第1講計算機圖形系統(tǒng)概述

1、中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院地理信息系中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院地理信息系計算機圖形系統(tǒng)概述計算機圖形系統(tǒng)概述1講授：鄧浩 講師l計算機圖形系統(tǒng)的組成計算機圖形系統(tǒng)的組成l圖形硬件設(shè)備圖形硬件設(shè)備n輸入設(shè)備輸入設(shè)備n輸出設(shè)備輸出設(shè)備l圖形硬件顯示系統(tǒng)圖形硬件顯示系統(tǒng)l圖形軟件系統(tǒng)圖形軟件系統(tǒng)2l計算機圖形系統(tǒng)的組成計算機圖形系統(tǒng)的組成l圖形硬件設(shè)備n輸入設(shè)備n輸出設(shè)備l圖形硬件顯示系統(tǒng)l圖形軟件系統(tǒng)3計算機圖形系統(tǒng)的組成l硬件與軟件硬件與軟件n硬件硬件u輸入設(shè)備輸入設(shè)備u輸出設(shè)備輸出設(shè)備u圖形處理設(shè)備圖形處理設(shè)備n軟件軟件u軟件包軟件包u應(yīng)用程序應(yīng)用程序4計算機圖形系統(tǒng)的基本功能l計算：

2、圖形處理（如圖形變換、光照等）計算：圖形處理（如圖形變換、光照等）l存儲：遠程和本機存儲：遠程和本機l輸入：人機交互及數(shù)據(jù)文件等輸入：人機交互及數(shù)據(jù)文件等l輸出：顯示器、打印機等輸出：顯示器、打印機等l對話圖形：人機交互對話圖形：人機交互5l計算機圖形系統(tǒng)的組成l圖形硬件設(shè)備圖形硬件設(shè)備n輸入設(shè)備輸入設(shè)備n輸出設(shè)備l圖形硬件顯示系統(tǒng)l圖形軟件系統(tǒng)6圖形硬件設(shè)備l圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備n鍵盤鍵盤n鼠標鼠標n數(shù)字化儀數(shù)字化儀n光筆光筆n觸摸屏觸摸屏n點掃描儀點掃描儀7圖形輸入設(shè)備l激光掃描儀激光掃描儀89圖形輸入設(shè)備lLiDar（激光雷達）（激光雷達）n數(shù)據(jù)以點云方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)以點云方式呈現(xiàn)n每個

3、點具有位置和回波強度信息每個點具有位置和回波強度信息10圖形輸入設(shè)備lLiDarn機載機載11l計算機圖形系統(tǒng)的組成l圖形硬件設(shè)備圖形硬件設(shè)備n輸入設(shè)備n輸出設(shè)備輸出設(shè)備l圖形硬件顯示系統(tǒng)l圖形軟件系統(tǒng)12圖形繪制設(shè)備l繪圖儀繪圖儀n筆式繪圖儀（矢量設(shè)備）筆式繪圖儀（矢量設(shè)備）n靜電繪圖儀（光柵設(shè)備）靜電繪圖儀（光柵設(shè)備）l打印機打印機n點陣式打印機點陣式打印機n噴墨打印機噴墨打印機n激光打印機激光打印機13圖形顯示設(shè)備l多數(shù)采用顯示器作為圖形顯示設(shè)備多數(shù)采用顯示器作為圖形顯示設(shè)備l分類：（器件發(fā)光性質(zhì)）分類：（器件發(fā)光性質(zhì)）n陰極射線管陰極射線管CRT (Cathode Ray Tube)u

4、特點：亮度高、對比度好、色彩鮮艷特點：亮度高、對比度好、色彩鮮艷u缺點：體積大，笨重缺點：體積大，笨重n平板型顯示器：液晶、等離子平板型顯示器：液晶、等離子u特點：器件薄，適合便攜特點：器件薄，適合便攜u缺點：亮度和對比度相對較低、色彩不夠鮮艷，缺點：亮度和對比度相對較低、色彩不夠鮮艷，價格偏高價格偏高14陰極射線管（CRT）l工作原理工作原理 一種真空器件，它利用電磁場產(chǎn)生高速的、經(jīng)過聚一種真空器件，它利用電磁場產(chǎn)生高速的、經(jīng)過聚焦的電子束，偏轉(zhuǎn)到屏幕的不同位置，轟擊屏幕表面的焦的電子束，偏轉(zhuǎn)到屏幕的不同位置，轟擊屏幕表面的熒光材料，從而產(chǎn)生可見圖形熒光材料，從而產(chǎn)生可見圖形l主要組成部分主

