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1、计算机图形学计算机图形学计算机图形学计算机图形学杨海秀杨海秀第二章第二章 计算机图形设备计算机图形设备2.1 2.1 图形输入设备图形输入设备2.2 2.2 图形显示设备图形显示设备2.3 2.3 图形系统及其标准图形系统及其标准2.1 2.1 图形输入设备图形输入设备v 键盘（键盘（keyboardkeyboard）2.1 2.1 图形输入设备图形输入设备v 鼠标（鼠标（mousemouse）按测量位移可分为按测量位移可分为：-用用鼠鼠标标底底部部的的转转轮轮或或滚滚轮轮来来记记录录移移动动的的总总量和方向。量和方向。-采采用用光光学学感感应应器器来来检测鼠标运动。检测鼠标运动。2.1 2.
2、1 图形输入设备图形输入设备v 光笔（光笔（light penlight pen）光笔是一种检测装置，它靠检测荧光屏上光笔是一种检测装置，它靠检测荧光屏上的发光点来选择屏幕的位置坐标。的发光点来选择屏幕的位置坐标。2.1 2.1 图形输入设备图形输入设备v触摸屏触摸屏(touch screen)touch screen)这种装置以手指触摸的方式选择屏幕位置红外线式触摸屏红外线式触摸屏(光学式光学式)电阻式触摸屏电阻式触摸屏(电子式电子式)电容式触摸屏电容式触摸屏(电子式电子式)声波触摸屏声波触摸屏(声学式声学式)常见的几种触摸屏：常见的几种触摸屏：2.1 2.1 图形输入设备图形输入设备v 数
3、字化仪数字化仪v 扫描仪扫描仪v 真实物体的三维信息的输入真实物体的三维信息的输入第二章第二章 计算机图形设备计算机图形设备2.1 2.1 图形输入设备图形输入设备2.2 2.2 图形显示设备图形显示设备2.3 2.3 图形系统及其标准图形系统及其标准-阴极射线管阴极射线管-彩色阴极射线管彩色阴极射线管-随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器-光栅扫描式图形显示器光栅扫描式图形显示器2.2 2.2 图形显示设备图形显示设备1.1.阴极射线管阴极射线管(CRT-Cathode Ray Tube)CRT-Cathode Ray Tube)组成：包括电子枪、加速结构、聚焦系统、组成：包括电子枪、加
4、速结构、聚焦系统、偏转系统、荧光屏偏转系统、荧光屏2.2 2.2 图形显示设备图形显示设备电子枪：由灯丝、阴极和控制栅组成。电子枪：由灯丝、阴极和控制栅组成。聚焦系统：保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。聚焦系统：保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。加速电极：加正的高电压，使电子束高速运动。加速电极：加正的高电压，使电子束高速运动。偏转系统：控制电子束，采用静电场或磁场，产生偏转。偏转系统：控制电子束，采用静电场或磁场，产生偏转。阴极射线管阴极射线管(CRT-Cathode Ray Tube)CRT-Cathode Ray Tube)水平偏转板垂直偏转板灯丝阴极聚焦系统加速系统电平控制
5、器石墨层吸收轰击磷粉涂层后逃逸在荧光屏内的杂撒电子送至第二阳极,形成电流回路。荧光纷（磷粉涂层）电子枪 偏转系统 荧光屏第一阳极第一阳极 第二阳极第二阳极 偏转线圈 高压入口经石墨层接第二阳极 用于磁偏转系统 用于静电偏转系统荧光屏偏转的电子束阴极射线管阴极射线管(CRT-Cathode Ray Tube)CRT-Cathode Ray Tube)工作原理工作原理高速的电子束由高速的电子束由电子枪电子枪发出，经过发出，经过聚焦系统、聚焦系统、加速系统加速系统和和磁偏转系统磁偏转系统就会到达荧光屏的特就会到达荧光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会
