第二讲 图形设备与系统精选文档.ppt

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1、第二讲 图形设备与系统1本讲稿第一页，共四十九页第二讲 图形设备与系统2.1 图形显示设备图形显示设备2.2 图形系统及其标准图形系统及其标准计算机图形学课程计算机图形学课程Computer Graphics Course2本讲稿第二页，共四十九页l l图形输入设备：图形输入设备：图形输入设备：图形输入设备：二维：鼠标、图形输入板、跟踪球、光笔、二维：鼠标、图形输入板、跟踪球、光笔、二维：鼠标、图形输入板、跟踪球、光笔、二维：鼠标、图形输入板、跟踪球、光笔、触摸触摸触摸触摸 屏、操纵杆、扫描仪屏、操纵杆、扫描仪屏、操纵杆、扫描仪屏、操纵杆、扫描仪 三维：空间球、数据手套三维：空间球、数据手套三

2、维：空间球、数据手套三维：空间球、数据手套 图形输出图形输出图形输出图形输出(显示、打印）系统：显示、打印）系统：显示、打印）系统：显示、打印）系统：阴极射线管显示器，阴极射线管显示器，阴极射线管显示器，阴极射线管显示器，液晶显示器，等离子显示器，液晶显示器，等离子显示器，液晶显示器，等离子显示器，液晶显示器，等离子显示器，绘图仪绘图仪绘图仪绘图仪,打印机打印机打印机打印机图形设备简介第第2讲讲图形设备与系统图形设备与系统3本讲稿第三页，共四十九页2.1 图形显示器l l阴极射线管l l彩色阴极射线管l l射线穿透法l l影孔板法l l随机扫描显示系统l l光栅扫描系统第第2讲讲图形设备与系统

3、图形设备与系统4本讲稿第四页，共四十九页2.1.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）组成组成组成组成：电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光工作原理工作原理工作原理工作原理：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、偏转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的转系统，轰击到荧光屏的不同部位，

4、被其内表面的转系统，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。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。结构结构结构结构第第1节节图形显示器图形显示器5本讲稿第五页，共四十九页电子枪n n电灯丝电灯丝，阴极和控制栅组成。，阴极和控制栅组成。n n阴极阴极：由灯丝加热发出电子束，：由灯丝加热发出电子束，n n控控制制栅栅：加加上上负负电电压压后后，能能够够控控制制通通过过其其中中小小孔孔的的带带负负电电的的电电子子束束的的强强弱弱。通通过过调调节节负负电电压压高高低低来来控控制制电电子子数数量量，即即控制荧光

5、屏上相应点的亮度。控制荧光屏上相应点的亮度。6本讲稿第六页，共四十九页聚焦系统n n通过电场和磁场控制通过电场和磁场控制n n使使电电子子束束，“变变细细”，保保证证亮亮点点足足够够小小，提高分辨率提高分辨率n n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。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。7本讲稿第七页，共四十九页偏转系统n n控控制制电电子子束束，静静电电场场或或磁磁场场，产产生生偏偏转转，最最大大偏偏转转角角是是衡衡量量系系统统性性能能的的最最重重要要的的指标，指标，显示器长短显示

6、器长短与此有关。与此有关。第第1节节图形显示器图形显示器8本讲稿第八页，共四十九页荧光（1/2）荧光物质荧光物质荧光物质荧光物质：吸收电子束而发光：吸收电子束而发光：吸收电子束而发光：吸收电子束而发光持续发光时间持续发光时间持续发光时间持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值初始值初始值初始值1/101/10所需的时间所需的时间所需的时间所需的时间刷新刷新刷新刷新(Refresh)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

7、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刷新频率刷新频率刷新频率刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数。：每秒钟重绘屏幕的次数。：每秒钟重绘屏幕的次数。：每秒钟重绘屏幕的次数。某种某种某种某种CRTCRTCRTCRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率产生稳定图像所需要的最小刷新频率产生稳定图像所需要的最小刷新频率产生稳定图像所需要的最小刷新频率=1=1=1=1秒秒秒秒/荧光物质的持荧光物质的持荧光物质的持荧光物质的持续发光时间续发光时间续发光时间续发光时间 ，（例如），（例如），（例如），（例如）=1000=1000=1000=1000/40=25Hz/40=25Hz/40=