5、要組成部分n電子槍電子槍n聚焦系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)n加速電極加速電極n偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)n熒光屏熒光屏15電子槍l燈絲，陰極和控制柵組成燈絲，陰極和控制柵組成n燈絲：產(chǎn)生熱量燈絲：產(chǎn)生熱量n陰極：由燈絲加熱發(fā)出電子束陰極：由燈絲加熱發(fā)出電子束n控制柵：加上負電壓后，能夠控制通過其中小孔的帶負控制柵：加上負電壓后，能夠控制通過其中小孔的帶負電的電子束的強弱。通過調(diào)節(jié)負電壓高低來控制電子數(shù)電的電子束的強弱。通過調(diào)節(jié)負電壓高低來控制電子數(shù)量，即控制熒光屏上相應(yīng)點的亮度量，即控制熒光屏上相應(yīng)點的亮度16聚焦系統(tǒng)及加速電極l聚焦系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)n通過電場和磁場控制電子束通過電場和磁場控制電子束“變細變細”，保證亮點足

6、夠小，保證亮點足夠小，提高分辨率提高分辨率l加速電極加速電極n加正的高壓電（幾萬伏）加正的高壓電（幾萬伏） 使電子束高速運動使電子束高速運動17偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)及熒光屏l偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)n控制電子束，靜電場或磁場，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)控制電子束，靜電場或磁場，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)n最大偏轉(zhuǎn)角是衡量系統(tǒng)性能的最重要的指標，顯示器長最大偏轉(zhuǎn)角是衡量系統(tǒng)性能的最重要的指標，顯示器長短與此有關(guān)短與此有關(guān)l熒光屏熒光屏n熒光物質(zhì)：吸收電子束而發(fā)光熒光物質(zhì)：吸收電子束而發(fā)光n發(fā)光原理發(fā)光原理 熒光物質(zhì)在高速電子的轟擊下，電子吸收能量從低熒光物質(zhì)在高速電子的轟擊下，電子吸收能量從低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)；由于高能態(tài)很不穩(wěn)定，在很短時間內(nèi)能態(tài)變?yōu)楦?/p>

7、能態(tài)；由于高能態(tài)很不穩(wěn)定，在很短時間內(nèi)熒光物質(zhì)的電子會從高能態(tài)重新回到低能態(tài)，這時就發(fā)熒光物質(zhì)的電子會從高能態(tài)重新回到低能態(tài)，這時就發(fā)出熒光，屏幕上的那一點就會亮出熒光，屏幕上的那一點就會亮18l持續(xù)發(fā)光時間：電子束離開某點后，該點的亮度持續(xù)發(fā)光時間：電子束離開某點后，該點的亮度值衰減到初始值值衰減到初始值1/10 所需的時間所需的時間l影像在視網(wǎng)膜上持續(xù)的時間為影像在視網(wǎng)膜上持續(xù)的時間為1/20秒秒19l兩種顯示系統(tǒng)兩種顯示系統(tǒng)n隨機掃描（隨機掃描（randomscan）u電子束可以任意移動，畫線設(shè)備電子束可以任意移動，畫線設(shè)備n光柵掃描（光柵掃描（rasterscan）u電子束按固定掃描線

8、和次序進行，畫點設(shè)備電子束按固定掃描線和次序進行，畫點設(shè)備20隨機掃描顯示系統(tǒng)隨機掃描顯示系統(tǒng)l特點特點n電子束可隨意移動，只掃描熒屏上要顯示的部分電子束可隨意移動，只掃描熒屏上要顯示的部分n對應(yīng)的顯示器為畫線設(shè)備對應(yīng)的顯示器為畫線設(shè)備l邏輯部件邏輯部件n刷新存儲器刷新存儲器(Refreshing Buffer)n顯示處理器（顯示處理器（DPU:Display Processing Unit）21l刷新刷新(Refresh)：n為了讓熒光物質(zhì)保持為了讓熒光物質(zhì)保持一個穩(wěn)定的亮度值一個穩(wěn)定的亮度值l刷新頻率：刷新頻率：n每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)CRT產(chǎn)生穩(wěn)定圖像所需要的最小刷新頻

