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1、计算机图形学第第2章章 图形系统的组成图形系统的组成 本章介绍计算机图形系统硬件及软件的组成原理，主要对组本章介绍计算机图形系统硬件及软件的组成原理，主要对组成图形系统的显示设备、硬拷贝输出设备作了介绍，重点讨论了成图形系统的显示设备、硬拷贝输出设备作了介绍，重点讨论了目前应用较广的光栅扫描显示器，对构成图形系统的图形软件及目前应用较广的光栅扫描显示器，对构成图形系统的图形软件及图形软件标准也作了介绍图形软件标准也作了介绍。第第2章章 图形系统的组成图形系统的组成n2.1 图形系统的组成n2.2 图形输入设备n2.3 显示设备n2.4 光栅扫描显示系统n2.5 硬拷贝设备n2.6 图形软件及图
2、形软件标准2.1 图形系统的组成 一、系统的组成一、系统的组成计算机图形系统是计算机硬件（包括中央处理机、图形输入输出设计算机图形系统是计算机硬件（包括中央处理机、图形输入输出设备），以及软件（包括系统软件和图形软件）的集合。备），以及软件（包括系统软件和图形软件）的集合。计算机图形系统的结构计算机图形系统的结构图形硬件图形软件图形应用数据结构图形应用软件图形支撑软件图形计算机平台图形设备图形系统2.1 图形系统的组成 二、系统的基本功能二、系统的基本功能作为一个图形系统，至少应具有计算、存储、输入、输出、对话等作为一个图形系统，至少应具有计算、存储、输入、输出、对话等五个方面的基本功能。五个
3、方面的基本功能。图形系统基本功能图形系统基本功能输入输出2.1 图形系统的组成 二、系统的基本功能二、系统的基本功能1.计算功能计算功能实现设计过程中所需要的计算、变换、分析等功能。实现设计过程中所需要的计算、变换、分析等功能。2.存储功能存储功能存放所设计的各种形体的几何数据及形体之间的相互关系，并存放所设计的各种形体的几何数据及形体之间的相互关系，并可实现实时检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。可实现实时检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。3.3.输入功能输入功能能将所设计形体的几何参数以及各种命令输入到系统中去。能将所设计形体的几何参数以及各种命令输入到系统中去。2.1
4、图形系统的组成 二、系统的基本功能二、系统的基本功能4.4.输出功能输出功能能在显示屏幕上显示出设计过程当前的状态，经过删、增、改能在显示屏幕上显示出设计过程当前的状态，经过删、增、改后的结果，且能通过绘图仪、打印机等设备实现拷贝输出。后的结果，且能通过绘图仪、打印机等设备实现拷贝输出。5.5.对话功能对话功能应能通过图形显示器及其他人机交互设备直接进行人机通应能通过图形显示器及其他人机交互设备直接进行人机通信。利用定位、拾取等手段，输入或获取各种参数，同时应能信。利用定位、拾取等手段，输入或获取各种参数，同时应能领会人的意图，接收各种命令，实现删、增、改等操作，并能领会人的意图，接收各种命令
5、，实现删、增、改等操作，并能观察设计结果。观察设计结果。2.2 图形输入设备 图形输入设备可将用户的图形数据及各种命令等转换成电信号。图形输入设备可将用户的图形数据及各种命令等转换成电信号。用最通常的输入设备：键盘、鼠标，配合用最通常的输入设备：键盘、鼠标，配合CRTCRT显示器即可组成简易的显示器即可组成简易的交互式图形系统。交互式图形系统。但高性能交互式图形系统还可配备其它图形输入设备。但高性能交互式图形系统还可配备其它图形输入设备。图形输入设备从逻辑上分为图形输入设备从逻辑上分为6 6种，见下表。种，见下表。实际的图形输入设备往往是某些逻辑输入功能的组合。实际的图形输入设备往往是某些逻辑
6、输入功能的组合。2.2 图形输入设备名称名称基本功能基本功能定位设备定位设备(Locator)指定一个点的坐标位置指定一个点的坐标位置(x,y)笔划设备笔划设备(Stroke)指定一系列点的坐标指定一系列点的坐标数值设备数值设备(Valuator)输入一个整数或实数输入一个整数或实数字符串设备字符串设备(String)输入一串字符输入一串字符选择设备选择设备(Choice)选择某个菜单项选择某个菜单项拾取设备拾取设备(Pick)选择显示着的图形的组成部分选择显示着的图形的组成部分逻辑设备：逻辑设备：是指按照逻辑功能定义的设备，并非具体的物理设备。一种逻是指按照逻辑功能定义的设备，并非具体的物理
