计算机图形学实验报告及代码.pdf

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1、第 1 章 概 述 一、教 学 目 标 通 过 本 章 的 学 习，使 学 生 能 够 了 解 计 算 机 图 形 学 的 基 本 概 念、研 究 内 容：当 前 的 发 展 概 况；本 门 课 程 的 特 点 和 应 用。二、教 学 要 求 1.了 解 计 算 机 图 形 学 的 概 念 和 研 究 内 容；2.了 解 本 门 课 程 的 发 展 概 况。三、教 学 内 容 提 要 1.计 算 机 图 形 学 的 研 究 内 容 2.计 算 机 图 形 学 发 展 概 况 3.计 算 机 图 形 学 特 点 和 应 用 4.计 算 机 图 形 学 当 前 研 究 的 课 题 5.计 算 机

2、图 形 生 成 和 输 出 的 流 水 线 四、教 学 重 点、难 点 及 解 决 方 法 本 章 将 主 要 围 绕 计 算 机 图 形 学 的 基 本 概 念 进 行 介 绍，介 绍 研 究 内 容；当 前 的 发 展 概 况；本 门 课 程 的 特 点 和 应 用 等 等。五、课 时 安 排 2 学 时 六、教 学 设 备 多 媒 体 七、检 测 教 学 目 标 实 现 程 度 的 具 体 措 施 和 要 求 通 过 课 堂 提 问 的 方 式 来 检 测 学 生 对 基 本 概 念 的 掌 握 程 度。八、教 学 内 容 1.1计 算 机 图 形 学 的 研 究 内 容 计 算 机 图

3、 形 学(Computer Graphics):研 究 通 过 计 算 机 将 数 据 转 换 为 图 形，并 在 专 用 显 示 设 备 上 显 示 的 原 理、方 法 和 技 术 的 学 科。计 算 机 图 形 表 现 形 式(1).线 条 式(线 框 架 图)用 线 段 来 表 现 图 形，容 易 反 映 客 观 实 体 的 内 部 结 构，如 各 类 工 程 技 术 中 结 构 图 的 表 示，机 械 设 计 中 零 件 结 构 图 及 电 路 设 计 中 的 电 路 原 理 图 等。具 有 面 模 型、色 彩、浓 淡 和 明 暗 层 次 效 应，适 合 表 现 客 观 实 体 的 外

4、 形 或 外 貌，如 汽 车、飞 机、轮 船 等 的 外 形 设 计 以 及 各 种 艺 术 品 造 型 设 计 等。.真 实 感 面 模 型 图 形 跑 车 靓 照 计 算 机 图 形 分 类(空 间)(1).二 维 图 形(2 D)：在 平 面 坐 标 系 中 定 义 的 图 形(2).三 维 图 形(3 D)：在 三 维 坐 标 系 中 定 义 的 图 形 计 算 机 图 形 产 生 方 法(1).矢 量 法(短 折 线 法)任 何 形 状 的 曲 线 都 用 许 多 首 尾 相 连 的 短 直 线(矢 量)逼 近。(2).描 点 法(像 素 点 串 接 法)每 一 曲 线 都 是 由

5、一 定 大 小 的 像 素 点 组 成 计 算 机 绘 图 方 式：(1)交 互 式 绘 图,允 许 操 作 者 以 某 种 方 式(对 话 方 式 或 命 令 方 式)来 控 制 和 操 纵 图 形 生 成 过 程，使 得 图 形 可 以 边 生 成、边 显 示、边 修 改，直 至 符 合 要 求 为 止。如 A U T O C A D 等(2)被 动 式 绘 图 图 形 在 生 成 过 程 中，操 作 者 无 法 对 图 形 进 行 操 作 和 控 制。如 C 语 言 绘 图 图 形 的 操 作 与 处 理 方 法(Picture Manipulation)如 图 形 的 开 窗、裁 剪、

