計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 2 圖形設(shè)備與系統(tǒng)

1、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)1第二章 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)2.1 圖形系統(tǒng)2.2 圖形顯示設(shè)備2.3 圖形輸入設(shè)備2.4 圖形繪制設(shè)備2.5 圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)2.6 OpenGL圖形軟件包計(jì)算機(jī)圖形學(xué)22.1 圖形系統(tǒng)p2.1.1計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)p2.1.2計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能p2.1.3圖形系統(tǒng)的分分類(lèi)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)32.1.1 圖形系統(tǒng)的組成u計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，使用系統(tǒng)的人也是這個(gè)系統(tǒng)的組成部分。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)4圖形硬件圖形軟件圖形應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖形應(yīng)用軟件圖形支撐軟件圖形計(jì)算機(jī)平臺(tái)圖形設(shè)備圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)5u硬件系統(tǒng)包括：輸入設(shè)備、顯示設(shè)備、

2、繪制設(shè)備u軟件系統(tǒng)包括：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、圖形軟件、高級(jí)語(yǔ)言平臺(tái)軟件計(jì)算機(jī)圖形學(xué)6u圖形輸入設(shè)備：二維：鼠標(biāo)、圖形輸入板、跟蹤球、光筆、觸摸屏、操縱桿、掃描儀 三維：空間球、數(shù)據(jù)手套 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)7u圖形輸出n圖形輸出包括圖形的顯示和圖形的繪制，圖形顯示指的是在屏幕上輸出圖形n圖形繪制通常指把圖形畫(huà)在紙上，也稱硬拷貝，打印機(jī)和繪圖儀是兩種最常用的硬拷貝設(shè)備計(jì)算機(jī)圖形學(xué)8u圖形輸出(顯示、打?。┫到y(tǒng)： n陰極射線管顯示器，n液晶顯示器，等離子顯示器， n繪圖儀,打印機(jī)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)92.1.2 圖形系統(tǒng)的功能1計(jì)算功能2存儲(chǔ)功能3對(duì)話功能4輸入功能5輸出功能計(jì)算機(jī)圖形學(xué)10 圖形系統(tǒng)基本功能框圖

3、顯示器交互輸出計(jì)算輸入存貯數(shù)據(jù)庫(kù)圖形輸出設(shè)備圖形輸入設(shè)備計(jì)算機(jī)圖形學(xué)112.1.3 圖形系統(tǒng)的分類(lèi)1以大型機(jī)為基礎(chǔ)的圖形系統(tǒng)2以中型或小型機(jī)為基礎(chǔ)的圖形系統(tǒng)3以工作站為基礎(chǔ)的圖形系統(tǒng)4以微機(jī)為基礎(chǔ)的圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)12圖形工作站u具有完整人機(jī)交互界面，集高性能的計(jì)算和圖形于一身，可配置大容量的內(nèi)存和硬盤(pán)，I/O和網(wǎng)絡(luò)功能完善，使用多任務(wù)多用戶操作系統(tǒng)的小型通用個(gè)人化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。u1983年美國(guó)APOLLO公司推出第一臺(tái)適合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的工作站。u現(xiàn)在全球最有名的圖形工作站屬SGI圖形工作站。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)13u圖形處理器是圖形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要元件，是連接計(jì)算機(jī)和顯示終端的紐帶u早期

4、的圖形處理器只包含簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器和幀緩沖區(qū)，它們實(shí)際上只起了一個(gè)圖形的存儲(chǔ)和傳遞作用，一切操作都必須有CPU來(lái)控制u現(xiàn)在的圖形處理器不單單存儲(chǔ)圖形，而且能完成大部分圖形函數(shù)，專(zhuān)業(yè)的圖形卡已經(jīng)具有很強(qiáng)的3D處理能力，大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān),提高了顯示質(zhì)量和顯示速度計(jì)算機(jī)圖形學(xué)14圖形處理器的組成u顯示主芯片 顯卡的核心，俗稱GPU，它的主要任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)輸入的視頻信息進(jìn)行構(gòu)建和渲染u顯示緩存n用來(lái)存儲(chǔ)將要顯示的圖形信息以及保存圖形運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)n顯存的大小和速度直接影響著主芯片性能的發(fā)揮u數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（RAMDAC） 它的作用就是把二進(jìn)制的數(shù)字轉(zhuǎn)換成為和顯示器相適應(yīng)的模擬信號(hào)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)15顯存模

5、擬信號(hào)輸出主芯片計(jì)算機(jī)控制信號(hào)RAMDAC顯卡工作原理簡(jiǎn)單示意圖計(jì)算機(jī)圖形學(xué)162.2 圖形顯示設(shè)備2.2.1 陰極射線管顯示器2.2.2 平板顯示器n液晶顯示器（LCD）n發(fā)光二極管顯示器n等離子顯示器2.2.3 圖形顯示子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)172.2.1 陰極射線管顯示器一、陰極射線管二、彩色陰極射線管三、CRT顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)18一、陰極射線管（CRT)u陰極射線管CRT（Cathode Ray Tube）是一種真空器件，它利用電磁場(chǎng)產(chǎn)生高速的、經(jīng)過(guò)聚焦的電子束，偏轉(zhuǎn)到屏幕的不同位置轟擊屏幕表面的熒光材料而產(chǎn)生可見(jiàn)圖形。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)19一、陰極射線管（CRT)u組成：包括電子槍、加速結(jié)構(gòu)

6、、聚焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏計(jì)算機(jī)圖形學(xué)20陰極射線管(CRT)工作原理u高速的電子束由電子槍發(fā)出，經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)、加速系統(tǒng)和磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)就會(huì)到達(dá)熒光屏的特定位置。由于熒光物質(zhì)在高速電子的轟擊下會(huì)發(fā)生電子躍遷，即電子吸收到能量從低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)。由于高能態(tài)很不穩(wěn)定，在很短的時(shí)間內(nèi)熒光物質(zhì)的電子會(huì)從高能態(tài)重新回到低能態(tài)，這時(shí)將發(fā)出熒光，屏幕上的那一點(diǎn)就會(huì)亮了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)21陰極射線管（CRT）-電子槍u電子槍?zhuān)寒a(chǎn)生一個(gè)沿管軸（Z軸）方向前進(jìn)的高速的細(xì)電子束轟擊熒光屏。n具有足夠的電流強(qiáng)度。n電流的大小和有無(wú)必須是可控的。n具有很高的速度。n在熒光屏上應(yīng)能聚焦很小的光亮，以保證顯示器有足夠的分辨率。2

