新-第2章-计算机图形系统.ppt

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1、计算机算机图形形学学Computer GraphicsComputer Graphics计计算机算机图图形形学学 第二章第二章 目录目录 第二章第二章 计算机图形系统计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统（图形核心系统（GKS）简介简介 2.6 通用图形软件简介通用图形软件简介 计计算机算机图图形形学学2.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 一一.图形系统的结构图形系统的结构 由由硬件硬件和和软件软件两部

2、分组成。两部分组成。第二章第二章 计算机图形系统计算机图形系统 第二章第二章 计算机图形系统计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器计算机图形显示器2.3 计算机图形输入设备计算机图形输入设备2.4 计算机图形输出设备计算机图形输出设备2.5 图形核心系统（图形核心系统（GKS）简介简介 2.6 通用图形软件简介通用图形软件简介 计计算机算机图图形形学学 二二.图形系统的基本功能及其硬件性能要求图形系统的基本功能及其硬件性能要求 计算机图形系统至少应具有以下五个方面基本功能计算机图形系统至少应具有以下五个方面基本功能:1.计算功能计算功能（1）

3、形形体体设设计计和和分分析析方方法法的的程程序序库库，描描述述形形体体的的图图形形数数据据库。库。（2）坐坐标标的的平平移移、旋旋转转、投投影影、透透视视等等几几何何变变换换程程序序库库的的数据库。数据库。（3）曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库。）曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库。2.存储功能存储功能 在在计计算算机机内内存存储储器器和和外外存存储储器器中中，应应能能存存放放各各种种形形体体的的几几何何数数据据及及形形体体之之间间相相互互关关系系，可可实实现现对对有有关关数数据据的的实实时检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。时检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。计计算机

4、算机图图形形学学3.输入功能输入功能 由由图图形形输输入入设设备备将将所所设设计计的的图图形形形形体体的的几几何何参参数数（例例如大小、位置等）和各种绘图命令输入到图形系统中。如大小、位置等）和各种绘图命令输入到图形系统中。4.输出功能输出功能 图图形形系系统统应应有有文文字字、图图形形、图图像像信信息息输输出出功功能能。在在显显示示屏屏幕幕上上显显示示设设计计过过程程当当前前的的状状态态以以及及经经过过图图形形编编辑辑后后的的结结果果。同同时时还还能能通通过过绘绘图图仪仪、打打印印机机等等设设备备实实现现硬硬拷拷贝贝输输出，以便长期保存。出，以便长期保存。5.对话功能对话功能 可可通通过过显

5、显示示器器或或其其他他人人机机交交互互设设备备直直接接进进行行人人机机通通信信，对对计计算算结结果果和和图图形形，利利用用定定位位、拾拾取取等等手手段段进进行行修修改改，同同时时对对设设计计者者或或操操作作员员执执行行的的错错误误给给予予必必要要的的提提示示和和帮助。帮助。二二.图形系统的基本功能及其硬件性能要求图形系统的基本功能及其硬件性能要求 计计算机算机图图形形学学 为了实现以上功能，对图形系统的硬件性能要求是：为了实现以上功能，对图形系统的硬件性能要求是：1.处理速度处理速度 图图形形系系统统的的处处理理速速度度既既与与图图形形系系统统硬硬件件有有关关，也也与与图形软件的图形处理算法有

6、关。图形软件的图形处理算法有关。2.存储容量存储容量 存存储储容容量量包包括括三三部部分分：内内存存储储容容量量、显显存存、外外部部存存储容量和显示缓冲区容量。储容量和显示缓冲区容量。3.处理精度处理精度 处理精度主要是指图形采集输入质量和显示输出质处理精度主要是指图形采集输入质量和显示输出质量：这里主要指图形分辨率、图形色彩的显示等。而且量：这里主要指图形分辨率、图形色彩的显示等。而且很大一部分与所采用的图形处理软件有关。很大一部分与所采用的图形处理软件有关。计计算机算机图图形形学学三三.图形系统分类及硬件工作平台要求图形系统分类及硬件工作平台要求 1.计算机图形系统的分类计算机图形系统的分

7、类 根据其硬件配置和信息传递方式分为根据其硬件配置和信息传递方式分为:(1)脱机绘图系统脱机绘图系统 将输入图形将输入图形数据在主机数据在主机内进行处理内进行处理将图形处理后将图形处理后的图形数据送的图形数据送入中间介质入中间介质用磁盘或磁带用磁盘或磁带控制绘图输出控制绘图输出机输出图形机输出图形 脱机绘图系统是将图形数据和图形输出分别进行处理，脱机绘图系统是将图形数据和图形输出分别进行处理，避免计算机处于等待状态，加快计算机的工作效率。避免计算机处于等待状态，加快计算机的工作效率。计计算机算机图图形形学学(2)联机绘图系统联机绘图系统将输入图形将输入图形数据在主机数据在主机内进行处理内进行处

