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1、第1章计算机图形学概述1.1 1.1 计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展1.2 1.2 计算机图形学研究内容计算机图形学研究内容计算机图形学研究内容计算机图形学研究内容1.3 1.3 计算机图形学的应用计算机图形学的应用计算机图形学的应用计算机图形学的应用 1.4 1.4 面向对象的计算机图形学概述面向对象的计算机图形学概述面向对象的计算机图形学概述面向对象的计算机图形学概述 1.4.1 1.4.1 面向对象技术及特点面向对象技术及特点面向对象技术及特点面向对象技术及特点 1.4.2 1.4.2 面向图形对象技术及特点面向图形对象技术及特点面向图形对象技术
2、及特点面向图形对象技术及特点 1.5 1.5 计算机图形学的基本术语计算机图形学的基本术语计算机图形学的基本术语计算机图形学的基本术语 1.6 1.6 计算机图形系统的组成和功能计算机图形系统的组成和功能计算机图形系统的组成和功能计算机图形系统的组成和功能1.6.1 1.6.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成1.6.2 1.6.2 计算机图形系统的功能计算机图形系统的功能计算机图形系统的功能计算机图形系统的功能 1.7 1.7 常用的图形输入输出设备常用的图形输入输出设备常用的图形输入输出设备常用的图形输入输出设备 1.7.1 1.7.1 图形
3、显示系图形显示系图形显示系图形显示系1.7.2 1.7.2 微微微微机机机机中中中中常常常常见见见见的的的的显显显显示示示示器器器器和和和和图图图图形形形形适适适适配配配配1.7.3 1.7.3 常用的图形输入设备常用的图形输入设备常用的图形输入设备常用的图形输入设备 1.7.4 1.7.4 常用的图形输出设备常用的图形输出设备常用的图形输出设备常用的图形输出设备 习题习题习题习题1 1 1.1 1.1 计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展1.2 1.2 计算机图形学研究内容计算机图形学研究内容计算机图形学研究内容计算机图形学研究内容计算机图形学有以下研究内
4、容。计算机图形学有以下研究内容。计算机图形学有以下研究内容。计算机图形学有以下研究内容。1.1.图形的生成和表示技术图形的生成和表示技术图形的生成和表示技术图形的生成和表示技术2.2.图形操作与处理方法图形操作与处理方法图形操作与处理方法图形操作与处理方法3.3.图形输出设备与输出技术图形输出设备与输出技术图形输出设备与输出技术图形输出设备与输出技术4.4.图形输入设备与输入技术图形输入设备与输入技术图形输入设备与输入技术图形输入设备与输入技术5.5.图形信息的描述和表示图形信息的描述和表示图形信息的描述和表示图形信息的描述和表示6.6.几何模型的构造技术几何模型的构造技术几何模型的构造技术几
5、何模型的构造技术7.7.动画技术动画技术动画技术动画技术8.8.图形实时性和真实感图形实时性和真实感图形实时性和真实感图形实时性和真实感9.9.图形标准与图形软件包图形标准与图形软件包图形标准与图形软件包图形标准与图形软件包1.31.3计算机图形学的应用计算机图形学的应用计计算算机机图图形形对对象象技技术术是是研研究究计计算算机机图图形形处处理理方方法法和和图图形形软软件件设设计计方方法法的的技技术术。随随着着计计算算机机图图形形的的广广泛泛运运用用，计计算算机机图图形形技技术术的的作作用用也也越越来来越越重重要要，其其使使用用范范围围也也越越来来越越广广泛泛，特特别别是在以下有关图形专业的计
