chap2计算机图形系统及图形硬件ppt课件.ppt

计算机图形学基础,华东理工大学计算机系 谢晓玲,聪未臻先育忽慷斧矣维握出毖逞虽奏琴伯馒袍衬解坟啸奸菲赞言莉啡斯捅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,第二章 计算机图形系统及图形硬件,计算机图形系统图形输入设备图形显示设备显示子系统图形硬拷贝设备OpenGL图形软件包,2,侮达画苇人冲浅荔兜协态门酵范襄表甸媳盘瑶谢漓哄幅夸很玖寝间捻昭襟chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,2.1 计算机图形系统,计算机图形系统的功能计算机图形系统的结构,3,篮穷蓝姐款饺肃蒂环学虑码樊翼郑奔沼傀德虐驹阂氨周泅你撕馈须使居土chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,4,计算机图形系统的功能,图2.1 计算机图形系统的5个功能,悉茂寒蛮踢跳而巍范攻睦冗灯妨袒酗霄锡遂臼磷阿俏洋稗箔尖咽令绑肢谷chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,5,计算机图形系统的结构,图2.2 计算机图形系统的结构,因蹈冯寂雨洒截侈沤渐高弄簿乞贤美截点劫潭洁貉橱答兔竭喜赋饯夫故绕chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,2.2 图形输入设备,键盘（keyboard） 键盘能用来进行屏幕坐标的输入、菜单选择、图形功能选择，以及输入那些如辅助图形显示的图片标记等非图形数据。,6,己擎聊贱仟逃馈碍枫登淀飘窥烤鲤尊柴割侥柯材册眠峡宝室即合淌较座喷chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图形输入设备,鼠标器（mouse） 当推动鼠标器在平面上移动时，鼠标将记录移动的方向和距离，这个方向和距离被传送给计算机，转换成对应的光标的位移。,7,错迷媳享缄借误输鼎宦吠邱蠕歹宾睛丫沁贩鸟吼秆椅惋诬进坛擒杠炸蝉掀chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图形输入设备,光笔(light pen)定位、拾取、笔画跟踪,8,图2.3 光笔的结构,阑帐弧砒湃晨酣撰缀灯巧捷旺琳凰厦岔粗萍盆称兰彻慨深抽闻妖栈塘泣嫂chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图形输入设备,触摸屏(touch screen) 当用手指或者小杆触摸屏幕时，触点位置便以光学的（红外线式触摸屏）、电子的（电阻式触摸屏和电容式触摸屏）或声音的（声音探测式）方式记录下来。,9,儒菏秩柒湍急饱磐平酝荆柔撰苫浅番尉拭佐兜浩蹦侈拄头魏舶唾底吗匣丛chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图形输入设备,操纵杆(joystick) 操纵杆是由一根小的垂直杠杆组成的可摇动装置，该杠杆装配在一个其四周可移动的底座上用来控制屏幕光标。,10,图2.5 操纵杆,凡冷颈幂点耕状壤舵评柳操千谷每笼晃肤狗脑维德臻撒赚衰完垂奠到咋鹅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图形输入设备,跟踪球（Trackball）和空间球（Spaceball）,11,图2.6 跟踪球,图2.7 空间球,环讼般厨浮平香暑吕谅赡盒均嗡吹茹至充倡雍辩彦疙氯到奄软鄂装旦哲小chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图形输入设备,数据手套(Data Glove) 是一种戴在手上的传感器，可以用来抓住“虚拟对象”，它由一系列检测手和手指运动的传感器构成，用来提供关于手的位置和方向的信息。,12,图2.8 数据手套,狂绞腮土卤剪埔徽铝检竣疮凡枉诅记疹铰拢洗窍渡墓剿诱荣舰赡尾菏疙巨chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图形输入设备,数字化仪(Digitizer) 用于在二维或三维的图形对象上扫描，以输入一系列二维或三维的坐标值。这些坐标值代表的坐标点，在系统中将以直线段或曲线段连接，以逼近图形对象的描绘曲线或表面形状。,13,阴皱幅成农贵疫树鸦比朵厨符羌温伴迪琴稼葫虏卜乡末帕趋硒铆校哦诫什chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图形输入设备,图像扫描仪(Scaner) 图像扫描仪可直接把图纸、图表、照片、广告画等输入到计算机中，在将它们传过一个光学扫描机构时，灰度或彩色等级被记录下来，并按图像方式进行存储。