6、平 移、旋 转、放 大、缩 小、投 影 等 各 种 几 何 变 换 操 作 的 方 法 及 其软 件 或 硬 件 实 现 技 术。图 形 信 息 的 存 储，检 索 与 交 换 技 术：如 图 形 信 息 的 各 种 表 示 方 法、组 织 形 式、存 取 技 术、图 形 数 据 库 的 管 理、图 形 信 息 通 信 等。人 机 交 互 及 用 户 接 口 技 术：如 新 型 定 位 设 备、选 择 设 备 的 研 究；各 种 交 互 技 术，如 构 造 技 术、命 令 技 术、选 择 技 术、响 应 技 术 等 的 研 究，以 及 用 户 模 型、命 令 语 言、反 馈 方 法、窗 口 系

7、 统 等 用 户 接 口 技 术 的 研 究。1.2 计 算 机 图 形 学 发 展 概 况 1962年 美 国 麻 省 理 工 学 院 林 肯 实 验 室 的 Ivan E Suthland,首 先 提 出 了“计 算 机 图 形 学”(Computer G raphics)这 一 术 语，引 入 了 分 层 存 储 符 号 的 数 据 结 构，开 发 出 了 交 互 技 术；可 用 键 盘 和 光 笔 实 现 定 位、选 项 和 绘 图。奠 定 了 计 算 机 图 形 学 基 础。6 0 年 代 中 期 美 国、英 国、法 国 的 一 些 汽 车、飞 机 制 造 业 大 公 司 对 计 算

8、 机 图 形 学 开 展 大 规 模 研 究。6 0年 代 后 期 出 现 了 存 储 管 式 显 示 器，可 以 进 行 简 单 交 互。1.3 计 算 机 图 形 学 特 点 和 应 用 特 点：1.计 算 机 产 生 的 图 形 有 规 律、光 滑。它 是 按 数 学 方 法 产 生 的，规 矩 整 齐，有 着 像 数 学 一 样 的 严 格 性。2.计 算 机 产 生 的 图 形 纯 净 美 观、无 噪 声 干 扰。3.通 过 计 算 机 产 生 的 图 形 不 仅 能 描 绘 客 观 世 界 的 各 种 对 象，也 能 描 绘 纯 粹 是 想 像 的 主 观 世 界 中 的 各 种

9、对 象。4.交 互 式 计 算 机 图 形 显 示 可 由 用 户 控 制，产 生 的 图 形 可 修 改 性 强，且 速 度 快、差 错 少。应 用 领 域：1.计 算 机 辅 助 设 计(CAD)和 计 算 机 辅 助 制 造(CAM)计 算 机 图 形 学 被 用 来 进 行 土 建 工 程、机 械 结 构 和 产 品 的 设 计，包 括 设 计 飞 机、汽 车、船 舶 的 外 形 和 发 电 厂、化 工 厂 等 的 布 局，也 能 够 对 电 子 线 路 或 电 子 器 件 进 行 设 计。2.事 务 管 理 中 交 互 式 绘 图 绘 制 事 务 管 理 中 的 各 种 图 形，如

10、统 计 数 据 的 二 维 及 三 维 图 形、直 方 图、线 条 图、表 示 百 分 比 的 扇 形 图 等 等，还 可 绘 制 工 作 进 程 图，库 存 和 生 产 进 程 图 以 及 大 量 的 其 他 图 形。所 有 这 些 都 以 简 明 的 形 式 呈 现 出 数 据 的 模 型 和 趋 势 以 增 加 对 复 杂 现 象 的 理 解 并 促 进 决 策 的 制 定。3.地 理 信 息 系 统(GIS)地 理 信 息 系 统 是 建 立 在 地 理 图 形 基 础 上 的 信 息 管 理 系 统，是 图 形 技 术、数 据 库 技 术 以 及 管 理 信 息 的 结 合。4.办

11、公 自 动 化 和 电 子 出 版 技 术 图 形 显 示 技 术 在 办 公 自 动 化 和 事 务 处 理 中 的 使 用，有 助 于 数 据 及 其 相 互 关 系 的 有 效 表 达，因 而 有 利 于 人 们 进 行 正 确 的 决 策。利 用 交 互 式 图 形 显 示 技 术 的 支 持 可 以 进 行 资 料、文 稿、书 刊、手 册 的 编 写、修 改。制 图、制 表、分 页、排 版。5.计 算 机 辅 助 教 学(CAI)计 算 机 辅 助 教 学 系 统 利 用 图 形 显 示 设 备 或 电 视 终 端，可 以 有 声 有 色 生 动 地 演 示 物 理、化 学、生 物、