7、1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)22陰極射線管（CRT）-電子槍22燈絲陰極柵極加速極第二陽(yáng)極第三陽(yáng)極石墨層玻璃燈絲陰極柵極加速極聚焦極第二、四陽(yáng)極石墨層玻璃（b)四極電子槍?zhuān)╝)三極電子槍圖圖 CRT電子槍的結(jié)構(gòu)電子槍的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)23電子槍u電燈絲、陰極和控制柵組成。u陰極：由燈絲加熱發(fā)出電子束，u控制柵：加上負(fù)電壓后，能夠控制通過(guò)其中小孔的帶負(fù)電的電子束的強(qiáng)弱。通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)電壓高低來(lái)控制電子數(shù)量，即控制熒光屏上相應(yīng)點(diǎn)的亮度。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)24陰極射線管-聚焦系統(tǒng)u保證電子束在轟擊屏幕時(shí)，匯聚成很細(xì)的點(diǎn)。u加速電極 加正的高壓電（幾萬(wàn)伏），使電子束高速運(yùn)動(dòng)。 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)25陰極射線管-偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)u控制電子束

8、，靜電場(chǎng)或磁場(chǎng)，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。u電子束要到達(dá)屏幕的邊緣時(shí)，偏轉(zhuǎn)角度就會(huì)增大。到達(dá)屏幕最邊緣的偏轉(zhuǎn)角度被稱為最大偏轉(zhuǎn)角u最大偏轉(zhuǎn)角是衡量系統(tǒng)性能的最重要的指標(biāo)，顯示器長(zhǎng)短與此有關(guān)uCRT顯示器屏幕越大整個(gè)顯象管就越長(zhǎng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)26陰極射線管（CRT）-偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)26圖圖 磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)27陰極射線管（CRT）-熒光屏u熒光屏（Phosphor Screen）n熒光屏是用熒光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用沉積法涂敷熒光粉。玻璃底壁要求無(wú)氣泡，表面光學(xué)拋光。n熒光粉的性能要求是：發(fā)光顏色滿足標(biāo)準(zhǔn)白色、發(fā)光效率高、余輝時(shí)間合適以及壽命長(zhǎng)等。27計(jì)算機(jī)圖形學(xué)28陰極射線管-熒光屏u熒光物質(zhì)：當(dāng)它被

9、電子轟擊時(shí)發(fā)出亮光u持續(xù)發(fā)光時(shí)間：電子束離開(kāi)某點(diǎn)后，該點(diǎn)的 亮度值衰減到初始值1/10所需的時(shí)間要保持顯示一幅穩(wěn)定的畫(huà)面，必須不斷地發(fā)射電子束u刷新頻率n刷新一次是指電子束從上到下掃描一次的過(guò)程n刷新頻率高到一定值后，圖象才能穩(wěn)定顯示計(jì)算機(jī)圖形學(xué)29某種CRT產(chǎn)生穩(wěn)定圖像所需要的最小刷新頻率=1秒/熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時(shí)間（例如）=1000/40=25Hz計(jì)算機(jī)圖形學(xué)30屏幕的發(fā)展過(guò)程-走向平面的顯像管u球面顯象管：n表面：球面的一部分n時(shí)間：90年代初u柱面顯象管：n表面：柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有彎曲n時(shí)間：90年代中期n代表：Sony公司的Trinitron(特麗瓏) Mi

10、tsubishi公司的Diamondtron（鉆石瓏）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)31屏幕的發(fā)展過(guò)程-走向平面的顯像管u平面直角顯象管n表面：球面的一部分，類(lèi)似于平面n時(shí)間：90年代中后期u純平顯象管n表面：純平面n時(shí)間：90年代后期n代表：Sony公司的FD Trinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron，Samsung公司的DanyFlat，LG公司的Flatron計(jì)算機(jī)圖形學(xué)32球面顯示器與柱面顯示器u普通的顯象管采用的都是點(diǎn)狀影孔板顯象管，顯象管的表面呈略微凸起的球面狀，故稱之為“球面管”。而柱面顯象管采用蔭柵式結(jié)構(gòu)，它的表面在水平方向仍然略微凸起，但是在垂直方向上卻是筆直的，呈

11、圓柱狀，故稱之為“柱面管”u常用的蔭柵式顯象管有日本索尼公司的特麗瓏管（Trinitron）和三菱公司的鉆石瓏管（Diamondtron）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)33陰極射線管（CRT）u枕形失真n當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電流I與偏轉(zhuǎn)角的正弦成正比。只有在偏轉(zhuǎn)角很小時(shí)，偏轉(zhuǎn)角與偏轉(zhuǎn)電流之間才成直線性關(guān)系。n由于熒光屏四角距中心最遠(yuǎn)，偏轉(zhuǎn)角較大，同樣的偏轉(zhuǎn)電流增量所造成的偏轉(zhuǎn)距離增量最大。33計(jì)算機(jī)圖形學(xué)34陰極射線管（CRT）34圖圖 枕形失真與桶形失真枕形失真與桶形失真u枕形失真的校正n將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的鋸齒形電流預(yù)先產(chǎn)生一些失真；n將偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做成略有不均勻性，接近管軸中央處略強(qiáng)，周?chē)匀?。?jì)算機(jī)圖形

12、學(xué)35陰極射線管（CRT）35圖圖 電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)燈絲陰極加速極控制柵聚焦極加速極熒光屏水平偏轉(zhuǎn)板垂直偏轉(zhuǎn)板計(jì)算機(jī)圖形學(xué)36二 彩色陰極射線管u產(chǎn)生彩色的常用方法：n射線穿透法n影孔板法計(jì)算機(jī)圖形學(xué)37二 彩色陰極射線管-射線穿透法u原理：兩層熒光涂層，紅色光和綠色光兩種發(fā)光物質(zhì)，電子束轟擊穿透熒光層的深淺，決定所產(chǎn)生的顏色電子束電子束熒光涂層熒光涂層產(chǎn)生顏色產(chǎn)生顏色低速電子束低速電子束較低速電子束較低速電子束較高速電子束較高速電子束高速電子束高速電子束計(jì)算機(jī)圖形學(xué)38彩色陰極射線管-射線穿透法u應(yīng)用：主要用于畫(huà)線顯示器u優(yōu)點(diǎn)：成本低u缺點(diǎn)：只能產(chǎn)生有限幾種顏色計(jì)算機(jī)圖形學(xué)39二 彩色陰極射線管