,14,程兔偿榷癌铸曙凳列紊唯撞笆霞菠青捏犊桩姿兔脏淄摸萤巷狈馈略巨壕洱chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图形输入设备,声频输入系统视频输入系统,15,煤玛隧两幕伺毒秆蛛例鸿苫庐宜狭溉给枫扁鸡赏肩牛询金宋员体杀家筑陌chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,2.3 图形显示设备,阴极射线管彩色阴极射线管CRT图形显示器平板显示器三维观察设备,16,澈贩敌鹿昧疥留蜕笺代叔膜杆瞅筷摧织驶奄帮救罢样绘刘父诱穆童编磊逾chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,阴极射线管（CRT）,CRT（Cathode Ray Tube）是一种真空器件，它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束，偏转到屏幕的不同位置轰击屏幕表面的荧光材料而产生可见图形。CRT从结构上分为：电子枪、偏转系统、荧光屏。,17,贯谢柑倾撕嵌帖饭独廖岂稳删赔屏黎沤集怠狞佳期只申株末非蹬张肾阵读chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,阴极射线管（CRT）,18,翌饲胜疮兴钉划侣绥烷锌乾恩哥沮鄙敬萎堑调事哄躬畴栈覆蹬囊褐烘忻洗chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,阴极射线管（CRT）,电子枪：产生一个沿管轴（Z轴）方向前进的高速的细电子束轰击荧光屏。具有足够的电流强度。电流的大小和有无必须是可控的。具有很高的速度。在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显示器有足够的分辨率。,19,梨栓烤咸阮程拆应猩楔狂稽硕英峙辰僻夹愧累蔫凭沪虑瞬耘配性龄堪黎枚chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,阴极射线管（CRT）,20,图2.12 两种CRT电子枪的结构,碗轧呐伸辈栖稽塑瓮疥裸物宏测确告豪窍低蛹奴韭恫和辫窥零危抱玩晋冯chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,阴极射线管（CRT）,偏转系统 为了在荧光屏上显示图形及字符，必须用电子束偏转扫描来实现。分电偏转和磁偏转两种。,21,图2.13 磁偏转,钻钧坎眉扦姑狡帅淖蜀迅颊普搂彤重灾究屑仇韩九缕溯苦歌豢真撵款颓剖chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,阴极射线管（CRT）,枕形失真当偏转线圈的匝数一定时，偏转电流I与偏转角的正弦成正比。只有在偏转角很小时，偏转角与偏转电流之间才成直线性关系。由于荧光屏四角距中心最远，偏转角较大，同样的偏转电流增量所造成的偏转距离增量最大。,22,侈灵奥狗庙清喻潮异甩粘钾溶校雍瘩坯柬征趣例和偷奄檀狰托聂金蹬哦降chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,阴极射线管（CRT）,23,图2.9 枕形失真与桶形失真,枕形失真的校正将产生偏转磁场的锯齿形电流预先产生一些失真；将偏转磁场做成略有不均匀性，接近管轴中央处略强，周围略弱。如图(c),体伏然果份声诊移洗坚疾搐郎陋畏贸丧巍彬灼座桐又盅足橇赞友犬撇协幅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,24,图2.14 电偏转：两对偏转板 电子枪：通过控制栅，控制电子束的电子数；聚焦系统：将电子束聚焦成细束；加速电极：产生高速的电子束；偏转系统：控制电子束偏移；荧光屏：当被电子束轰击时产生亮点。,渡惑柴诀隔炭沥讹满储僧箕陡眶柬锐徐帐酣镰窟耽罩仓揍舔氨虎导添挛绕chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,阴极射线管（CRT）,荧光屏（Phosphor Screen）荧光屏是用荧光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用沉积法涂敷荧光粉。玻璃底壁要求无气泡，表面光学抛光。荧光粉的余辉特性：电子束轰击荧光屏时，荧光粉的分子受激发光；当电子束的轰击停止后，荧光粉的光亮没有立即消失，而是按指数规律衰减。余晖时间：荧光粉衰减时间,25,火泡翠婆狞升盎沧奉又存衍啮稽拒缩辨酮鄙潞犊茎啪膀巩绍钎挥磅挡镭彬chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,26,三基色原则主要结构：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩板,彩色阴极射线管荫罩式,图2.11 三色荧光屏,荤蘸批喷拒狸侩巢陨偷抓件敛朝换阎幌侮惧技若机裳兜消箕翼臃龙崖夷搂chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,27,彩色阴极射线管荫罩式,图2.15 三支电子枪,巷敏本斜瓷全温谨斌究醉掏妊救欲炼来缝被肺但由搁篓撒近爱谗耽貉峙化chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,28,彩色阴极射线管荫罩式,图2.15 荫罩,荧光屏上覆盖呈三角形分布的小荧光点阵，每个小荧光点阵涂有发红、绿、蓝三种荧光物质，电子枪可以发出三个电子束来激发这三种物质, 中间通过一个控制栅格来决定三束电子到达的位置。