒng)的硬件工作(gngzu)平臺第9頁/共92頁第十頁，共92頁。(5).計算機網絡 計算機網絡是指將上述四類計算機平臺，或者其中某一類通過某種互聯(lián)技術彼此連接，按照某種通信協(xié)議進行數據傳輸、數據共享、數據處理的多機工作環(huán)境。 它的特點是多種計算機相連，可以充分發(fā)揮各個機器的性能和特點，以達到很高的性能價格比。 網絡圖形(txng)系統(tǒng)要考慮的關鍵問題是網絡服務器的性能，圖形(t

8、xng)數據的通信、傳輸、共享以及圖形(txng)資源的利用問題。2.計算機圖形系統(tǒng)的硬件(yn jin)工作平臺第10頁/共92頁第十一頁，共92頁。第二章 計算機圖形系統(tǒng) 2.1 計算機圖形系統(tǒng)的組成(z chn) 2.2 計算機圖形顯示器 2.3 計算機圖形輸入設備 2.4 計算機圖形輸出設備 2.5 圖形核心系統(tǒng)（GKS）簡介 2.6 通用圖形軟件簡介 2.2 計算機圖形顯示器 顯示器是圖形系統(tǒng)中必備的輸出設備，目前，陰極射線管（CRT-Cathode Ray Tube）顯示器已經漸漸退出競爭，但是其工作原理仍然值得討論。此外，還有液晶顯示器和等離子板顯示器等。一. CRT顯示器工作原

9、理 CRT顯示器其分辨率好，可靠性高，速度快。為了不影響主機的數據處理能力，CRT顯示器作為計算機的外圍設備而獨立存在，它有自己的控制電路，專門負責屏幕編輯功能，并有標準的串行接口與主機連接。第11頁/共92頁第十二頁，共92頁。1. CRT單色顯示(xinsh)原理 電子槍燈絲加熱陰極，陰極表面(biomin)向外發(fā)射自由電子，控制柵控制自由電子是否向熒光屏發(fā)出 電子流在到達屏幕的途中，被加速(ji s)、聚焦成很窄的電子束由偏轉系統(tǒng)產生電子束的偏轉電場（或磁場），使電子束左右、上下偏轉 在指定時刻在屏幕指定位置上產生亮點 第12頁/共92頁第十三頁，共92頁。余輝時間：電子束離開光點(un

10、 din)后光點(un din)保持的時間。屏幕刷新：熒光亮度隨著時間按指數衰減，整個畫面 必須在每一秒鐘內重復顯示許多次，人們 才能看到一個穩(wěn)定而不閃爍的圖形，因此 必須重復地使熒光質發(fā)光(f un)，即驅使電子束 迅速回到同一點。要保持一幅畫面的穩(wěn)定性，若余輝時間越短，則所需的屏幕輸刷新率越高。影響刷新率的最主要因素(yn s)是顯示器的帶寬。熒光粉的質量直接影響到CRT成像效果。1. CRT單色顯示原理 第13頁/共92頁第十四頁，共92頁。舉例說明余輝時間、畫面切換(qi hun)和刷新頻率三者之間的區(qū)別和聯(lián)系電視（刷新率低，與其(yq)電路相關）由于影片播放時畫面經常切換(qi hu

11、n)，一般采用短余輝的熒光粉若采用長余輝的熒光粉，則會使上一幀圖像余輝保留時間過長而出現(xiàn)拖尾和花屏（馬賽克）現(xiàn)象電腦（刷新率高）由于電腦畫面一般較為穩(wěn)定，同一幀畫面停留時間較長，所以采用與電視相比較長余輝的熒光粉如果一幀電腦畫面停留時間很長，那么需要保證一定的刷新頻率才能使該畫面不閃爍不變暗第14頁/共92頁第十五頁，共92頁。什么(shn me)是灰度？灰度就是亮度，簡單說就是色彩(sci)的深淺程度，在黑白兩色中，灰度體現(xiàn)于黑與白的中間狀態(tài)，也就是灰色。純黑(用0表示(biosh)純白(用15表示)假設總共有16種灰度也就是16種亮度隨箭頭越來越亮那么在彩色變換中同樣有灰度的概念，例如R、

12、G、B三種原色，每種原色都有一個灰度值第15頁/共92頁第十六頁，共92頁。若一種(y zhn)原色有16種灰度，那么該原色要占4位，256種灰度，那么該原色要占8位R、G、B三種原色(yuns)若各有4位，則總共可顯示的彩色數目為212種，也即是161616種兩點提示(tsh)：（1）彩色圖片的色彩變換也叫灰度變換或者色階變換，R、G、B三種原色按任何比例增強再混合。（2）在ACDSee或PhotoShop等圖片工具欄中選擇灰度一項，實際上就是將彩色圖像轉換為只有黑白兩色的灰度圖像，但和黑白圖像還是不同。第16頁/共92頁第十七頁，共92頁。多級灰度一幅（彩色）圖片(tpin)中，由于各部分