6、算机系统中，更需要图形技术。是在以下有关图形专业的计算机系统中，更需要图形技术。1.1.计算机辅助设计和计算机辅助制造计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)CAD/CAM)2.2.计算机辅助绘图和科学计算的可视化计算机辅助绘图和科学计算的可视化3.3.计算机辅助教学计算机辅助教学CAICAI和数据绘图和数据绘图4 4.计算机艺术和计算机动画计算机艺术和计算机动画5 5.图形用户界面和图形选单的设计图形用户界面和图形选单的设计6.6.日常生活中的图形应用日常生活中的图形应用7 7.计算机图像分析和图像处理计算机图像分析和图像处理1.4 1.4 面向对象的计算机图形学概述面向对象的计算机
7、图形学概述面向对象的计算机图形学概述面向对象的计算机图形学概述1.4.11.4.1面向对象技术及特点面向对象技术及特点1.1.面向对象程序设计技术的基本机制面向对象程序设计技术的基本机制(1)(1)对象对象(Object)Object)和消息和消息(Message)Message)(2)(2)类类(Class)Class)、对象对象(Object)Object)和实例和实例(Instance)Instance)(3)(3)面向对象的继承性面向对象的继承性2.2.面向对象系统的特点面向对象系统的特点(1)(1)面向对象系统具有多重抽象性。面向对象系统具有多重抽象性。(2)(2)面向对象系统使用面
8、向对象语言设计程序。面向对象系统使用面向对象语言设计程序。(3)(3)面向对象系统使用数据库保存类集和对象集。面向对象系统使用数据库保存类集和对象集。(4)(4)面向对象系统提供灵活多样的程序设计工具。面向对象系统提供灵活多样的程序设计工具。1.4.2面向图形对象技术及特点1.面向图形对象的基本概念(1)图形对象(GraphicObject)在理解面向图形对象的概念时，应注意以下几点：1)对象包括实体对象和图形对象两种。2)实体对象具有数据和方法。3)图形对象具有数据、方法和环境条件三要素。(2)图形类图形类(Graphic Class)和图形实例和图形实例(Graphic Instance)
9、图形类和图形实例的基本特征是：1)图形类是图形对象的抽象模型。2)图形对象由图形实例构成。3)图形类、图形对象和图形实例之间有继承性。(3)消息消息(Message)和方法和方法(Methods)图形对象执行消息会产生三种结果：1)创立新对象，删除不需要的对象或对已有的对象进行修正。2)向对象输入数据或向外输出数据。3)执行图形操作或输出图形。2.面向图形对象设计方法的特点(1)面向图形对象方法的基本内容1)面向对象图形语言2)图形对象的数据结构3)图形的生成和变换方法4)图形软件设计和维护技术(2)面向图形对象设计方法的优点面向图形对象设计方法的优点1)面向图形对象方法基于图形对象、继承性、
10、消息和方法机制，特别适合计算机图形自身的特点，有利于图形系统质量的提高和图形系统的维护。2)面向图形对象的思想方法和程序设计思想方法一致，有利于图形接口的设计。3)面向图形对象方法容易将图形的自然模型转换为数据模型，有利于图形系统的设计。4)面向图形对象方法是对传统计算机图形系统设计方法的改革和发展，面向图形对象方法不仅研究计算机图形的实现技术，还研究计算机图形系统的设计方法。基础设备：主机、内存、外存等图形硬件基本图形设备：图形显示器、图形适配器、键盘等专用图形设备：数字化仪、绘图仪、图形打印机等图形系统图形语言：程序设计语言、数据库管理语言、图形专用语言图形软件图形数据库：图形对象库、操作
11、方法库、模型库图形程序：图形系统程序、应用程序、图形工具图1-1计算机图形系统结构1.5计算机图形学的基本术语1.6计算机图形系统的组成和功能1.6.1计算机图形系统的组成计算机图形系统中包括图形软件和图形硬件，其体系结构如图1-1所示。1.图形硬件设备图形硬件设备分为基础设备、基本图形设备和图形输入输出设备三类：(1)计算机基础设备(2)基本图形设备(3)专用图形设备2.图形软件系统(1)计算机图形语言(2)图形程序(3)图形数据库1.6.2计算机图形系统的功能1.图形输入输出功能2.图形定义和维护功能3.图形数据存储和管理功能4.图形变换、图形处理和数据计算功能1.7常用的图形输入输出设备