8、理计算机将图形处计算机将图形处理信息直接送给理信息直接送给绘图机输出图形绘图机输出图形 不需要中间介质（磁盘或磁带）传递绘图信息，处理不需要中间介质（磁盘或磁带）传递绘图信息，处理时间缩短了。但由于绘图机是机械速度，这样造成了时间缩短了。但由于绘图机是机械速度，这样造成了计算机对绘图机等待，降低了计算机工作效率。计算机对绘图机等待，降低了计算机工作效率。计计算机算机图图形形学学(3)交互式绘图系统交互式绘图系统绘图系统将处理结果输出到图形终端绘图系统将处理结果输出到图形终端（图形显示器）或图形工作站。用户对（图形显示器）或图形工作站。用户对所显示图形还可用定位、拾取和描绘等所显示图形还可用定位

9、、拾取和描绘等设备进行编辑和标注等。设备进行编辑和标注等。计计算机算机图图形形学学 2.计算机图形系统的硬件工作平台计算机图形系统的硬件工作平台目前，计算机图形系统的目前，计算机图形系统的硬件平台硬件平台有如下几种有如下几种:(1).微型计算机（简称微机）微型计算机（简称微机）随着微型计算机性能进一步提高，用微型计算机实随着微型计算机性能进一步提高，用微型计算机实现三维形体的设计及显示能力在不断提高现三维形体的设计及显示能力在不断提高。(2).工作站工作站 实实际际上上是是一一类类超超级级微微型型计计算算机机，该该系系统统主主要要用用于于工工程程设设计计，为为研研究究、开开发发提提供供一一整整

10、套套软软硬硬件件工工作作环环境境支支持持。工工作作站站是是具具有有高高速速的的科科学学计计算算、丰丰富富的的图图形形处处理理、灵灵活活的的窗窗口口及及网网络络管管理理功功能能的的交交互互式式计计算算机机系系统统。美美国国的的SUN、SGI、HP、DEC、IBM等公司均生产此类产品。等公司均生产此类产品。计计算机算机图图形形学学(3).中、小型计算机中、小型计算机 一一般般在在特特定定的的部部门门、单单位位和和应应用用领领域域中中采采用用此此类类环环境境。它它是是大大型型信信息息系系统统建建立立的的重重要要环环境境，这这种种环环境境中中信信息息和和数数据据的的处处理理量量是是很很大大的的，要要求

11、求机机器器有有极极高高的的处处理理速速度度和和极极大大的存储容量的存储容量。(4).大型机大型机 以以大大型型计计算算机机为为基基础础，具具有有容容量量庞庞大大的的存存储储器器和和极极强强的的计计算算功功能能,大大量量的的显显示示终终端端及及高高精精度度、大大幅幅面面的的硬硬拷拷贝贝设设备备。还还往往往往拥拥有有自自行行开开发发的的、功功能能齐齐全全的的应应用用软软件件系系统统。例例如如，美美国国第第三三大大汽汽车车公公司司（CHRYSLER汽汽车车公公司司）就就拥拥有有庞庞大大的的计计算算机机系系统统来来进进行行计计算算机机辅辅助助设设计计、实实体体造造型型、结结构构分分析析、运运动动模模拟

12、拟、工工程程和和科科学学计计算算、项项目目管管理理、生生产产过过程控制等。程控制等。2.计算机图形系统的硬件工作平台计算机图形系统的硬件工作平台计计算机算机图图形形学学(5).计算机网络计算机网络 计计算算机机网网络络是是指指将将上上述述四四类类计计算算机机平平台台，或或者者其其中中某某一一类类通通过过某某种种互互联联技技术术彼彼此此连连接接，按按照照某某种种通通信信协协议议进进行行数数据据传传输输、数数据据共共享享、数数据据处处理理的的多多机机工工作作环境。环境。它它的的特特点点是是多多种种计计算算机机相相连连，可可以以充充分分发发挥挥各各个个机器的性能和特点，以达到很高的性能价格比。机器的

13、性能和特点，以达到很高的性能价格比。网网络络图图形形系系统统要要考考虑虑的的关关键键问问题题是是网网络络服服务务器器的的性性能能，图图形形数数据据的的通通信信、传传输输、共共享享以以及及图图形形资资源源的的利用利用问题。问题。2.计算机图形系统的硬件工作平台计算机图形系统的硬件工作平台计计算机算机图图形形学学第二章第二章 计算机图形系统计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统（图形核心系统（GKS）简介简介 2.6