13、的顏色細節(jié)不同因而導致各部分的灰度等級不同，這種現(xiàn)象我們稱之為“多級灰度”。第17頁/共92頁第十八頁，共92頁。2.CRT彩色顯示原理 (1).穿透式彩色CRT 采用了多層不同的熒光粉。在綠色熒光粉層上再沉積一層紅色熒光粉。提高加速電壓(diny)后，電子束速度增加，穿透綠色熒光層，顯示綠色電子束速度較低時，轟擊熒光屏的能量(nngling)只能使表層紅色熒光粉受激勵，產生紅色亮點通過(tnggu)改變電子束電壓，就可調節(jié)電子束穿透熒光粉層的厚度，從而改變紅綠兩種發(fā)光亮度的比例，合成不同的顏色，因此，可顯示紅、橙、黃、綠四種顏色。第18頁/共92頁第十九頁，共92頁。(2).蔭罩式彩色(ci

14、s)CRT 顯示的色彩要比穿透(chun tu)式彩色CRT寬廣得多 在熒光屏內壁上分別由紅(R)、綠(G)、藍(B)三種顏色(yns)的熒光粉涂成百萬個熒光粉點，按RGB順序分行交替排列成三角形狀且相距很近 它們發(fā)出三種色彩時分辨不清三種原色，而形成一種顏色 蔭罩的金屬板，板上按三角形狀鉆有4050萬小圓孔 前罩式CRT管內按三角形排列安裝三個電子槍，發(fā)射三條電子束，它們由一個共同偏轉系統(tǒng)控制 三條電子束聚焦于蔭罩板上的小孔中且相距很近 蔭罩的作用是使三條電子束分離開來，分別轟擊到三種顏色的熒光點上 調節(jié)各個電子槍的電流強度，就可改變相應顏色熒光點的亮度，即合成色中所占比例，達到改變成色的色

15、彩 第19頁/共92頁第二十頁，共92頁。二. 圖形顯示系統(tǒng)(xtng)的類型 根據其電子束轟擊屏幕的方式(fngsh)和組成結構可分為三種：隨機掃描式顯示系統(tǒng)、存儲管式顯示系統(tǒng)和光柵掃描式顯示系統(tǒng)。 技術指標：分辨率的高低：現(xiàn)在(xinzi)一般在10241024以上 顯示圖形的顏色的種數 ：現(xiàn)在(xinzi)一般為真彩色32位 第20頁/共92頁第二十一頁，共92頁。1.隨機(su j)掃描式顯示系統(tǒng) 要顯示(xinsh)的圖形由計算機處理成為顯示(xinsh)器的顯示(xinsh)指令（或稱顯示(xinsh)文件） 圖形控制器取出緩沖存儲器或固定存儲器中的顯示指令，依次(yc)執(zhí)行 由管

16、頭控制電路使電子束以按所要的亮度偏轉到指定位置，從而得到圖形 利用電子束在熒光屏上掃描的軌跡畫圖 顯示指令中的亮度、位移量等數字信息經過線產生器的處理轉換為控制電子束產生偏轉和明暗的物理量，也就是電流和電壓 固定存儲器中則存放各種常用字符、數字等的顯示指令 顯示指令經接口電路送到顯示器的緩沖存儲器 第21頁/共92頁第二十二頁，共92頁。為了獲得穩(wěn)定的畫面，必須不斷地重復掃描(somio)顯示文件（即刷新），速度通常為每秒重復掃描(somio)2550次，即每秒2550幀左右 優(yōu)點：能實時地進行數字視頻轉換，實現(xiàn)動態(tài)顯示，易于修改，交互性好掃描速度快，線條質量高，圖形清晰，圖線光滑。缺點：不能

17、產生多級灰度的真實感顯示，圖形的復雜程度受顯示器掃描速度的限制價格(jig)貴，目前很少使用。 第22頁/共92頁第二十三頁，共92頁。2.存儲管式顯示(xinsh)系統(tǒng) 利用顯示管本身來存儲(cn ch)信息技術（隨機掃描器使用了一個獨立的存儲(cn ch)器來存儲(cn ch)圖形信息） 優(yōu)點：圖形保持時間長，比較穩(wěn)定。電路結構(jigu)簡單，成本低。缺點：顯示畫面速度慢，不適宜動態(tài)修改，交互性差。圖形復雜度受到限制。 第23頁/共92頁第二十四頁，共92頁。3.光柵掃描式顯示(xinsh)系統(tǒng) 隨機掃描式顯示器、存儲管式顯示器： 畫線設備，在屏幕上顯示一條直線是從屏幕上一個(y )可編

18、地址點直接畫到另一個(y )可編地址點。 光柵掃描式顯示器： 畫點設備，可以看作是一個點陣單元發(fā)生器，并可控制每個點陣單元亮度，可以生成多種灰度和顏色，色彩連續(xù)變化具有(jyu)真實感的圖形。 第24頁/共92頁第二十五頁，共92頁。（1）光柵掃描式顯示(xinsh)系統(tǒng)組成 把計算機送來的圖形（如畫線、畫多邊形、畫填充區(qū)域或寫字符等）基本(jbn)畫圖命令掃描轉換成為相應的點陣，即位圖（bitmap) 點陣的每一點與屏幕像素一一對應，點陣中每個元素就是像素值，通常用112位二進制數值(shz)來表示灰度或色彩。位映射（bit mapping）技術：由若干位數據來對應屏幕上一點的光柵圖形顯示技