12、外 语 等 教 学 内 容，让 学 生(用 户)使 用 人 机 交 互 手 段，进 行 学 习 和 研 究，绘 图 或 仿 真 操 作，使 整 个 教 学 过 程 直 观 形 象，有 利 于 加 深 理 解 所 学 知 识。6.过 程 控 制 在 过 程 控 制 中，常 常 将 计 算 机 与 现 实 世 界 中 的 其 他 设 备 连 成 一 个 系 统。计 算 机 图 形 显 示 设 备 常 用 来 显 示 系 统 中 关 键 部 位 的 状 态，如 炼 油 厂、发 电 厂 的 状 态 显 示 器 可 显 示 出 由 传 感 器 送 来 的 压 力、温 度、电 压、电 流 等 数 据，从

13、而 使 操 作 人 员 可 对 异 常 情 况 作 出 反 应。1.4 计 算 机 图 形 学 当 前 研 究 的 课 题 1.造 型 技 术 研 究 的 是 如 何 在 计 算 机 中 构 造 出 二 维、三 维 物 件 模 型 的 基 本 方 法 和 手 段。2.三 维 信 息 重 建 技 术 研 究 一 些 算 法，使 得 计 算 机 图 形 系 统 能 自 动 地 将 三 视 图 转 换 成 相 应 的 立 体 图。3.图 形 数 据 库 研 究 如 何 以 基 本 的 图 形 为 数 据 项 而 建 立 起 一 个 能 快 速 查 找 各 个 图 形 的 图 形 库。4.动 态 绘

14、图 在 交 互 式 绘 图 中，不 仅 可 以 在 屏 幕 上 对 图 形 进 行 修 改、删 除、编 辑 等，还 可 以 进 行 动 态 分 析。5.CG、CAD、CAM 三 者 一 体 化 计 算 机 图 形 学（CG）、计 算 机 辅 助 设 计（CAD）和 计 算 机 辅 助 制 造（CAM）有 机 结 合 在 一 起，形 成 所 谓 一 体 化 软 件。6.应 用 软 件 开 发 环 境 的 通 用 化 和 标 准 化 用 户 界 面 管 理 系 统 UIMS、窗 口 管 理 系 统、网 络 文 件 格 式 等，并 使 之 通 用 化 和 标 准 化。7.虚 拟 现 实 环 境 的

15、生 成（Virtual Reality简 称 VR）利 用 计 算 机 生 成 一 种 模 拟 环 境（如 飞 机 驾 驶 舱、操 作 现 场 等），通 过 多 种 传 感、设 备 使 用 户“投 入”到 该 环 境 中，实 现 用 户 与 该 环 境 直 接 进 行 自 然 交 互 的 技 术。8.科 学 计 算 可 视 化 通 过 对 空 间 数 据 场 构 造 中 间 几 何 图 素 或 用 图 形 绘 制 技 术 在 屏 幕 上 产 生 二 维 图 像。1.5计 算 机 图 形 学 生 成 和 输 出 的 流 水 线 再 淡 矢 量 法 和 描 点 法 矢 量 法-向 量 图 形-简

16、单 图 形-计 算 机 绘 图 命 令-向 量 图 描 点 法-点 阵 图 形-复 杂 图 形-文 件 存 储 大 小-位 图 比 较：儿 条 自 由 曲 线 构 成 的 图 形 和 幅 有 炫 彩 动 物 的 卡 通 图 形（1）点 阵 图 形 点 的 信 息；（2）向 量 图 形 的 尺 寸 变 化：九、作 业 课 后 习 题 十、本 章 小 结 在 本 章 中，对 计 算 机 图 形 学 的 基 本 概 念 和 研 究 内 容 进 行 了 概 述，对 发 展 概 况 和 应 用 领 域 进 行 了 说 明。第 2 章 计 算 机 图 形 系 统 一、教 学 目 标 通 过 对 本 章 的