9、率產(chǎn)生穩(wěn)定圖像所需要的最小刷新頻率=1=1秒秒/ /熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時間熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時間（例如）熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時間（例如）熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時間40毫秒毫秒 最小刷新頻率就是最小刷新頻率就是 1000/40=25Hz一般要一般要60Hz才不容易察覺到閃爍才不容易察覺到閃爍85Hz以上才能讓人眼感到舒適以上才能讓人眼感到舒適陰極射線管的技術(shù)指標l像素像素(Pixel: Picture Cell)：構(gòu)成屏幕（圖像）的最：構(gòu)成屏幕（圖像）的最小元素小元素l分辨率分辨率(Resolution)nCRT在水平或豎直方向單位長度上能識別的最大像素個在水平或豎直方向單位長度上能識別的最大像素個數(shù)

10、，單位通常為數(shù)，單位通常為dpi（dots per inch)n在假定屏幕尺寸一定的情況下，也可用整個屏幕所能容在假定屏幕尺寸一定的情況下，也可用整個屏幕所能容納的像素個數(shù)描述，如納的像素個數(shù)描述，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024 等等等等l分辨率越高顯示的圖形就越精細分辨率越高顯示的圖形就越精細l決定分辨率的因素：熒光物質(zhì)類型、聚焦系統(tǒng)和偏決定分辨率的因素：熒光物質(zhì)類型、聚焦系統(tǒng)和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)23彩色陰極射線管l利用發(fā)射不同顏色光的熒光物質(zhì)的組合來顯示彩色利用發(fā)射不同顏色光的熒光物質(zhì)的組合來顯示彩色圖形圖形n電子束穿透法電子束穿透法n蔭罩法蔭罩法n蔭柵

11、法蔭柵法24電子束穿透法n原理：原理：u兩層熒光涂層，紅色光和綠色光兩種發(fā)光物質(zhì)，不同速度電子兩層熒光涂層，紅色光和綠色光兩種發(fā)光物質(zhì)，不同速度電子束穿透熒光層的深淺，決定所產(chǎn)生的顏色束穿透熒光層的深淺，決定所產(chǎn)生的顏色n優(yōu)缺點：成本低，只能產(chǎn)生有限幾種顏色優(yōu)缺點：成本低，只能產(chǎn)生有限幾種顏色n應(yīng)用：主要用于畫線顯示器應(yīng)用：主要用于畫線顯示器25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蔭罩法l蔭罩法工作原理蔭罩法工作原理n每個像素處有每個像素處有3個熒光點，呈三角形排列個熒光點，呈三角形排列n三支電子槍

12、對應(yīng)紅、綠、藍三基色三支電子槍對應(yīng)紅、綠、藍三基色n電子槍、蔭罩柵格中的一個小孔和熒光點呈一直線電子槍、蔭罩柵格中的一個小孔和熒光點呈一直線n每個小孔與一個像素（即三個熒光點）對應(yīng)每個小孔與一個像素（即三個熒光點）對應(yīng)n球面屏幕球面屏幕26l亮度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)n各電子槍發(fā)生的電子數(shù)目，可控制各色光點亮度各電子槍發(fā)生的電子數(shù)目，可控制各色光點亮度27 如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強度有如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強度有256個等級，則個等級，則顯示器能同時顯示顯示器能同時顯示256*256*256=16M種顏色，稱為真彩系統(tǒng)種顏色，稱為真彩系統(tǒng)l蔭柵法：與蔭罩基本一致蔭柵法：與蔭罩基本一致28l平

13、面屏幕平面屏幕 特麗瓏特麗瓏/鉆石瓏鉆石瓏29液晶顯示器（LCD）lLCD：Liquid Crystal Displayl液晶的電光效應(yīng)液晶的電光效應(yīng)n當液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場作用下變?yōu)榱硪环N排當液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場作用下變?yōu)榱硪环N排列狀態(tài)時，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變列狀態(tài)時，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變l液晶顯示的機理液晶顯示的機理n通過能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來自周圍的或內(nèi)通過能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來自周圍的或內(nèi)部光源的偏振光部光源的偏振光30液晶顯示器（LCD）l結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：六層薄板組成六層薄板組成n液晶是一種介于液體和固體之間的特殊物質(zhì)，它具有液晶是一種介于液體和固