19、術將屏幕上顯示圖形的映像（Image），即位圖放入顯示存儲器中。 所以顯示存儲器又叫位存儲器，通常稱之為幀緩沖器（Frame Buffer） 為了使CRT屏幕上的圖形能持續(xù)地進行顯示，顯示存儲器的內容需要不斷地讀出并送到監(jiān)視器，使得畫面能以一定的頻率刷新 顯示存儲器的分頁處理:顯示存儲器中同時存放多幅畫面，這時存儲區(qū)劃分成若干頁，每一頁存放一幅位圖。物理屏幕當前正在顯示的頁稱為可見頁（Visual Page）。主機每次只能向一個頁進行讀寫操作，這個頁就稱作活動頁（Active Page）。存儲器的頁面可以比屏幕位圖大得多，這樣屏幕只能顯示畫面的一部分，通過上下左右移屏功能，用戶可以看到顯示存儲

20、器中的整個畫面。 第25頁/共92頁第二十六頁，共92頁。（1）光柵掃描式顯示器組成(z chn) 用來定義(dngy)像素的顏色。又稱為調色板。 彩色表的目的是為了不使顯示存儲器容量增大，而能顯示更多的顏色，例如：顯示器要控制三種原色，即R(紅）、G(綠)、B(藍)，為了使三種原色按不同的比例合成各種顏色，每種顏色要有不同的灰度，如果每個像素各個原色要16種灰度，于是(ysh)每個原色要占4位，則每個像素要12位，于是(ysh)顯示存儲器容量就要很大，彩色表可解決此問題。第26頁/共92頁第二十七頁，共92頁。采用彩色表時，顯示存儲器的像素值不再是直接送到監(jiān)視器中的顏色值，而僅是顏色的一個(

21、y )索引（Color Index），即彩色表的地址，用八位表示一個(y )像素值，如編號69（01000101）為彩色表對應地址從彩色表對應地址項中讀出R、G、B三種顏色(yns)分量（即顏色(yns)號的定義值）然后送監(jiān)視器 例如(lr)：彩色表的字長為 12bit（R、G、B各 4bit），這意味著最多可定義2124096種不同顏色 彩色表結構第27頁/共92頁第二十八頁，共92頁。為什么說彩色表的使用(shyng)節(jié)省了存儲容量？彩色表的地址數目是由像素值的位長來決定的，也就是彩色素的多少(dusho)，也即是一屏能顯示顏色數目的多少(dusho)，例如像素值有8位，那么彩色表的地址彩

22、色素數目一屏能顯示的顏色數256像素(xin s)值的位長與彩色表的字長（也即是R/G/B三種原色的總位長）無關，例如像素(xin s)值的位長為8，R/G/B三種原色各有16（256）種灰度，那么彩色表的字長為12（24），該顯示系統(tǒng)所能顯示的顏色總數為4096（16777216）種，但是每屏最多能顯示的顏色數目只有28256種。第28頁/共92頁第二十九頁，共92頁。CRT 控制器使電子束不斷地自上而下、自左面右進行屏幕掃描，形成光柵（Raster），產生水平和垂直同步信號(xnho)送往CRT。CRT監(jiān)視器供顯示(xinsh)圖形用。 第29頁/共92頁第三十頁，共92頁。（2）光柵掃描

23、顯示器的工作(gngzu)原理 圖形生成器根據(gnj)主機發(fā)送來的畫圖命令轉換成相應點陣 點陣存入(cn r)到顯示存儲器中 顯示存儲器中生成所顯示畫面位圖 CRT控制器產生水平和垂直同步信號送到監(jiān)視器，使CRT電子束不斷地自上而下、自左向右進行掃描，形成光柵；同時根據電子束在屏幕上的行列位置，不斷地讀出顯示存儲器中對應位置像素值。 彩色表中對應值控制R、G、B電子束，在屏幕對應點生成需要像素值。 為了使屏面顯示畫面不產生閃爍，上述過程要反復進行，一般要求CRT的幀頻為5060幀秒。 第30頁/共92頁第三十一頁，共92頁。顯示器的光柵掃描方式(fngsh)一般有兩種 消隱(xio yn)

24、按照0，2，4，6的順序(shnx)掃描完偶數行，開始掃描奇數行。按照1，3，5，7的順序掃描完奇數行，整個屏幕掃描完畢。從0行光柵（偶數行）開始，逐行下掃，直到屏幕底部 隔行掃描、非隔行掃描掃描第0行光柵 消隱 回掃線是被消隱的 第31頁/共92頁第三十二頁，共92頁。（3）光柵掃描式顯示器主要(zhyo)性能參數 顯示(xinsh)分辨率顏色或亮度(lingd)等級數目其他畫圖速度一般指屏幕上水平方向可以顯示多少像素（水平分辨率），垂直方向可以顯示多少像素（垂直分辨率）。如 CGA 6402001280000.12MP。(PPixel) 亮度等級或灰度等級數目是指單色顯示器的像素亮度可變化