14、通用图形软件简介通用图形软件简介 2.2 计算机计算机图形显示器图形显示器 显示器是图形系统中必备的输出设备，目前，阴极显示器是图形系统中必备的输出设备，目前，阴极射线管（射线管（CRT-Cathode Ray Tube）显示器已经渐渐退出显示器已经渐渐退出竞争，但是其工作原理仍然值得讨论。此外，还有液晶竞争，但是其工作原理仍然值得讨论。此外，还有液晶显示器和等离子板显示器等。显示器和等离子板显示器等。一一.CRT显示器显示器工作原理工作原理 CRT显显示示器器其其分分辨辨率率好好，可可靠靠性性高高，速速度度快快。为为了了不不影影响响主主机机的的数数据据处处理理能能力力，CRT显显示示器器作作

15、为为计计算算机机的的外外围围设设备备而而独独立立存存在在，它它有有自自己己的的控控制制电电路路，专专门门负负责责屏幕编辑功能，并有标准的串行接口与主机连接。屏幕编辑功能，并有标准的串行接口与主机连接。计计算机算机图图形形学学1.CRT单色显示原理单色显示原理 电子枪电子枪灯丝加热阴极，阴极表灯丝加热阴极，阴极表面向外发射自由电子，面向外发射自由电子，控制栅控制自由电子是控制栅控制自由电子是否向荧光屏发出否向荧光屏发出 电子流在到达屏幕的电子流在到达屏幕的途中，被加速、聚焦途中，被加速、聚焦成很窄的电子束成很窄的电子束由偏转系统产生电子由偏转系统产生电子束的偏转电场（或磁束的偏转电场（或磁场），

16、使电子束左右、场），使电子束左右、上下偏转上下偏转 在指定时刻在屏在指定时刻在屏幕指定位置上产幕指定位置上产生亮点生亮点 计计算机算机图图形形学学余辉时间余辉时间：电子束离开光点后光点保持的时间。电子束离开光点后光点保持的时间。屏幕刷新屏幕刷新：荧光亮度随着时间按指数衰减，整个画面荧光亮度随着时间按指数衰减，整个画面 必须在每一秒钟内重复显示许多次，人们必须在每一秒钟内重复显示许多次，人们 才能看到一个稳定而不闪烁的图形，因此才能看到一个稳定而不闪烁的图形，因此 必须重复地使荧光质发光，即驱使电子束必须重复地使荧光质发光，即驱使电子束 迅速回到同一点。迅速回到同一点。要保持一幅画面的稳定性，若

17、余辉时间越短，则所需要保持一幅画面的稳定性，若余辉时间越短，则所需的屏幕输刷新率越高。影响刷新率的最主要因素是显的屏幕输刷新率越高。影响刷新率的最主要因素是显示器的带宽。示器的带宽。荧光粉的质量直接影响到荧光粉的质量直接影响到CRT成像效果成像效果。1.CRT单色显示原理单色显示原理 计计算机算机图图形形学学举例说明余辉时间、画面切换和刷新频率举例说明余辉时间、画面切换和刷新频率三者之间的区别和联系三者之间的区别和联系电视电视（刷新（刷新率低，率低，与其电与其电路相关）路相关）由于影片播由于影片播放时画面经放时画面经常切换，一常切换，一般采用短余般采用短余辉的荧光粉辉的荧光粉若采用长余辉的荧光

18、若采用长余辉的荧光粉，则会使上一帧图粉，则会使上一帧图像余辉保留时间过长像余辉保留时间过长而出现拖尾和花屏而出现拖尾和花屏（马赛克）现象（马赛克）现象电脑电脑（刷新（刷新率高）率高）由于电脑画面一般由于电脑画面一般较为稳定，同一帧较为稳定，同一帧画面停留时间较长，画面停留时间较长，所以采用与电视相所以采用与电视相比较长余辉的荧光比较长余辉的荧光粉粉如果一帧电脑画面如果一帧电脑画面停留时间很长，那停留时间很长，那么需要保证一定的么需要保证一定的刷新频率才能使该刷新频率才能使该画面不闪烁不变暗画面不闪烁不变暗计计算机算机图图形形学学什么是灰度？什么是灰度？灰度就是亮度，简单说就是色彩的深浅程度，在

19、黑白两灰度就是亮度，简单说就是色彩的深浅程度，在黑白两色中，灰度体现于黑与白的中间状态，也就是灰色。色中，灰度体现于黑与白的中间状态，也就是灰色。纯黑纯黑(用用0表示表示)纯白纯白(用用15表示表示)假设总共有假设总共有16种灰度种灰度也就是也就是16种亮度种亮度随箭头越来越亮随箭头越来越亮那么在彩色变换中同样有灰度的概念，那么在彩色变换中同样有灰度的概念，例如例如R、G、B三种原色，每种原色都有一个灰度值三种原色，每种原色都有一个灰度值计计算机算机图图形形学学若一种原色有若一种原色有16种灰度，那种灰度，那么该原色要占么该原色要占4位，位，256种灰种灰度，那么该原色要占度，那么该原色要占8