7、设备。一种逻辑设备对应于一种或一类特定的物理设备，而实际的物理设备又往往是某辑设备对应于一种或一类特定的物理设备，而实际的物理设备又往往是某些逻辑输入功能的组合些逻辑输入功能的组合2.2 图形输入设备 1.鼠标器鼠标器 是一种移动光标和做选择操作的计算机输入设备，除了键盘外，它已成是一种移动光标和做选择操作的计算机输入设备，除了键盘外，它已成为我们使用计算机的主要输入工具。随着为我们使用计算机的主要输入工具。随着“所见即所得所见即所得”环境越来越普环境越来越普及，使用鼠标器的机会也就越来越多。及，使用鼠标器的机会也就越来越多。基本工作原理：基本工作原理：当移动鼠标器时，它把移动距离及方向的信息
8、变成脉冲送给计算机，当移动鼠标器时，它把移动距离及方向的信息变成脉冲送给计算机，计算机再把脉冲转换成鼠标器光标的坐标数据，从而达到指示位置计算机再把脉冲转换成鼠标器光标的坐标数据，从而达到指示位置的目的。的目的。鼠标分类：鼠标分类：可分为光电式、光机式和机械式三种可分为光电式、光机式和机械式三种2.2 图形输入设备 2.2.光笔光笔由光笔检测到屏幕的光信号，然后传输给计算机，从而达到输入由光笔检测到屏幕的光信号，然后传输给计算机，从而达到输入的目的。的目的。3.3.触摸屏触摸屏是一种对于物体触摸能产生反应的屏幕。当人的手指或其他物体是一种对于物体触摸能产生反应的屏幕。当人的手指或其他物体触摸到
9、屏幕不同位置时，计算机能接收到触摸信号并按照软件要触摸到屏幕不同位置时，计算机能接收到触摸信号并按照软件要求进行相应的处理。求进行相应的处理。触摸输入有光学的（触摸输入有光学的（红外线式红外线式）、电子的（）、电子的（电阻式和电容式电阻式和电容式）和声学的（和声学的（声表面波式声表面波式）。精度最高的属声学的。）。精度最高的属声学的。2.2 图形输入设备 基本工作原理：基本工作原理：采用电磁感应技术，通常在一块布满金采用电磁感应技术，通常在一块布满金属栅格的绝缘平面板上放置一个可移动属栅格的绝缘平面板上放置一个可移动的定位设备，当有电流通过该定位设备的定位设备，当有电流通过该定位设备上的电感线
10、圈，便会产生相应的磁场，上的电感线圈，便会产生相应的磁场，从而使其正下方的金属栅格上产生相应从而使其正下方的金属栅格上产生相应的感应电流。根据已产生电流的金属栅的感应电流。根据已产生电流的金属栅格的位置，就可以判断出定位设备当前格的位置，就可以判断出定位设备当前所处的几何位置。将这种位置信息，以所处的几何位置。将这种位置信息，以坐标的形式传送给计算机，就实现了数坐标的形式传送给计算机，就实现了数字化的功能。字化的功能。4.4.坐标数字化仪坐标数字化仪是一种把图形转变成计算机能接收的数字形式专用设备。是一种把图形转变成计算机能接收的数字形式专用设备。2.2 图形输入设备 4.4.坐标数字化仪坐标
11、数字化仪标准的坐标数字化仪有两个主要部分：标准的坐标数字化仪有两个主要部分：（1）坚固的、内部有金属栅格阵列的图板，在它上面对图形进行）坚固的、内部有金属栅格阵列的图板，在它上面对图形进行数字化数字化（2）定位器，由它提供图形的位置信息）定位器，由它提供图形的位置信息坐标数字化仪的主要性能指标有如下几项：坐标数字化仪的主要性能指标有如下几项：（1）最大有效幅面：能够有效进行数字化操作的最大面积）最大有效幅面：能够有效进行数字化操作的最大面积（2）数字化的速率：由每秒几点到每秒几百点，大多采用可变方）数字化的速率：由每秒几点到每秒几百点，大多采用可变方式，可由用户选择式，可由用户选择（3）最高分
12、辨率：指数字化仪的输出坐标显示值增加）最高分辨率：指数字化仪的输出坐标显示值增加1的最小可能的最小可能距离，一般为每毫米几十线到几百线之间距离，一般为每毫米几十线到几百线之间2.2 图形输入设备 5.5.图形扫描仪图形扫描仪图形扫描仪是直接把图形（如工程纸图）和图像（如照片、广告图形扫描仪是直接把图形（如工程纸图）和图像（如照片、广告画）扫描输入到计算机中，以象素信息进行存储的设备画）扫描输入到计算机中，以象素信息进行存储的设备。CCDCCD扫描仪的工作原理扫描仪的工作原理：用光源照射原稿，投射光线经过一组光学镜用光源照射原稿，投射光线经过一组光学镜头射到电荷耦合器件上，再经过模头射到电荷耦合
13、器件上，再经过模/数转换器、图像数据暂存器等，数转换器、图像数据暂存器等，最终输入到计算机。最终输入到计算机。2.3 显示设备 图形显示设备是计算机图形学中必不可少的装置。大部图形显示设备是计算机图形学中必不可少的装置。大部分图形显示器的核心是阴极射线管（分图形显示器的核心是阴极射线管（CRTCRT）。）。2.3.1 刷新式阴极射线管刷新式阴极射线管 2.3.2 彩色阴极射线管彩色阴极射线管 2.3.3 随机扫描显示器随机扫描显示器 2.3.4 光栅扫描显示器光栅扫描显示器 2.3.5 液晶显示器液晶显示器 2.3.6 等离子显示器等离子显示器2.3.1 刷新式阴极射线管组成组成：包括电子枪、