13、-影孔板法u原理：影孔板被安裝在熒光屏的內(nèi)表面，用于精確定位像素的位置外層玻璃外層玻璃影孔板影孔板熒光涂層熒光涂層計(jì)算機(jī)圖形學(xué)40影孔板的類(lèi)型u點(diǎn)狀影孔板（蔭罩）n代表：大多數(shù)球面與柱面顯像管u柵格式影孔板n代表：Sony的Trinitron與Mitsubishi 的Diamondtron顯像管u溝槽式影孔板n代表：LG的Flatron顯像管計(jì)算機(jī)圖形學(xué)41二 彩色陰極射線管-影孔板法u點(diǎn)狀影孔板工作原理n紅、綠、蘭三基色n三色熒光點(diǎn)（很小并充分靠近-像素）n三支電子槍電子槍、影孔板中的一個(gè)小孔和熒光熒光點(diǎn)點(diǎn)呈一直線；每個(gè)小孔與一個(gè)像素（即三個(gè)熒光點(diǎn)熒光點(diǎn)）對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)42u顯示器能同時(shí)顯

14、示的顏色個(gè)數(shù) 如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強(qiáng)度有256個(gè)等級(jí)，則顯示器能同時(shí)顯示256*256*256=16M種顏色，稱為真彩系統(tǒng)調(diào)節(jié)各電子槍發(fā)生的電子束中所含電子的數(shù)目，即可控制各色光點(diǎn)亮度。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)43R G B紅綠蘭蔭柵熒光屏蔭柵式彩色CRT顯色原理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)44R GG BB0.25mmd=0.28mm0.22mm0.31mmR GBG點(diǎn)距為.25的柱面顯示器點(diǎn)距為.28的球面顯示器柱面和球面顯示器點(diǎn)距定義示意圖計(jì)算機(jī)圖形學(xué)45三、CRT顯示器u隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器u直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器u光柵掃描的圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

15、4646u向量（vector）顯示器、筆劃（Stroke writing）顯示器。u隨機(jī)掃描（random-scan）的圖形顯示器中電子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機(jī)性，即電子束的掃描軌跡隨顯示內(nèi)容而變化，只在需要的地方掃描，而不必全屏掃描。 隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)4747p無(wú)冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵系統(tǒng)無(wú)冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵系統(tǒng)更高的分辨率、生成光滑線條；更高的分辨率、生成光滑線條；p不能顯示逼真場(chǎng)景、和電視標(biāo)準(zhǔn)不一致、驅(qū)動(dòng)不能顯示逼真場(chǎng)景、和電視標(biāo)準(zhǔn)不一致、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也較復(fù)雜。系統(tǒng)也較復(fù)雜。隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)48

16、 隨機(jī)掃描的顯示系統(tǒng)u特點(diǎn)：電子束可隨意移動(dòng)，只掃描熒屏上要顯示的部分。u邏輯部件：刷新存儲(chǔ)器(Refreshing Buffer),顯示處理器（DPU:Display Processing Uuit）和CRT計(jì)算機(jī)圖形學(xué)4949隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器圖圖 隨機(jī)掃描圖形顯示器的工作原理隨機(jī)掃描圖形顯示器的工作原理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)50隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器工作原理 應(yīng)用程序發(fā)出繪圖命令解析成顯示處理器可接受的命令格式，存放在刷新存儲(chǔ)器中。刷新存儲(chǔ)器中所有的繪圖命令組成一個(gè)顯示文件，由顯示處理器負(fù)責(zé)解釋執(zhí)行(刷新) 驅(qū)動(dòng)電子槍在屏幕上繪圖。 修改圖形，實(shí)際是修改顯示

17、文件中的某些繪圖命令。 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)5151u直視存儲(chǔ)管DVST（direct-view storage tube）從表面上看直視存儲(chǔ)管的特性極象一個(gè)有長(zhǎng)余輝的熒光屏，一條線一旦畫(huà)在屏幕上，在一小時(shí)之內(nèi)都將是可見(jiàn)的。 直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)5252屏幕存儲(chǔ)柵收集柵寫(xiě)電子槍電子流讀出電子槍寫(xiě)陰極直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器圖圖 直視存儲(chǔ)管圖形顯示器的工作原理直視存儲(chǔ)管圖形顯示器的工作原理工作原理工作原理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)5353u無(wú)需刷新；u很復(fù)雜的圖形都可以在極高的分辨率下無(wú)閃爍地顯示；u成本較低；u不能顯示彩色；u不能局部修改；u擦除和重畫(huà)過(guò)程可能持續(xù)較長(zhǎng)

18、時(shí)間。直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)5454光柵掃描圖形顯示器光柵掃描圖形顯示器圖圖 光柵掃描原理光柵掃描原理水平掃描（顯示）水平掃描（顯示）水平回掃（消隱）水平回掃（消隱）垂直回掃（消隱）垂直回掃（消隱）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)55工作原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵形狀進(jìn)行的順序掃描，而字符、圖像是靠Z軸信號(hào)控制輝亮來(lái)形成的。輝亮放大器視頻信號(hào)水平同步垂直同步水平振蕩垂直振蕩水平驅(qū)動(dòng)垂直驅(qū)動(dòng)水平輸出垂直輸出高壓CRTyxz圖圖 光柵掃描圖形顯示器的工作原理光柵掃描圖形顯示器的工作原理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)56邏輯部件u幀緩沖存儲(chǔ)器（Frame Buffer)，視頻控制器（Video C

19、ontroller)，顯示處理器（Display Processor），CRTu幀緩沖存儲(chǔ)器n作用：存儲(chǔ)屏幕上像素的顏色值n簡(jiǎn)稱幀緩沖器，俗稱顯存計(jì)算機(jī)圖形學(xué)57幀緩沖存儲(chǔ)器（顯示存儲(chǔ)器）u幀緩沖存儲(chǔ)器（顯示存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)用于刷新的圖像信息的存儲(chǔ)器。幀緩沖存儲(chǔ)器的大小通常用X方向（行）和Y方向（列）可尋址的地址數(shù)的乘積來(lái)表示，稱為幀緩沖存儲(chǔ)器的分辨率。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)58u幀緩存中單元數(shù)目與顯示器上像素的數(shù)目相同，單元與像素一一對(duì)應(yīng)，各單元的數(shù)值決定了其對(duì)應(yīng)像素的顏色。u顯示顏色的種類(lèi)與幀緩存中每個(gè)單元的位數(shù)有關(guān)（圖示幀緩沖器的每個(gè)單元只有一位）。 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)5959u光點(diǎn)一般是指電子束打在顯示器