14、體之間的特殊物質(zhì)，它具有液體的流態(tài)性質(zhì)和固體的光學(xué)性質(zhì)。當液晶受到電壓液體的流態(tài)性質(zhì)和固體的光學(xué)性質(zhì)。當液晶受到電壓的影響時，就會改變它的物理性質(zhì)而發(fā)生形變，此時的影響時，就會改變它的物理性質(zhì)而發(fā)生形變，此時通過它的光的折射角度就會發(fā)生變化，而產(chǎn)生色彩通過它的光的折射角度就會發(fā)生變化，而產(chǎn)生色彩31反射層反射層水平極板水平極板水平網(wǎng)格水平網(wǎng)格線線液晶層液晶層垂直網(wǎng)格線垂直網(wǎng)格線垂直極板垂直極板觀觀察察方方向向液晶顯示器（LCD）32液晶顯示器（LCD）33液晶顯示器（LCD）l眼鏡型液晶顯示屏眼鏡型液晶顯示屏34l計算機圖形系統(tǒng)的組成l圖形硬件設(shè)備n輸入設(shè)備n輸出設(shè)備l圖形硬件顯示系統(tǒng)圖形硬件

15、顯示系統(tǒng)l圖形軟件系統(tǒng)35圖形顯示系統(tǒng)l組成（光柵式）組成（光柵式）n顯示設(shè)備：顯示器顯示設(shè)備：顯示器n顯示處理器顯示處理器u圖形處理功能圖形處理功能n視頻控制器：視頻控制器：u控制顯示設(shè)備控制顯示設(shè)備u通過訪問幀緩沖來刷新屏幕通過訪問幀緩沖來刷新屏幕n顯示緩存顯示緩存u幀緩存幀緩存u深度緩存等深度緩存等u可以在內(nèi)存或顯示控制器中可以在內(nèi)存或顯示控制器中36圖形顯示系統(tǒng)l主要組成主要組成n幀緩沖存儲器（幀緩沖存儲器（Frame Buffer)n視頻控制器（視頻控制器（Video Controller)n顯示處理器（顯示處理器（Display Processor）37幀緩沖存儲器l作用：存儲屏幕

16、上像素的顏色值作用：存儲屏幕上像素的顏色值l簡稱幀緩存（顯存中的部分存儲單簡稱幀緩存（顯存中的部分存儲單元）元）l幀緩存中單元數(shù)目與顯示器上像素幀緩存中單元數(shù)目與顯示器上像素的數(shù)目相同，單元與像素一一對應(yīng)，的數(shù)目相同，單元與像素一一對應(yīng)，各單元的數(shù)值決定了其對應(yīng)像素的各單元的數(shù)值決定了其對應(yīng)像素的顏色顏色l顯示顏色的種類與幀緩存中每個單顯示顏色的種類與幀緩存中每個單元的位數(shù)有關(guān)元的位數(shù)有關(guān)（黑白顯示系統(tǒng)的幀緩沖器的每個單（黑白顯示系統(tǒng)的幀緩沖器的每個單元只有一位）元只有一位）38391寄存器DAC電子槍幀緩沖存儲器CRT光柵黑白光柵顯示器工作狀況圖位面技術(shù)l幀緩存分成若干顏色的位平面（幀緩存分

17、成若干顏色的位平面（bit plane）l位平面上位置和屏幕上的一個像素對應(yīng)位平面上位置和屏幕上的一個像素對應(yīng)l同一像素點在各位面占同一地址同一像素點在各位面占同一地址l不同位面上同一像素地址中的內(nèi)容決定像素的顏色不同位面上同一像素地址中的內(nèi)容決定像素的顏色n位平面越多，可表達的色彩越豐富位平面越多，可表達的色彩越豐富n增加一個位面，色彩就增加一倍增加一個位面，色彩就增加一倍40410寄存器2N DAC電子槍幀緩沖存儲器10N0 1 0NN=32CRT光柵N位面灰度等級光柵顯示器工作狀況圖2N級級420寄存器2N DAC電子槍幀緩沖存儲器10N0 1 0NN=32CRT光柵N位面灰度等級光柵顯

18、示器工作狀況圖2N級級l紅綠藍三個位面，組合成8種顏色l增加一個位面，形成16種顏色l若有24個位面（每種基色8個位面），可同時顯示(28)3=224=16777216種顏色（24位真彩色）43紅紅綠綠藍藍Black000Blue001Green010Cyan011Red100Magenta101Yellow110White11144幀緩存容量l分辨率分辨率M*N、顏色個數(shù)、顏色個數(shù)K 與顯存大小與顯存大小V 的關(guān)系的關(guān)系l說明說明n一般像素顏色用一般像素顏色用RGB三基色表示三基色表示l例：顏色為例：顏色為24位真彩色、位真彩色、分辨率是分辨率是10241024的的顯示器，需要顯示器，需要