14、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏工作原理工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏偏转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的偏转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的荧光物质吸收，发光产生可见的图形。荧光物质吸收，发光产生可见的图形。结构结构2.3.1 刷新式阴极射线管1.1.电子枪电子枪电灯丝，阴极和控制栅组成。电灯丝，阴极和控制栅组成。阴极：由灯丝加热发出电子束，阴极：由灯丝加热发出电子束，控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负电的电子束的控制栅：加上负电压后，
15、能够控制通过其中小孔的带负电的电子束的强弱。通过调节负电压高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点强弱。通过调节负电压高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点的亮度。的亮度。2.3.1 刷新式阴极射线管2.2.聚焦系统聚焦系统通过电场和磁场控制电子束，通过电场和磁场控制电子束，“变细变细”，保证亮点足够小，提，保证亮点足够小，提高分辨率高分辨率3.3.加速电极加速电极 加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动。加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动。2.3.1 刷新式阴极射线管4.4.偏转系统偏转系统控制电子束，静电场或磁场，产生偏转，最大偏转角是衡量系控制电子束，静电场或磁场，产生偏转，最
16、大偏转角是衡量系统性能的最重要的指标，显示器长短与此有关。统性能的最重要的指标，显示器长短与此有关。2.3.1 刷新式阴极射线管-5.荧光屏 荧光物质：吸收电子束而发光荧光物质：吸收电子束而发光l持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值1/10所需的时间所需的时间l刷新刷新(Refresh)：为了让荧光物质保持一个稳定的亮度值：为了让荧光物质保持一个稳定的亮度值l刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数l像素像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像）的最小元素：构成屏幕（图像）的最小
17、元素l分辨率分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大 像素个数，单位通常为像素个数，单位通常为dpi（dots per inch)。在假定。在假定 屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的 像素个数描述，如像素个数描述，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等等等一个一个CRT能显示不同颜色的图形是通过把发生不同颜色的荧光物质进能显示不同颜色的图形是通过把发生不同颜色的荧光物质进行组合而实现的。行组合而实现的。产生彩色的常用方法：产生彩
18、色的常用方法：射线穿透法射线穿透法、影孔板法影孔板法射线穿透法射线穿透法原理原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电子束轰击：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色应用应用：主要用于画线显示器：主要用于画线显示器优点优点：成本低：成本低缺点缺点：只能产生有限几种颜色：只能产生有限几种颜色电子束电子束荧光涂层荧光涂层产生颜色产生颜色低速电子束低速电子束较低速电子束较低速电子束较高速电子束较高速电子束高速电子束高速电子束2.3.2 彩色阴极射线管2.3.2 彩色阴极射线管外层玻璃外层玻璃荧光涂层荧光涂层影孔