20、位位R、G、B三种原色若各有三种原色若各有4位，则总共可显示的彩色位，则总共可显示的彩色数目为数目为212种，也即是种，也即是161616种种两点提示：两点提示：（1）彩色图片的色彩变换也叫灰度变换或者色阶）彩色图片的色彩变换也叫灰度变换或者色阶变换，变换，R、G、B三种原色按任何比例增强再混合。三种原色按任何比例增强再混合。（2）在）在ACDSee或或PhotoShop等图片工具栏中选择等图片工具栏中选择灰度一项，实际上就是将彩色图像转换为只有黑白灰度一项，实际上就是将彩色图像转换为只有黑白两色的灰度图像，但和黑白图像还是不同。两色的灰度图像，但和黑白图像还是不同。计计算机算机图图形形学学多

21、级灰度多级灰度一幅（彩色）图片中，由于各部分的颜色细节一幅（彩色）图片中，由于各部分的颜色细节不同因而导致各部分的灰度等级不同，这种现不同因而导致各部分的灰度等级不同，这种现象我们称之为象我们称之为“多级灰度多级灰度”。计计算机算机图图形形学学2.CRT彩色显示原理彩色显示原理(1).穿透式彩色穿透式彩色CRT 采用了多层不同的荧光粉。在绿色荧光粉层上再采用了多层不同的荧光粉。在绿色荧光粉层上再沉积一层红色荧光粉。沉积一层红色荧光粉。提高加速电压后，提高加速电压后，电子束速度增加，电子束速度增加，穿透绿色荧光层，穿透绿色荧光层，显示绿色显示绿色电子束速度较低时，轰电子束速度较低时，轰击荧光屏的

22、能量只能使击荧光屏的能量只能使表层红色荧光粉受激励，表层红色荧光粉受激励，产生红色亮点产生红色亮点通过改变电子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉通过改变电子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合成不同的颜色，因此，可显示红、橙、黄、绿四种成不同的颜色，因此，可显示红、橙、黄、绿四种颜色。颜色。计计算机算机图图形形学学(2).荫罩式彩色荫罩式彩色CRT 显示的色彩要比穿透式彩色显示的色彩要比穿透式彩色CRT宽广得多宽广得多 在荧光屏内壁上分别由红在荧光屏内壁上分别由红(R)、绿绿(G)、蓝蓝(B)三种颜色的荧光粉涂成

23、百万个三种颜色的荧光粉涂成百万个荧光粉点，按荧光粉点，按RGB顺序分行交替排列顺序分行交替排列成三角形状且相距很近成三角形状且相距很近 它们发出三种色彩时它们发出三种色彩时分辨不清三种原色，分辨不清三种原色，而形成一种颜色而形成一种颜色 荫罩的金属板，荫罩的金属板，板上按三角形状板上按三角形状钻有钻有4050万小万小圆孔圆孔 前罩式前罩式CRT管内按三管内按三角形排列安装三个电角形排列安装三个电子枪，发射三条电子子枪，发射三条电子束，它们由一个共同束，它们由一个共同偏转系统控制偏转系统控制 三条电子束聚三条电子束聚焦于荫罩板上焦于荫罩板上的小孔中且相的小孔中且相距很近距很近 荫罩的作用是使三荫

24、罩的作用是使三条电子束分离开来，条电子束分离开来，分别轰击到三种颜分别轰击到三种颜色的荧光点上色的荧光点上 调节各个电子枪的电流强调节各个电子枪的电流强度，就可改变相应颜色荧度，就可改变相应颜色荧光点的亮度，即合成色中光点的亮度，即合成色中所占比例，达到改变成色所占比例，达到改变成色的色彩的色彩 计计算机算机图图形形学学二二.图形显示系统的类型图形显示系统的类型 根据其电子束轰击屏幕的方式和组成结构可分为三根据其电子束轰击屏幕的方式和组成结构可分为三种：种：随机扫描式显示系统随机扫描式显示系统、存储管式显示系统存储管式显示系统和和光光栅扫描式显示系统栅扫描式显示系统。技术指标技术指标：v分辨率

25、的高低：现在一般分辨率的高低：现在一般在在10241024以上以上 v显示图形的颜色的种数显示图形的颜色的种数：现在一般为真彩色：现在一般为真彩色32位位 计计算机算机图图形形学学1.1.随机扫描式显示系统随机扫描式显示系统 要显示的图形由计要显示的图形由计算机处理成为显示算机处理成为显示器的显示指令（或器的显示指令（或称显示文件）称显示文件）图形控制器取出缓图形控制器取出缓冲存储器或固定存冲存储器或固定存储器中的显示指令，储器中的显示指令，依次执行依次执行 由管头控制电路使由管头控制电路使电子束以按所要的电子束以按所要的亮度偏转到指定位亮度偏转到指定位置，从而得到图形置，从而得到图形 利用电

