第一章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)簡(jiǎn)介

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)馮月萍計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Email:fengyp@2/1/20231課程的主要內(nèi)容圖形基元的顯示圖形變換曲線(xiàn)和曲面圖形運(yùn)算形體的表示及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)消除隱藏線(xiàn)和隱藏面的算法真實(shí)感圖形的繪制2/1/20232參考書(shū)孫家廣等，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第三版），清華大學(xué)出版社，2002計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第三版）電子工業(yè)出版社

DonaldHearnM.PaulineBaker著蔡士杰吳春镕等譯潘云鶴等，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)—原理、方法及應(yīng)用”，高等教育出版社，2003成績(jī)=作業(yè)+上機(jī)成績(jī)+期末考試2/1/20233第一章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)簡(jiǎn)介第一節(jié)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第二節(jié)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的起源第三節(jié)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及發(fā)展動(dòng)向第四節(jié)圖形系統(tǒng)的硬件第五節(jié)計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)2/1/20234計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是指用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生對(duì)象圖形的輸出的技術(shù)。是利用計(jì)算機(jī)研究圖形的表示、生成、處理、顯示的學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專(zhuān)門(mén)顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。第一節(jié)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)2/1/20235相關(guān)學(xué)科圖象處理是指用計(jì)算機(jī)來(lái)改善圖象質(zhì)量的數(shù)字技術(shù)。模式識(shí)別是指用計(jì)算機(jī)對(duì)輸入圖形進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)。計(jì)算幾何學(xué)是研究幾何模型和數(shù)據(jù)處理的學(xué)科。交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是指用計(jì)算機(jī)交互式地產(chǎn)生圖形的技術(shù)。

2/1/202362/1/20237發(fā)展特點(diǎn):交叉、界線(xiàn)模糊、相互滲透數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模型圖像生成（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）模型（特征）提?。ㄓ?jì)算機(jī)視覺(jué)，模式識(shí)別）模型變換（計(jì)算幾何）圖像變換（圖像處理）2/1/20238圖形學(xué)主要研究?jī)?nèi)容如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容。圖形的生成和表示技術(shù)圖形的操作與處理方法圖形輸出設(shè)備與輸出技術(shù)的研究圖形輸入設(shè)備、交互技術(shù)及用戶(hù)接口技術(shù)的研究2/1/20239圖形信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)、檢索方法幾何模型構(gòu)造技術(shù)動(dòng)畫(huà)技術(shù)（游戲）圖形軟硬件的系列化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的研究科學(xué)計(jì)算的可視化

2/1/202310計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容定義

具體內(nèi)容圖形的輸入研究將圖形或圖形數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中的技術(shù)和設(shè)備

鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、圖形輸入板、掃描儀等設(shè)備的研制

圖形的表示研究在計(jì)算機(jī)中用點(diǎn)、線(xiàn)、面的坐標(biāo)值(幾何信息)和連接關(guān)系(拓?fù)湫畔?建立幾何模型的方法

線(xiàn)框模型、面模型、體模型等

圖形的存儲(chǔ)按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織圖形數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)在動(dòng)態(tài)或永久性介質(zhì)中

常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有線(xiàn)性鏈表、二叉樹(shù)、四叉樹(shù)等圖形的處理對(duì)圖形進(jìn)行幾何變換或投影變換以及并、交、差運(yùn)算等操作

圖形的顯示與輸出將計(jì)算機(jī)內(nèi)特定表示形式的圖形轉(zhuǎn)換成圖形輸出設(shè)備能夠接受的表示形式，并將圖形在計(jì)算機(jī)屏幕上或者打印機(jī)等輸出設(shè)備上顯示或繪制輸出

主要研制各種顯示器和打印、繪圖設(shè)備，如液晶顯示器、等離子顯示器以及攜帶更方便、色彩更豐富的新一代顯示器

2/1/202311第二節(jié)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的起源50年代1950年，第一臺(tái)圖形顯示器作為美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）旋風(fēng)I號(hào)（WhirlwindI）計(jì)算機(jī)的附件誕生。1958年，美國(guó)Calcomp公司由聯(lián)機(jī)的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒式繪圖儀，GerBer公司把數(shù)控機(jī)床發(fā)展成為平板式繪圖儀。50年代末期，MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室在“旋風(fēng)”計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)SAGE空中防御體系。2/1/20231260年代1962年，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的I.E.Sutherland發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)交互通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文。他在論文中首次使用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)“ComputerGraphics”這個(gè)術(shù)語(yǔ)，證明了交互計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一個(gè)可行的、有用的研究領(lǐng)域，從而確定了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為一個(gè)嶄新的科學(xué)分支的獨(dú)立地位。他在論文中所提出的一些基本概念和技術(shù),如交互技術(shù)、分層存儲(chǔ)符號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等至今還在廣為應(yīng)用。成就“圖形學(xué)之父”的英名。2/1/2023131962年，法國(guó)雷諾汽車(chē)公司的工程師PierreBézier