20、的熒光屏上，顯示器能夠顯示的最小的發(fā)光點(diǎn)。u像素點(diǎn)是指圖形顯示在屏幕上時(shí)候，按當(dāng)前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點(diǎn)。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率計(jì)算機(jī)圖形學(xué)6060u屏幕分辨率，也稱為光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率，任何顯示控制器所提供的分辨率也不能超過(guò)這個(gè)物理分辨率。u通常用水平方向上的光點(diǎn)數(shù)與垂直方向上的光點(diǎn)數(shù)的乘積來(lái)表示。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率計(jì)算機(jī)圖形學(xué)6161u顯示分辨率是計(jì)算機(jī)顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，實(shí)際應(yīng)用中簡(jiǎn)稱為顯示模式。u對(duì)于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。u對(duì)于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所

21、能顯示的象素點(diǎn)總數(shù)的乘積表示。u顯示分辨率不同，它所對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)大小也不同。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率計(jì)算機(jī)圖形學(xué)6262u圖形的存儲(chǔ)分辨率是指幀緩沖區(qū)的大小，一般用緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)表示。u存儲(chǔ)分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與像素點(diǎn)的色彩有關(guān)。u幀緩存大小的計(jì)算：x方向的像素點(diǎn)數(shù)y方向的像素點(diǎn)數(shù)log2n/8（BYTE） 其中：n為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率計(jì)算機(jī)圖形學(xué)6363p屏幕分辨率決定了所能顯示的最高分辨率。屏幕分辨率決定了所能顯示的最高分辨率。p顯示分辨率和存儲(chǔ)分辨率對(duì)所能顯示的圖形分辨率顯示分辨率和存儲(chǔ)分辨率對(duì)所能顯示的圖形分辨率有控制作用。有控制作用。p顯示器

22、中的分辨率顯示器中的分辨率 帶寬帶寬 = A*水平像素點(diǎn)數(shù)水平像素點(diǎn)數(shù)*垂直像素點(diǎn)數(shù)垂直像素點(diǎn)數(shù)*刷新頻率刷新頻率 A常取常取1.344相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率計(jì)算機(jī)圖形學(xué)64三種分辨率：u屏幕分辨率也稱為光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率，任何顯示控制器所提供的分辨率也不能超過(guò)這個(gè)物理分辨率通常用水平方向上的光點(diǎn)數(shù)與垂直方向上的光點(diǎn)數(shù)的乘積來(lái)表示。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)65u顯示分辨率是計(jì)算機(jī)顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，實(shí)際應(yīng)用中簡(jiǎn)稱為顯示模式。顯示分辨率不同，它所對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)大小也不同。n對(duì)于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。n對(duì)于圖形顯

23、示方式，則用水平和垂直方向上所能顯示的象素點(diǎn)總數(shù)的乘積表示。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)66u存儲(chǔ)分辨率是指幀緩沖區(qū)的大小，一般用緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)表示。n存儲(chǔ)分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與象素點(diǎn)的色彩有關(guān)。n幀緩存大小的計(jì)算： x方向的象素點(diǎn)數(shù)*y方向的象素點(diǎn)*log2n/8 其中：n為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)u屏幕分辨率決定了所能顯示的最高分辨率。顯示分辨率和存儲(chǔ)分辨率對(duì)所能顯示的圖形分辨率也有控制作用。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)6767屏幕上一個(gè)象素點(diǎn)就對(duì)應(yīng)幀緩存中的一組信息。u組合像素法（Packed Pixel Method）u顏色位面法（Color Plane Method）相關(guān)概念相關(guān)概念像像素與幀緩存素與幀緩存計(jì)算

24、機(jī)圖形學(xué)6868u在組合像素法中，一個(gè)圖形象素點(diǎn)的全部信息被編碼成一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，按照一定方式存儲(chǔ)到幀緩存中，編碼字節(jié)的長(zhǎng)度與點(diǎn)的屬性（如顏色、灰度等）有關(guān)。相關(guān)概念相關(guān)概念像素與幀緩存像素與幀緩存圖圖 組合象素法組合象素法計(jì)算機(jī)圖形學(xué)6969u在顏色位面法中，幀緩存被分成若干獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)位面（Bit Plane），每個(gè)位面控制一種顏色或者灰度，每一個(gè)圖形象素點(diǎn)在每個(gè)位面中占一位，通過(guò)幾個(gè)位面中的同一位組合成一個(gè)象素。相關(guān)概念相關(guān)概念像素與幀緩存像素與幀緩存圖圖 顏色位面法顏色位面法計(jì)算機(jī)圖形學(xué)70圖圖 具有具有24位面彩色幀緩存的顯示器位面彩色幀緩存的顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)7

25、171u顏色查找表也稱調(diào)色板，是由高速的隨機(jī)存儲(chǔ)器組成，用來(lái)儲(chǔ)存表達(dá)象素色彩的代碼。此時(shí)幀緩沖存儲(chǔ)器中每一象素對(duì)應(yīng)單元的代碼不再代表該象素的色彩值，而是作為查色表的地址索引。相關(guān)概念相關(guān)概念顏色查找表顏色查找表計(jì)算機(jī)圖形學(xué)72圖圖 具有具有24位面彩色幀緩存和位面彩色幀緩存和10位顏色查找表的顯示器位顏色查找表的顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)7373u顯示長(zhǎng)寬比，即水平點(diǎn)數(shù)與垂直點(diǎn)數(shù)之比。要求在屏幕兩個(gè)方向上相同像素點(diǎn)數(shù)產(chǎn)生同樣長(zhǎng)度的線段，以使圖形不至發(fā)生畸變。相關(guān)概念相關(guān)概念顯示長(zhǎng)寬比顯示長(zhǎng)寬比計(jì)算機(jī)圖形學(xué)7474相關(guān)概念相關(guān)概念屏幕坐標(biāo)系屏幕坐標(biāo)系圖圖 不同顯示器的坐標(biāo)不同顯示器的坐標(biāo)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)75