26、子束在荧光屏上扫描的轨迹画图利用电子束在荧光屏上扫描的轨迹画图 显示指令中的亮度、显示指令中的亮度、位移量等数字信息经位移量等数字信息经过线产生器的处理转过线产生器的处理转换为控制电子束产生换为控制电子束产生偏转和明暗的物理量，偏转和明暗的物理量，也就是电流和电压也就是电流和电压 固定存储器中则固定存储器中则存放各种常用字存放各种常用字符、数字等的显符、数字等的显示指令示指令 显示指令经显示指令经接口电路送接口电路送到显示器的到显示器的缓冲存储器缓冲存储器 计计算机算机图图形形学学为了获得稳定的画面，必须不断地重复扫描显示文件为了获得稳定的画面，必须不断地重复扫描显示文件（即刷新），速度通常为

27、每秒重复扫描（即刷新），速度通常为每秒重复扫描2550次，即次，即每秒每秒2550帧左右帧左右 优点：优点：v能实时地进行数字视频转换，实现动态显示，易能实时地进行数字视频转换，实现动态显示，易于修改，交互性好于修改，交互性好v扫描速度快，线条质量高，图形清晰，图线光滑。扫描速度快，线条质量高，图形清晰，图线光滑。缺点：缺点：v不能产生多级灰度的真实感显示，图形的复杂程度不能产生多级灰度的真实感显示，图形的复杂程度受显示器扫描速度的限制受显示器扫描速度的限制v价格贵，目前很少使用。价格贵，目前很少使用。计计算机算机图图形形学学2.2.存储管式显示系统存储管式显示系统 利用显示管本身来存储信息技

28、术（随机扫描器使用利用显示管本身来存储信息技术（随机扫描器使用了一个独立的存储器来存储图形信息）了一个独立的存储器来存储图形信息）优点：优点：v图形保持时间长，比较稳定。图形保持时间长，比较稳定。v电路结构简单，成本低。电路结构简单，成本低。缺点：缺点：v显示画面速度慢，不适宜动态修改，交互性差。显示画面速度慢，不适宜动态修改，交互性差。v图形复杂度受到限制。图形复杂度受到限制。计计算机算机图图形形学学3.3.光栅扫描式显示系统光栅扫描式显示系统 随机扫描式显示器、存储管式显示器：随机扫描式显示器、存储管式显示器：画线设备画线设备，在屏幕上显示一条直线是从屏幕上，在屏幕上显示一条直线是从屏幕上

29、一个可编地址点直接画到另一个可编地址点。一个可编地址点直接画到另一个可编地址点。光栅扫描式显示器：光栅扫描式显示器：画点设备画点设备，可以看作是一个点阵单元发生器，可以看作是一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元亮度，可以生成多种灰度和并可控制每个点阵单元亮度，可以生成多种灰度和颜色，色彩连续变化具有真实感的图形。颜色，色彩连续变化具有真实感的图形。计计算机算机图图形形学学（1 1）光栅扫描式显示系统组成）光栅扫描式显示系统组成 把计算机送来的图形把计算机送来的图形（如画线、画多边形、（如画线、画多边形、画填充区域或写字符等）画填充区域或写字符等）基本画图命令扫描转换基本画图命令扫描转换成为

30、相应的点阵，即位成为相应的点阵，即位图图（bitmap)点阵的每一点与屏幕像素一一对应，点阵中每点阵的每一点与屏幕像素一一对应，点阵中每个元素就是个元素就是像素值像素值，通常用，通常用112位二进制数位二进制数值来表示灰度或色彩。值来表示灰度或色彩。位映射（位映射（bit mapping）技术技术：由若干位数据来：由若干位数据来对应屏幕上一点的光栅图形显示技术对应屏幕上一点的光栅图形显示技术将屏幕上显示图形将屏幕上显示图形的映像（的映像（Image），），即位图放入显示存即位图放入显示存储器中。储器中。所以显示存储器又所以显示存储器又叫位存储器，通常叫位存储器，通常称之为帧缓冲器称之为帧缓冲器

31、（Frame Buffer）为了使为了使CRT屏幕上的图屏幕上的图形能持续地进行显示，形能持续地进行显示，显示存储器的内容需要显示存储器的内容需要不断地读出并送到监视不断地读出并送到监视器，使得画面能以一定器，使得画面能以一定的频率刷新的频率刷新 显示存储器的分页处理显示存储器的分页处理:显示存储器中同时存放多幅画面，显示存储器中同时存放多幅画面，这时存储区划分成若干页，每一页存放一幅位图。物理屏这时存储区划分成若干页，每一页存放一幅位图。物理屏幕当前正在显示的页称为可见页（幕当前正在显示的页称为可见页（Visual Page）。）。主机每主机每次只能向一个页进行读写操作，这个页就称作活动页次