19、10241024 log2224 /8 3M BytesKNMV2log45幀緩存容量的問題l若存儲器位長固定，則屏幕分辨率與同時可用若存儲器位長固定，則屏幕分辨率與同時可用的顏色種數(shù)成反比關(guān)系的顏色種數(shù)成反比關(guān)系l例：例：1兆字節(jié)的幀緩存兆字節(jié)的幀緩存n若設(shè)分辨率為若設(shè)分辨率為640480，則幀緩存每個單元可有，則幀緩存每個單元可有24位，位，可能同時顯示可能同時顯示224種顏色種顏色n若設(shè)分辨率為若設(shè)分辨率為1024768，則每個單元分得的位數(shù)僅略，則每個單元分得的位數(shù)僅略多于多于8，只能工作于，只能工作于256色顯示模式色顯示模式46解決方法：解決方法：顏色查找表l由高速的隨機存儲器組成

20、，用來存儲表達像素色彩由高速的隨機存儲器組成，用來存儲表達像素色彩的代碼的代碼l把顏色碼放在一個獨立的表（顏色查找表）中，幀把顏色碼放在一個獨立的表（顏色查找表）中，幀緩存中每一像素對應(yīng)單元的代碼不再代表該像素的緩存中每一像素對應(yīng)單元的代碼不再代表該像素的顏色碼，而是作為顏色查找表的地址索引顏色碼，而是作為顏色查找表的地址索引l在幀緩存單元的位數(shù)不增加的情況下，能夠大范圍在幀緩存單元的位數(shù)不增加的情況下，能夠大范圍內(nèi)挑選顏色的能力內(nèi)挑選顏色的能力47480寄存器寄存器2W DAC電子槍幀緩沖存儲器10N0 1 0NN=32CRT光柵具有顏色查找表的N位面灰度等級幀緩沖存儲器2N表項表項1011

21、11WW=42W為總光強等級為總光強等級2N為每次可顯示光強等級為每次可顯示光強等級視頻控制器l建立幀緩存與屏幕像素之間的一一對應(yīng)，負責刷新建立幀緩存與屏幕像素之間的一一對應(yīng)，負責刷新l邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)l工作原理工作原理: 刷新周期開始，依次取出幀緩存單元的刷新周期開始，依次取出幀緩存單元的數(shù)值，放入像素值寄存器，用來控制像素的顏色，數(shù)值，放入像素值寄存器，用來控制像素的顏色，然后然后X的地址寄存器的地址加一，如此重復(fù)，直到的地址寄存器的地址加一，如此重復(fù)，直到該掃描線上的最后一個像素，轉(zhuǎn)下行，該掃描線上的最后一個像素，轉(zhuǎn)下行，X置置0，Y加加149顯示（圖形）處理器(GPU)lGPU: Gr

22、aphics Processing Unitl作用：代替作用：代替CPU完成部分圖形處理功能，掃描轉(zhuǎn)換、完成部分圖形處理功能，掃描轉(zhuǎn)換、幾何變換、裁剪、光柵操作、紋理映射等等幾何變換、裁剪、光柵操作、紋理映射等等50顯示卡lVideo/Graphics Cardl顯示卡顯示卡 = = 視頻控制器視頻控制器 + + 顯存顯存 + + 圖像處理器圖像處理器51顯示卡lGPUnnVidiauGeForce (1000/1100)uQuadronAMD uRADEOM (HD8000)uFirel顯存顯存n速率（速率（ GDDR5 ）n大小（大?。?G Byte）n位寬（位寬（512bit）l視頻控制