17、 学 习，要 求 熟 悉 计 算 机 图 形 系 统 的 组 成/各 种 图 形 显 示 器、图 形 输 入/输 出 设 备。二、教 学 要 求 1、了 解 计 算 机 图 形 系 统 的 组 成；2、了 解 计 算 机 图 形 输 入/输 出 设 备 的 种 类。三、教 学 内 容 提 要 1.计 算 机 图 形 系 统 的 组 成 2.计 算 机 图 形 显 示 器 3.计 算 机 图 形 输 入 设 备 计 算 机 图 形 输 出 设 备 4.图 形 核 心 系 统（GKS）简 介 5.通 用 图 形 软 件 简 介 四、教 学 重 点、难 点 及 解 决 方 法 重 点 是 熟 悉 计

18、 算 机 图 形 系 统 的 组 成/各 种 图 形 显 示 器、图 形 输 入/输 出 设 备。五、课 时 安 排 4 学 时 六、教 学 设 备 课 堂 教 学 七、检 测 教 学 目 标 实 现 程 度 的 具 体 措 施 和 要 求 通 过 课 堂 提 问 的 方 式 来 检 测 学 生 对 基 本 概 念 的 掌 握 程 度。八、教 学 内 容 2.1计 算 机 图 形 系 统 的 组 成 图 形 系 统 的 结 构 由 硬 件 和 软 件 两 部 分 组 成。二.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

19、下 五 个 方 面 基 本 功 能：1.计 算 功 能（1）形 体 设 计 和 分 析 方 法 的 程 序 库，描 述 形 体 的 图 形 数 据 库。（2）坐 标 的 平 移、旋 转、投 影、透 视 等 几 何 变 换 程 序 库 的 数 据 库。（3）曲 线、曲 面 生 成 和 图 形 相 互 关 系 的 检 测 库。2.存 储 功 能 在 计 算 机 内 存 储 器 和 外 存 储 器 中，应 能 存 放 各 种 形 体 的 儿 何 数 据 及 形 体 之 间 相 互 关 系，可 实 现 对 有 关 数 据 的 实 时 检 索 以 及 保 存 对 图 形 的 删 除、增 加、修 改 等

20、信 息。3.输 入 功 能 由 图 形 输 入 设 备 将 所 设 计 的 图 形 形 体 的 几 何 参 数（例 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 图 形 系 统 应 有 文 字、图 形、图 像 信 息 输 出 功 能。在 显 示 屏 幕 上 显 示 设 计 过 程 当 前 的 状 态 以 及 经 过 图 形 编 辑 后 的 结 果。同 时 还 能 通 过 绘 图 仪、打 印 机 等 设 备 实 现 硬 拷 贝 输 出，以 便 长 期 保 存。5.对 话 功 能 可 通 过 显 示 器 或 其 他 人 一 机 交 互 设

21、备 直 接 进 行 人 一 机 通 信，对 计 算 结 果 和 图 形，利 用 定 位、拾 取 等 手 段 进 行 修 改，同 时 对 设 计 者 或 操 作 员 执 行 的 错 误 给 予 必 要 的 提 示 和 帮 助。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 图 形 系 统 的 处 理 速 度 既 与 图 形 系 统 硬 件 有 关，也 与 图 形 软 件 的 图 形 处 理 算 法 有 关。2.存 储 容 量 存 储 容 量 包 括 三 部 分：内 存 储 容 量、显 存、外 部 存 储 容 量 和 显 示 缓 冲 区 容

22、量。3.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 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。三.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 根 据 其 硬 件 配 置 和 信 息 传 递 方 式 分 为：(1)脱 机 绘 图 系 统 将 输 入 图 形 数 据 在 主 机 内 进 行 处 理 将 图 形 处 理 后 的 图 形 数 据 送 入 中 间 介 质，用

23、磁 盘 或 磁 带 控 制 绘 图 输 出 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，避 免 计 算 机 处 于 等 待 状 态，加 快 计 算 机 的 工 作 效 率。(2)联 机 绘 图 系 统 将 输 入 图 形 数 据 在 主 机 内 进 行 处 理 计 算 机 将 图 形 处 理 信 息 直 接 送 给 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 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