32、只能向一个页进行读写操作，这个页就称作活动页（Active Page）。）。存储器的页面可以比屏幕位图大得多，这存储器的页面可以比屏幕位图大得多，这样屏幕只能显示画面的一部分，通过上下样屏幕只能显示画面的一部分，通过上下左右移屏功能，用户可以看到显示存储器左右移屏功能，用户可以看到显示存储器中的整个画面。中的整个画面。计计算机算机图图形形学学（1 1）光栅扫描式显示器组成）光栅扫描式显示器组成 用来定义像素用来定义像素的颜色。又称的颜色。又称为调色板。为调色板。彩色表的目的是为了不使显示存储器容量增大，而能显示更多彩色表的目的是为了不使显示存储器容量增大，而能显示更多的颜色，例如：显示器要控制

33、三种原色，即的颜色，例如：显示器要控制三种原色，即R(红）、红）、G(绿绿)、B(蓝蓝)，为了使三种原色按不同的比例合成各种颜色，每种颜，为了使三种原色按不同的比例合成各种颜色，每种颜色要有不同的灰度，如果每个像素各个原色要色要有不同的灰度，如果每个像素各个原色要16种灰度，于是种灰度，于是每个原色要占每个原色要占4位，则每个像素要位，则每个像素要12位，于是显示存储器容量位，于是显示存储器容量就要很大，彩色表可解决此问题。就要很大，彩色表可解决此问题。计计算机算机图图形形学学采用彩色表时，显示存储器的像素值不再是直接送到监视采用彩色表时，显示存储器的像素值不再是直接送到监视器中的颜色值，而仅

34、是颜色的一个索引（器中的颜色值，而仅是颜色的一个索引（Color Index），），即彩色表的地址，用八位表示一个像素值，如编号即彩色表的地址，用八位表示一个像素值，如编号69（01000101）为彩色表对应地址）为彩色表对应地址从彩色表对应地址项中读出从彩色表对应地址项中读出R、G、B三种颜色分量（即颜色号三种颜色分量（即颜色号的定义值）然后送监视器的定义值）然后送监视器 例如：彩色表的字长为例如：彩色表的字长为 12bit（R、G、B各各 4bit），），这意味着最多可定义这意味着最多可定义2124096种不同颜色种不同颜色 彩色表结构彩色表结构计计算机算机图图形形学学为什么说彩色表的使用

35、节省了存储容量？为什么说彩色表的使用节省了存储容量？彩色表的地址数目是由像素值的位长来决定的，也彩色表的地址数目是由像素值的位长来决定的，也就是彩色素的多少，也即是一屏能显示颜色数目的就是彩色素的多少，也即是一屏能显示颜色数目的多少，例如像素值有多少，例如像素值有8位，那么彩色表的地址彩位，那么彩色表的地址彩色素数目一屏能显示的颜色数色素数目一屏能显示的颜色数256像素值的位长与彩色表的字长（也即是像素值的位长与彩色表的字长（也即是R/G/B三种三种原色的总位长）无关，例如像素值的位长为原色的总位长）无关，例如像素值的位长为8，R/G/B三种原色各有三种原色各有16（256）种灰度，那么彩色种

36、灰度，那么彩色表的字长为表的字长为12（24），该显示系统所能显示的颜），该显示系统所能显示的颜色总数为色总数为4096（16777216）种，但是每屏最多能种，但是每屏最多能显示的颜色数目只有显示的颜色数目只有28256种。种。计计算机算机图图形形学学CRT 控制器控制器使电子束不断地自上而下、自左面右进行屏幕扫描，使电子束不断地自上而下、自左面右进行屏幕扫描，形成光栅（形成光栅（Raster），），产生水平和垂直同步信号送往产生水平和垂直同步信号送往CRT。CRT监视器监视器供显示图形用。供显示图形用。计计算机算机图图形形学学（2 2）光栅扫描显示器的工作原理）光栅扫描显示器的工作原理 图

37、形生成器根据图形生成器根据主机发送来的画主机发送来的画图命令转换成相图命令转换成相应点阵应点阵 点阵存入到显点阵存入到显示存储器中示存储器中 显示存储器显示存储器中生成所显中生成所显示画面位图示画面位图 CRT控制器产生水平控制器产生水平和垂直同步信号送到和垂直同步信号送到监视器，使监视器，使CRT电子电子束不断地自上而下、束不断地自上而下、自左向右进行扫描，自左向右进行扫描，形成光栅；形成光栅；同时根据电子束在屏同时根据电子束在屏幕上的行列位置，不幕上的行列位置，不断地读出显示存储器断地读出显示存储器中对应位置像素值。中对应位置像素值。彩色表中对应值控彩色表中对应值控制制R、G、B电子束，电