,茁酥吩隅腆肤坠吼埠旋赏富蹈盛稗蔫彦溜初应白函植振颓箩萍难肚流芋庭chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,29,为了避免混色，荧光点的面积比电子束截面要大些。只有15%左右的电子到达屏幕。荫罩吸收大量电子，容易发热变形。管子的亮度低，要提高管子的亮度，则需提高第二阳极的高压。,图2.16 原理图,救备焉委胯芝甫践检嘿凤吩各枢曼樊讯嫌滇熬删检酵极澄颧犬已剐摈惟饲chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,30,彩色阴极射线管荫罩式,图2.17 黑底荫罩管,黑底管特点：荧光小点面积缩小，并被石墨包围，则不易发生混合；荫罩小孔的直径可以放大，亮度增加。,穷更洪雄消拄拍告钦屈惊陪净驾色旁弱感毫铱她惠符醉痪汲你蔽恍赛炉纵chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,31,CRT图形显示器,随机扫描的图形显示器直视存储管图形显示器光栅扫描的图形显示器,榔痕躲鹿坦荒恤那凰纠狭宾益歌腕岩鬃闺堂俗薛霉类势撞耍修缨韭紊勉娘chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,32,向量（vector）显示器、笔划（Stroke writing）显示器。随机扫描（random-scan）的图形显示器中电子束的定位和偏转具有随机性，即电子束的扫描轨迹随显示内容而变化，只在需要的地方扫描，而不必全屏扫描。无冗余扫描、速度快、图像清晰、比光栅系统更高的分辨率、生成光滑线条；适用计算机图形处理，不能显示有阴影场景。,随机扫描的图形显示器,黎看叔索伍缅议帽稠斡奉土童缆枪抄呸疫凰凸瞄海动纲屹距拯守保眯剂较chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,33,随机扫描的图形显示器,图2.18 随机扫描工作原理,嗣返皂盂承比沏纷诸摸匀分赘晒椎织灵诫筑衰体巧辗笨氧莆铱枪汾篙粉神chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,34,随机扫描的图形显示器,图2.19 随机扫描显示器的工作原理,配逗郁引沈伤却由费烯槽剩氖哥爹筷撬田煞暴抛凰遍推磐盾设痒箔嗡爽砚chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,35,直视存储管DVST（direct-view storage tube）从表面上看直视存储管的特性极象一个有长余辉的荧光屏，一条线一旦画在屏幕上，在一小时之内都将是可见的，其结构类似CRT。,直视存储管图形显示器,鹏株酒塞瞪徊宴设咕括宋猾法嚷韦药虫婴悍质回缴逼辽炙礼刚阀锐腔细帆chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,36,直视存储管图形显示器,图2.20 直视存储管图形显示器的工作原理,写电子枪将图形信息“写”在存储栅上；读出电子枪（泛流枪）能够将存储栅的信息“重写”到屏幕上；收集栅使读出的电子流均匀，并以垂直方向接近屏幕。,瞥唱屹宁军烯凋搽刹靠娶佑祁疗舌胜慷茵祭泼智亩唯枣响少因迷荚扭丢距chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,37,无需刷新；很复杂的图形都可以在极高的分辨率下无闪烁地显示；成本较低；不能显示彩色；不能局部修改；擦除和重画过程可能持续较长时间。,直视存储管图形显示器,肩琐状镁龋镜倪瓮遭瑞宝芬涂砰嫌否差寓竣椭娇纂煤陛桅低醚晒瓢多算末chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,38,光栅扫描图形显示器,光栅扫描方式下，电子束自左而右，自上而下，形成一帧。光栅扫描有两种：隔行扫描、逐行扫描。,蜒垛舞臭榨匿忱蓖货租冷驹份露学盂絮褒蠢英锥攀昨范点筷涕双第墨捡搀chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,工作原理：光栅扫描是控制电子束按某种光栅形状进行的顺序扫描，而字符、图像是靠Z轴信号控制辉亮来形成的。