24、 机 等 待，降 低 了 计 算 机 工 作 效 率。(3)交 互 式 绘 图 系 统 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 所 显 示 图 形 还 可 用 定 位、拾 取 和 描 绘 等 设 备 进 行 编 辑 和 标 注 等。2.计 算 机 图 形 系 统 的 硬 件 工 作 平 台 目 前，计 算 机 图 形 系 统 的 硬 件 平 台 有 如 下 几 种：(1).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 现 三 维 形 体 的

25、设 计 及 显 示 能 力 在 不 断 提 高。.工 作 站 实 际 上 是 一 类 超 级 微 型 计 算 机，该 系 统 主 要 用 于 工 程 设 计，为 研 究、开 发 提 供 一 整 套 软 硬 件 工 作 环 境 支 持。工 作 站 是 具 有 高 速 的 科 学 计 算、丰 富 的 图 形 处 理、灵 活 的 窗 口 及 网 络 管 理 功 能 的 交 互 式 计 算 机 系 统。美 国 的 SUN、SGL HP、DEC.IB M 等 公 司 均 生 产 此 类 产 品。(3).中、小 型 计 算 机 一 般 在 特 定 的 部 门、单 位 和 应 用 领 域 中 采 用 此 类

26、 环 境。它 是 大 型 信 息 系 统 建 立 的 重 要 环 境，这 种 环 境 中 信 息 和 数 据 的 处 理 量 是 很 大 的，要 求 机 器 有 极 高 的 处 理 速 度 和 极 大 的 存 储 容 量。(4).大 型 机 以 大 型 计 算 机 为 基 础，具 有 容 量 庞 大 的 存 储 器 和 极 强 的 计 算 功 能，大 量 的 显 示 终 端 及 高 精 度、大 幅 面 的 硬 拷 贝 设 备。还 往 往 拥 有 自 行 开 发 的、功 能 齐 全 的 应 用 软 件 系 统。例 如，美 国 第 三 大 汽 车 公 司(CHRYSLER汽 车 公 司)就 拥 有

27、 庞 大 的 计 算 机 系 统 来 进 行 计 算 机 辅 助 设 计、实 体 造 型、结 构 分 析、运 动 模 拟、工 程 和 科 学 计 算、项 目 管 理、生 产 过 程 控 制 等。(5).计 算 机 网 络 计 算 机 网 络 是 指 将 上 述 四 类 计 算 机 平 台，或 者 其 中 某 一 类 通 过 某 种 互 联 技 术 彼 此 连 接，按 照 某 种 通 信 协 议 进 行 数 据 传 输、数 据 共 享、数 据 处 理 的 多 机 工 作 环 境。它 的 特 点 是 多 种 计 算 机 相 连，可 以 充 分 发 挥 各 个 机 器 的 性 能 和 特 点，以 达

28、 到 很 高 的 性 能 价 格 比。网 络 图 形 系 统 要 考 虑 的 关 键 问 题 是 网 络 服 务 器 的 性 能，图 形 数 据 的 通 信、传 输、共 享 以 及 图 形 资 源 的 利 用 问 题。2.2 计 算 机 图 形 显 示 器 1.CRT单 色 显 示 原 理 电 子 枪 灯 丝 加 热 阴 极，阴 极 表 面 向 外 发 射 自 由 电 子，控 制 栅 控 制 自 由 电 子 是 否 向 荧 光 屏 发 出，电 子 流 在 到 达 屏 幕 的 途 中，被 加 速、聚 焦 成 很 窄 的 电 子 束，由 偏 转 系 统 产 生 电 子 束 的 偏 转 电 场(或

29、磁 场)，使 电 子 束 左 右、上 下 偏 转，在 指 定 时 刻 在 屏 幕 指 定 位 置 上 产 生 亮 点。余 辉 时 间：电 子 束 离 开 光 点 后 光 点 保 持 的 时 间。屏 幕 刷 新：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 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 迅 速 回 到 同 一 点。要 保 持 一 幅 画 面 的 稳 定 性，若 余 辉 时 间 越 短，则 所 需 的 屏

30、 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。荧 光 粉 的 质 量 直 接 影 响 到 CRT成 像 效 果。电 视（刷 新 率 低，与 其 电 路 相 关）由 于 影 片 播 放 时 画 面 经 常 切 换，一 般 采 用 短 余 辉 的 荧 光 粉。若 采 用 长 余 辉 的 荧 光 粉，则 会 使 上 一 帧 图 像 余 辉 保 留 时 间 过 长 而 出 现 拖 尾 和 花 屏（马 赛 克）现 象 电 脑（刷 新 率 高）由 于 电 脑 画 面 一 般 较 为 稳 定，同 一 帧 画 面 停 留 时 间 较 长，所 以 采 用