38、子束，在屏幕对应点生成在屏幕对应点生成需要像素值。需要像素值。为了使屏面显示画面不产生闪烁，上述过程要反复为了使屏面显示画面不产生闪烁，上述过程要反复进行，一般要求进行，一般要求CRT的帧频为的帧频为5060帧秒。帧秒。计计算机算机图图形形学学显示器的光栅扫描方式一般有两种显示器的光栅扫描方式一般有两种 消隐消隐 按照按照0，2，4，6的顺序扫描的顺序扫描完偶数行，开始扫描奇数行。完偶数行，开始扫描奇数行。按照按照1，3，5，7的顺序扫描的顺序扫描完奇数行，整个屏幕扫描完毕。完奇数行，整个屏幕扫描完毕。从从0行光栅（偶数行）开始，逐行行光栅（偶数行）开始，逐行下扫，直到屏幕底部下扫，直到屏幕底

39、部 隔行扫描、非隔行扫描隔行扫描、非隔行扫描扫描第扫描第0 0行行光栅光栅 消隐消隐 回扫线是回扫线是被消隐的被消隐的 计计算机算机图图形形学学（3 3）光栅扫描式显示器主要性能参数）光栅扫描式显示器主要性能参数 显示分辨率显示分辨率颜色或亮度等级数目颜色或亮度等级数目其他其他画图速度画图速度一般指屏幕上水平方向一般指屏幕上水平方向可以显示多少像素（水可以显示多少像素（水平分辨率），垂直方向平分辨率），垂直方向可以显示多少像素（垂可以显示多少像素（垂直分辨率）。直分辨率）。如如 CGA 6402001280000.12MP。(PPixel)亮亮度度等等级级或或灰灰度度等等级级数数目目是是指指单

40、单色色显显示示器器的的像像素素亮亮度度可可变变化化数数目目，彩彩色色显显示示器器颜颜色色数数目目又又分分成成两两个个指指标标：一一个个是是显显示示器器可可以以显显示示的的所所有有不不同同颜颜色色总总数数，一一个个是是同同一一帧帧面面允允许许显显示示的的不不同同颜颜色色最最大大数数目目，即即彩彩色色表项的多少。表项的多少。画图速度指的是图画图速度指的是图像生成器把基本画像生成器把基本画图命令转换成显示图命令转换成显示存储器位图的速度。存储器位图的速度。如屏幕尺寸刷新频如屏幕尺寸刷新频率、纵横比（屏幕率、纵横比（屏幕上纵向间距和横向上纵向间距和横向间距之比）、余辉间距之比）、余辉 时间等。时间等。

41、计计算机算机图图形形学学三三.显示配置显示配置 显示器显示器和和显示卡显示卡两方面内容两方面内容 显示器就是监视器显示器就是监视器（CRTCRT）显示器控制适配器，显示器控制适配器，它是将显示存储器、它是将显示存储器、CRT控制器制作在控制器制作在一块芯片上一块芯片上 从显示标准的角度来说，每一种标准都包含从显示标准的角度来说，每一种标准都包含有一种或多种显示模式，而每一种显示模式有一种或多种显示模式，而每一种显示模式都规定了模式的都规定了模式的“类型类型”、“字符尺寸字符尺寸”、“字符格式字符格式”、“屏幕分辨率屏幕分辨率”、“色彩色彩”等指标。等指标。两种显示模式类型，即图形模式和文本模式

42、。两种显示模式类型，即图形模式和文本模式。计计算机算机图图形形学学1.1.图形模式图形模式在图形模式下，把字符也看成图形，用点阵（位图）在图形模式下，把字符也看成图形，用点阵（位图）来表示，直接存放在显示存储器中。来表示，直接存放在显示存储器中。优点优点:字符的显示位置可以以像素为单位任意定位，也字符的显示位置可以以像素为单位任意定位，也可以随意改变单个字符的大小、方向或字符串走向，可以随意改变单个字符的大小、方向或字符串走向，但编辑修改操作比较麻烦。但编辑修改操作比较麻烦。2.2.文本模式文本模式显示存储器中存放的是字符编码（显示存储器中存放的是字符编码（ASCIIASCII码或汉字代码）码

43、或汉字代码）及属性（加亮、闪烁、下横线等），其字符点阵信息及属性（加亮、闪烁、下横线等），其字符点阵信息存放在一个只读存储器中（称为字符发生器或字库）。存放在一个只读存储器中（称为字符发生器或字库）。优点优点:处理速度快，但是字符是由固定区域内的像素所处理速度快，但是字符是由固定区域内的像素所组成。组成。计计算机算机图图形形学学屏幕、字符格式、字符尺寸与分辨率关系屏幕、字符格式、字符尺寸与分辨率关系 字符尺寸字符尺寸:是指这个固定字符区的是指这个固定字符区的大小，它是由行和列两个方向上像大小，它是由行和列两个方向上像素点的个数来决定的素点的个数来决定的 914每行每行 9 9个个像素点像素点每