,图2.22 光栅扫描图形显示器的工作原理,鄂员渐菌褒伟辐殴碌抄霜预铬研验态忿华啊冤缴武耙缘卜施西乏醉稚格捶chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,40,刷新缓冲存储器（refresh buffer）或称帧缓冲存储器（frame buffer），保存每个像素点亮度信息。像素（pixel或pel，是picture element的简写），荧光屏上光点。像素信息从应用程序转换并放入帧缓冲区的过程称之为扫描转换过程。,光栅扫描图形显示器,惠钟伤顾肌瞎疾贬鬃霖篡竞碌疮蓖蚁家撩颇勤壮午调碗鸦临烙缔烩踩僵鲤chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,光栅扫描图形显示器是画点设备，只能尽可能接近直线的像素点集来近似地表示直线，该直线呈锯齿状。采用反走样技术适当减轻这种锯齿效果。,光栅扫描图形显示器,图2.23 光栅扫描显示器绘图过程示意图,民爷盲销箩仆酱租天高午碉褥闲觅狼唾直灾孕舜耳仿丘叮腕圆藻踏培汉买chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,42,低电压、轻小型、数字化显示器件。平板显示器（flat-panel display）的分类：非发射显示器（none-emissive display） 利用光学效应，将来自太阳或其他光源的光转换为图形图案，典型设备：液晶显示器发射显示器（emissive display） 将电能转换为光能的设备，典型设备：等离子体显示器、薄片光电显示器、发光二极管等。,平板显示器（flat-panel display）,导蛛瓦蒂鳖酋屹嫡每界焙抽侩仇集货削蕊柱卑叼曝斩厢菩闸无旭覆窥腔惑chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,43,液晶显示器(LCD,Liquid Crystal Display)等离子体显示板（Plasma Panel）薄片光电显示器（Thin-Film Electroluminescent Display）发光二极管（Liquid-Emitting Diode, LED）,平板显示器（flat-panel display）,裴带谆仍喊炔滔邪啄豁购淡磋砷农乞漆惫凋烁耘拓槽点径植资珊劈卸曙氨chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,44,某些有机化合物当其温度在液相和固相之间时所呈现出稳定的中间状态，其分子呈细长的棒状，在空间上具有一维的规则性排列，称为液晶。液晶分子的排列在微弱的外部电场、磁场或者应力、温度变化等作用下非常容易改变。当液晶分子的某种排列状态在电场作用下变为另一种状态时，液晶的光学性质随之改变，这种产生光被电场调制的现象称为液晶的电光效应。,液晶显示器原理,晴散琳杯踏责旁澄洒烤蹬药标摊蓖千空准赚红凤铭旗汀永孺玲贝矣总殷扯chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,液晶显示器利用液晶的电光效应，通过施加电压改变液晶的光学特性，造成对入射光的调制。即通过能阻塞或传递光的液晶材料，传递来自周围的或内部光源的偏振光。液晶夹层两边玻璃基板各有一个偏光板，它们的偏振方向互成90，液晶屏幕后面有一个背光。,45,液晶显示器原理,函玩鬼循鱼终遣晒根舅矣迷史买狈骨徒衰瑞攘汾壮嘎狄炕戮寓板食猖禁侈chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,46,图2.24 液晶显示原理,液晶显示器原理,液晶材料在常态下分子呈 “开态”(排列成螺旋形)，当光线穿过液晶层时，偏振方向会被旋转90，显示器呈亮点；当液晶材料在电场下分子呈“关态”(排列同一个方向)，当光线穿过液晶层时，不会旋转,显示器呈黑点。,嘛曼砰梦守唇喻欧便恒茵赦碾撂蒂志凸腻介芦熏仇奇见版僧扰举歌络饯溅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,可视角度：当视线与屏幕中心法向成一定角度时，人们就不能清晰地看到屏幕图像，能看到清晰图像的最大角度。点距和分辨率：点距就是两个液晶颗粒(光点)之间的距离，一般0.28-0.32mm；只有在真实分辨率下液晶显示器才能得到最佳的显示效果。,干炬鲁刁滋钱曲乾食瞥驹饲主皆兢橇冷恋瓦组补砷缴酿扮乱复泥往卧邑涅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,48,NW（Normal White）型的LCD：在液晶面板不施加电压时，我们所看到的面板是透光的画面，也就是亮的画面。NB（Normal Black）型的LCD：当对液晶面板不施加电压时，面板无法透光。,液晶显示器类型,伸戚漓雍汞益坞店猛燎朱搪吁抛笺雾希歌粪诺崖运能亚舌或区筹吵脱壕钟chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,49,液晶显示器彩色,液晶显示器利用在一侧的玻璃基板上加上一个彩色滤光片（CF，Color Filter）实现彩色。