提出Bézier曲線(xiàn)、曲面的理論，而成為CAGD的先驅(qū)。1964年MIT的教授StevenA.Coons提出了超限插值的新思想，通過(guò)插值四條任意的邊界曲線(xiàn)來(lái)構(gòu)造曲面。圖形學(xué)最高獎(jiǎng)以他名字命名(Coons)。獲得第一屆（1983）和第二屆(1985)StevenA.Coons

獎(jiǎng)的，恰好是IvanE.Sutherland和PierreBézier，這也算是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一段佳話(huà)。2/1/20231470年代光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化1974年，ACMSIGGRAPH的與“與機(jī)器無(wú)關(guān)的圖形技術(shù)”的工作會(huì)議ACM成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，制定“核心圖形系統(tǒng)”（CoreGraphicsSystem）ISO發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGS2/1/202315真實(shí)感圖形學(xué)1970年，Bouknight提出了第一個(gè)光反射模型1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，被稱(chēng)為Gourand明暗處理1975年，Phong提出了著名的簡(jiǎn)單光照模型-Phong模型實(shí)體造型技術(shù)英國(guó)劍橋大學(xué)CAD小組的Build系統(tǒng)美國(guó)羅徹斯特大學(xué)的PADL-1系統(tǒng)2/1/20231680年代1980年Whitted提出了一個(gè)光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線(xiàn)跟蹤算法的范例，實(shí)現(xiàn)Whitted模型1984年，美國(guó)Cornell大學(xué)和日本廣島大學(xué)的學(xué)者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展2/1/202317計(jì)算機(jī)圖形學(xué)硬件設(shè)備的發(fā)展20世紀(jì)60年代中期：畫(huà)線(xiàn)顯示器需要刷新、設(shè)備昂貴、限制普及。20世紀(jì)60年代后期：存儲(chǔ)管式顯示器不需刷新，價(jià)格較低，缺點(diǎn)是不具有動(dòng)態(tài)修改圖形功能，不適合交互式20世紀(jì)70年代初，刷新式光柵掃描顯示器大大地推動(dòng)了交互式圖形技術(shù)的發(fā)展目前是多種顯示器并存液晶、等離子顯示器，基于分子材料的顯示器也在研究之中。圖形顯示器是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中關(guān)鍵的設(shè)備2/1/202318計(jì)算機(jī)圖形學(xué)硬件設(shè)備的發(fā)展（續(xù)）輸入設(shè)備的發(fā)展歷史第一階段：控制開(kāi)關(guān)、穿孔紙等等第二階段：鍵盤(pán)第三階段：二維定位設(shè)備如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等第四階段：三維輸入設(shè)備如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣第五階段：用戶(hù)的手勢(shì)、表情等等2/1/202319輸入板2/1/202320控制桿和跟蹤球

圖a是拱廊型控制桿，有一個(gè)可以轉(zhuǎn)向任意方向的杠桿，用于指明位置。圖b所示的跟蹤球上有一個(gè)可以被拇指轉(zhuǎn)向任意方向的球，用以改變光標(biāo)的位置。

2/1/202321空間球和數(shù)據(jù)手套2/1/2023222/1/202323戴著頭盔式顯示器和數(shù)據(jù)手套與虛擬世界交流2/1/202324頭盔式描準(zhǔn)器2/1/202325計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法研究的發(fā)展光柵掃描圖形生成

（點(diǎn)、線(xiàn)、面的離散表示）圖形變換（幾何變換、平行投影、透視投影）真實(shí)感圖形生成（隱藏線(xiàn)/面去除法、Z緩沖器算法、簡(jiǎn)單光照模型、光線(xiàn)追蹤、輻射度、陰影、透明、紋理）幾何建模（線(xiàn)框模型、面模型、體模型）曲線(xiàn)與曲面生成算法（Furguson參數(shù)曲線(xiàn)/面Bézier

均勻B樣條非均勻B樣條）圖形學(xué)應(yīng)用算法（與具體應(yīng)用領(lǐng)域的算法相結(jié)合）2/1/202326第三節(jié)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