26、相關(guān)概念相關(guān)概念u行頻、幀頻水平掃描頻率為行頻。垂直掃描頻率為幀頻。u逐行掃描、隔行掃描隔行掃描方式是先掃偶數(shù)行掃描線，再掃奇數(shù)行掃描線。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)76隔行掃描工作原理u一幀完整的畫(huà)面分成兩場(chǎng)。u一場(chǎng)160秒，（場(chǎng)頻60HZ），（幀頻30HZ）畫(huà)面更新頻率仍為60HZ，降低了閃爍效應(yīng)，每一場(chǎng)160秒內(nèi)，幀緩存中數(shù)據(jù)量比逐行掃描少一半。降低了視頻控制器存取幀緩存的速度及傳輸帶寬的要求。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)772.2.2平板顯示器平板顯示器（flat-panel display）低電壓、輕小型、數(shù)字化顯示器件。平板顯示器（flat-panel display）的分類(lèi)：u非發(fā)射顯示器（none-emiss

27、ive display）u發(fā)射顯示器（emissive display）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)7878u液晶顯示器u等離子體顯示板（Plasma Panel）u薄片光電顯示器（Thin-Film Electroluminescent Display）u發(fā)光二極管（Liquid-Emitting Diode, LED）u激光顯示器及其他顯示器平板顯示器平板顯示器（flat-panel display）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)7979u液晶分子的排列在微弱的外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)或者應(yīng)力、溫度變化等作用下非常容易改變。當(dāng)液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場(chǎng)作用下變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)生光被電場(chǎng)調(diào)制的現(xiàn)象稱為液

28、晶的電光效應(yīng)。液晶顯示器液晶顯示器原理原理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)8080圖圖2.20 液晶顯示原理液晶顯示原理液晶顯示器液晶顯示器原理原理o 液晶顯示的機(jī)理是通過(guò)能阻塞或傳遞光的液晶液晶顯示的機(jī)理是通過(guò)能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來(lái)自周?chē)幕騼?nèi)部光源的偏振光。材料，傳遞來(lái)自周?chē)幕騼?nèi)部光源的偏振光。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)81液晶顯示器的構(gòu)成u液晶顯示器LCD(Liquid Crystal Display)是由六層薄板組成的平板式顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)8282uNW（Normal White）型的LCD：在液晶面板不施加電壓時(shí)，我們所看到的面板是透光的畫(huà)面，也就是亮的畫(huà)面。uNB（Normal Black）型的LCD

29、：當(dāng)對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí)，面板無(wú)法透光。液晶顯示器液晶顯示器類(lèi)型類(lèi)型計(jì)算機(jī)圖形學(xué)8383液晶顯示器液晶顯示器彩色彩色o 液晶顯示器利用在一側(cè)的玻璃基板上加上一個(gè)液晶顯示器利用在一側(cè)的玻璃基板上加上一個(gè)彩色濾光片（彩色濾光片（CF，Color Filter）實(shí)現(xiàn)彩色。）實(shí)現(xiàn)彩色。o 彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍(lán)色小點(diǎn)，彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍(lán)色小點(diǎn)，每個(gè)小點(diǎn)有各自不同的灰度，相鄰的一組每個(gè)小點(diǎn)有各自不同的灰度，相鄰的一組RGB小點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)基本的彩色顯示單元，即一個(gè)像小點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)基本的彩色顯示單元，即一個(gè)像素。素。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)8484液晶顯示器液晶顯示器彩色彩色圖圖2.21 彩色濾光

30、片排列方式彩色濾光片排列方式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)8585液晶顯示器液晶顯示器分類(lèi)分類(lèi)o 扭曲向列型（扭曲向列型（TN，Twisted Nematic）o 超扭曲向列型（超扭曲向列型（STN，Super TN）o 雙層超扭曲向列型（雙層超扭曲向列型（DSTN，Dual Scan TN）o 薄膜晶體管型（薄膜晶體管型（TFT，Thin Film Transistor）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)86LCD顯示器的優(yōu)點(diǎn)u外觀小巧精致，厚度只有6.58cm左右。u不會(huì)產(chǎn)生CRT那樣的因?yàn)樗⑿骂l率低而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象u工作電壓低，功耗小，節(jié)約能源u沒(méi)有電磁輻射，對(duì)人體健康沒(méi)有任何影響計(jì)算機(jī)圖形學(xué)87液晶顯示器的缺點(diǎn)u壽命短、怕震

31、動(dòng)、溫度敏感u分辨率相對(duì)較低，色彩不夠鮮艷，且價(jià)格偏高。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)88等離子體顯示板（氣體放電顯示器）u采用空氣等離子體技術(shù)，無(wú)須刷新緩沖存儲(chǔ)器u空氣等離子體可想象成一個(gè)個(gè)微型霓虹燈，紅綠藍(lán)三種不同顏色的像素。u顯示屏薄，掛在墻上。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)8989等離子體顯示板等離子體顯示板圖圖 等離子體顯示板的基本結(jié)構(gòu)等離子體顯示板的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)9090薄片光電顯示器薄片光電顯示器圖圖 薄片光電顯示器的基本結(jié)構(gòu)薄片光電顯示器的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)9191發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）o 發(fā)光二極管采用二極管激發(fā)發(fā)光來(lái)顯示圖像。發(fā)光二極管采用二極管激發(fā)發(fā)光來(lái)顯示圖像。二極管以矩陣排列形成顯示器

32、的像素位置。圖二極管以矩陣排列形成顯示器的像素位置。圖形的定義存儲(chǔ)在刷新緩沖器中。形的定義存儲(chǔ)在刷新緩沖器中。信息從刷新緩信息從刷新緩沖器讀出，并轉(zhuǎn)換為電壓施于二極管，在顯示沖器讀出，并轉(zhuǎn)換為電壓施于二極管，在顯示器上產(chǎn)生發(fā)光圖案。器上產(chǎn)生發(fā)光圖案。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)92發(fā)光二極管顯示器（Liquid-Emitting Diode）它常用于設(shè)計(jì)大型的室內(nèi)室外的顯示屏。u結(jié)構(gòu)原理：二極管以矩陣排列形成顯示器的象素位置u特點(diǎn)：暖色效應(yīng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)93激光顯示器u特點(diǎn)：可以在非常短的時(shí)間內(nèi)顯示很復(fù)雜的圖象，不能擦除計(jì)算機(jī)圖形學(xué)94未來(lái)顯示器u發(fā)光聚合物技術(shù)，堅(jiān)不可摧；柔韌性好，可以卷起來(lái)；顯示畫(huà)面具有無(wú)與