25、數目，彩色顯示器顏色數目又分成兩個指標：一個是顯示器可以顯示的所有不同顏色總數，一個是同一幀面允許顯示的不同顏色最大數目，即彩色表項的多少。畫圖速度指的是圖像生成器把基本畫圖命令轉換成顯示存儲器位圖的速度。 如屏幕尺寸刷新頻率、縱橫比（屏幕上縱向間距和橫向間距之比）、余輝 時間等。第32頁/共92頁第三十三頁，共92頁。三. 顯示(xinsh)配置 顯示器和顯示卡兩方面(fngmin)內容 顯示器就是(jish)監(jiān)視器（CRT） 顯示器控制適配器，它是將顯示存儲器、CRT控制器制作在一塊芯片上 從顯示標準的角度來說，每一種標準都包含有一種或多種顯示模式，而每一種顯示模式都規(guī)定了模式的“類型”、

26、“字符尺寸”、“字符格式”、“屏幕分辨率”、“色彩”等指標。 兩種顯示模式類型，即圖形模式和文本模式。 第33頁/共92頁第三十四頁，共92頁。1.圖形(txng)模式在圖形模式下，把字符也看成圖形，用點陣（位圖）來表示，直接(zhji)存放在顯示存儲器中。 優(yōu)點:字符的顯示位置可以以像素為單位任意定位，也可以隨意改變單個字符的大小、方向或字符串走向，但編輯修改(xigi)操作比較麻煩。 2.文本模式顯示存儲器中存放的是字符編碼（ASCII碼或漢字代碼）及屬性（加亮、閃爍、下橫線等），其字符點陣信息存放在一個只讀存儲器中（稱為字符發(fā)生器或字庫）。優(yōu)點:處理速度快，但是字符是由固定區(qū)域內的像素所

27、組成。 第34頁/共92頁第三十五頁，共92頁。屏幕(pngm)、字符格式、字符尺寸與分辨率關系 字符尺寸:是指這個固定字符區(qū)的大小，它是由行和列兩個(lin )方向上像素點的個數來決定的 914每行 9個像素點每列14個像素點字符格式:是指顯示屏幕(pngm)上字符顯示的分辨率，它是用每行可顯示的字符數乘每列可顯示的字符數來表示的 8025每行可顯示80個字符每列可顯示25個字符,即有25行第35頁/共92頁第三十六頁，共92頁。常見(chn jin)顯示標準MDA(Monachronme Display Adapter)單色顯示標準 “文本”模式“類型”，“字符格式”如8025，“字符尺寸

28、”為914，“屏幕分辨率”為720350，彩色數目只有黑白兩種； CGA（Color Graphics Adapter）彩色圖形標準 包括(boku)四種“文本”模式“類型”和三種“圖形”模式“類型”，最高“屏幕分辨率”為 640200，“色彩數目”最多為16色； 注意(zh y)這里所指的“色彩數目”的含義第36頁/共92頁第三十七頁，共92頁。EGA（Enhanced Graphics Adapter）增強型圖形標準 含有MDA、CGA的模式“類型”外，增加了四種“文本”模式“類型”和四種“圖形”模式“類型”，其中一種為單色。它的最高“屏幕分辨率”為640350“色彩數目”最多為16色；

29、VGA（Video Graphics Array）視頻(shpn)圖形陣列標準 最高“屏幕分辨率”為640480，“色彩數目”最多可達 256色。 書上還列出其他顯示標準，請自己看。第37頁/共92頁第三十八頁，共92頁。三. 其它(qt)顯示器 （LiquidCrystal Display）LCD 1.液晶(yjng)顯示器2.等離子顯示器 3.電子(dinz)發(fā)光顯示器 （Plasma Display Panel）PDP 第38頁/共92頁第三十九頁，共92頁。第二章 計算機圖形系統(tǒng) 2.1 計算機圖形系統(tǒng)的組成 2.2 計算機圖形顯示器2.3 計算機圖形輸入設備2.4 計算機圖形輸出設備

30、2.5 圖形核心系統(tǒng)（GKS）簡介(jin ji) 2.6 通用圖形軟件簡介(jin ji) 第39頁/共92頁第四十頁，共92頁。一. 鍵盤(jinpn) 二. 鼠標 一機械式鼠標器 二光電式鼠標器 三光機式鼠標器底部裝有一對軸線相互垂直的金屬滾輪，當在桌面上移動鼠標器時， 滾輪的轉動轉化成x，y方向的數值被記錄下來，并相應地移動屏幕上的光標。 需要一個特殊的墊盤。鼠標底端的發(fā)光二極管直接向墊盤發(fā)射光束，通過光脈沖次數測定鼠標偏移量。 通過鼠標下三個滾軸及光敏半導體元件測量位移，從而測出相對移動偏移量第40頁/共92頁第四十一頁，共92頁。233 光筆(un b) 一種檢測(jin c)裝置

31、 功能一般(ybn)有兩種：拾取和跟蹤 使用時要有相應的軟件配合。 第41頁/共92頁第四十二頁，共92頁。234 數字化儀和圖形(txng)輸入板 數字化儀第42頁/共92頁第四十三頁，共92頁。 數字化儀時常用來摘取放在它上面的工程圖上的大量點，經數字化后存儲起來，以此作為圖形輸入一種手段。 工作原理：數字化儀平板實際上就是一個XY直角坐標系，它上面的任何一點都對應于一個坐標值（x，y），當游標器移動到平板上某一位置時，按一下(yxi)游標器上的開關，便可獲得這一位置的坐標值，并自動地把這個坐標值（x，y）送到計算機內。只要(zhyo)將畫有此曲線的圖紙貼在數字化儀的平板上，并移動游標器到

