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1、,第2 章 计算机图形系统,本章内容：2.1 图形系统概述 2.2 图形系统的硬件设备 2.3 图形系统的体系结构 2.4 图形系统的软件系统 2.5 图形程序的编程方法,2.1.1 系统的组成,2.1 图形系统概述,硬件系统：中央主机、图形输入设备、图形输出设备。,显示器,绘图机、打印机,外储设备,图形系统硬件设备,计算机图形系统,硬件系统,硬件系统,图形系统的硬件结构,2.1.2 图形系统的种类 1.大型机图形系统 大型计算机，存储器容量庞大、计算功能极强、显示终端大精度高等。适用于巨大型计算。2.中型机或超级小型机图形系统 32位超级小型机为处理机，内存和外存容量较大，输入输出设备精度高
2、、幅面大。价格较贵，目前大多已被淘汰。3.微工作站图形系统 微型工作站为处理机，丰富图形处理、灵活窗口、网络管理、交互式计算机系统。4.微型机图形系统 高档微型机为基础，图形系统日益得到广泛应用。,2.1.3 图形系统的基本功,1.计算功能：元素生成、坐标变换、求交、剪裁计算。2.存储功能：存储数据:形体的集合数据、形体间相互关 系、数据的实时检索、保存图形的编辑等信息。3.输入功能：输入信息:数据、图形信息、图像信息、命令关键字、操作信息等输入。4.输出功能：输出信息:图形信息、文件信息；静态 图形、动态图形。5.交互功能：人机交互:拾取对象、输入参数；接收 命令、数据等。,2.2.1 图形
3、显示设备 2.2.2 图形绘制设备 2.2.3 图形输入设备,2.2 图形系统的硬件设备,2.2.1 图形显示设备 1.显示器种类 阴极射线管、随机扫描、存储管式、光栅扫描、等离子和液晶显示器。,应用程序,显示文件存储器,控制器,显示器工作原理,平板式,2.彩色光栅扫描显示器 产生彩色的方法：有两种：一是射线穿透法，二是荫罩板法,荫罩板法应用广泛。屏幕的内部涂有很多组呈三角形的荧光粉，每一组有三个荧光点，当某组荧光粉被激励时，分别发出红、绿、蓝三种基色。有三个电子枪，分别与三基色对应。有影孔板栅网，上面有很多小孔，与屏幕上的三元组一一对应。三束电子经偏转聚焦成一组射线，穿过影孔板上的孔，激活屏
4、幕上的一个三元组，出现一个彩色亮点。荧光点以三角形排列，并使每支电子束，通过荫罩时，只能激活与之对应的彩色点。,3 液晶显示器,(1)基本原理 液晶基本性质 液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，当液晶受到电压的影响时，会改变它的物理性质而发生形变，通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩。,液晶显示器基本结构,光源先穿过第一层偏光板(纵向)，来到液晶体上；光线透过液晶体时，产生光线的色泽改变；光线再经过第二层偏光板（横向）；加上电压的变化和一些其他装置，用于控制。,工作原理,显示器种类,液晶显示器：主动式和被动式 现在流行的主动式液晶显示器。,4.光栅扫描过程,5 显示器的技术指标及有
5、关名词,行频、帧频 水平扫描频率为行频。垂直扫描频率为帧频。隔行扫描 隔行扫描：先扫偶数行扫描线，再扫奇数行扫描线。象素 屏幕被扫描线分成 n 行，每行有 m 个点，每个点为一个象素。整个屏幕有 m n 个象素。分辨率 是指CRT单位长度上能分辨出的最大光点(象素)数。分为水平分辨率和垂直分辨率。常用屏幕上象素的数目来表示。如 n 行，每行 m 点的屏幕分辨率为 m n。分辨率越高，象距离越小，显示字符或图像越清晰。,显示速度 显示字符、图形、图像的速度。帧缓存 帧缓存是一块连续的计算机存储器，用来存储动态刷新的图形图像信息。,数字/模拟转换,点距：LCD的点距是两个液晶颗粒之间的距离，液晶面