31、与 电 视 相 比 较 长 余 辉 的 荧 光 粉。如 果 一 帧 电 脑 画 面 停 留 时 间 很 长，那 么 需 要 保 证 一 定 的 刷 新 频 率 才 能 使 该 画 面 不 闪 烁 不 变 喑 什 么 是 灰 度？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。纯 黑（用 0表 示），纯 白（用 15表 示）假 设 总 共 有 16种 灰 度 也 就 是 16种 亮 度 随 箭 头 越 来 越 亮 那 么 在 彩 色 变 换 中 同 样 有 灰 度 的 概 念，

32、例 如 R、G、B三 种 原 色，每 种 原 色 都 有 一 个 灰 度 值。若 一 种 原 色 有 16种 灰 度，那 么 该 原 色 要 占 4位，256种 灰 度，那 么 该 原 色 要 占 8位 R、G、B三 种 原 色 若 各 有 4位，则 总 共 可 显 示 的 彩 色 数 目 为 212种，也 即 是 16X 16X 16种 两 点 提 示：（1）彩 色 图 片 的 色 彩 变 换 也 叫 灰 度 变 换 或 者 色 阶 变 换，R、G、B三 种 原 色 按 任 何 比 例 增 强 再 混 合。（2）在 ACDSee或 PhotoShop等 图 片 工 具 栏 中 选 择 灰 度

33、 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。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 象 我 们 称 之 为“多 级 灰 度”。多 级 灰 度 提 高 加 速 电 压 后，电 子 束 速 度 增 加，穿 透 绿 色 荧 光 层，显 示 绿 色。电 子 束 速 度 较 低 时，轰 击 荧 光 屏 的 能 量 只 能 使 表 层 红 色 荧 光 粉 受 激 励，产 生 红 色 亮 点 通 过 改

34、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 成 不 同 的 颜 色，因 此，可 显 示 红、橙、黄、绿 四 种 颜 色。（2）.荫 罩 式 彩 色 CRT显 示 的 色 彩 要 比 穿 透 式 彩 色 C R T宽 广 得 多。在 荧 光 屏 内 壁 上 分 别 由 红（R）、绿（G）、蓝（B）三 种 颜 色 的 荧 光 粉 涂 成 百 万 个 荧 光 粉 点，按 RGB顺 序 分 行 交 替 排 列 成 三 角 形 状 且 相 距 很 近 它 们 发 出 三 种 色 彩 时 分 辨 不

35、 清 三 种 原 色，而 形 成 一 种 颜 色 荫 罩 的 金 属 板，板 上 按 三 角 形 状 钻 有 40 5 0万 小 圆 孔。前 罩 式 CRT管 内 按 三 角 形 排 列 安 装 三 个 电 子 枪，发 射 三 条 电 子 束，它 们 由 一 个 共 同 偏 转 系 统 控 制 三 条 电 子 束 聚 焦 于 荫 罩 板 上 的 小 孔 中 且 相 距 很 近。荫 罩 的 作 用 是 使 三 条 电 子 束 分 离 开 来，分 别 轰 击 到 三 种 颜 色 的 荧 光 点 上，调 节 各 个 电 子 枪 的 电 流 强 度，就 可 改 变 相 应 颜 色 荧 光 点 的 亮

36、度，即 合 成 色 中 所 占 比 例，达 到 改 变 成 色 的 色 彩 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 种：随 机 扫 描 式 显 示 系 统、存 储 管 式 显 示 系 统 和 光 栅 扫 描 式 显 示 系 统。技 术 指 标：分 辨 率 的 高 低：现 在 一 般 在 1024X 1024以 上 显 示 图 形 的 颜 色 的 种 数：现 在 一 般 为 真 彩 色 3 2位1.随 机 扫 描 式 显 示 系 统 要 显 示 的 图 形 由 计 算 机 处 理 成 为 显 示 器 的 显 示