8、25Hz/40=25Hz第第1节节图形显示器图形显示器9本讲稿第九页，共四十九页n n像素像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕：构成屏幕（图像）的最小元素（图像）的最小元素n n分辨率分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个直方向单位长度上能识别的最大像素个数，单位通常为数，单位通常为dpi（dots per inch)。在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用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像素个数描述，如整个屏幕所能容纳的像素个数描述，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等

9、等等等荧光屏（2/2）第第1节节图形显示器图形显示器10本讲稿第十页，共四十九页产生彩色的常用方法：产生彩色的常用方法：射线穿透法、影孔板法射线穿透法、影孔板法射线穿透法射线穿透法n n原理原理原理原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，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，决定所产生的颜色电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色n n应用应用应用应用：主要用于画线显示器：主要用于

10、画线显示器：主要用于画线显示器：主要用于画线显示器n n优点优点优点优点：成本低：成本低：成本低：成本低n n缺点缺点缺点缺点：只能产生有限几种颜色：只能产生有限几种颜色：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2.1.2 彩色阴极射线管第第1节节图形显示器图形显示器11本讲稿第十一页，共四十九页l l原理原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，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用于精确定位像素的位置外层玻璃外层玻璃荧光涂层荧光涂层影孔板影孔板影孔

11、板法第第1节节图形显示器图形显示器12本讲稿第十二页，共四十九页n n点状影孔板点状影孔板(荫罩式显像管荫罩式显像管)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n n栅格式影孔板栅格式影孔板代表：代表：Sony的的Trinitron与与Mitsubishi的的Diamondtron显像管显像管n n沟槽式影孔板沟槽式影孔板代表：代表：LG的的Flatron显像管显像管影孔板的类型第第1节节图形显示器图形显示器13本讲稿第十三页，共四十九页电子枪、影孔板中的一个电子枪、影孔板中的一个电子枪、影孔板中的一个电子枪、影孔板中的一个小孔和小孔和小孔和小孔和荧光点荧光点荧光点荧光点呈一直线

12、；呈一直线；呈一直线；呈一直线；每个小孔与一个像素每个小孔与一个像素每个小孔与一个像素每个小孔与一个像素（即三个（即三个（即三个（即三个荧光点荧光点荧光点荧光点）对应）对应）对应）对应点状影孔板原理 红、绿、兰三基色红、绿、兰三基色红、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）像素）像素）三支电子枪三支电子枪三支电子枪三支电子枪第第1节节图形显示器图形显示器14本讲稿第十四页，共四十九页显示器能同时显示的颜色个数显示器能同时显示的颜色个数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

13、的电子束的强度有256个个等级，则显示器能同时显示等级，则显示器能同时显示256*256*256=16M种颜色，称为种颜色，称为真彩系统真彩系统调节各电子枪发生的电子束中所调节各电子枪发生的电子束中所含电子的数目，即可控制各色光含电子的数目，即可控制各色光点亮度。点亮度。点状影孔板原理（2/2)第第1节节图形显示器图形显示器15本讲稿第十五页，共四十九页纯平显示器类别表面形状产生时间代表球面显象球面显象管管球面的一部分球面的一部分90年代初年代初柱面显象柱面显象管管柱面的一部分，垂直柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方方向上平直，水平方向上有弯曲向上有弯曲90年代中期年代中期Sony公司的公司

14、的Trinitron，Mitsubishi公司的公司的Diamondtron平面直角平面直角显象管显象管球面的一部分，类似球面的一部分，类似于平面于平面90年代中后年代中后期期现在市场上的主流显象管现在市场上的主流显象管纯平显象纯平显象管管纯平面纯平面90年代后期年代后期Sony公司的公司的FD Trinitron，Mitsubishi公司的公司的Diamondtron，Samsung公司的公司的DanyFlat，LG公司的公司的Flatron第第1节节图形显示器图形显示器16本讲稿第十六页，共四十九页液晶显示器 液晶：液晶：液晶：液晶：液液液液晶晶晶晶(Liquid(Liquid Cryst