19、板影孔板影孔板法影孔板法原理原理：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：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影孔板的类型影孔板的类型点状影孔板点状影孔板代表：大多数球面与柱面显像管代表：大多数球面与柱面显像管栅格式影孔板栅格式影孔板代表：代表：SonySony的的TrinitronTrinitron与与MitsubishiMitsubishi的的DiamondtronDiamondtron显像管显像管沟槽式影孔板沟槽式影孔板代表：代表：LGLG的的FlatronFlatron显像管显像管2.3.2 彩色阴极射线管2.3.2 彩色阴极射线管电子枪、影孔板中的一个电
20、子枪、影孔板中的一个小孔和小孔和荧光点荧光点呈一直线；呈一直线；每个小孔与一个像素（即每个小孔与一个像素（即三个三个荧光点荧光点）对应）对应点状影孔板工作原理点状影孔板工作原理红、绿、兰三基色红、绿、兰三基色三色荧光点（很小并充分靠近三色荧光点（很小并充分靠近-像素）像素）三支电子枪三支电子枪如果每支电子枪发出的电子束的强度有如果每支电子枪发出的电子束的强度有256256个等级，个等级，则显示器能同时显示则显示器能同时显示256*256*256=16M256*256*256=16M种颜色，称种颜色，称为真彩系统为真彩系统l调节各电子枪发生的调节各电子枪发生的电子束中所含电子的数电子束中所含电子
21、的数目，即可控制各色光点目，即可控制各色光点亮度。亮度。2.3.3 随机扫描显示器在随机扫描方式下，电子束只射向屏幕上要显示画面的部分。电子在随机扫描方式下，电子束只射向屏幕上要显示画面的部分。电子束可在屏幕上任意两个随机寻址点间画出一条直线（矢量），用直束可在屏幕上任意两个随机寻址点间画出一条直线（矢量），用直线可组成各种画面，因此，随机扫描显示器又称为矢量显示器。线可组成各种画面，因此，随机扫描显示器又称为矢量显示器。随机扫描显示器的工作原理示意图随机扫描显示器的工作原理示意图2.3.4 光栅扫描显示器光栅扫描显示器特点特点：在光栅扫描方式下，电子束扫过整个屏幕，形成一幅光栅，然后在光栅扫
22、描方式下，电子束扫过整个屏幕，形成一幅光栅，然后控制光栅上各点亮度的方法形成显示画面控制光栅上各点亮度的方法形成显示画面扫描线扫描线：从左至右扫过一行称为一条扫描线从左至右扫过一行称为一条扫描线帧帧：由上而下扫描全屏称为一帧由上而下扫描全屏称为一帧扫描方式扫描方式：逐行扫描：逐行扫描：目前主要采用该种方式目前主要采用该种方式隔行扫描：隔行扫描：光栅从上到下分两场隔行扫过屏幕，首先显示偶数行的场，光栅从上到下分两场隔行扫过屏幕，首先显示偶数行的场，然后显示奇数行的场然后显示奇数行的场2.3.4 光栅扫描显示器光栅扫描显示器绘图过程绘图过程2.3.5 液晶显示器液晶显示器主要应用于：主要应用于：计
23、算器及轻便式、折叠式计算机。计算器及轻便式、折叠式计算机。机理：机理：通过能阻塞或传递光的液晶材料，传递或阻塞来自通过能阻塞或传递光的液晶材料，传递或阻塞来自周围的或内部光源的偏振光。周围的或内部光源的偏振光。液晶是一种规则性排列的有机化合物，它是一种介于固体液晶是一种规则性排列的有机化合物，它是一种介于固体和液体之间的物质，目前一般采用的是分子排列最适合用和液体之间的物质，目前一般采用的是分子排列最适合用于制造液晶显示器的于制造液晶显示器的nematicnematic细柱型液晶。液晶本身并不能细柱型液晶。液晶本身并不能构发光，它主要是通过因为电压的更改产生电场而使液晶构发光，它主要是通过因为
24、电压的更改产生电场而使液晶分子排列产生变化来显示图像。分子排列产生变化来显示图像。应用基础：应用基础：具有线状结晶结构的分子可象液体那样流动，具有线状结晶结构的分子可象液体那样流动，即液晶分子的排列柔软易变形，受电场、磁场、温度、应即液晶分子的排列柔软易变形，受电场、磁场、温度、应力等外部条件作用时，液晶分子会重新排列。基于液晶光力等外部条件作用时，液晶分子会重新排列。基于液晶光学各向异性的各种特性也随着变化。学各向异性的各种特性也随着变化。2.3.5 液晶显示器液晶显示器基本技术指标：基本技术指标：（1 1）可视角度）可视角度能看到清晰图像的最大角度称为可视角度，一般所说的能看到清晰图像的最