33、倫比的清晰度，無(wú)鋸齒現(xiàn)象。真正的平面直角。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)952.2.3 圖形顯示子系統(tǒng)u光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)u繪制流水線u相關(guān)概念95計(jì)算機(jī)圖形學(xué)96光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)96圖圖 簡(jiǎn)單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)簡(jiǎn)單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)9797圖圖 常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)9898圖圖 發(fā)展的光柵圖形顯示子系統(tǒng)發(fā)展的光柵圖形顯示子系統(tǒng)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)99u幀緩沖存儲(chǔ)器：用來(lái)存儲(chǔ)像素顏色（灰度）值的存儲(chǔ)器。u雙緩存：一個(gè)緩存用來(lái)刷新的同時(shí)，另一個(gè)寫(xiě)入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個(gè)緩存可互換角色。這種方

34、式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動(dòng)畫(huà)流暢而沒(méi)有滑動(dòng)感。99光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)100u顯示控制器（Display Controller），又稱視頻控制器（Video Controller），主要功能是依據(jù)設(shè)定的顯示工作方式，自主地、反復(fù)不斷地讀取幀緩存中的圖像點(diǎn)陣（包括圖形、字符文本）數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換成R、G、B三色信號(hào)并配以同步信號(hào)送至顯示器，即可刷新屏幕。100光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)101u顯示處理器（Display Processor），又稱圖形控制器（Graphics Controller）或顯示協(xié)處理器（Display Coprocessor），它

35、把CPU從圖形顯示處理的事務(wù)中解脫出來(lái)，其主要任務(wù)是掃描轉(zhuǎn)換待顯示的圖形以及某些附加的操作等。101光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)102102u圖形子系統(tǒng)的圖形繪制功能常常采用流水線（Pipeline）結(jié)構(gòu)繪制，或者稱為管線繪制。u繪制流水線的基本結(jié)構(gòu)從概念上包括三個(gè)階段n應(yīng)用程序階段n幾何階段n光柵階段繪制流水線繪制流水線計(jì)算機(jī)圖形學(xué)103103繪制流水線繪制流水線圖圖 繪制流水線的結(jié)構(gòu)繪制流水線的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)1042.3 圖形輸入設(shè)備鍵盤(pán)和鼠標(biāo)光筆觸摸板跟蹤球和空間球操縱桿數(shù)據(jù)手套數(shù)字化儀掃描儀計(jì)算機(jī)圖形學(xué)105圖形輸入設(shè)備-鍵盤(pán)u鍵盤(pán)（keyboard） 鍵盤(pán)能用來(lái)進(jìn)行屏幕

36、坐標(biāo)的輸入、菜單選擇、圖形功能選擇，以及輸入那些如輔助圖形顯示的圖片標(biāo)記等非圖形數(shù)據(jù)。105計(jì)算機(jī)圖形學(xué)106圖形輸入設(shè)備-鼠標(biāo)器u鼠標(biāo)器（mouse） 當(dāng)推動(dòng)鼠標(biāo)器在平面上移動(dòng)時(shí)，鼠標(biāo)將記錄移動(dòng)的方向和距離，這個(gè)方向和距離被傳送給計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的光標(biāo)的位移。106計(jì)算機(jī)圖形學(xué)107圖形輸入設(shè)備-光筆u光筆(light pen)107光孔透鏡組筆體觸鈕開(kāi)關(guān)光導(dǎo)纖維導(dǎo)線圖圖 光筆的結(jié)構(gòu)光筆的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)108圖形輸入設(shè)備-光筆u光筆是一種檢測(cè)光的裝置，它直接在屏幕上操作，拾取位置u光筆的形狀和大小象一支圓珠筆，筆尖處開(kāi)有一個(gè)圓孔，讓熒光屏的光通過(guò)這個(gè)孔進(jìn)入光筆。光筆的頭部有一組透鏡，把所

37、收集的光聚集至光導(dǎo)纖維的一個(gè)端面上，光導(dǎo)纖維再把光引至光筆另一端的光電倍增管，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形后輸出一個(gè)有合適信噪比的邏輯電平，并作為中斷信號(hào)送給計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)109圖形輸入設(shè)備-光筆輸出信號(hào)光導(dǎo)纖維透鏡組導(dǎo)線筆體光孔觸鈕開(kāi)關(guān)光電轉(zhuǎn)換放大整形開(kāi)關(guān)電路計(jì)算機(jī)圖形學(xué)110圖形輸入設(shè)備-觸摸屏u觸摸屏(touch screen) 當(dāng)用手指或者小桿觸摸屏幕時(shí)，觸點(diǎn)位置便以光學(xué)的（紅外線式觸摸屏）、電子的（電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏）或聲音的（聲音探測(cè)式）方式記錄下來(lái)。110計(jì)算機(jī)圖形學(xué)111觸摸屏(touch screen)u這種裝置以手指觸摸的方式選擇屏幕位置。u觸摸板(tou

38、ch panel)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)112觸摸屏分類(lèi)u紅外線式觸摸屏u電阻式觸摸屏u電容式觸摸屏u聲波觸摸屏計(jì)算機(jī)圖形學(xué)113跟蹤球（trackball）和空間球（spaceball）u跟蹤球和空間球都是根據(jù)球在不同方向受到的推或拉的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)定位和選擇。數(shù)據(jù)手套則是通過(guò)傳感器和天線來(lái)獲得和發(fā)送手指的位置和方向的信息。這幾種輸入設(shè)備在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)造和漫游中特別有用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)114圖形輸入設(shè)備u跟蹤球（Trackball）和空間球（Spaceball）114圖圖 跟蹤球跟蹤球圖圖 空間球空間球計(jì)算機(jī)圖形學(xué)115圖形輸入設(shè)備-操縱桿u操縱桿(joystick) 操縱桿是由一根小的垂直杠桿組成的可搖

39、動(dòng)裝置，該杠桿裝配在一個(gè)其四周可移動(dòng)的底座上用來(lái)控制屏幕光標(biāo)。115計(jì)算機(jī)圖形學(xué)116圖形輸入設(shè)備-數(shù)據(jù)手套u(yù)數(shù)據(jù)手套(Data Glove) 是一種戴在手上的傳感器，可以用來(lái)抓住“虛擬對(duì)象”，它由一系列檢測(cè)手和手指運(yùn)動(dòng)的傳感器構(gòu)成，用來(lái)提供關(guān)于手的位置和方向的信息。116計(jì)算機(jī)圖形學(xué)117圖形輸入設(shè)備-數(shù)字化儀u數(shù)字化儀(Digitizer)數(shù)字化儀是一種把圖形轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能接收的數(shù)字形式專(zhuān)用設(shè)備，用于在二維或三維的圖形對(duì)象上掃描，以輸入一系列二維或三維的坐標(biāo)值。這些坐標(biāo)值代表的坐標(biāo)點(diǎn)，在系統(tǒng)中將以直線段或曲線段連接，以逼近圖形對(duì)象的描繪曲線或表面形狀。117計(jì)算機(jī)圖形學(xué)118圖形輸入設(shè)備-