15、al)Crystal)是是是是一一一一种种种种介介介介于于于于固固固固态态态态和和和和液液液液态态态态之之之之间间间间的的的的物物物物质质质质，是是是是具具具具有有有有规规规规则性分子排列则性分子排列则性分子排列则性分子排列的的的的有机化合物有机化合物有机化合物有机化合物。其其其其分分分分子子子子的的的的排排排排列列列列柔柔柔柔软软软软易易易易变变变变形形形形，受受受受电电电电场场场场、磁磁磁磁场场场场、温温温温度度度度和和和和应应应应力力力力等等等等外外外外部部部部条条条条件件件件作作作作用时，液晶分子会重新排列。用时，液晶分子会重新排列。用时，液晶分子会重新排列。用时，液晶分子会重新排列。

16、液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性：液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性：液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性：液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性：通电时，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；通电时，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；通电时，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；通电时，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。与与与与CRTCRT设设设设备备备备相相相相同同同同，图图图图形形形形定定定定义义义义存存存存储储储储在在在在刷

17、刷刷刷新新新新缓缓缓缓冲冲冲冲器器器器中中中中，以以以以每每每每秒秒秒秒6060帧帧帧帧的的的的速速速速度度度度刷新屏幕，以满足图像的更新和动画显示。刷新屏幕，以满足图像的更新和动画显示。刷新屏幕，以满足图像的更新和动画显示。刷新屏幕，以满足图像的更新和动画显示。17本讲稿第十七页，共四十九页液晶显示器n n可视角可视角n n由由由由于于于于液液液液晶晶晶晶显显显显示示示示器器器器的的的的背背背背光光光光管管管管光光光光源源源源经经经经折折折折射射射射和和和和反反反反射射射射后后后后输输输输出出出出时时时时已已已已有有有有一一一一定方向，超出这一范围观看则会产生色彩失真现象。定方向，超出这一范

18、围观看则会产生色彩失真现象。定方向，超出这一范围观看则会产生色彩失真现象。定方向，超出这一范围观看则会产生色彩失真现象。n n可视角是用户在屏幕前观看画面可看得清楚的角度范围。可视角是用户在屏幕前观看画面可看得清楚的角度范围。可视角是用户在屏幕前观看画面可看得清楚的角度范围。可视角是用户在屏幕前观看画面可看得清楚的角度范围。n n分辨率分辨率分辨率分辨率18本讲稿第十八页，共四十九页未来显示器n n采用空气等离子体技术，采用空气等离子体技术，空气等离子体可想象成一个个微型霓虹空气等离子体可想象成一个个微型霓虹灯，红绿蓝三种不同颜色的像素。显示灯，红绿蓝三种不同颜色的像素。显示屏薄，挂在墙上。屏

19、薄，挂在墙上。n n发光聚合物技术，坚不可摧；柔韧性好，发光聚合物技术，坚不可摧；柔韧性好，可以卷起来；显示画面具有无与伦比的可以卷起来；显示画面具有无与伦比的清晰度。真正的平面直角。清晰度。真正的平面直角。第第1节节图形显示器图形显示器19本讲稿第十九页，共四十九页2.1.3 随机扫描的显示系统l特特点点：电电子子束束可可随随意意移移动动，只只扫扫描描荧荧屏屏上上要要显示的部分。显示的部分。l逻逻 辑辑 部部 件件：刷刷 新新 存存 储储 器器(Refreshing Buffer),显显 示示 处处 理理 器器（DPU:Display Processing Unit）和）和CRT第第1节节图

20、形显示器图形显示器20本讲稿第二十页，共四十九页应用程序发出绘图命令，应用程序发出绘图命令，解析成显示处理器可解析成显示处理器可接受命令格式，存放在刷新存储器中。接受命令格式，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所刷新存储器中所有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解释执行释执行(刷新刷新)，驱动电子枪在屏幕上绘图驱动电子枪在屏幕上绘图。修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。工作原理第第1节节图形显示器图形显示器21本讲稿第二十一页，共四十九页2.1.4 光栅扫描的显示系统n n光栅扫描显