25、大角度称为可视角度，一般所说的可视角度是指左右两边的最大角度相加。可视角度是指左右两边的最大角度相加。（2 2）点距和分辨率）点距和分辨率点距点距两个液晶颗粒（光点）之间的距离，一般点距在两个液晶颗粒（光点）之间的距离，一般点距在0.280.280.32mm0.32mm之间就能得到较好的效果之间就能得到较好的效果.分辨率分辨率就是指其真实分辨率就是指其真实分辨率,比如比如1024*7681024*768的含义就是的含义就是指该液晶显示器含有指该液晶显示器含有1024*7681024*768个液晶颗粒个液晶颗粒2.3.5 液晶显示器液晶显示器CRTCRT显示器的特点：亮度高，对比度好，分辨率高显
26、示器的特点：亮度高，对比度好，分辨率高和色彩鲜艳并丰富。缺点是体积大、厚与笨重。和色彩鲜艳并丰富。缺点是体积大、厚与笨重。液晶显示器的特点：器件薄，面积可大可小，重量液晶显示器的特点：器件薄，面积可大可小，重量轻，特别适合便携式计算机使用，缺点是分辨率相轻，特别适合便携式计算机使用，缺点是分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏高。对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏高。CRTCRT显示器与液晶显示器的比较显示器与液晶显示器的比较:2.3.6 等离子显示器等离子显示器等离子显示器又称为电浆显示器，是继等离子显示器又称为电浆显示器，是继CRTCRT显示器、显示器、LCDLCD后的新一后的新一代显示器，其
27、特点是极薄（不到代显示器，其特点是极薄（不到100mm100mm），分辨率佳。），分辨率佳。等离子显示技术的优点：等离子显示技术的优点：（1 1）可以制造出超大尺寸的平面显示器）可以制造出超大尺寸的平面显示器（2 2）没有弯曲的视觉表面，从而使视角扩大到）没有弯曲的视觉表面，从而使视角扩大到160160度以上度以上基本原理基本原理等离子显示屏是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采等离子显示屏是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成整个全屏幕。每个等离子管作为一个像素，每个像素由三成整个全
28、屏幕。每个等离子管作为一个像素，每个像素由三种不同颜色的发光体组成种不同颜色的发光体组成红、绿、蓝。由这些像素的明红、绿、蓝。由这些像素的明暗和颜色组合变化产生各种灰度和色彩的图像，这与暗和颜色组合变化产生各种灰度和色彩的图像，这与CRTCRT的原的原理很相似。理很相似。2.3.6 等离子显示器等离子显示器2.3.6 等离子显示器等离子显示器内部结构2.3.6 等离子显示器等离子显示器主要特点：主要特点：与与CRTCRT相比相比1.1.不会出现不会出现CRTCRT显像管常见的图像几何畸变的现象显像管常见的图像几何畸变的现象2.2.不受磁场的影响不受磁场的影响3.3.消除了消除了CRTCRT显像
29、管某些区域聚焦不良或使用时间过长后会开始聚显像管某些区域聚焦不良或使用时间过长后会开始聚焦的毛病。焦的毛病。4.4.不会产生不会产生CRTCRT显像管的色彩漂移现象显像管的色彩漂移现象5.5.高亮度、大视角、全彩色和高对比度高亮度、大视角、全彩色和高对比度2.3.6 等离子显示器等离子显示器主要特点：主要特点：与与LCDLCD液晶显示器相比液晶显示器相比1.1.亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对快速变化的画面响应亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对快速变化的画面响应速度快等。速度快等。2.2.视野开阔，视角宽广，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和视野开阔，视角宽广，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和
30、前所未有的更大观赏角度。前所未有的更大观赏角度。等离子显示器弱点：等离子显示器弱点：1.1.它的表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的它的表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压。重压。2.2.每一个象素都是独立地自行发光的，耗电量大。每一个象素都是独立地自行发光的，耗电量大。中中低低低低价格价格好好中中好好亮度亮度中中中中丰富丰富色彩色彩中中一般一般大大视角视角好好一般一般中中分辩率分辩率中中好好一般一般平面度平面度中中小小大大屏幕屏幕中中小小大大功耗功耗等离子显示器等离子显示器液晶显示器液晶显示器LCDLCD阴极射线管阴极射线管CRTCRT性质性质2.4 光栅扫描