6、发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。由于高能态很不稳定，在很态变为高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了。一点就会亮了。2.2.彩色阴极射线管彩色阴极射线管产生彩色的常用方法：产生彩色的常用方法：l射线穿透法射线穿透法l影孔板法影孔板法2.2 2.2 图形显示设备图形显示设备v射线穿透法射线穿透法 通常应用于画线显示器。通常应用于画线显示器。只能产生几种颜色，图形质量差。只能产生几种颜色
7、，图形质量差。彩色阴极射线管彩色阴极射线管v影孔板法影孔板法 用于光栅扫描显示器中，颜色范围广，用于光栅扫描显示器中，颜色范围广，每个像素有三个荧光点（红、绿、蓝三每个像素有三个荧光点（红、绿、蓝三基色）。影孔板被安装在荧光屏的内表基色）。影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位置。面，用于精确定位像素的位置。彩色阴极射线管彩色阴极射线管点状影孔板点状影孔板荫栅式影孔板荫栅式影孔板沟槽式影孔板沟槽式影孔板v点状影孔板工作原理点状影孔板工作原理 电子枪、影孔板中的一个小孔和荧光点电子枪、影孔板中的一个小孔和荧光点成一直线；每个小孔与一个像素（即三成一直线；每个小孔与一个像素（即三个荧光
8、点）对应个荧光点）对应彩色阴极射线管彩色阴极射线管调节各电子枪发出的电调节各电子枪发出的电子束中所含电子的数目，子束中所含电子的数目，即可控制各色光点亮度。即可控制各色光点亮度。3 3.随机扫描显示器随机扫描显示器特点：电子束可随意移动，只扫描荧特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分。屏上要显示的部分。逻辑部件：刷新存储器逻辑部件：刷新存储器(Refreshing(Refreshing Buffer)Buffer)、视频处理器、视频处理器(DPU:Display(DPU:Display Processing Unit)Processing Unit)和和CRTCRT2.2 2.2 图
9、形显示设备图形显示设备随机扫描显示器随机扫描显示器优点：扫描速度快，分辨率高，线条优点：扫描速度快，分辨率高，线条质量好，易修改，交互性好，动态性质量好，易修改，交互性好，动态性能好能好缺点：价格贵，只能显示线画图形，缺点：价格贵，只能显示线画图形，应用于军事、应用于军事、CADCAD领域领域4.4.光栅扫描显示器光栅扫描显示器 2.2 2.2 图形显示设备图形显示设备v行频、帧频行频、帧频 水平扫描频率为行频水平扫描频率为行频 垂直扫描频率为帧频垂直扫描频率为帧频(一秒钟重复画屏幕的次数一秒钟重复画屏幕的次数)v逐行扫描、隔行扫描逐行扫描、隔行扫描 隔行扫描方式是先扫奇数行扫描线，再扫偶数行
10、隔行扫描方式是先扫奇数行扫描线，再扫偶数行扫描线。扫描线。v像素像素(Pixel:Picture Cell)(Pixel:Picture Cell)构成屏幕（图像）的最小元素，整个屏幕被扫描构成屏幕（图像）的最小元素，整个屏幕被扫描线分成线分成n 行，每行有行，每行有m 个点，每个点为一个象素。个点，每个点为一个象素。整个屏幕有整个屏幕有m n 个象素。个象素。光栅扫描显示器光栅扫描显示器v分辨率分辨率 是指是指CRTCRT在水平或垂直方向的单位长度在水平或垂直方向的单位长度上能分辨出的最大光点（象素）数，分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。通常用屏为水平分辨率和垂直
11、分辨率。通常用屏幕上象素的数目来表示。比如上述的幕上象素的数目来表示。比如上述的n n 行，每行行，每行m m 点的屏幕分辨率为点的屏幕分辨率为m m n n。分辨率越高，相邻象素点之间的距离越分辨率越高，相邻象素点之间的距离越小，显示的字符或图像也就越清晰。小，显示的字符或图像也就越清晰。光栅扫描显示器光栅扫描显示器v显示速度显示速度 指显示字符、图形特别是动态图像的速度，指显示字符、图形特别是动态图像的速度，与显示器的分辨率及扫描频率有关。可用与显示器的分辨率及扫描频率有关。可用最大带宽（水平象素数最大带宽（水平象素数垂直象素数垂直象素数最最大帧频）来表示。大帧频）来表示。v色彩与亮度等级