的應(yīng)用及發(fā)展動(dòng)向科學(xué)技術(shù)事業(yè)制圖學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造計(jì)算機(jī)仿真與動(dòng)畫(huà)過(guò)程控制、計(jì)算機(jī)藝術(shù)及辦公室自動(dòng)化2/1/202327虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)VirtualReality或稱(chēng)虛擬環(huán)境（VirtualEnvironment)是用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)生成一個(gè)逼真的三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)或嗅覺(jué)等感覺(jué)世界，讓用戶(hù)可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。主要研究用計(jì)算機(jī)模擬（構(gòu)造）三維圖形空間，并使用戶(hù)能夠自然地與該空間進(jìn)行交互。對(duì)三維圖形處理技術(shù)的要求特別高。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)的DARPA為坦克編隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練開(kāi)發(fā)了一個(gè)實(shí)用的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)SIMNET。1997年7月，地球上的工程師通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)操縱距地1.9億公里的火星上的火星車(chē)。輸入輸出設(shè)備，如頭盔式顯示器、立體耳機(jī)、頭部跟蹤系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)手套等。2/1/202328科學(xué)技術(shù)事業(yè)：地學(xué)應(yīng)用2/1/202329科學(xué)計(jì)算可視化可視化與可視計(jì)算海量的數(shù)據(jù)的圖形表示1986年，美國(guó)科學(xué)基金會(huì)（NSF）專(zhuān)門(mén)召開(kāi)了一次研討會(huì)，會(huì)上提出了“科學(xué)計(jì)算可視化（VisualizationinScientificomputing）”科學(xué)計(jì)算可視化廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、流體力學(xué)、有限元分析、氣象分析當(dāng)中在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：機(jī)械手術(shù)和遠(yuǎn)程手術(shù)，醫(yī)用CT掃描數(shù)據(jù)的三維重建，基于CT數(shù)據(jù)的人體內(nèi)漫游2/1/202330事務(wù)和商務(wù)數(shù)據(jù)的圖形顯示繪制表示經(jīng)濟(jì)信息的各類(lèi)二、三維統(tǒng)計(jì)管理圖表信息可視化:信息流量，商業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，股市行情2/1/202331計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造2/1/202332奧迪效果圖和線(xiàn)框圖2/1/202333飛機(jī)、艦船汽車(chē)應(yīng)用實(shí)例2/1/202334汽車(chē)曲面設(shè)計(jì)2/1/2023352/1/202336計(jì)算機(jī)仿真自然景物的模擬：山、水、云、樹(shù)、草、火等2/1/202337應(yīng)用實(shí)例－建筑2/1/2023382/1/2023392/1/202340應(yīng)用實(shí)例－醫(yī)學(xué)2/1/202341計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)——商業(yè)領(lǐng)域廣告設(shè)計(jì)電腦游戲卡通動(dòng)畫(huà)片:傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，質(zhì)量差，如：《大鬧天宮》，90*60*24=129，600張膠片，幾十位動(dòng)畫(huà)工作者近兩年的時(shí)間計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)（ComputerAnimation):效率高，質(zhì)量高如：《侏羅紀(jì)公園》等計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作工具：3DMAX,MAYA等等影視特技:《珍珠島》等，災(zāi)難效果制作2/1/2023422/1/2023432/1/2023442/1/202345計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)近十多年來(lái)取得了很大的發(fā)展，已滲透到人們生活的各個(gè)角落商業(yè)廣告、影視特技/片頭、動(dòng)畫(huà)片教育、軍事、飛行模擬等二維動(dòng)畫(huà)

圖象變形形狀混合三維動(dòng)畫(huà)關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)變形物體的動(dòng)畫(huà)過(guò)程動(dòng)畫(huà)關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)與人體動(dòng)畫(huà)2/1/202346基于特征的圖象變形(Morphing)2/1/2023472/1/202348由三維FFD操作得到的魚(yú)的變形圖,TheVisualComputer2001.2/1/202349電腦游戲?qū)崟r(shí)性；逼實(shí)性；蘊(yùn)含了先進(jìn)的圖形處理技術(shù)2/1/202350列車(chē)駕駛模擬