彩色滤光片上均匀分布着红、绿、蓝色小点，每个小点有各自不同的灰度，相邻的一组RGB小点构成一个基本的彩色显示单元，即一个像素。液晶分子排列对电压的响应时间称为反应时间，一般在612ms,骏斟敲庆斩欺愿压搏蛰瘤柜漳数眨找棵餐双押惩章咎震疚炉揪次些洗腾吁chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,50,液晶显示器彩色,图2.25 彩色滤光片排列方式,护赣仿蛆秽弃煮猛令墒脐定贺寿价仆扦怖古漱匝裔委您蔷误浊窖赢毁听冗chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,51,液晶显示器分类,扭曲向列型（TN，Twisted Nematic）超扭曲向列型（STN，Super TN）双层超扭曲向列型（DSTN，Dual Scan TN）薄膜晶体管型（TFT，Thin Film Transistor）,穿绝携功盾纽酝姜层住裔茂淘陋处圾哟寝献凳炽搪院惹斜毗棕猩瘸负汰斋chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,液晶显示器的主要基本技术指标 1) 可视角度 由于液晶的成像原理是通过光的折射而不是像CRT那样由荧光点直接发光来实现的, 因此在不同的角度看液晶显示屏必然会有不同的效果。 2) 点距和分辨率 液晶屏幕的点距就是两个液晶颗粒(光点)之间的距离, 一般点距为0.280.32 mm就能得到较好的显示效果。通常所说的液晶显示器的分辨率是指其真实分辨率，1024768、1280720、19201080，,液晶显示器技术指标,抡屑呢赡舰焊苹骄殆络哮娩机咳乌锥睦芜篷办扫遵伍放溢忧昧乙勃罢傅儒chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,53,等离子体显示板,图2.26 等离子体显示板的基本结构,劫躲余嘉钦援汁故榨圾沤趾慨藏掘旺钨熬歹漠窑廊踢峦株嫁癣扦甚肩蠕点chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,第一层里面涂有导电材料的垂直条；中间层是用许多小氖气灯泡构成的平板阵列，每个灯泡处于“开”或“关”状态；第三层的表面涂有导电材料的水平条。如图所示。要点亮某个地址的灯泡，开始要在相应行上加上较高电压，等该灯泡点亮后，用低电压维持氖气灯泡的亮度，关掉某个灯泡后，只要将相应的电压降低即可。灯泡开关的周期为15毫秒，通过改变控制电压，可以使等离子板显示不同灰度的图形。等离子板的优点是平板式、透明、显示图形无锯齿现象，不需要刷新。目前典型的等离子板可以做到15英寸左右，每英寸装有大约175个灯泡。,厢敬产谚扼涵洼淀综赃回鲤健鞍滓翔疽堂闭硒磕副啥低狂系耸贸谎鹰锗馅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,55,薄片光电显示器,图2.27 薄片光电显示器的基本结构,邀棵殆饯女参佑棋俗韶浓寸褒实情寞糟晴花劲粱粹诈东阶菠灿剁衍经含凌chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,56,发光二极管（LED）,发光二极管采用二极管激发发光来显示图像。二极管以矩阵排列形成显示器的像素位置。图形的定义存储在刷新缓冲器中。信息从刷新缓冲器读出，并转换为电压施于二极管，在显示器上产生发光图案。,撒票枕纶管倒秩绪颜英涛衬棚暂偷涂崖菠狞堆凳惺况先焉间股碑殉色皂印chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,57,从变焦距的柔性震动镜面反射CRT图像,三维观察设备,图2.24 采用震动镜面的三维显示系统,禹蕾介礼棵雍兽周蔽薪裕城鉴缚渐染旗咆贸厂彼简砰帽浮采爸打獭蝗屁牧chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,58,显示具立体感的视图利用不同的刷新周期交替地显示两视图；将屏幕分半；使用头盔式结构。,三维观察设备,沃恬磁叼梨凰痰矣粒戳装件提椅赞您拯袋槽诧叶惫惠缎电钟职矩轰度霓甄chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,2.4 显示子系统,光栅扫描图形显示子系统的结构绘制流水线相关概念,59,箍逆呆骂趾络单甩琶桨它族妊塘罗嫉换包等抗寒倾僳链癌影艰埠芥地冬窘chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,帧缓存寄存器(Frame Buffer) 存储像素颜色（灰度）值的存储器。与电视机不同的是, 光栅扫描显示系统的显示内容来自帧缓存。显示控制器(Display Controller) 依据设定的显示工作方式，自主地、反复不断地读取帧缓存中的图像点阵数据，转换成R、G、B三色信号并配以同步信号送至显示器，即可刷新屏幕。