12、1.7.1图形显示系统1.图形监示器的主要部件阴极射线管2.彩色CRT3.CRT电子束的扫描方式(1)随机扫描方式(2)光栅扫描方式4图形显示器工作原理(1)随机扫描显示器随机扫描显示器中包括接口、显示缓冲器、显示控制器和阴极射线管(CRT)4部分。1)接口2)显示缓冲器显示缓冲器用于存放作图指令。3)显示控制器4)彩色CRT(2)光栅扫描显示器光栅扫描显示器的工作原理如图1-3所示，它包括接口部分、帧缓冲器、CRT控制器、显示控制器和CRT五部分。1)接口部分接口部分2)帧缓冲器帧缓冲器3)CRT控制器控制器4)显示控制器显示控制器5)CRT(3)液晶显示器液晶显示器(LCD)(4)等离子显
13、示器等离子显示器5.帧缓冲器的数据组织方式帧缓冲器的数据组织方式帧帧缓缓冲冲器器有有两两种种数数据据组组织织方方式式：每每像像素素多多比比特特方方式式和和每每像素多平面方式。像素多平面方式。(1)每每 像像 素素 多多 比比 特特 方方 式式(Multi bit-per-pixel)(2)每每像像素素多多平平面面方方式式(Multi plane-per-pixel)1.7.2 微机中常见的显示器和图形适配器微机中常见的显示器和图形适配器1.微机中常见的显示器微机中常见的显示器微微机机中中使使用用的的是是光光栅栅扫扫描描显显示示器器，并并使使用用RGB三三枪枪彩彩色色CRT。常见的显示器有常见的
14、显示器有4种：种：(1)标准彩色显示器标准彩色显示器(SCD)：(2)增强彩色显示器增强彩色显示器(ECD)(3)模拟显示器模拟显示器(4)多扫描变频显示器多扫描变频显示器2.微机中常使用的图形适配器微机中常使用的图形适配器微机中常使用的图形适配器有以下几种。微机中常使用的图形适配器有以下几种。(1)彩色图形适配器彩色图形适配器(Color Graphics Array)CGA(2)多色彩图形陈列多色彩图形陈列(Multi-Color Graphics Array)MCGA(3)增强型图形适配器增强型图形适配器(Enhanced Graphics Adapter)EGA(4)视频图形陈列视频图
15、形陈列(Video Graphics Array)VGA(5)TVGA和和XGA 1.7.3常用的图形输入设备图形输入设备可将用户的图形结果及各种命令等转换成电信号，并传递给计算机。1.定位器(Locator)(1)坐标数字化仪(Digitizer)(2)图形输入板(Tablet)(3)鼠标器(Mouse)(4)其他定位设备2.拾取器(Pick)3.键盘(Keyboard)4.按键(Button)1.7.4常用的图形输出设备1.图形打印机(1)点 阵 式 打 印 机(DotmatrixPrinter)(2)激光打印机(LaserPrinter)(3)喷 墨 打 印 机(Ink-jetPrint
16、er)2.笔式绘图仪(PenPlotter)(1)平板式绘图仪(FlatbedPlotter)(2)滚 筒 式 绘 图 仪(DrumPlotter)(3)静电绘图仪(LaserPrinter)(4)喷 墨 绘 图 仪(Ink-jetPlotter)习题11.1解释下列计算机图形学名词：光点，像素，图形分辨率，图形模式，颜色调色板，视频缓冲区，CRT，RGB三枪CRT。1.2简述CRT的组成和工作原理。1.3试述彩色CRT的种类及工作原理。1.4试述随机扫描方式和光栅扫描方式的工作过程和性能特点。1.5为什么说每像素多平面的帧缓冲器数据组织方式比每像素多比特方式更优越。1.6一个图形显示卡可以分别支持640350和800600分辨率的显示模式，如果一个像素需要4位二进制位来存储信息，那么，两者应当各采用多大的帧缓冲区？如果每一像素能有256种颜色，两者又应当采用多大的图形缓冲区？