44、列每列1414个个像素点像素点字符格式字符格式:是指显示屏幕上字符显示的是指显示屏幕上字符显示的分辨率，它是用每行可显示的字符数分辨率，它是用每行可显示的字符数乘每列可显示的字符数来表示的乘每列可显示的字符数来表示的 80258025每行可显示每行可显示8080个字符个字符每列可显示每列可显示2525个字符个字符,即有即有2525行行计计算机算机图图形形学学常见显示标准常见显示标准MDA(Monachronme Display Adapter)MDA(Monachronme Display Adapter)单色显示标准单色显示标准 “文本文本”模式模式“类型类型”，“字符格式字符格式”如如80

45、258025，“字符尺寸字符尺寸”为为914914，“屏幕分辨率屏幕分辨率”为为720350720350，彩色数目只有黑白两种；彩色数目只有黑白两种；CGACGA（Color Graphics AdapterColor Graphics Adapter）彩色图形标准彩色图形标准 包括四种包括四种“文本文本”模式模式“类型类型”和三种和三种“图形图形”模模式式“类型类型”，最高，最高“屏幕分辨率屏幕分辨率”为为 640200 640200，“色色彩数目彩数目”最多为最多为1616色；色；注意这里所指的注意这里所指的“色彩数目色彩数目”的含义的含义计计算机算机图图形形学学EGAEGAEGAEGA（

46、Enhanced Graphics AdapterEnhanced Graphics AdapterEnhanced Graphics AdapterEnhanced Graphics Adapter）增强型图形标准增强型图形标准增强型图形标准增强型图形标准 含有含有含有含有MDAMDAMDAMDA、CGACGACGACGA的模式的模式的模式的模式“类型类型类型类型”外，增加了四种外，增加了四种外，增加了四种外，增加了四种“文文文文本本本本”模式模式模式模式“类型类型类型类型”和四种和四种和四种和四种“图形图形图形图形”模式模式模式模式“类型类型类型类型”，其，其，其，其中一种为单色。它的最高

47、中一种为单色。它的最高中一种为单色。它的最高中一种为单色。它的最高“屏幕分辨率屏幕分辨率屏幕分辨率屏幕分辨率”为为为为640350“640350“640350“640350“色彩数目色彩数目色彩数目色彩数目”最多为最多为最多为最多为16161616色；色；色；色；VGAVGAVGAVGA（Video Graphics ArrayVideo Graphics ArrayVideo Graphics ArrayVideo Graphics Array）视频图形阵列标准视频图形阵列标准视频图形阵列标准视频图形阵列标准 最高最高最高最高“屏幕分辨率屏幕分辨率屏幕分辨率屏幕分辨率”为为为为6404806

48、40480640480640480，“色彩数目色彩数目色彩数目色彩数目”最最最最多可达多可达多可达多可达 256 256 256 256色。色。色。色。vv书上还列出其他显示标准，请自己看。书上还列出其他显示标准，请自己看。书上还列出其他显示标准，请自己看。书上还列出其他显示标准，请自己看。计计算机算机图图形形学学三三.其它显示器其它显示器 （LiquidCrystal Display）LCD 1.1.液晶显示器液晶显示器2.等离子显示器等离子显示器 3.电子发光显示器电子发光显示器（Plasma Display Panel）PDP 计计算机算机图图形形学学第二章第二章 计算机图形系统计算机图

49、形系统 2.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器计算机图形显示器2.3 计算机图形输入设备计算机图形输入设备2.4 计算机图形输出设备计算机图形输出设备2.5 图形核心系统（图形核心系统（GKS）简介简介 2.6 通用图形软件简介通用图形软件简介 2.3 计算机图形输入设备计计算机算机图图形形学学一一.键盘键盘 二二.鼠标鼠标 一一机械式鼠标器机械式鼠标器 二光电式鼠标器二光电式鼠标器 三光机式鼠标器三光机式鼠标器底部装有一对轴线相互底部装有一对轴线相互垂直的金属滚轮，当在垂直的金属滚轮，当在桌面上移动鼠标器时，桌面上移动鼠标器时，滚轮的转动转化成滚轮的转动转

50、化成x x，y y方向的数值被记录下来，方向的数值被记录下来，并相应地移动屏幕上的并相应地移动屏幕上的光标。光标。需要一个特殊的垫需要一个特殊的垫盘。鼠标底端的发盘。鼠标底端的发光二极管直接向垫光二极管直接向垫盘发射光束，通过盘发射光束，通过光脉冲次数测定鼠光脉冲次数测定鼠标偏移量。标偏移量。通过鼠标下三个通过鼠标下三个滚轴及光敏半导滚轴及光敏半导体元件测量位移，体元件测量位移，从而测出相对移从而测出相对移动偏移量动偏移量计计算机算机图图形形学学2 23 33 3 光笔光笔 一种检测装置一种检测装置 功能一般有两种：拾取和跟踪功能一般有两种：拾取和跟踪 使用时要有相应的软件配合。使用时要有相应