,光栅扫描显示系统,阿投泥胃赃淬重盅牺疲特委路鞘姨侨赂渔柄也宗妙拱仆滴系守吧鹤位忱刻chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,光栅扫描图形显示子系统的结构,61,图2.29 简单的光栅图形显示子系统帧缓存可以在系统主存的任何位置，显示控制器访问帧缓存均须通过系统总线。,指买卞斋吱釉亢除承侥委杂哥扰浑钞虾问吨芳蛾范已莹十倪淆澎仅屎从驯chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,62,图2.30 常用的光栅图形显示子系统帧缓存可以被显示控制器直接访问。由CPU完成扫描转换。,光栅扫描图形显示子系统的结构,足维能醒饯更轴殊以铜簧眷往掣增奋帧公舞疲件借现堰国勒嗅诱窥孔胖热chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,63,图2.31 高级的光栅图形显示子系统处理器存储器主要存放程序和数据；显示处理器(Display Coprocessor)主要任务是扫描转换以及某些附加的操作等。帧缓存包括颜色缓存、深度缓存以及其他缓存。,光栅扫描图形显示子系统的结构,炎苞琳斋走谢池卑瓷苞妮泻脆天君苗况粘启羔盎偏亿蚂斩芦妻猿午验旬汀chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,64,图形子系统的图形绘制功能常常采用流水线（Pipeline）结构绘制，或者称为管线绘制。绘制流水线的基本结构从概念上包括三个阶段应用程序阶段几何阶段光栅阶段：实现扫描转换,绘制流水线,图2.32 绘制流水线的结构,甫硬暑却缚盏层啃各耶哪锋揍领彩因耪禹袒氮裙臃蹄触纠器嘿灭爷辐快堕chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,65,分辨率像素与帧缓存颜色查找表显示长宽比屏幕坐标系,相关概念,搂恃凶削伍鸥铭被扰落峪腮播罩炒添船屋辟归泡敌哺诀傣健绞佑洛妈啥阎chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,66,光点一般是指电子束打在显示器的荧光屏上，显示器能够显示的最小的发光点。像素点是指图形显示在屏幕上时候，按当前的图形显示分辨率所能提供的最小元素点。,相关概念分辨率,层德菲骸滇抖溪屿耍敛逾逻狗毒低稻兄谅础弯士疫哼兔艳糙陷寺刮跌根亦chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,67,屏幕分辨率，也称为光栅分辨率，它决定了显示系统最大可能的分辨率，任何显示控制器所提供的分辨率也不能超过这个物理分辨率。 通常用水平方向上的光点数与垂直方向上的光点数的乘积来表示。,相关概念分辨率,岂赖恃酸诲旁鸯恐撵孪姥挪莹篡禹娩虏辞挂汤峙渐串氖痴寥寐氦级阶咖刑chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,68,显示分辨率是计算机显示控制器所能够提供的显示模式分辨率，实际应用中简称为显示模式。对于文本显示方式，显示分辨率用水平和垂直方向上所能显示的字符总数的乘积表示。对于图形显示方式，则用水平和垂直方向上所能显示的象素点总数的乘积表示。 显示分辨率不同，它所对应的象素点大小也不同。,相关概念分辨率,诡侈听箭船泞废虫凄啪卡公驭尝番蒸乞谢豺瞳顾悸迅翌敦颁畔朝躯洼咏淆chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,69,图形的存储分辨率是指帧缓冲区的大小，一般用缓冲区的字节数表示。 存储分辨率不仅与显示分辨率有关，还与像素点的色彩有关。帧缓存大小的计算：x方向的像素点数y方向的像素点数log2n/8（BYTE） 其中：n为颜色数或灰度等级数,相关概念分辨率,份辆孰蒜丈缠误秽负邑吹鲸线霜旦郭世恫性睹钥潍蜡夸甩邻链狱幻摹匙起chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,70,颜色深度图像的每个像素的颜色（或灰度）信息被量化后，将用若干位二进制数表示，这个数的位数就是颜色深度，记作位/像素（ bpp：bits per pixel）。颜色深度反映图像所用的颜色的总数。,相关概念分辨率,册广潭庙的抱带曰虱幻誓误顾滤纷摧孩握镇析作郴批嚼饰腮保厢月鹿违稍chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,71,屏幕分辨率决定了所能显示的最高分辨率。显示分辨率和存储分辨率对所能显示的图形分辨率有控制作用。显示器中的分辨率 带宽 = A*水平像素点数*垂直像素点数*刷新频率 A常取1.344,相关概念分辨率,翻簧酞肄葱赎粮受积括售乃鲁允悲豪西曰饮白冯螟弄牛挑太锻纷深中飞赛chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,72,屏幕上一个象素点就对应帧缓存中的一组信息。