21、示系统光栅扫描显示系统n n特点：光栅扫描特点：光栅扫描n n扫描线扫描线n n帧帧n n水平回扫期水平回扫期n n垂直回扫期垂直回扫期第第1节节图形显示器图形显示器22本讲稿第二十二页，共四十九页绘图过程第第1节节图形显示器图形显示器23本讲稿第二十三页，共四十九页电子束按固定的扫描顺序进行扫描电子束按固定的扫描顺序进行扫描N条扫描线，每条条扫描线，每条扫描线有扫描线有M个像素，个像素，M*N显示器的分辨率显示器的分辨率。分辨率第第1节节图形显示器图形显示器24本讲稿第二十四页，共四十九页n n逻辑部件：逻辑部件：逻辑部件：逻辑部件：帧缓冲存储器（帧缓冲存储器（帧缓冲存储器（帧缓冲存储器（F

22、rame BufferFrame Buffer)，视频控制器，视频控制器，视频控制器，视频控制器（Video ControllerVideo Controller)，显示处理器（，显示处理器（，显示处理器（，显示处理器（Display Display ProcessorProcessor），），），），CRTCRTn n帧缓冲存储器帧缓冲存储器n n作用：存储屏幕上像素的颜色值作用：存储屏幕上像素的颜色值作用：存储屏幕上像素的颜色值作用：存储屏幕上像素的颜色值n n简称帧缓冲器，俗称简称帧缓冲器，俗称简称帧缓冲器，俗称简称帧缓冲器，俗称显存显存显存显存l l帧缓存中帧缓存中帧缓存中帧缓存中单元

23、数目单元数目单元数目单元数目与显示器上与显示器上与显示器上与显示器上像素的数目像素的数目像素的数目像素的数目相同，单元与像素一一对应，相同，单元与像素一一对应，相同，单元与像素一一对应，相同，单元与像素一一对应，各单元的数值决定了其对应像素的各单元的数值决定了其对应像素的各单元的数值决定了其对应像素的各单元的数值决定了其对应像素的颜色颜色颜色颜色。l l显示显示显示显示颜色的种类颜色的种类颜色的种类颜色的种类与帧缓存中每个与帧缓存中每个与帧缓存中每个与帧缓存中每个单元的位数单元的位数单元的位数单元的位数有关（图示帧缓冲器的每个有关（图示帧缓冲器的每个有关（图示帧缓冲器的每个有关（图示帧缓冲器的

24、每个单元只有一位）。单元只有一位）。单元只有一位）。单元只有一位）。25本讲稿第二十五页，共四十九页彩显：26本讲稿第二十六页，共四十九页彩显：n若若每每个个单单元元有有24位位（每每种种基基色色占占8位位）即即显显示示系系统统可同时产生可同时产生224种颜色（种颜色（24位真彩色位真彩色）。）。n分辨率分辨率M*N、颜色个数、颜色个数K与显存大小与显存大小V的关系的关系第第1节节图形显示器图形显示器27本讲稿第二十七页，共四十九页彩显：n3个位面分辩率是个位面分辩率是10241024的显示器，需要的显示器，需要310241024（3145728）位的存储器。）位的存储器。n若存储器位长固定，

25、则屏幕分辩率与同时可用的颜若存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比关系。色种数成反比关系。n1兆字节的帧缓存，若设分辩率为兆字节的帧缓存，若设分辩率为640480，则帧缓，则帧缓存每个单元可有存每个单元可有24位，可能同时显示位，可能同时显示224种颜色，种颜色，n若设分辩率为若设分辩率为1024768，则每个单元分得的位数仅，则每个单元分得的位数仅略多于略多于8，只能工作于，只能工作于256色显示模式下。色显示模式下。28本讲稿第二十八页，共四十九页彩显：n显存问题显存问题n高分辨率和真彩要求有大的显存；高分辨率和真彩要求有大的显存；n曾经是个问题！曾经是个问题！n解决方法：