40、數(shù)字化儀u基本工作原理是采用電磁感應(yīng)技術(shù) 由一塊數(shù)據(jù)板和一個(gè)定標(biāo)器組成。數(shù)據(jù)板中布滿了金屬柵格，當(dāng)定標(biāo)器在數(shù)據(jù)板上移動(dòng)時(shí)，其正下方的金屬柵格上就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流。根據(jù)已產(chǎn)生電流的金屬柵格的位置，就可以判斷出定標(biāo)器當(dāng)前的幾何位置計(jì)算機(jī)圖形學(xué)119計(jì)算機(jī)圖形學(xué)120圖形輸入設(shè)備-圖形輸入設(shè)備u圖像掃描儀(Scaner) 圖像掃描儀可直接把圖紙、圖表、照片、廣告畫(huà)等輸入到計(jì)算機(jī)中，在將它們傳過(guò)一個(gè)光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)時(shí)，灰度或彩色等級(jí)被記錄下來(lái)，并按圖像方式進(jìn)行存儲(chǔ)。120計(jì)算機(jī)圖形學(xué)121掃描儀工作原理 用光源照射原稿，投射光線經(jīng)過(guò)一組光學(xué)鏡頭射到CCD（CCD Charge Coupled Devi

41、ce）器件上，得到元件的顏色信息，再經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，圖象數(shù)據(jù)暫存器等，最終輸入到計(jì)算機(jī).計(jì)算機(jī)圖形學(xué)122原稿熒光燈電源CCD驅(qū)動(dòng)器信號(hào)處理機(jī)控制器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源存儲(chǔ)器微機(jī)系統(tǒng)輸出接口步進(jìn)電機(jī)透鏡5 V5 V1 2V1 2V2 20V熒光燈掃描儀的模塊框圖計(jì)算機(jī)圖形學(xué)123圖形輸入設(shè)備u聲頻輸入系統(tǒng)u視頻輸入系統(tǒng)123計(jì)算機(jī)圖形學(xué)124真實(shí)物體的三維信息的輸入u在實(shí)際的產(chǎn)生過(guò)程中許多零件和樣板要進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)就必須在計(jì)算機(jī)中生成三維實(shí)體模型，有時(shí)這個(gè)模型要通過(guò)已有的實(shí)物零件得到，這時(shí)候就需要一種設(shè)備來(lái)采集實(shí)物表面各個(gè)點(diǎn)的位置信息u一般的方法是通過(guò)激光掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在國(guó)外已經(jīng)有許多這樣的商

42、業(yè)儀器u這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用就是掃描保存古代名貴的雕塑和其它藝術(shù)品的三維信息計(jì)算機(jī)圖形學(xué)125u美國(guó)斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)系的著名圖形學(xué)專(zhuān)家Marc Levoy曾經(jīng)帶領(lǐng)他的30人的工作小組（包括美國(guó)斯坦福大學(xué)及美國(guó)華盛頓大學(xué)的教師和學(xué)生）于19981999學(xué)年專(zhuān)門(mén)在意大利對(duì)文藝復(fù)興時(shí)代的雕刻大師米開(kāi)朗基羅的眾多藝術(shù)品進(jìn)行掃描，保存其形狀和面片信息。當(dāng)然工作難度是相當(dāng)大的，他們?yōu)榇藢?zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一套硬件和軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)量也是驚人的，光大衛(wèi)像（the David）就有20億個(gè)多邊形和7000張彩色圖象，總共需要72G的磁盤(pán)容量。這次工作可以說(shuō)是實(shí)體圖形輸入的一個(gè)顛峰之作。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)1262.4 圖形繪制設(shè)備

43、u打印機(jī)u繪圖儀126計(jì)算機(jī)圖形學(xué)127圖形繪制設(shè)備-打印機(jī)u針式打印機(jī)u噴墨打印機(jī)u激光打印機(jī)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)128圖形繪制設(shè)備-打印機(jī)u打印機(jī)是畫(huà)點(diǎn)設(shè)備。u擊式打印機(jī)主要指針式打印機(jī)，它隔著色帶將某種點(diǎn)陣圖案壓在紙上。u非撞擊式打印機(jī)包括激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)、染料熱升華打印機(jī)和靜電打印機(jī)等。128計(jì)算機(jī)圖形學(xué)129圖形繪制設(shè)備-繪圖儀u筆式繪圖儀（Pen Plotter）是畫(huà)線設(shè)備。u筆式繪圖儀可分為平板式繪圖儀（Flatbed Plotter）和滾筒式繪圖儀（Drum Plotter）129計(jì)算機(jī)圖形學(xué)1302.5 圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)u圖形標(biāo)準(zhǔn)：圖形系統(tǒng)及其相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)中各界面之間

44、進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標(biāo)準(zhǔn)，以及供圖形應(yīng)用程序調(diào)用的子程序功能及其格式標(biāo)準(zhǔn)，前者稱為數(shù)據(jù)及文件格式標(biāo)準(zhǔn)，后者稱為子程序界面標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)131圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)u面向圖形設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)：n計(jì)算機(jī)圖形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,)n計(jì)算機(jī)圖形接口(CGI).設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。u面向應(yīng)用軟件的標(biāo)準(zhǔn)：n程序員層次交互式圖形系統(tǒng)（PHIGS）,GL (圖形程序包)n（三維）圖形核心系統(tǒng)（3D-)GKSu面向圖形應(yīng)用系統(tǒng)中工程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及其文件格式：n基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范（IGES）n產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)范（STEP）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)132圖形軟件發(fā)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)形成u通用的、與設(shè)備無(wú)關(guān)的圖形標(biāo)準(zhǔn)通用的

45、、與設(shè)備無(wú)關(guān)的圖形標(biāo)準(zhǔn)nGKS (Graphics Kernel System) (第一個(gè)官方標(biāo)準(zhǔn)，1977)nPHIGS(Programmers Herarchical Iuteractive Graphics system)u一些非官方圖形軟件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界，成為事一些非官方圖形軟件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界，成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)nDirectX (MS)nXlib (X-Window系統(tǒng))nOpenGL (SGI)nAdobe公司Postscript計(jì)算機(jī)圖形學(xué)133 圖形軟件三種類(lèi)型的計(jì)算機(jī)圖形軟件系統(tǒng)： (1)用某種語(yǔ)言寫(xiě)成的子程序包 如: GKS (Graphics Kernel