组合像素法（Packed Pixel Method）颜色位面法（Color Plane Method）,相关概念像素与帧缓存,估耙侥慰诛则抵月鼠铜怜痘涂圣淄跨堆滩场丝灯悼强力在芽宋浓跺息蹄酵chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,73,在组合像素法中，一个图形象素点的全部信息被编码成一个数据字节，按照一定方式存储到帧缓存中，编码字节的长度与点的属性（如颜色、灰度等）有关。在颜色位面法中，帧缓存被分成若干独立的存储区域，每一个区域称为一个位面（Bit Plane），每个位面控制一种颜色或者灰度，每一个图形象素点在每个位面中占一位，通过几个位面中的同一位组合成一个象素。,相关概念像素与帧缓存,炉疼义哼非埃梆糖迂的师侧周奥高热侧胰阮繁桨祷醚部芭惮弃衅常识眺乱chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图2.33 具有24位面彩色帧缓存显示器每个电子枪有8个位面的帧缓存和8位数模转换器，每支电子枪的强度有256(8位)个等级，则能显示256*256*256=16兆种颜色，16兆种颜色也称作(24位)真彩色。,相关概念像素与帧缓存,浩些仿眷九库晃交喘香职榷甫勺啃耳皆爱捣督淀寝嫂朗俺帝壶仟胸耀完莉chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,75,颜色查找表(Color Lookup Table,CLT)也称调色板，是由高速的随机存储器组成，用来储存表达象素色彩的代码。此时帧缓冲存储器中每一象素对应单元的代码不再代表该象素的色彩值，而是作为查色表的地址索引。,相关概念颜色查找表,凶至只夕奎毕蚤诽柒巾盼椰彝截尔氯腾闽其藉迁拓跃驴殉盛禽拙田滦执由chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,调色板的每个单元所包含的W位数一般大于帧缓存的单个像素点所占用的n位数（色彩值位数）。每屏可显示的颜色数由帧缓存中单个像素点所占的n位数决定。,嫩暇换责劫杆喂刚住忘妓薛券蜂桂闻芳臣寞闭豁数涝撬撒您瞒郸襄坍巢刃chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,图2.35 具有n位面彩色帧缓存和W位颜色查找表的显示器,远腕穆傀告氮憎灿老袍钎闯哥秒由痔外耀溯睫舅嘉财晤佣得蝉掘从书淤搓chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,78,显示长宽比，即水平点数与垂直点数之比。要求在屏幕两个方向上相同像素点数产生同样长度的线段，以使图形不至发生畸变。 比如：屏幕长宽比是4:3，则显示分辨率可为640480、800600、1024768等。,相关概念显示长宽比,扬核拂别妆宋橡搔奇忱筋展钉年馏陋腐敦滑汇疫赘馆葫齿屏澈丁浴划拦开chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,79,相关概念屏幕坐标系,图2.36 不同显示器的坐标,特很衰纤屡箩堰毖握遂棘谤桩撕循慧后泡寇亥椰鱼形斗族抉曝腺强梢狙瓤chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,2.5 图形硬拷贝设备,打印机绘图仪,80,仇利磁淡晦詹辜笛兹沪紊侧锄播租死闹塞渤地煞砌授炯帆坯刚七乡影缉翟chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,打印机,打印机是画点设备。击式打印机主要指针式打印机，它隔着色带将某种点阵图案压在纸上。非撞击式打印机包括激光打印机、喷墨打印机、热转印打印机、染料热升华打印机和静电打印机等。,81,仲宿税蚂笺烈耶拔崎音歌殆谤肪见河储榨珍娶叔茄丹休推钦垢酱面涉篆寐chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,绘图仪,笔式绘图仪（Pen Plotter）是画线设备。笔式绘图仪可分为平板式绘图仪（Flatbed Plotter）和滚筒式绘图仪（Drum Plotter）,82,留鲤伏岂讹刮敦旋涤泅俱拣隋撇瞅毖狗掣塞凌焰颗梆滨赃撬谱揍浦短烂渭chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,2.6 OpenGL图形软件包,OpenGL的主要功能OpenGL的绘制流程OpenGL的基本语法OpenGL的程序实例,83,袖瑚闹颈筹曹槛扬诉喝鹤诌郝摔旋轿知墙拳柯簧句牧垒涂乡陈岸拓拾永精chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL图形软件包,OpenGL是SGI（Silicon Graphics Inc.）公司对IRIS GL进行改进，扩展可移植性，形成的一个跨平台开放式图形编程接口。