32、各個點A i（i1，2，6）每次按下游標器上的開關，便把這些點的坐標（x i，y i）自動地送到計算機內 234 數字化儀和圖形(txng)輸入板 第43頁/共92頁第四十四頁，共92頁。 圖形輸入板則更多用于交互設計(shj)，使用時大多劃出一個臺板圖形區(qū)，其余部分放置菜單，稱為菜單區(qū)。圖形(txng)區(qū)菜單(ci dn)區(qū)臺板圖形區(qū)與顯示屏之間存在著一種映射關系234 數字化儀和圖形輸入板 第44頁/共92頁第四十五頁，共92頁。234 數字化儀和圖形(txng)輸入板 第45頁/共92頁第四十六頁，共92頁。操縱桿跟蹤(gnzng)球第46頁/共92頁第四十七頁，共92頁。236 圖形(

33、txng)掃描儀直接把圖形（工程圖紙）和圖像（如照片、廣告畫）掃描輸入到計算機中，以像素信息進行(jnxng)存儲表示的設備。 按所支持(zhch)的顏色分：單色掃描儀和彩色掃描儀按所采用的固態(tài)器件分:電荷耦合器件（CCD）掃描儀、MOS電路掃描儀和緊貼型掃描儀等；按掃描寬度和操作方式分:大型掃描儀、臺式掃描儀和手動式掃描儀 第47頁/共92頁第四十八頁，共92頁。 圖形掃描(somio)基本過程(CCD掃描(somio)儀）掃描(somio)光源通過待掃描(somio)材料再經一組鏡面反射到CCD由CCD轉換產生圖像數據(shj)，然后，傳輸給計算機主機經過適當的軟件處理，以圖像數據文件的形

34、式存儲或使用。 第48頁/共92頁第四十九頁，共92頁。分辨率：在原稿的單位長度（英寸(yngcn)）上取樣的點數，單位是dpi（dot per inch）一般在300dpi-1000dpi 掃描儀的性能指標支持顏色、灰度等級(dngj)：目前有4位、8位和22位面顏色、灰度等級(dngj)的掃描儀。 掃描圖形(txng)分辨率越高，所需的儲空間就越大。 掃描儀支持的顏色、灰度層次越多，圖像的數字化表示就越準確，但同時意味著表示一個像素的位數增加了，因而也增加了存儲空間。第49頁/共92頁第五十頁，共92頁。第二章 計算機圖形系統(tǒng)(xtng) 2.1 計算機圖形系統(tǒng)(xtng)的組成 2.2

35、計算機圖形顯示器2.3 計算機圖形輸入設備2.4 計算機圖形輸出設備2.5 圖形核心系統(tǒng)(xtng)（GKS）簡介 2.6 通用圖形軟件簡介 顯示器、繪圖儀、打印機一. 繪圖儀把由計算機生成(shn chn)的圖形輸出到圖紙（或其它介質）上的硬拷貝設備。 筆繪式噴墨式靜電式 平臺式滾筒式平面電機式小型式 第50頁/共92頁第五十一頁，共92頁。1.筆式繪圖儀矢量型設備，繪圖筆相對(xingdu)紙作隨機移動。 在筆式繪圖機上，一個電脈沖通過驅動電機與傳動(chundng)機構使畫筆移動的距離稱為步距（或稱脈沖當量） 步距減小，畫出的圖就越精細(jngx)。 第51頁/共92頁第五十二頁，共92

36、頁。(1).平臺式繪圖機 圖紙(tzh)靜止不動導軌做X方向(fngxing)運動筆架做Y方向(fngxing)運動機械傳動第52頁/共92頁第五十三頁，共92頁。(2).滾筒式繪圖機 繪圖紙卷在滾筒(gntng)上，筆和紙都是運動的。(3).平面(pngmin)電機式繪圖機 采用平面電機(dinj)驅動，可以取消導軌、橫梁及傳動機構 。(4).小型繪圖機 結構簡單原理大致與平臺式繪圖機相同第53頁/共92頁第五十四頁，共92頁。筆式繪圖機的主要(zhyo)技術指標 繪圖(hu t)速度步距 繪圖(hu t)精度 功能靜態(tài)精度 重復精度零位精度 總精度 包括繪圖幅面大?。ˋ0，A1，A3等），

37、畫筆數量，以及其他輔助(fzh)功能（如插補功能、由線擬合功能等） 畫筆移動的速度，一般為每分鐘 1248m。 實際繪制圖線與理論圖線之間相似程度。誤差越小，精度越高 畫筆單方向移動時，實際移動距離與按脈沖計算的位移差 畫筆從出發(fā)點移動一定距離后，再回到出發(fā)點，出發(fā)點與實際終點之間偏差。畫筆從零位移動到繪圖臺面所允許的最大距離，再返回零位時，零位與實際終點問的偏差。 繪圖時積累誤差允許值。 第54頁/共92頁第五十五頁，共92頁。二、噴墨式繪圖儀噴墨裝置多數情況是安裝在類似打印機的機頭上，紙則繞在滾筒上并使之快速旋轉，噴墨頭則在滾筒上緩慢運動，并且把青色(qn s)、品紅、黃色，有時是黑色墨噴