23、器視頻控制器52光柵掃描顯示系統(tǒng)的優(yōu)缺點l優(yōu)點：優(yōu)點：n成本低成本低n易于繪制填充圖形易于繪制填充圖形n灰度和色彩豐富，圖像逼真灰度和色彩豐富，圖像逼真n可以和電視機兼容可以和電視機兼容n刷新頻率一定，與圖形的復(fù)雜程度無關(guān)刷新頻率一定，與圖形的復(fù)雜程度無關(guān)l缺點：缺點：n需要掃描轉(zhuǎn)換需要掃描轉(zhuǎn)換n掃描轉(zhuǎn)換速度偏低，交互操作響應(yīng)慢掃描轉(zhuǎn)換速度偏低，交互操作響應(yīng)慢n分辨率偏低，有階梯（鋸齒）效應(yīng)分辨率偏低，有階梯（鋸齒）效應(yīng)53l計算機圖形系統(tǒng)的組成l圖形硬件設(shè)備n輸入設(shè)備n輸出設(shè)備l圖形硬件顯示系統(tǒng)l圖形軟件系統(tǒng)圖形軟件系統(tǒng)54圖形軟件標準l指圖形系統(tǒng)及其相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)中界面之間進行數(shù)據(jù)指圖形系統(tǒng)

24、及其相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)中界面之間進行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標準，以及供圖形應(yīng)用程序調(diào)用傳送和通信的接口標準，以及供圖形應(yīng)用程序調(diào)用的子程序功能及其格式標準的子程序功能及其格式標準n核心圖形系統(tǒng)核心圖形系統(tǒng)(CGS) n計算機圖形核心系統(tǒng)計算機圖形核心系統(tǒng)(GKS)n程序員層次交互式圖形系統(tǒng)程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(PHIGS)n開放式圖形庫開放式圖形庫(OpenGL)n微軟微軟DirectX庫庫55圖形軟件標準l第一層次：面向硬件系統(tǒng)第一層次：面向硬件系統(tǒng)n解決圖形設(shè)備與計算機的通訊接口等問題，稱為設(shè)備驅(qū)動程序解決圖形設(shè)備與計算機的通訊接口等問題，稱為設(shè)備驅(qū)動程序n設(shè)備驅(qū)動程序現(xiàn)在已被作為操作系統(tǒng)一部

25、分，由操作系統(tǒng)或設(shè)備硬設(shè)備驅(qū)動程序現(xiàn)在已被作為操作系統(tǒng)一部分，由操作系統(tǒng)或設(shè)備硬件廠商開發(fā)；件廠商開發(fā)； l第二層次：建立在驅(qū)動程序之上第二層次：建立在驅(qū)動程序之上n完成完成圖元的生成、設(shè)備的管理圖元的生成、設(shè)備的管理等功能等功能n這個層次上的圖形支撐軟件已經(jīng)標準化，如這個層次上的圖形支撐軟件已經(jīng)標準化，如GKS、PHIGS、CGI等；等； l第三層次：面向用戶第三層次：面向用戶n主要任務(wù)是建立圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義、修改和輸出圖形主要任務(wù)是建立圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義、修改和輸出圖形n具有較強的交互功能，使用方便，容易閱讀，便于維護和移植具有較強的交互功能，使用方便，容易閱讀，便于維護和移植nOpen

26、GL、Direct3D屬于這一層次屬于這一層次56OpenGLlOpenGL=Open Graphics Libraryl工業(yè)標準工業(yè)標準l跨編程語言、跨編程語言、跨平臺跨平臺的的應(yīng)用程序接口應(yīng)用程序接口l約約350個函數(shù)個函數(shù)l/l移動平臺移動平臺 OpenGL ESlWhy not Direct3DnWindows only57OpenGL5858l面向用戶圖形系統(tǒng)的基本功能面向用戶圖形系統(tǒng)的基本功能n基本圖形繪制（線畫、填充圖元等）基本圖形繪制（線畫、填充圖元等）n圖形變換圖形變換u幾何變換幾何變換u投影變換投影變換n圖元著色圖元著色n光照效果光照

27、效果n紋理映射紋理映射nOpenGL圖形操作步驟 l根據(jù)基本圖形單元建立景物模型，并且對所建立的根據(jù)基本圖形單元建立景物模型，并且對所建立的模型進行數(shù)學(xué)描述（模型進行數(shù)學(xué)描述（OpenGL中把：點、線、多邊中把：點、線、多邊形、圖像作為基本圖形單元）形、圖像作為基本圖形單元）l把景物模型放在三維空間中的合適的位置，并且設(shè)把景物模型放在三維空間中的合適的位置，并且設(shè)置視點（置視點（viewpoint）以觀察所感興趣的景觀）以觀察所感興趣的景觀l計算模型中所有物體的色彩，其中的色彩根據(jù)應(yīng)用計算模型中所有物體的色彩，其中的色彩根據(jù)應(yīng)用要求來確定，同時確定光照條件、紋理粘貼方式等要求來確定，同時確定光