26、采用解决方法：采用查色查色(LookupTable）或称或称彩色表彩色表(Color Table)n查色表工作原理查色表工作原理1024*768真彩模式需要真彩模式需要3M字节显存字节显存第第1节节图形显示器图形显示器29本讲稿第二十九页，共四十九页查色表(look up Table)n n是是一一维维线线性性表表，其其每每一一项项的的内内容容对对应应一一种种颜颜色色，它它的的长长度度由由帧帧缓缓存存单单元元的的位位数数决决定定，例例如如：每每单单元有元有8位，则查色表的长度为位，则查色表的长度为28256n n目目的的：在在帧帧缓缓存存单单元元的的位位数数不不增增加加的的情情况况下下，具具有

27、大范围内挑选颜色的能力：有大范围内挑选颜色的能力：第第1节节图形显示器图形显示器30本讲稿第三十页，共四十九页查色表(look up Table)31本讲稿第三十一页，共四十九页存放方式n n颜色信息在帧缓存中存放方式：颜色信息在帧缓存中存放方式：颜色值直接存储在帧缓存中。颜色值直接存储在帧缓存中。把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存放的是颜色表中各项的索引值，颜色存放的是颜色表中各项的索引值，颜色范围扩充了。范围扩充了。n n单色系统：查色表固化单色系统：查色表固化n n彩显：可修改、创建查色表。彩显：可修改、创建查色表。第第1节节图形显示器图形显示器32本

28、讲稿第三十二页，共四十九页 带宽带宽带宽带宽T T与分辨率、帧频与分辨率、帧频与分辨率、帧频与分辨率、帧频F F的关系的关系的关系的关系带宽问题带宽问题带宽问题带宽问题 高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽-依然是个问题！依然是个问题！依然是个问题！依然是个问题！解决方法：解决方法：解决方法：解决方法：隔行扫描隔行扫描隔行扫描隔行扫描（现在已经基本不用，主流（现在已经基本不用，主流（现在已经基本不用，主流（现在已经基本不用，主流 显示器都采用逐行扫描方式）显示器都采用逐行扫描方式）显示器都采用逐

29、行扫描方式）显示器都采用逐行扫描方式）隔行扫描隔行扫描隔行扫描隔行扫描：把一帧分两场，即奇数场与偶数场：把一帧分两场，即奇数场与偶数场：把一帧分两场，即奇数场与偶数场：把一帧分两场，即奇数场与偶数场 场频场频场频场频：=2*=2*帧频帧频帧频帧频 彩显第第1节节图形显示器图形显示器33本讲稿第三十三页，共四十九页隔行扫描工作原理n一帧完整的画面分成两场。一帧完整的画面分成两场。n一场一场160秒，（场频秒，（场频60HZ），（帧频），（帧频30HZ）画面更新频率仍为）画面更新频率仍为60HZ，降低，降低了闪烁效应，每一场了闪烁效应，每一场160秒内，帧缓秒内，帧缓存中数据量比逐行扫描少一半。存

30、中数据量比逐行扫描少一半。降低了降低了视频控制器存取帧缓存的速度及传输带视频控制器存取帧缓存的速度及传输带宽的要求。宽的要求。第第1节节图形显示器图形显示器34本讲稿第三十四页，共四十九页简单：简单：其中，帧缓存为系统内存其中，帧缓存为系统内存任一块区域，视频控制器任一块区域，视频控制器能够直接存取该区域以刷能够直接存取该区域以刷新屏幕。新屏幕。典型：典型：其中，帧缓存可以是专用其中，帧缓存可以是专用的存储器，也可以是系统的存储器，也可以是系统内存中的一块固定区域。内存中的一块固定区域。光栅扫描图形显示系统的结构第第1节节图形显示器图形显示器35本讲稿第三十五页，共四十九页 视频控制器n作用：

31、作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应，负责刷负责刷新新n逻辑结构逻辑结构n工作原理工作原理刷新周期开始，光栅扫描发生器置刷新周期开始，光栅扫描发生器置X地址寄存器为地址寄存器为0，置，置Y地址地址寄存器为寄存器为N-1，首先取出对应像素（，首先取出对应像素（0，N-1）的帧缓存单元的数值）的帧缓存单元的数值,放入像素值放入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后寄存器，用来控制像素的颜色，然后X的地址寄存器的地址加一，如此重复，直到该的地址寄存器的地址加一，如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。扫描线上的最后一个像素。双缓冲机制（双缓冲机制（Double