38、到紙上。 三、靜電(jngdin)繪圖儀繪圖分兩步：（1）用靜電(jngdin)構造一個不可見潛影（2）噴上調色劑著色處理進行顯影第55頁/共92頁第五十六頁，共92頁。242 打印機針點式打印機激光打印機 針打點陣式靜電點陣式噴墨點陣式細針與色帶作為打印(d yn)裝置 利用(lyng)靜電作用 利用噴射墨計作為(zuwi)打印裝置 第56頁/共92頁第五十七頁，共92頁。Graphics Kernel System，一種已經被ISO接受的國際圖形(txng)標準一. GKS的功能(gngnng)v提供了各種物理的圖形輸入、輸出設備（圖 形顯示器、繪圖機。圖形輸入板等）和應用 軟件之間的接口

39、。 v提供了與各種高級語言的接口。 第二章 計算機圖形系統(tǒng) 2.1 計算機圖形系統(tǒng)的組成 2.2 計算機圖形顯示器2.3 計算機圖形輸入設備2.4 計算機圖形輸出設備2.5 圖形核心系統(tǒng)（GKS）簡介 2.6 通用圖形軟件簡介 第57頁/共92頁第五十八頁，共92頁。二. GKS的基本概念1.工作站 由一個操作員操縱(cozng)使用的一組圖形輸入輸出設備 是一個邏輯(lu j)上的概念 一個(y )工作站允許有多個輸入設備，但只能有一個(y )輸出設備。典型的工作站由一個(y )鍵盤、一個(y )鼠標器和一臺圖形顯示器組成 分為輸出型、輸入型、輸入輸出型（交互式工作站）、元文件輸出工作站、元

40、文件輸入工作站和圖段存儲器工作站六種類型。 第58頁/共92頁第五十九頁，共92頁。2.坐標(zubio)與坐標(zubio)變換 GKS有三種(sn zhn)不同的坐標系 v供應用程序使用的實際世界坐標系統(tǒng)（Worldv Coordinate System，簡稱 WC）v各工作站物理(wl)設備使用的設備坐標系（Devicev Coordinate System，簡稱DC）vGKS內部使用的規(guī)范設備坐標系（Normalizedv Device Coordinate；簡稱NDC） 三個坐標系都是二維坐標系 第59頁/共92頁第六十頁，共92頁。兩種坐標(zubio)變換規(guī)范化坐標變換 工作站坐

41、標變換 第60頁/共92頁第六十一頁，共92頁。三. GKS圖形(txng)輸出原語GKS可以輸出一些最基本的幾何元素如線段、標記、填充封閉(fngb)區(qū)域、文字、符號等。通常二維物體的形狀及其相應的畫面都可以由這些基本的圖形元素來構成。 應用程序是通過調用GKS的輸出圖元功能(gngnng)子程序的方式輸出圖元的。 GKS的六種圖形輸出原語 （見書P41）GKS不僅使用必要的坐標數據來規(guī)定上述各種圖元的位置、大小及形狀、而且可以通過各種屬性來指出其外貌，從而使應用程序能很方便地生成符合實際使用要求的多姿多彩的圖形。輸出圖元屬性（見書P42） 第61頁/共92頁第六十二頁，共92頁。四. GK

42、S圖形輸入(shr)設備六種不同的邏輯輸入(shr)設備：定位設備 筆畫設備 揀取設備 選擇設備 數值輸入(shr)設備 字符串輸入(shr)設備 用于輸入一串字符，應用程序可以按照輸入字符串對圖形進行標注，或按輸入字符串打開一個文件等等。 ASCII鍵盤 用于輸入一個數值，應用程序取得這個數值后，控制圖形的大小、尺寸、方向等。數字鍵盤、按鈕 從應用程序提供給用戶的一組選擇項目（如各種命令或各種操作對象）中選出某一種。應用程序根據不同的選擇將執(zhí)行不同的操作。按鈕，功能鍵，鼠標器 從屏幕上顯示出來的各個圖段及圖元中挑選出某一圖段或圖元），供應用程序進行處理。應用程序取得的是被選中的圖段或圖元的標

43、識。光筆、鼠標器、數字化儀 通過輸入屏幕上一組點的坐標而向應用程序指出一條路徑（或一個輪廓），應用程序將獲得該路徑（或輪廓）上各個點的世界坐標。 如數字化儀、鼠標器、光筆 用來指出屏幕上一個點的位置，應用程序將取該點所對應的世界坐標及該點所在視區(qū)的規(guī)范變換。如鼠標器、操縱桿、跟蹤球、數字化儀 第62頁/共92頁第六十三頁，共92頁。2.6 通用圖形軟件(run jin)簡介一、通用圖形(txng)軟件的分類 圖形軟件的內容非常(fichng)豐富，它包括二維圖形的生成、圖形變換、幾何交切、裁剪，平面圖形的布爾運算，三維圖形的生成、變換、隱藏線的消除，三維剪裁，立體造型等。圖形程序包：如PLOT