28、照條件、紋理粘貼方式等l把景物模型的數(shù)學(xué)描述及其色彩信息轉(zhuǎn)換至計算機把景物模型的數(shù)學(xué)描述及其色彩信息轉(zhuǎn)換至計算機屏幕上的像素，這個過程也就是光柵化屏幕上的像素，這個過程也就是光柵化（rasterization）59OpenGL工作流程60OpenGL的組成l基本函數(shù)庫基本函數(shù)庫n與硬件平臺無關(guān)與硬件平臺無關(guān)n含含GL、GLU和和GLAUX庫庫n函數(shù)包括：描述圖形元素（圖元）、屬性、幾何變換、函數(shù)包括：描述圖形元素（圖元）、屬性、幾何變換、觀察變換及其它操作觀察變換及其它操作l實用函數(shù)工具包實用函數(shù)工具包（GLUT：OpenGL Utility Toolkit）n平臺無關(guān)平臺無關(guān)n窗口系統(tǒng)操作功

29、能：創(chuàng)建窗口、鼠標和鍵盤輸入、菜單窗口系統(tǒng)操作功能：創(chuàng)建窗口、鼠標和鍵盤輸入、菜單及事件驅(qū)動及事件驅(qū)動61相關(guān)函數(shù)庫lOpenGL核心庫（核心庫（GL）n這部分函數(shù)用于常規(guī)的、核心的圖形處理，是這部分函數(shù)用于常規(guī)的、核心的圖形處理，是OpenGL的核心部分的核心部分n包含包含300多個函數(shù)，函數(shù)名前綴一律是多個函數(shù)，函數(shù)名前綴一律是“gl”nWindows平臺上平臺上u頭文件頭文件“GL.H”u庫文件庫文件“OPENGL32.LIB”u動態(tài)鏈接庫動態(tài)鏈接庫“OPENGL32.DLL”n核心庫可以在所有的核心庫可以在所有的OpenGL平臺上運行平臺上運行62OpenGL函數(shù)格式l函數(shù)格式示例：定

30、義頂點函數(shù)函數(shù)格式示例：定義頂點函數(shù)63glVertex3f(x, y ,z )glVertex3fv(p)屬于GL庫函數(shù)的功能參數(shù)的類型參數(shù)個數(shù)參數(shù)為指針注意每部分的大小寫相關(guān)函數(shù)庫lOpenGL實用庫（實用庫（GLU）n這部分函數(shù)通過調(diào)用核心庫的函數(shù)，為開發(fā)者提供相對這部分函數(shù)通過調(diào)用核心庫的函數(shù)，為開發(fā)者提供相對簡單的用法，實現(xiàn)一些較為復(fù)雜的操作。如：坐標變換、簡單的用法，實現(xiàn)一些較為復(fù)雜的操作。如：坐標變換、紋理映射、繪制橢球、茶壺等簡單多邊形紋理映射、繪制橢球、茶壺等簡單多邊形n包含約包含約50個函數(shù)，函數(shù)名前綴一律是個函數(shù)，函數(shù)名前綴一律是“glu”nWindows平臺上平臺上u頭

31、文件頭文件“GLU.H”u庫文件庫文件“GLU32.LIB”u動態(tài)鏈接庫動態(tài)鏈接庫“GLU32.DLL”n實用庫可以在所有的實用庫可以在所有的OpenGL平臺上運行平臺上運行64相關(guān)函數(shù)庫lOpenGL輔助庫（輔助庫（GLAUX）n這部分函數(shù)提供窗口管理、輸入輸出處理以及繪制一些這部分函數(shù)提供窗口管理、輸入輸出處理以及繪制一些簡單三維物體簡單三維物體n包含約包含約30個函數(shù)，函數(shù)名前綴一律是個函數(shù)，函數(shù)名前綴一律是“aux”nWindows平臺上平臺上u頭文件頭文件“GLAUX.H”u庫文件庫文件“GLAUX.LIB”u動態(tài)鏈接庫動態(tài)鏈接庫“GLAUX.DLL”nOpenGL中的輔助庫不能在所有的中的輔助庫不能在所有的OpenGL平臺上運行平臺上運行65相關(guān)函數(shù)庫lOpenGL工具庫（工具庫（GLUT）n由由