32、Buffer)普通显卡普通显卡普通显卡普通显卡=视频控制器视频控制器视频控制器视频控制器+显存显存显存显存36本讲稿第三十六页，共四十九页 显示处理器作用：作用：代替代替CPU完成部分图形处理功能，完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等纹理映射等具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构图形加速卡图形加速卡图形加速卡图形加速卡=视频控制器视频控制器视频控制器视频控制器+显存显存显存显存+显示处理器显示处理器显示处理器显示处理器37本讲稿第三十七页，共四十九页优点：优点：n成本低成本低n易于绘制填

33、充图形易于绘制填充图形n色彩丰富色彩丰富n刷新频率一定，与图形的复杂程度无关刷新频率一定，与图形的复杂程度无关n易于修改图形易于修改图形缺点：缺点：n需要扫描转换需要扫描转换n会产生混淆会产生混淆缺点正在被克服优点使其占据了市场主流光栅显示系统的优点第第1节节图形显示器图形显示器38本讲稿第三十八页，共四十九页2.2 图形系统及其标准n硬件，图形硬件，图形 I/O 设备，系统软件，图形软件。设备，系统软件，图形软件。n图形软件图形软件：通用编程软件包，专用应用软件包。：通用编程软件包，专用应用软件包。n通用类通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形功：提供一个可用于高级程序语言的图形功能扩展集

34、能扩展集(比如，比如，OpenGL).n基本功能基本功能：图元生成，属性设置（颜色，：图元生成，属性设置（颜色，.）选）选择观察及实施变换等。择观察及实施变换等。n专用类专用类：不关心图形操作过程（比如，：不关心图形操作过程（比如，CAD系统。系统。第第2讲讲图形设备与系统图形设备与系统39本讲稿第三十九页，共四十九页图形系统标准n n图形标准：图形标准：n n图形系统及其相关应用系统中各界面之间进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口标准行数据传送和通信的接口标准n n供图形应用程序调用的子程序功能及其格式供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准标准n n前者称为前者

35、称为数据及文件格式标准数据及文件格式标准，后者，后者称为称为子程序界面标准子程序界面标准。第第2节节图形系统及其标准图形系统及其标准40本讲稿第四十页，共四十九页图形系统标准分类n面向图形设备的接口标准：面向图形设备的接口标准：计算机图形元文件计算机图形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,)计算机图形接口计算机图形接口(CGI).设备驱动程序。设备驱动程序。n面向应用软件的标准：面向应用软件的标准：程序员层次交互式图形系统（程序员层次交互式图形系统（PHIGS）,GL(图形程序包图形程序包)（三维）图形核心系统（三维）图形核心系统（3D-)GKSn面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其面

36、向图形应用系统中工程和产品数据模型及其文件格式：文件格式：基本图形转换规范（基本图形转换规范（IGES）产品数据转换规范（产品数据转换规范（STEP）第第2节节图形系统及其标准图形系统及其标准41本讲稿第四十一页，共四十九页CGI（ISO DP 9636)n n提供控制图形硬件的一种与设备无关提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法。的方法。n n也可看作图形设备驱动程序的一种标也可看作图形设备驱动程序的一种标准。准。n n在用户程序和虚拟设备之间，以一种在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立于设备的方式提供图形信息的描独立于设备的方式提供图形信息的描述和通信。述和通信。第第2节节图形系统及其标准

37、图形系统及其标准42本讲稿第四十二页，共四十九页CGM（ISO IS8632)-与设备无关的语义、词法定义的图形文件与设备无关的语义、词法定义的图形文件格式。格式。-规定了生成、存储、传送图形信息的格式。规定了生成、存储、传送图形信息的格式。-面向系统和系统开发者，和面向系统和系统开发者，和CGI配套提供。配套提供。-通用性是其关键属性。通用性是其关键属性。第第2节节图形系统及其标准图形系统及其标准43本讲稿第四十三页，共四十九页GKSn提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的功能接口。功能接口。n与语言无关。与语言无关。nGKS提供了一个称为元文件的顺