31、显示系统随机扫描显示器的缺点：随机扫描显示器的缺点：1.1.不易绘制填充图形不易绘制填充图形2.2.刷新过程取决于显示文件的大小和复杂程度刷新过程取决于显示文件的大小和复杂程度光栅显示器的优点：光栅显示器的优点：1.1.易于进行图形填充易于进行图形填充2.2.具有固定的光栅扫描及刷新次序及周期具有固定的光栅扫描及刷新次序及周期3.3.控制部件较为简单，成本低控制部件较为简单，成本低2.4 光栅扫描显示系统 2.4.1 光栅扫描显示系统的基本工作原理光栅扫描显示系统的基本工作原理 2.4.2 光栅扫描显示系统的组成光栅扫描显示系统的组成 2.4.1 光栅扫描显示系统的基本工作原理光栅扫描显示系统
32、的基本组成：光栅扫描显示系统的基本组成：1.帧缓冲存储器帧缓冲存储器 简称为帧缓存或显存，它是屏幕所显示画面的一个直接映像，又称为位映简称为帧缓存或显存，它是屏幕所显示画面的一个直接映像，又称为位映射图或光栅。帧缓存的每一存储单元对应屏幕上的一个象素，整个帧缓存则对射图或光栅。帧缓存的每一存储单元对应屏幕上的一个象素，整个帧缓存则对应一帧图像。应一帧图像。2.2.显示处理器显示处理器 图形显示系统一般要在一个以上的处理器控制下工作。它要显示的图形一图形显示系统一般要在一个以上的处理器控制下工作。它要显示的图形一般均以图形命令的形式存放在主机的应用程序中。用显示处理器可把应用程序般均以图形命令的
33、形式存放在主机的应用程序中。用显示处理器可把应用程序中的图形命令翻译成为存储在帧缓存中的象素亮度值。中的图形命令翻译成为存储在帧缓存中的象素亮度值。2.4.1 光栅扫描显示系统的基本工作原理3.3.视频控制器视频控制器视频控制器是完成视频控制器是完成CRTCRT屏幕上图形刷新显示的部件，它可以把帧缓屏幕上图形刷新显示的部件，它可以把帧缓存上存储的亮度值代码转换为控制光栅上相应象素亮度的模拟电压，存上存储的亮度值代码转换为控制光栅上相应象素亮度的模拟电压，以便在扫描过程中显示出帧缓存中的图形。以便在扫描过程中显示出帧缓存中的图形。帧缓存中的单元与象素的对应关系帧缓存中的单元与象素的对应关系2.4
34、.2 光栅扫描显示系统的组成帧缓存帧缓存：即为内存中的一块连续的存储区域，：即为内存中的一块连续的存储区域，视频控制器视频控制器：可直接从该区域取出颜色代码以刷新光栅；：可直接从该区域取出颜色代码以刷新光栅；CPUCPU：完成图形应用程序转换为帧缓存中颜色代码的扫描变换。完成图形应用程序转换为帧缓存中颜色代码的扫描变换。2.4.2 光栅扫描显示系统的组成帧缓存帧缓存：既可以是专用的存储器，也可以是内存中的一块固定的区域既可以是专用的存储器，也可以是内存中的一块固定的区域2.4.2 光栅扫描显示系统的组成显示处理器显示处理器：完成扫描变换，甚至更为复杂的任务。可编程使用完成扫描变换，甚至更为复杂
35、的任务。可编程使用显示处理器的专用存储器显示处理器的专用存储器：可存放显示处理器运行时的中间数据等可存放显示处理器运行时的中间数据等2.4.2 光栅扫描显示系统的组成PC机的光栅扫描系统均由两个部分组成：机的光栅扫描系统均由两个部分组成：1.显示适配器显示适配器又称为显卡，它包含帧缓存及显示控制器等对图形显示进行存又称为显卡，它包含帧缓存及显示控制器等对图形显示进行存储控制的部分。储控制的部分。2.显示器显示器包含扫描电路、包含扫描电路、CRTCRT电源，它本身即可在扫描发生器控制下在电源，它本身即可在扫描发生器控制下在CRTCRT上产生光栅。上产生光栅。2.5 硬拷贝设备 2.5.1 打印机
36、打印机 2.5.2 绘图仪绘图仪 图形显示设备只能再屏幕上产生各种图形，但在计算图形显示设备只能再屏幕上产生各种图形，但在计算机图形学中还必须把图形画在纸上，以便可永久保存，常机图形学中还必须把图形画在纸上，以便可永久保存，常用的图形绘制设备也称之为硬拷贝设备。用的图形绘制设备也称之为硬拷贝设备。2.5.1 打印机一、喷墨打印机一、喷墨打印机 喷喷墨墨式式打打印印机机既既可可用用于于打打印印文文字字又又可可用用于于绘绘图图。喷喷墨墨打打印印机机的的关键部件是喷墨头。目前，常用的喷墨头有：关键部件是喷墨头。目前，常用的喷墨头有：（1 1）压电式）压电式使使用用压压电电器器件件替替代代墨墨水水泵泵