2/1/2023512/1/202352計(jì)算機(jī)藝術(shù)真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界的場(chǎng)景叫做真實(shí)感繪制真實(shí)感繪制的主要任務(wù)是模擬真實(shí)物體的物理屬性，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系等等2/1/202353光照模型簡(jiǎn)單光照模型局部光照模型整體光照模型繪制方法光線(xiàn)跟蹤輻射度加速算法包圍體樹(shù)、自適應(yīng)八叉樹(shù)等等2/1/2023542/1/2023552/1/2023562/1/2023572/1/202358布料與人體動(dòng)畫(huà)2/1/202359

分形圖案計(jì)算機(jī)藝術(shù)2/1/202360計(jì)算機(jī)藝術(shù)2/1/202361計(jì)算機(jī)書(shū)法2/1/202362計(jì)算機(jī)繪制的松樹(shù)盆景2/1/202363非真實(shí)感繪制

NPRNon-PhotorealisticRendering非真實(shí)感圖形比真實(shí)感圖形應(yīng)用更廣泛，如文學(xué)讀物插圖，其中兒童讀物插圖量最大；用數(shù)字方法對(duì)傳統(tǒng)繪畫(huà)進(jìn)行模擬以掌握其規(guī)律性的東西；傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)都是非真實(shí)感的，現(xiàn)在需要用計(jì)算機(jī)技術(shù)再現(xiàn)它們2/1/202364水彩畫(huà)2/1/202365油畫(huà)2/1/202366鋼筆畫(huà)效果鋼筆素描產(chǎn)生于中世紀(jì)，從19世紀(jì)開(kāi)始成為一門(mén)藝術(shù)，然而用計(jì)算機(jī)模擬鋼筆繪畫(huà)卻是20世紀(jì)90年代的事情。2/1/202367鉛筆畫(huà)效果2/1/202368OliverDeussen繪制的素描樹(shù)(Siggraph’2000)2/1/202369Salisbury繪制的熊(Siggraph’97)2/1/202370Salisbury繪制的茶壺(Siggraph’97)2/1/202371GeorgesWinkenb1ach繪制的壺和碗2/1/202372基于圖像的NPR2/1/202373第四節(jié)圖形系統(tǒng)的硬件計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)、顯示處理器(DPU)、圖形顯示器（陰極射線(xiàn)管顯示器CRT）、輸入設(shè)備和硬拷貝設(shè)備2/1/202374陰極射線(xiàn)管(CRT)組成：包括電子槍、聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏工作原理：電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，轟擊到熒光屏的不同部位，被其內(nèi)表面的熒光物質(zhì)吸收，發(fā)光產(chǎn)生可見(jiàn)的圖形。圖形顯示設(shè)備2/1/202375CRT結(jié)構(gòu)2/1/202376圖形顯示設(shè)備熒光屏熒光物質(zhì)：吸收電子束而發(fā)光持續(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)間刷新(Refresh)：為了讓熒光物質(zhì)保持一個(gè)穩(wěn)定的亮度值刷新頻率：每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)2/1/202377圖形顯示設(shè)備彩色陰極射線(xiàn)管產(chǎn)生彩色的常用方法：射線(xiàn)穿透法、影孔板法射線(xiàn)穿透法應(yīng)用：畫(huà)線(xiàn)顯示器優(yōu)點(diǎn)：成本低缺點(diǎn)：只能產(chǎn)生有限幾種顏色2/1/202378圖形顯示設(shè)備射線(xiàn)穿透法原理電子束熒光涂層產(chǎn)生顏色低速電子束較低速電子束較高速電子束高速電子束2/1/202379圖形顯示設(shè)備影孔板法原理：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熒光涂層影孔板2/1/202380圖形顯示設(shè)備影孔板的類(lèi)型點(diǎn)狀影孔板代表：大多數(shù)球面與柱面顯像管柵格式影孔板代表：Sony的Trinitron與