44、-10、CALCOMP等繪制軟件 基本圖形資源軟件：如GKS及PHIGS標準的軟件包，還有SGI公司研發(fā)的圖形標準庫OpenGL。以及二維、三維交互圖形軟件，幾何造型軟件，動畫技術軟件等第二章 計算機圖形系統(tǒng) 2.1 計算機圖形系統(tǒng)的組成 2.2 計算機圖形顯示器2.3 計算機圖形輸入設備2.4 計算機圖形輸出設備2.5 圖形核心系統(tǒng)（GKS）簡介 2.6 通用圖形軟件簡介 第63頁/共92頁第六十四頁，共92頁。nCADAM（Computer-graphics Augmented Design And Manufacture，計算機圖形增廣設計和制造） nCATIA（ Computer-gr

45、aphics Aided Three-demensional Interactive Application，計算機輔助三維交互應用） nCAEDS（Compute Aided Engineering Design Systems，計算機輔助工程設計系統(tǒng)） nGKS（Graphics Kernel System，圖形核心系統(tǒng)）nCBDS2（Circuit Board Design System 2，電路板設計系統(tǒng)2） nPADL（Pat and Assembly Descriptiion Language，零件(ln jin)和部件描述語言） 二、典型圖形軟件(run jin)一覽 詳見課本(

46、kbn)P47第64頁/共92頁第六十五頁，共92頁。習題(xt)P50: 第4、5、6、7題第65頁/共92頁第六十六頁，共92頁。n液晶(yjng)顯示器n等離子顯示器n兩種顯示器之間的對比第66頁/共92頁第六十七頁，共92頁。液晶(yjng)(Liquid-Crystal)于1888年被被奧地利的植物學家Friedrich Reinitzer 所發(fā)現(xiàn)液晶(yjng)顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱LCD) 第67頁/共92頁第六十八頁，共92頁。液晶(yjng)顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱LCD) 按照(nzho) 分子 的排 列

47、方 式液 晶的 分類(fn li) 情況 第68頁/共92頁第六十九頁，共92頁。液晶(yjng)顯示器（LiquidCrystal Display）LCD介電系數：是液晶受電場的影響決定液晶(yjng)分子轉向的特性折射系數(xsh)：是光線穿透液晶時影響光線行進路線的重要參數液晶顯示器就是利用液晶本身的這些特性，適當的利用電壓，來控制液晶分子的轉動，進而影響光線的行進方向，來形成不同的灰階，作為顯示影像的工具。 液晶特性 第69頁/共92頁第七十頁，共92頁。13萬美元，160顆鉆石(zunsh)打造最昂貴的液晶電視液晶(yjng)顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱

48、LCD) 實物圖片 第70頁/共92頁第七十一頁，共92頁。n筆記本電腦液晶顯示器 n桌面(zhumin)計算機液晶顯示器 n電視液晶顯示器 就使用(shyng)范圍而言：液晶顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱(jinchng)LCD) 分類 第71頁/共92頁第七十二頁，共92頁。液晶顯示器(LCD)原理(yunl)綜述 液晶顯示器(LCD/Liquid Crystal Display）的顯像原理，是將液晶置于兩片導電玻璃之間，靠兩個電極間電場的驅動，引起液晶分子扭曲向列的電場效應；兩片玻璃基板上裝有配向膜，液晶沿著溝槽配向，由于玻璃基板配向膜溝槽偏離90度，液晶分子

49、將成為扭轉型，當玻璃基板沒有加入電場時，光線透過偏光板隨液晶做90度扭轉；此時光線通過下方偏光板，液晶面板呈白色，玻璃基板加入電場時，液晶分子產生配列變化，光線通過液晶分子空隙維持原方向被下方偏光板遮蔽并被吸收，液晶面板顯示黑色；液晶顯示器便是根據此電壓有無，使面板達到顯示效果。LCD的分類：被動矩陣式LCD在亮度及可視角方面受到較大的限制，反映速度慢；目前應用比較廣泛的主動矩陣式LCD，也稱TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶體管LCD)。 該電場效應控制光源透射或遮蔽功能，在電源關開之間產生明暗而將影像顯示出來，若加上彩色濾光片，則可顯示彩色影像；第72

50、頁/共92頁第七十三頁，共92頁。液晶(yjng)顯示器原理分解液晶(yjng)顯示器示意圖 第73頁/共92頁第七十四頁，共92頁。液晶(yjng)顯示器(LiquidCrystal Display,簡稱LCD) 沒有(mi yu)增加電壓 晶粒以螺旋形式排列，使所穿過的極化光的極化方向偏轉(pinzhun)90度（由配向膜決定）第74頁/共92頁第七十五頁，共92頁。增加(zngji)電壓 增加電壓后，所有的晶粒在電場力作用下呈線性按同一方向排列(pili)，并失去極化作用液晶(yjng)顯示器(LiquidCrystal Display,簡稱LCD) 第75頁/共92頁第七十六頁，共92