37、的的压压力力,根根据据印印字字、图图的的信信息息对对压压电电器器件件作作用用电压，压迫墨水喷成墨滴进行印字印图电压，压迫墨水喷成墨滴进行印字印图。（2 2）气泡式）气泡式对对发发热热体体加加电电使使墨墨水水受受热热而而产产生生气气泡泡，随随着着温温度度的的升升高高气气泡泡膨膨胀胀，将将墨墨水挤出喷嘴进行印字印图。水挤出喷嘴进行印字印图。（3 3）静电式）静电式采用高沸点的油性墨水，利用静电吸引力把墨水喷在纸上采用高沸点的油性墨水，利用静电吸引力把墨水喷在纸上（4 4）固体式）固体式采用固体墨，有采用固体墨，有9696个喷嘴个喷嘴2.5.1 打印机二、激光打印机二、激光打印机 激激光光打打印印机
38、机也也是是一一种种既既可可用用于于打打印印字字符符又又可可用用于于绘绘图图的的设设备备，主要有感光鼓、上粉盒、打底电晕丝和转移电晕丝组成主要有感光鼓、上粉盒、打底电晕丝和转移电晕丝组成激光打印机工作步骤：激光打印机工作步骤：1.1.感光鼓表面带上电荷感光鼓表面带上电荷2.2.将激光点反射到感光鼓上将激光点反射到感光鼓上3.3.在感光鼓上形成将要打印的炭粉图像在感光鼓上形成将要打印的炭粉图像4.4.在打印纸上形成炭粉图像在打印纸上形成炭粉图像5.5.产生永久图像产生永久图像2.5.2 绘图仪一、笔式绘图仪一、笔式绘图仪1.1.滚筒式绘图仪滚筒式绘图仪体体积积小小，价价格格低低，精精度度中中等等，
39、但但图图纸纸被被滚滚筒筒反反复复拖拖动动，会会错错位而形成废图。位而形成废图。2.5.2 绘图仪一、笔式绘图仪一、笔式绘图仪2.2.平台式绘图仪平台式绘图仪采采用用静静电电吸吸附附、真真空空吸吸附附、磁磁条条压压铁铁等等方方式式固固定定纸纸张张，机机械械运运动动减减少少，精精度度得得到到提提高高，但但墨墨水水的的堵堵塞塞和和拖拖笔笔问问题题，也也会会造成废图。造成废图。2.5.2 绘图仪二、喷墨绘图仪二、喷墨绘图仪1.1.抛抛弃弃了了传传统统的的用用笔笔绘绘图图的的模模式式，其其绘绘图图速速度度比比笔笔式式快快得得多多（可可高高2020倍倍），有有单单色色和和彩彩色色两两种种，精精度度可可达达
40、300300600DPI600DPI，可可绘绘制制0.08mm0.08mm的细线的细线2.2.可选择上百种颜色和阴影可选择上百种颜色和阴影3.3.可使用各种纸张：普通纸、证券纸、羊皮纸、半透明纸等可使用各种纸张：普通纸、证券纸、羊皮纸、半透明纸等4.4.有有4MB4MB以上的缓存，有足够的空间对多个图表进行排列以上的缓存，有足够的空间对多个图表进行排列2.5.2 绘图仪三、静电、热敏、热蜡转印绘图仪三、静电、热敏、热蜡转印绘图仪1.1.采用了高新技术采用了高新技术2.2.热蜡转印绘图仪更具代表性热蜡转印绘图仪更具代表性装装配配8 8条条热热蜡蜡色色带带，采采用用CMYKCMYK混混色色印印刷刷
41、技技术术，输输出出的的颜颜色色可可达达1616万万多多种种，支支持持PostscriptPostscript语语言言和和TIFF,TARGATIFF,TARGA等等多多种种图图像像格式，可以直接绘制扫描图片，操作简单，耗材成本低。格式，可以直接绘制扫描图片，操作简单，耗材成本低。2.6 图形软件及图形软件标准 2.6.1 图形软件的层次结构及功能图形软件的层次结构及功能 2.6.2 图形软件标准图形软件标准 图形系统中的硬设备要在图形软件的驱动下才能工作。图形软件一图形系统中的硬设备要在图形软件的驱动下才能工作。图形软件一般使用现有的高级语言编写或把现有的高级语言的功能加以扩充，般使用现有的高
42、级语言编写或把现有的高级语言的功能加以扩充，或者设计专用的图形生成语言。为了使编写的程序有较好的可移植或者设计专用的图形生成语言。为了使编写的程序有较好的可移植性，且不重复编写同样的图形程序，出现了多种商用图形软件包。性，且不重复编写同样的图形程序，出现了多种商用图形软件包。2.6.1 图形软件的层次结构及功能 一个完善的图形软件包能实现输出及交互输入设备管理、基本图一个完善的图形软件包能实现输出及交互输入设备管理、基本图形元素的绘制、图形的变换及处理功能，它常常是在计算机的多个层次形元素的绘制、图形的变换及处理功能，它常常是在计算机的多个层次上实现的。图形软件的层次有：上实现的。图形软件的层
43、次有：（1）最内层：解决图形设备与计算机的通信问题最内层：解决图形设备与计算机的通信问题即各种设备的驱动程序，常用汇编语言或效率较高的高级语言编写，即各种设备的驱动程序，常用汇编语言或效率较高的高级语言编写，是操作系统设备管理程序的一部分，多由硬件设备厂商提供。是操作系统设备管理程序的一部分，多由硬件设备厂商提供。（2）外层：用某种语言编写的图形元素绘制、变换、处理的程序外层：用某种语言编写的图形元素绘制、变换、处理的程序是图形软件包的核心部分，常可在不同的机器上移植，以提高图形是图形软件包的核心部分，常可在不同的机器上移植，以提高图形软件包的生命期。软件包的生命期。2.6.1 图形软件的层次