38、序文件接口提供了一个称为元文件的顺序文件接口n应用程序的所有图形资源由应用程序的所有图形资源由GKS控制（通过控制（通过GKS元文件元文件-GKSM）nGKSM用于用于:图形信息存档；系统传送图形信息；图形信息存档；系统传送图形信息；在在GKS应用程序间传送图形信息；与图形信息相应用程序间传送图形信息；与图形信息相关的非图形信息的存储和复用。关的非图形信息的存储和复用。第第2节节图形系统及其标准图形系统及其标准44本讲稿第四十四页，共四十九页PHIGS（ISO IS9592）n向应用程序员提供的控制图形设备的图形系向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接口；统接口；n图形数据按层次结构组织；

39、图形数据按层次结构组织；n提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。是一个高度动态化和交互式图形系统。是一个高度动态化和交互式图形系统。第第2节节图形系统及其标准图形系统及其标准45本讲稿第四十五页，共四十九页GLn图形程序库，图形程序库，nUNIX下运行，下运行，nOpenGL微机，微机，n分类：基本图素；坐标变换；设置属性分类：基本图素；坐标变换；设置属性和显示方式；和显示方式；I/O 处理；真实图形显示。处理；真实图形显示。第第2节节图形系统及其标准图形系统及其标准46本讲稿第四十六页，共四十九页IGES（基本图形转换规范）nInitial Graphi

40、cs Exchange Specificationn作用：不同的作用：不同的CAD/CAM系统之间交换数系统之间交换数据。据。n文件格式是文件格式是ASCII码，五节：开始节，目码，五节：开始节，目录入口录入口(DE)，参数，参数(DP)节，整体节和结节，整体节和结束节。束节。第第2节节图形系统及其标准图形系统及其标准47本讲稿第四十七页，共四十九页STEP（产品模型数据转换标准）Standard for the Exchange of Product model Data.n n覆盖产品整个生命周期覆盖产品整个生命周期覆盖产品整个生命周期覆盖产品整个生命周期n n强调建立能存入数据库中的一个

41、产品模型的完整表示。强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整表示。强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整表示。强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整表示。n n克服克服克服克服IGESIGES中的问题和缺点。中的问题和缺点。中的问题和缺点。中的问题和缺点。第第2节节图形系统及其标准图形系统及其标准48本讲稿第四十八页，共四十九页本讲小结本讲小结 持续发光时间持续发光时间持续发光时间持续发光时间,刷新刷新刷新刷新 像素像素像素像素 CRTCRTCRTCRT的分辨率的分辨率的分辨率的分辨率 阴极射线管的组成部分及其功能阴极射线管的组成部分及其功能阴极射线管的组成部分及其功能阴极射线管的组

42、成部分及其功能 射线穿透法及影孔板法产生彩色的工作原理射线穿透法及影孔板法产生彩色的工作原理射线穿透法及影孔板法产生彩色的工作原理射线穿透法及影孔板法产生彩色的工作原理 随机扫描显示系统的逻辑部件及工作机理随机扫描显示系统的逻辑部件及工作机理随机扫描显示系统的逻辑部件及工作机理随机扫描显示系统的逻辑部件及工作机理 光栅扫描显示系统的逻辑部件及工作机理光栅扫描显示系统的逻辑部件及工作机理光栅扫描显示系统的逻辑部件及工作机理光栅扫描显示系统的逻辑部件及工作机理 查色表及其工作原理查色表及其工作原理查色表及其工作原理查色表及其工作原理 显存大小、屏幕分辨率及可同时显示的颜色数目之间的关系显存大小、屏幕分辨率及可同时显示的颜色数目之间的关系显存大小、屏幕分辨率及可同时显示的颜色数目之间的关系显存大小、屏幕分辨率及可同时显示的颜色数目之间的关系 图形系统及其标准图形系统及其标准图形系统及其标准图形系统及其标准第第2讲讲图形设备与系统图形设备与系统49本讲稿第四十九页，共四十九页