37、指 令（或 称 显 示 文 件）。图 形 控 制 器 取 出 缓 冲 存 储 器 或 固 定 存 储 器 中 的 显 示 指 令，依 次 执 行。由 管 头 控 制 电 路 使 电 子 束 以 按 所 要 的 亮 度 偏 转 到 指 定 位 置，从 而 得 到 图 形。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、位 移 量 等 数 字 信 息 经 过 线 产 生 器 的 处 理 转 换 为 控 制 电 子 束 产 生 偏 转 和 明 暗 的 物 理 量，也 就 是 电 流 利 电 压。固 定 存 储 器 中 则 存 放 各 种 常 用 字

38、 符、数 字 等 的 显 示 指 令，显 示 指 令 经 接 口 电 路 送 到 显 示 器 的 缓 冲 存 储 器。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 每 秒 重 复 扫 描 25 5 0次，即 每 秒 25 5 0帧 左 右 优 点：能 实 时 地 进 行 数 字 一 视 频 转 换，实 现 动 态 显 示，易 于 修 改，交 互 性 好 扫 描 速 度 快，线 条 质 量 高，图 形 清 晰，图 线 光 滑。缺 点：不 福 产 生 多 级 灰 度 的 真 实 感 显 示，图 形 的 复 杂 程 度 受

39、显 示 器 扫 描 速 度 的 限 制 价 格 贵，目 前 很 少 使 用。2.存 储 管 式 显 示 系 统 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）优 点：图 形 保 持 时 间 长，比 较 稳 定。电 路 结 构 简 单，成 本 低。缺 点：显 示 画 面 速 度 慢，不 适 宜 动 态 修 改，交 互 性 差。图 形 复 杂 度 受 到 限 制。3.光 栅 扫 描 式 显 示 系 统 随 机 扫 描 式 显 示 器、存 储 管 式 显 示 器：画 线 设 备，在 屏 幕 上 显

40、示 一 条 直 线 是 从 屏 幕 上 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：画 点 设 备，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 颜 色，色 彩 连 续 变 化 具 有 真 实 感 的 图 形。（1）光 栅 扫 描 式 显 示 系 统 组 成 把 计 算 机 送 来 的 图 形（如 画 线、画 多 边 形、画 填 充 区 域 或 写 字 符 等）基 本 画 图 命 令 扫 描 转 换 成 为 相 应 的 点 阵，即 位 图

41、（bitmap）点 阵 的 每 一 点 与 屏 幕 像 素 一 一 对 应，点 阵 中 每 个 元 素 就 是 像 素 值，通 常 用 1 12位 二 进 制 数 值 来 表 示 灰 度 或 色 彩。位 映 射（bit mapping）技 术：由 若 干 位 数 据 来 对 应 屏 幕 上 一 点 的 光 栅 图 形 显 示 技 术 将 屏 幕 显 示 图 形 的 映 像（Image）,即 位 图 放 入 显 示 存 储 器 中。所 以 显 示 存 储 器 又 叫 位 存 储 器，通 常 称 之 为 帧 缓 冲 器（Frame Buffer）为 了 使 CRT屏 幕 上 的 图 形 能 持 续

42、 地 进 行 显 示，显 示 存 储 器 的 内 容 需 要 不 断 地 读 出 并 送 到 监 视 器，使 得 画 面 能 以 一 定 的 频 率 刷 新。显 示 存 储 器 的 分 页 处 理: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 幕 当 前 正 在 显 示 的 页 称 为 可 见 页（Visual Page）.主 机 每 次 只 能 向-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

43、 大 得 多，这 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 中 的 整 个 画 面。（1）光 栅 扫 描 式 显 示 器 组 成 用 来 定 义 像 素 的 颜 色。又 称 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 的 颜 色，例 如：显 示 器 要 控 制 三 种 原 色，即 R（红）、G（绿）、B（蓝），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

44、，如 果 每 个 像 素 各 个 原 色 要 16种 灰 度，于 是 每 个 原 色 要 占 4 位，则 每 个 像 素 要 12位，于 是 显 示 存 储 器 容 量 就 要 很 大，彩 色 表 可 解 决 此 问 题。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 是 颜 色 的 一 个 索 引（ColorIndex）,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 从 彩 色 表 对 应 地 址 项 中 读 出 R、G、B