51、頁。液晶(yjng)顯示器(LiquidCrystal Display,簡稱LCD) 液晶(yjng)顯示器發(fā)展歷史 扭曲(ni q)向列型(TNTwisted Nematic)超扭曲向列型(STNSuper TN)雙層超扭曲向列型(DSTNDual Scan Tortuosity Nomograph)薄膜晶體管型(TFTThin Film Transistor)第76頁/共92頁第七十七頁，共92頁。薄膜晶體管型（TFTThin Film Transistor） 工作(gngzu)原理建立在TN-LCD基礎上。利用薄膜晶體管來產生電壓，以控制液晶轉向的顯示器，就叫做TFT LCD。 在光源設

52、計上，TFT的顯示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路徑不是像TN液晶那樣的從上至下，而是從下向上，這樣的作法是在液晶的背部設置了類似日光燈的光管。液晶(yjng)顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱LCD) 第77頁/共92頁第七十八頁，共92頁。TFT液晶(yjng)顯示器原理圖 液晶(yjng)顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱LCD) 第78頁/共92頁第七十九頁，共92頁。幾個(j )性能指標 顯示器的尺寸(ch cun) 響應(xingyng) 時間 分辨率 亮度 屏幕 壞點 LCD顯示器的尺寸就是它實際的屏幕尺寸，也就是最大的可視尺

53、寸。如果同是一臺17英寸的顯示器，CRT顯示器的顯示區(qū)域為15.35英寸，而液晶顯示器的則為17英寸。LCD顯示器顯示器的分辨率有別于CRT顯示器的分辨率，對于CRT顯示器而言，只要調整電子束的偏轉電壓，就可以改變不同的分辨率。但LCD顯示器由于像素間距已經固定，所以支持的顯示模式不像CRT顯示器那么多。LCD顯示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在該分辨率下，液晶顯示器才能顯示最佳效果。譬如目前15英寸LCD顯示器的最佳分辨率為1024768，1719英寸的LCD顯示器最佳分辨率通常為12801024 。亮度的單位是坎德拉每平米，即cd/m2或稱nits。當然亮度值越大時，圖像的顯示效果就越清晰

54、，能看到的細節(jié)也就越多了。在LCD顯示器中亮度往往和它的背板光源有關。背板光源越亮，整個液晶顯示器的亮度也會隨之提高。不過，LCD顯示器的背光源的壽命也是有限的，長時間使用會導致亮度的逐漸下降。液晶顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱LCD) 第79頁/共92頁第八十頁，共92頁。幾個性能(xngnng) 參數響應時間指的是LCD顯示器對于輸入(shr)信號的反應速度，也就是液晶由暗轉亮或者是由亮轉暗的反應時間。通常都是以毫秒(ms)來計算，響應時間越小越好。 所謂壞點，其實是指在液晶面板上不能正常(zhngchng)顯示的像素點(壞點、亮點與暗點)統(tǒng)稱。其中亮點是指在全

55、黑底色背景下顯示出會發(fā)亮的色點。暗點是指在全白底色背景下顯示出的非發(fā)亮色點，以及在其它顏色背景下顯示出的其它色點。壞點也是判斷LCD顯示器優(yōu)劣的主要依據，壞點越少越好。關于LCD顯示器壞點有A、B、C三級標準，A級質量最好。如我國的標準是3個壞點以下為A級合格，日本標準是3個壞點以下為A級合格，韓國標準是5個壞點以下為A級合格。液晶顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱LCD) 第80頁/共92頁第八十一頁，共92頁。應用領域通信(tng xn)領域（如移動電話、無線電話、傳真機） 計測領域(ln y)（如工業(yè)用儀表、機器） 通信領域（如移動電話(y dn din hu)、

56、無線電話、傳真機） 通信領域（如移動電話、無線電話、傳真機） 。液晶顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱LCD) 第81頁/共92頁第八十二頁，共92頁?？傊?，等離子屏幕的彩色圖像由各個(gg)獨立的熒光粉像素發(fā)光綜合而成，因此圖像鮮艷、明亮、干凈而清晰。 等離子顯示器(Plasma Display Panel, 簡稱(jinchng)PDP) 等離子顯示器一般由三層玻璃板組成(z chn)，第一層里面涂有導電材料。中間層是燈泡陣列，也就是離子管，里面充滿惰性氣體，當加有電壓時，等離子氣體激發(fā)出紫外線去激發(fā)熒光粉發(fā)光。第三層表面涂有導電材料的水平條。要點亮某個地址的燈泡，

57、開始要在相應行上加較高的電壓，等該燈泡點亮后，可用低電壓維持氖氣燈泡的亮度。關掉某個燈泡，只要將相應的電壓降低。燈泡開關的周期時間是15ms，通過改變控制電壓，可以使等離子板顯示不同灰度的圖形。原理第82頁/共92頁第八十三頁，共92頁。等離子顯示器三層結構(jigu)示意圖 等離子顯示器(Plasma Display Panel, 簡稱(jinchng)PDP) 第83頁/共92頁第八十四頁，共92頁。等離子顯示器(Plasma Display Panel, 簡稱(jinchng)PDP) (1)亮度、高對比度。據計算等離子電視對比度達到500:1，完全能滿足眼睛的需求；亮度達到330/850尼特（cd/m2），比普通電視的250尼特（cd/m2）高很多，因此，其色極還原性非常好。(2)純平面圖像無扭曲。PDP的RGB發(fā)光