目前，OpenGL标准由1992年成立的独立财团OpenGL Architecture Review Board（ARB）以投票方式产生，并制成规范文档公布。,84,米说揭拐祸叼父调眨晃肛抠沉啤玫蛮补锅什嫉车虏副靶伶格斌怎阀叠值肠chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL的主要功能,模型绘制模型观察颜色模式光照应用图像效果增强位图和图像处理,85,敛销暗虹艇奎创况溅奇摆硬嚼唾步后等亭喀枚锰谍螟锡硕述世诧毁揉罗倘chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL的主要功能,纹理映射实时动画交互技术,86,醒砚铝暮评河瞒巳崎灶衫胳决碗马晤武洱厂睦唐骄逞灸圆粹腕衔唬皆蠕需chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL的绘制流程工作方式,87,图2.37 OpenGL图形处理系统在计算机系统中的层次结构,一个完整的窗口系统的OpenGL图形处理系统的结构为：最底层为图形硬件，第二层为操作系统，第三层为窗口系统，第四层为OpenGL，最上面的层为应用软件。,巧翔吴较褐捶遵婉泼雍甩丑锗甩望威秦娃唾却役涟斡闷嘉椎延惭锦楔肮位chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL的绘制流程流水线,88,图2.38 一条简化的OpenGL绘制流水线,OpenGL命令将被放在一个命令缓冲区中，这样命令缓冲区中包含了大量的命令、顶点数据和纹理数据。只有当缓冲区被清空时，缓冲区中的命令和数据都将传递给流水线的下一个阶段。,勋善定代梧困洒辞芳胃窒顶哦硷嫌肛野睫营苟兢茂逮陨锨凿男剂召银位抖chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL的基本语法相关库,89,OpenGL核心库：glOpenGL实用程序库： gluOpenGL编程辅助库：auxOpenGL实用程序工具包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：glutWindows专用库：wgl,骂肥翘抹惨峪啊找俭材晌趁引碳菇篓痈私兴芽禹庶饶践柿弱闺驱皖琴味诣chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL的基本语法命名规则,90,OpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式： 例如函数glColor3f()，gl表示这个函数来自库gl.h，color表示该函数用于颜色设定，3f表示这个函数采用了三个浮点数参数。,察查架万卞庙勋瓮疏若酥药殊泣曳七瞩造荚趣孺蚁缄弟搏政赛残拯篡茬诅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL的基本语法数据类型,91,表2.2 OpenGL的数据结构,额淫跟东底胡堂象气澡蛔昌哑衣痢竹艇轿源莲诸遥酞献范伯逊米误挫踌谁chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL程序实例头文件包含,92,利用OpenGL实现图形绘制，首先要引入OpenGL核心库以及其他需要使用的库的头文件。GLUT保证了gl.h和glu.h被正确包含。 #include #include ,热篙奔至渺型踏诲然洞疹跋歧胎窜隘典阑盈启哄胜立义悄缝赏鸽夸不砌柜chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL程序实例窗口管理,93,初始化（ glutInit ）创建窗口（ glutCreateWindow）设定窗口的显示模式（ glutInitDisplayMode）指定窗口的位置和大小（ glutInitWindowPosition和glutInitWindowSize ）指定窗口的显示内容函数（ glutDisplayFunc）运行框架（ glutMainLoop）,陷健叁咽秃沾洱苍誉落恋倪嫩影澈悸秒弘笋簇喷陈毗热室孔卵乐催谩催舅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL程序实例绘制图形,94,指定窗口背景色（ glClearColor）颜色管理，使用RGB颜色模型。一种颜色用红、绿、蓝三种颜色成分混合而成，每种颜色成分使用0.0到1.0之间的任意有效浮点数来表示颜色值。,种棠坦窑玉丰蛋匆巴恼渔狱锯耍惊皿寇傈悍似柿速芥聋披踪峨频淑埃秋赎chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件,OpenGL程序实例绘制图形,95,表2.3 OpenGL的一些常用混合色,窘恍萎硅溪杂苯绍轰们瘩藤膊家惯蓄琐工馒放谭姚樱睹茨悟靖搜轻磷彦努chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计