Mitsubishi的

Diamondtron顯像管

溝槽式影孔板代表：LG的Flatron顯像管2/1/202381圖形顯示設(shè)備點(diǎn)狀影孔板工作原理紅、綠、蘭三基色三色熒光點(diǎn)三個(gè)電子槍2/1/202382圖形顯示設(shè)備顯示器能同時(shí)顯示的顏色個(gè)數(shù)如果每個(gè)電子槍有256個(gè)等級(jí)，則顯示器能同時(shí)顯示256*256*256=16M種顏色，稱(chēng)為真彩系統(tǒng)2/1/202383像素：構(gòu)成屏幕（圖像）的最小元素分辨率：CRT在水平或豎直方向單位長(zhǎng)度上能識(shí)別的最大像素個(gè)數(shù)。在假定屏幕尺寸一定的情況下，也可用整個(gè)屏幕所能容納的像素個(gè)數(shù)描述，如800*600，1280*1024等等亮度等級(jí)或稱(chēng)灰度等級(jí)數(shù)目是指單色顯示器象素的亮度可以有多少種不同的變化幀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)屏幕上每個(gè)象素對(duì)應(yīng)的顏色或亮度值2/1/202384CRT圖形顯示器工作方式有兩種：隨機(jī)掃描方式和光柵掃描方式隨機(jī)掃描方式：電子束在任意方向上自由移動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)：速度快，圖形分辨率高。不適合產(chǎn)生多種灰度、色調(diào)連續(xù)變化的圖形。2/1/202385光柵掃描方式2/1/2023862/1/202387繪圖過(guò)程2/1/202388圖形顯示設(shè)備邏輯部件：幀緩沖存儲(chǔ)器（FrameBuffer)，視頻控制器（VideoController)，顯示處理器（DisplayProcessor）CRT2/1/202389幀緩沖存儲(chǔ)器作用：存儲(chǔ)屏幕上像素的顏色值簡(jiǎn)稱(chēng)幀緩沖器，俗稱(chēng)顯存工作原理2/1/202390黑白光柵掃描顯示器黑白光柵顯示器的邏輯框圖如上：其中幀緩存是一塊連續(xù)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。對(duì)于黑白單灰度顯示器每一象素需要一位存儲(chǔ)器，對(duì)一個(gè)1024×1024象素組成的黑白單灰度顯示器所需要的最小緩存為220，并在一個(gè)位面上。一個(gè)位面的緩存只能存儲(chǔ)黑白圖形，幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)備，因而還需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。2/1/202391在光柵圖形顯示器中需要足夠的位面和幀緩存結(jié)合起來(lái)才能反映圖形的顏色和灰度等級(jí)。如下圖是一個(gè)具有N位面灰度等級(jí)的幀緩存。顯示器上每個(gè)象素的亮度是由N位面中對(duì)應(yīng)的每個(gè)象素位置的內(nèi)容控制的。該存儲(chǔ)器的中的二進(jìn)制的數(shù)被翻譯成灰度等級(jí)，范圍是0到2N-1之間。2/1/202392彩色光柵掃描顯示器下圖是彩色光柵顯示器的邏輯圖，對(duì)于紅、綠、藍(lán)三原色有三個(gè)位面的幀緩存和三個(gè)電子槍。2/1/202393每個(gè)顏色的電子槍可以通過(guò)增加幀緩存位面來(lái)提高顏色種類(lèi)的灰度等級(jí)。如上圖，每種原色電子槍有8個(gè)位位面的幀緩存和8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，每種原色可有256種灰度，三種原色的組合將是(28)3=224。2/1/202394若每個(gè)單元有24位（每種基色占8位）即顯示系統(tǒng)可同時(shí)產(chǎn)生224種顏色（24位真彩色）。3個(gè)位面分辯率是1024×1024的顯示器，需要3×1024×1024（3145728）位的存儲(chǔ)器。若存儲(chǔ)器位長(zhǎng)固定，則屏幕分辯率與同時(shí)可用的顏色種數(shù)成反比關(guān)系。1兆字節(jié)的幀緩存，若設(shè)分辯率為640×480，則幀緩存每個(gè)單元可有24位，可能同時(shí)顯示224種顏色，若設(shè)分辯率為1024×768，則每個(gè)單元分得的位數(shù)僅略多于8，只能工作于256色顯示模式下。2/1/202395顯存問(wèn)題高分辨率和真彩要求有大的顯存；解決方法：采用查色表(LookupTable）或稱(chēng)彩色表(ColorTable)查色表工作原理1024*768真彩模式需要接近3M字節(jié)顯存2/1/202396查色表是一維線(xiàn)性表，其每一項(xiàng)的內(nèi)容對(duì)應(yīng)一種顏色，它的長(zhǎng)度由幀緩存單元的位數(shù)決定，例如：每單元有8位，則查色表的長(zhǎng)度為28＝2562/1/202397顏色系統(tǒng)RGB（紅、綠、藍(lán)）、顏色查詢(xún)表（colorlookuptable）、CMY（青、品紅、黃）、HSV（色彩、飽和度、亮度）2/1/202398視頻控制器作用：刷新結(jié)構(gòu)2/1/202399顯示處理器作用：代替CPU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、紋理映射等等具有專(zhuān)用顯示處理器的光柵顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖形加速卡=視頻控制器+顯存+顯示處