6、板的宽或高除以水平像素数或垂直像素数。刷新率：LCD中每个像素都在一定的信号（电压）下持续不断的发光，直到另一个信号（电压）来到时才会改变发光强度，所以其实LCD不存在刷新率的问题。视角：可视角度。当你坐在显示器的左右两方各60度时都能看清画面，超过60度则无法看清，则水平可视角度就是120度。也有垂直可视角度。目前主流LCD显示器普遍具备160度以上的水平可视角度。发展趋势，该指标将逐渐失去意义。,响应时间：响应时间过长将导致画面快速变化时出现残影。CRT响应时间仅为1ms，一般忽略不计。LCD的响应时间要远大于CRT显示器。但目前主流LCD都在5ms以上。亮度：亮度指画面的明亮程度，最大亮
7、度通常由背光源来决定。一般为170350流明（cd/m2）。桌面LCD显示器的亮度必须大于200流明才有较好的显示画面。对比度：指屏幕上同一点最亮时（白色）与最暗时（黑色）的亮度的比值。高对比度意味着有相对较高的亮度和艳丽程度。,6 图形处理器(俗称显卡)种类：CGA EGA VGA TVGA SVGA XGA SXGA 工作原理,显卡工作原理,6 图形处理器(俗称显卡)显示主芯片，俗称GPU 代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等；各图形函数基本上都集成在这里 显存 存储将要显示的图形信息 保存图形运算的中间数据；它与显示主芯片的关系，就像计算机的内
8、存之于CPU一样 RAMDAC 数字模拟转换器 在视频处理中，把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号。,2.2.2 图形绘制设备,输出可视化且能长期保存图形的输出设备。,1)绘图仪 笔式绘图仪 静电绘图仪 2)打印机 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机 3)摄像机,1.图形绘制设备的种类,2 绘图机,绘图机按工作原理：笔式绘图和非笔式绘图。笔式绘图机：平台式、滚筒式、平面电机式。非笔式绘图机：静电式、喷墨式、热敏式。,平台式,滚筒式,2.2.3 图形输入设备,按物理结构分为六类：1)键盘和鼠标 2)数字化仪 3)光笔 4)跟踪球和控制杆 5)触摸板 6)扫描仪 7)摄像设备,1.图形绘
9、制设备的种类,在国际图形标准中按照逻辑功能分为六类。(1)定位设备：实现定位功能，即输入一个点的坐标，包括光笔、数字化仪、鼠标、键盘的数字键等。(2)笔划设备：实现描划功能，输入一系列点的坐标，包括的物理设备和定位设备一致。(3)数值设备：实现定值功能，包括旋钮、数字键、方向键、编程功能键等。(4)选择设备：根据一个正整数得到某一种选择，包括光笔、触摸板、数字化仪、鼠标等。(5)拾取设备：实现拾取功能，即识别一个显示的图形元素，包括各种定位设备、编程功能键、字符串输入设备。(6)字符串设备：实现字符串输入，包括键盘、光笔、声音识别仪等。,2.图形输入的逻辑设备,在图形系统中，有一个特别的软硬件