46、 System) PHIGS(ProgrammersHerarchical Iuteractive Graphics system ) GL 便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對(duì)較慢，效率低 (2）擴(kuò)充計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，使其具有圖形生成和處理的功能 如：Turbo Pascal、Turbo C，AutoLisp等。 簡(jiǎn)練、緊湊、執(zhí)行速度快，但可移植性差（3）專(zhuān)用圖形系統(tǒng)：效率高，但系統(tǒng)開(kāi)發(fā)量大，可移植性差。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)1342.6 OpenGL圖形軟件包uOpenGL的主要功能uOpenGL的繪制流程uOpenGL的基本語(yǔ)法uOpenGL的程序?qū)嵗?34計(jì)算機(jī)圖形學(xué)135OpenGL圖形軟件包pOpenG

47、L是SGI（Silicon Graphics Inc.）公司對(duì)IRIS GL進(jìn)行改進(jìn)，擴(kuò)展可移植性，形成的一個(gè)跨平臺(tái)開(kāi)放式圖形編程接口。p目前，OpenGL標(biāo)準(zhǔn)由1992年成立的獨(dú)立財(cái)團(tuán)OpenGL Architecture Review Board（ARB）以投票方式產(chǎn)生，并制成規(guī)范文檔公布。135計(jì)算機(jī)圖形學(xué)136OpenGL的優(yōu)越性的優(yōu)越性u(píng)獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，以它為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序可以十分方便地在各種平臺(tái)間移植；u可與Visual C+緊密接口，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的有關(guān)計(jì)算和圖形算法，可保證算法的正確性和可靠性；u使用簡(jiǎn)便，效率高。 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)137OpenGL的主要功能u模型繪

48、制u模型觀察u顏色模式u光照應(yīng)用u圖像效果增強(qiáng)u位圖和圖像處理137計(jì)算機(jī)圖形學(xué)138OpenGL的主要功能u紋理映射u實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)u交互技術(shù)138計(jì)算機(jī)圖形學(xué)139OpenGL的繪制流程工作方式139圖圖 OpenGL圖形處理系統(tǒng)在圖形處理系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的層次結(jié)構(gòu)u一個(gè)完整的窗口系統(tǒng)的OpenGL圖形處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為：最底層為圖形硬件，第二層為操作系統(tǒng)，第三層為窗口系統(tǒng)，第四層為OpenGL，最上面的層為應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)140OpenGL的繪制流程流水線140圖圖 一條簡(jiǎn)化的一條簡(jiǎn)化的OpenGL繪制流水線繪制流水線uOpenGL命令將被放在一個(gè)命令緩沖區(qū)中，這樣

49、命令緩沖區(qū)中包含了大量的命令、頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)。當(dāng)緩沖區(qū)被清空時(shí)，緩沖區(qū)中的命令和數(shù)據(jù)都將傳遞給流水線的下一個(gè)階段。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)141OpenGL圖形庫(kù)的功能圖形庫(kù)的功能u一共有100多個(gè)函數(shù)。其中核心函數(shù)有115個(gè)u除了提供基本的點(diǎn)、線、多邊形的繪制函數(shù)外，還提供了復(fù)雜的三維物體（球、錐、多面體、茶壺等）以及復(fù)雜曲線和曲面（如Bezier、NURBS等曲線或曲面）繪制函數(shù)。 u基本幾何變換和投影變換。 u顏色模式設(shè)置u光照和材質(zhì)設(shè)置 u紋理映射功能u位圖顯示和圖象增強(qiáng) ：反走樣(Antialiasing)和霧(fog)的特殊圖象效果處理 u雙緩存(Double Buffering)動(dòng)畫(huà)：雙

50、緩存即前臺(tái)緩存和后臺(tái)緩存，即后臺(tái)緩存計(jì)算場(chǎng)景、生成畫(huà)面，前臺(tái)緩存顯示后臺(tái)緩存已畫(huà)好的畫(huà)面。 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)142OpenGL的基本語(yǔ)法相關(guān)庫(kù)142uOpenGL核心庫(kù)：gluOpenGL實(shí)用程序庫(kù)： gluuOpenGL編程輔助庫(kù)：auxuOpenGL實(shí)用程序工具包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：glutuWindows專(zhuān)用庫(kù)：wgl計(jì)算機(jī)圖形學(xué)143OpenGL的基本語(yǔ)法命名規(guī)則143uOpenGL函數(shù)都遵循一個(gè)命名約定，即采用以下格式：例如函數(shù)glColor3f()，gl表示這個(gè)函數(shù)來(lái)自庫(kù)gl.h，color表示該函數(shù)用于顏色設(shè)定，3f表示這個(gè)函數(shù)采用了三個(gè)浮點(diǎn)數(shù)

51、參數(shù)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)144OpenGL的基本語(yǔ)法數(shù)據(jù)類(lèi)型144OpenGL數(shù)據(jù)類(lèi)型內(nèi)部表示法定義為C類(lèi)型C字面值后綴GLbyte8位整數(shù)signed charBGLshort16位整數(shù)shortSGLint，GLsizei32位整數(shù)longLGLfloat，GLclampf32位浮點(diǎn)數(shù)floatFGLdouble，GLclampd64位浮點(diǎn)數(shù)doubleDGLubyte，GLboolean8位無(wú)符號(hào)整數(shù)unsigned charUbGLshort16位無(wú)符號(hào)整數(shù)unsigned shortUsGLuint，GLenum，GLbitfield32位無(wú)符號(hào)整數(shù)unsigned longUi表表2.1 OpenGL的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)145OpenGL程序?qū)嵗^文件包含145u利用OpenGL實(shí)現(xiàn)圖形繪制，首先要引入OpenGL核心庫(kù)以及其他需要使用的庫(kù)的頭文件。uGLUT保證了gl.h和glu.h被正確包含。 #include #include 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)146OpenGL程序?qū)嵗翱诠芾?46u初始化（ glutInit ）u創(chuàng)建窗口（ glutCreateWindow）u設(shè)定窗口的顯示模式（ glutInitDisplayMode）u指定窗口的位置和大小（ glutInitWindowPosition和glutInitWindowSize ）u指定窗口的顯示內(nèi)容函