44、结构及功能图形软件包中一般均具有丰富的建立及变换图形的功能：图形软件包中一般均具有丰富的建立及变换图形的功能：（1）输出图元输出图元 a a）是构成画面的基本单位。）是构成画面的基本单位。b b）包括字符串及几何图元；）包括字符串及几何图元；c c）生成图元的子程序是画面的基本工具）生成图元的子程序是画面的基本工具（2）图元属性图元属性 可用来描述输出图元的特性，如指定图元的亮度、色彩、线型、文本类型及可用来描述输出图元的特性，如指定图元的亮度、色彩、线型、文本类型及区域填充图案等。区域填充图案等。（3）图形结构图形结构 a)a)画面可划分为若干可独立变换及操作的单元逻辑部分，每个单元部分定义
45、画面可划分为若干可独立变换及操作的单元逻辑部分，每个单元部分定义为一个图段为一个图段b)b)有若干个物体组成的画面，每个物体均可定义为一个独立的图段有若干个物体组成的画面，每个物体均可定义为一个独立的图段C)C)对这些图段可进行一些基本的操作，如建立、删除、变换等。对这些图段可进行一些基本的操作，如建立、删除、变换等。2.6.1 图形软件的层次结构及功能（4）输入操作输入操作 交互系统中常使用各种输入设备，输入操作可用来控制这些输入设备送交互系统中常使用各种输入设备，输入操作可用来控制这些输入设备送来的数据流来的数据流（5）几何变换及取景变换几何变换及取景变换 可用图形软件包把画面进行平移、旋
46、转及缩放等几何变换并按一定方向可用图形软件包把画面进行平移、旋转及缩放等几何变换并按一定方向取景，然后投射到屏幕上。取景，然后投射到屏幕上。（6）其他控制操作其他控制操作建立初始参数、打开及关闭图形软及设备、清楚屏幕等建立初始参数、打开及关闭图形软及设备、清楚屏幕等2.6.2 图形软件标准在交互图形系统中，应对三个软件接口实现标准化在交互图形系统中，应对三个软件接口实现标准化可使图形数据文件独可使图形数据文件独立于系统立于系统可实现图形软件包及可实现图形软件包及应用程序在源程序级应用程序在源程序级的可移植性的可移植性可使图形软件独立于可使图形软件独立于设备设备2.6.2 图形软件标准1.应用程
47、序接口标准应用程序接口标准(1)CORE图形标准图形标准建立一个与设备无关的图形核心建立一个与设备无关的图形核心(CORE),(CORE),用来开发各种应用程序用来开发各种应用程序a)a)具有三维图形处理能力具有三维图形处理能力b)b)建立了三维取景变换的统一流程建立了三维取景变换的统一流程(2)GKS图形核心系统图形核心系统GKSGKS是第一个真正的图形标准是第一个真正的图形标准(3)程序员层次结构交互式图形标准程序员层次结构交互式图形标准PHIGS 采用层次图形结构采用层次图形结构,把几何模型构造与图形生成结合起来，以便把几何模型构造与图形生成结合起来，以便更灵活方便地生成及修改图形更灵活
48、方便地生成及修改图形.2.6.2 图形软件标准2.图形设备接口标准图形设备接口标准虚拟设备接口虚拟设备接口VDIVDICGICGI（Computer Graphics InterfaceComputer Graphics Interface）此标准是实现与设备无关的核心软件与依赖于设备的代码之间连接的此标准是实现与设备无关的核心软件与依赖于设备的代码之间连接的接口标准。此接口可把虚拟设备通过设备驱动程序转换为实际的物理设备接口标准。此接口可把虚拟设备通过设备驱动程序转换为实际的物理设备3.3.图形数据接口标准图形数据接口标准虚拟设备文件虚拟设备文件VDMVDMCGMCGM（Computer G
49、raphics MetafaceComputer Graphics Metaface）可描述画面的数据信息，以与设备无关的方式传递及存储数据可描述画面的数据信息，以与设备无关的方式传递及存储数据基本图形转换规范基本图形转换规范IGESIGES（Initial Graphics Exchange SpecificationInitial Graphics Exchange Specification）产品模型数据转换标准产品模型数据转换标准STEPSTEP（Standard for the Exchange of Product Standard for the Exchange of Product Model DataModel Data）