10、子系统，能高效绘出透视图中的三维图元，也称为图形流水线。,2.3 图形系统的体系结构,2.3.1 应用程序处理阶段,1.应用程序处理是通过软件方式实现；2.应用程序处理末端需将几何体输入到绘制管线阶段；,2.3.2 几何处理阶段,1.建立图形处理的几何模型，将图形转换成数据；2.对数据进行后处理；,2.3.3 光栅阶段,1.处理对象送到像素处理器进行光栅化处理；2.输出到显示器；,软件系统,软件系统的结构,计算机图形系统,计算机图形系统的结构,内容回顾：,作业：,1.认真阅读课文内容 2.计算机图形系统由哪几部分组成，各自实现什么功能？3.常用的图形输入、输出设备有哪些？各有何特点？4.图形软
11、件分为几层？各个层有什么特点？5.熟悉光栅扫描显示系统的结构。6.了解分辨率、帧缓存、像素、像距等常用词语的含义。,1 图形系统的组成 2 图形系统的硬件设备 3 图形系统的体系结构,本次课到此结束,谢 谢,LED显示器成像原理,荫罩板法彩色光栅扫描显示器 工作原理,1.键盘:最基本的输入设备，它包括：1）字母数字键盘：文本输入、菜单选择或图形功能选择。2）数字键盘：完成坐标的输入。3）光标控制键：选择被显示的对象或通过定位屏幕光标来确定坐 标位置。4）功能键：允许用户以单一击键输入常用的操作。,2.鼠标:1968年12月9日，鼠标诞生于美国加州斯坦福大学。控制光标移动用来输入定位坐标或选择操
12、作的输入设备，它将移动距离及方向的信息变成数字脉冲信息送给计算机，由计算机转换成光标的坐标数据，从而达到定位目的。按结构分为机械式、半光电式、光电式、轨迹球式、网鼠等 按照鼠标的接口分，可分为三种，PS/2口、USB口和无线；除此之外一般可分为两键和三键：两键鼠标是微软的标准，一般称为MS MOUSE；三键鼠标是IBM的标准，称为PC MOUSE。,1.光笔:光笔是一种检测装置，是“能检测出光的笔”。它靠检测荧光屏上的发光点来选择屏幕的位置坐标。,基本功能：定位、拾取和笔划跟踪。拾取是选中显示器上已显示的图形或文字。笔划跟踪是用光笔拖动光标实现定位，可用于图形编辑。,1962年，Sutherl
13、and用光笔屏幕上画一幅画，以文件的形式存在电脑中，还可随意变大缩小。,操纵杆：是有一根手柄的可摇动装置。手柄通过一个球形轴承半固定在底座上，在手柄运动时带动一对电位器或电脉冲产生器产生信号，控制屏幕上的光标的运动。跟踪球：跟踪球是一个球，可用手掌或掌心旋转使屏幕光标移动。附加的电位计量器用来测量球的旋转量和方向。,2.游戏杆和跟踪球:,触摸屏是允许用手指触摸的方式选择显示屏幕位置的显示器。根据触点记录方式将触摸屏分为光学的、电子的和声学。,3.触摸屏:,4.数码相机:,数码相机是专门用来获取数字化图像的照相机。虽然它从外观上看很像一架普通的光学照相机，但内部结构却大不相同。数码相机利用电耦合
14、器件成像，图像存储在半导体器件上。数码相机作为计算机的输入设备，将存储在半导体器件上的图像输入到计算机中，并利用相应的软件进行编辑处理。,又称绘图板，是用来给物体作画、着色或交互选择坐标位置的常用设备。这些设备可输入两维或三维空间的坐标。数字化仪在所绘制的图或对象上扫描，并输入一组随机的坐标位置，相互之间以直线段连接，以逼近曲线或表面形状。,5.数字化仪:,数字化仪有两部分：(1)内部布满金属栅格的图板；(2)提供位置信息的定位器。,扫描仪是一种图像输入设备，是直接把图形（工程图纸）和图像（照片、广告等）扫描输入到计算机中并以图像形式存储表示的设备。按颜色分为单色扫描仪和彩色扫描仪；按采用的固态器件分为电荷耦合器件（CCD）扫描仪、MOS电路扫描仪和紧贴型扫描仪；按扫描宽度和操作方式分为大型扫描仪、台式扫描仪和手持式扫描仪。扫描仪的两个重要指标：是分辨率和支持的颜色数或灰度等级，如分辨率为1200dpi（dots per inch），颜色为32位真彩色。现在大多扫描仪都提供分辨率和颜色、灰度的选择功能。,6.图象扫描仪:,