45、三 种 颜 色 分 量（即 颜 色 号 的 定 义 值）然 后 送 监 视 器 例 如：彩 色 表 的 字 长 为 12bit（R、G、B 各 4bit）,这 意 味 着 最 多 可 定 义 212=4096种 不 同 颜 色 彩 色 表 结 构 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 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 8位，那 么 彩 色 表 的 地 址=彩 色 素 数 目=一 屏 能 显 示 的 颜

46、 色 数=256像 素 值 的 位 长 与 彩 色 表 的 字 长（也 即 是 R/G/B三 种 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 16（256）种 灰 度，那 么 彩 色 表 的 字 长 为 12（24）,该 显 示 系 统 所 能 显 示 的 颜 色 总 数 为 4096（16777216）种，但 是 每 屏 最 多 能 显 示 的 颜 色 数 目 只 有 28=256 种。C R T控 制 器 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（Raster）,产 生

47、水 平 和 垂 直 步 信 号 送 往 CRT。2.3计 算 机 图 形 输 入/输 出 设 备 键 盘 鼠 标 机 械 式 鼠 标 器.光 电 式 鼠 标 器 三.光 机 式 鼠 标 器 一 种 检 测 装 置 功 能 一 般 有 两 种：拾 取 和 跟 踪 使 用 时 要 有 相 应 的 软 件 配 合。数 字 化 仪 数 字 化 仪 时 常 用 来 摘 取 放 在 它 上 面 的 工 程 图 上 的 大 量 点，经 数 字 化 后 存 储 起 来，以 此 作 为 图 形 输 入 一 种 手 段。工 作 原 理：数 字 化 仪 平 板 实 际 上 就 是 一 个 X Y直 角 坐 标 系，

48、它 上 面 的 任 何 一 点 都 对 应 于 个 坐 标 值（x,y）,当 游 标 器 移 动 到 平 板 上 某 一 位 置 时，按 一 下 游 标 器 上 的 开 关，便 可 获 得 这 一 位 置 的 坐 标 值，并 自 动 地 把 这 个 坐 标 值（x,y）送 到 计 算 机 内。只 要 将 画 有 此 曲 线 的 图 纸 贴 在 数 字 化 仪 的 平 板 匕 并 移 动 游 标 器 到 各 个 点 A i（i=l,2,“，每 次 按 下 游 标 器 上 的 开 关，便 把 这 些 点 的 坐 标（x i,y i）自 动 地 送 到 计 算 机 内 图 形 输 入 板 则 更 多

49、 用 于 交 互 设 计，使 用 时 大 多 划 出 一 个 台 板 图 形 区，其 余 部 分 放 置 菜 单，称 为 菜 单 区。图 形 区 菜 单 区 分 板 图 形 区 与 显 示 屏 之 间 存 在 着 种 映 射 关 系 图 形 输 入 板 的 使 用 方 式 有 三 种：（1）图 形 变 成 数 字 化 信 息。（2）拾 取 台 板 菜 单 区 中 的 菜 单 项，即 取 出 拾 取 点 的 坐 标，算 出 该 菜 单 项 的 代 码 并 转 入 相 应 程 序 运 行。（3）选 择 输 出 坐 标 数 据 的 方 式，共 有 四 种 方 式。第 一 种 为 点 方 式，即 先

50、拾 取 个 点，接 着 输 出 该 点 的 坐 标；第 二 种 称 连 续 方 式，即 随 着 定 位 工 具 的 移 动，连 续 输 出 点 的 坐 标；第 三 种 称 开 关 连 续 方 式，即 当 定 位 工 具 移 动 且 同 时 按 下 开 关 时 才 能 连 续 输 出 点 的 坐 标；第 四 种 称 增 量 方 式，这 时 拾 取 点 的 坐 标 以 相 对 于 上 次 拾 取 点 的 增 量 坐 标 形 式 输 出。以 上 四 种 方 式 可 通 过 选 择 图 形 输 入 板 上 的 有 关 按 钮 来 决 定。图 形 扫 描 仪 直 接 把 图 形（工 程 图 纸）和 图