12、色彩与亮度等级 亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度变化。色彩包括可选择显示器颜色的亮度变化。色彩包括可选择显示器颜色的数目以及一帧画面可同时显示的颜色数。数目以及一帧画面可同时显示的颜色数。光栅扫描显示器光栅扫描显示器v图像刷新图像刷新 刷新是指以每秒刷新是指以每秒3030帧以上的频率反复扫描不断帧以上的频率反复扫描不断地显示每一帧图像地显示每一帧图像,刷新频率等于帧扫描的刷新频率等于帧扫描的频率频率(帧频帧频),用每秒刷新的帧数表示。目前刷用每秒刷新的帧数表示。目前刷新频率标准为每秒新频率标准为每秒5012050120帧。帧。光栅扫描显示器光栅扫描显
13、示器光栅扫描显示器光栅扫描显示器v逻辑部件：逻辑部件：帧缓冲存储器帧缓冲存储器(Frame Buffer)，视频控，视频控制器制器(Video Controller)，显示处理器显示处理器(Display Processor)，CRT彩色光栅显示器逻辑图彩色光栅显示器逻辑图2.2 图形显示设备图形显示设备v液晶显示器液晶显示器LCDLCD (Liquid Crystal Display)(Liquid Crystal Display)2.2 2.2 图形显示设备图形显示设备vLCDLCD优点优点n外观小巧精致，厚度只有外观小巧精致，厚度只有6.56.5 8cm8cm左右左右n无闪烁、失真，可视
14、面积大，又薄又轻无闪烁、失真，可视面积大，又薄又轻n工作电压低，功耗小，节约能源工作电压低，功耗小，节约能源n没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响v缺点缺点 视角太小、亮度和对比度不够大视角太小、亮度和对比度不够大 寿命短、怕震动、温度敏感寿命短、怕震动、温度敏感 分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏高。偏高。第二章第二章 计算机图形设备计算机图形设备2.1 2.1 图形输入设备图形输入设备2.2 2.2 图形显示设备图形显示设备2.3 2.3 图形系统及其标准图形系统及其标准2.3 2.3 图形系统及其标准图形系统及其
15、标准v图形系统图形系统硬件，图形硬件，图形I/OI/O设备，系统软件，图形软件。设备，系统软件，图形软件。图形软件：通用编程软件包，专用应用软件图形软件：通用编程软件包，专用应用软件包。包。三种类型的计算机图形软件系统：三种类型的计算机图形软件系统：1.1.用某种语言写成的子程序包用某种语言写成的子程序包2.2.扩充计算机语言，使其具有图形生成和处理扩充计算机语言，使其具有图形生成和处理的功能的功能3.3.专用图形系统专用图形系统 2.3 2.3 图形系统及其标准图形系统及其标准v图形系统图形系统通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形功能扩展集。功能扩
16、展集。基本功能：图元生成，属性设置，选择观察及基本功能：图元生成，属性设置，选择观察及实施变换等。实施变换等。专用类：不关心图形操作过程。专用类：不关心图形操作过程。2.3 2.3 图形系统及其标准图形系统及其标准v图形标准：图形系统及其相关应用系统图形标准：图形系统及其相关应用系统中各界面之间进行数据传送和通信的接中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准，以及供图形应用程序调用的子口标准，以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准，前者称为程序功能及其格式标准，前者称为数据数据及文件格式标准及文件格式标准，后者称为，后者称为子程序界面子程序界面标准标准。2.3 2.3 图形系统及其标准图形系统及其标准v图形系统标准图形系统标准 GKS(Graphics Kernel System)GKS(Graphics Kernel System)PHIGS PHIGS 程序员层次交互式图形系统程序员层次交互式图形系统CGI CGI 计算机图形接口计算机图形接口(三维三维)图形核心系统图形核心系统(3D-)GKS(3D-)GKSGL(GL(图形程序包图形程序包)