計(jì)算機(jī)圖形學(xué)cs1-20141

1、1第一章第一章 導(dǎo)論導(dǎo)論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的定義計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的定義計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的提出者計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的提出者圖形顯示器的工作原理圖形顯示器的工作原理本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：2本章內(nèi)容本章內(nèi)容l1.1 1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域l1.2 1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念l1.31.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科l1.41.4 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展l1.51.5 圖形顯示器的發(fā)展及其工作原理圖形顯示器的發(fā)展及其工作原理l1.6 1.6 圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成l1

2、.71.7 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的最新技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的最新技術(shù)l1.81.8 本章小結(jié)本章小結(jié)31.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域lCGCG： 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer GraphicsComputer Graphics）。利用計(jì)）。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行視覺設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的領(lǐng)域統(tǒng)稱算機(jī)技術(shù)進(jìn)行視覺設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的領(lǐng)域統(tǒng)稱CGCG。l計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展水平代表一個(gè)國家計(jì)算機(jī)工業(yè)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展水平代表一個(gè)國家計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展水平。發(fā)展水平。l計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與電視技術(shù)、圖形圖像處計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與電視技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)相互融合的結(jié)果。理技術(shù)相互融合的結(jié)

3、果。l近年來，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)在科學(xué)、藝術(shù)、電影、商近年來，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)在科學(xué)、藝術(shù)、電影、商業(yè)、廣告、教學(xué)和培訓(xùn)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。業(yè)、廣告、教學(xué)和培訓(xùn)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。4l1.1.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD/CAM)l1.1.2 計(jì)算機(jī)藝術(shù)（計(jì)算機(jī)藝術(shù)（CA）l1.1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)（虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）l1.1.4 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）51.1.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD/CAM) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（和計(jì)算機(jī)輔助制造（Comput

4、er Aided Manufacture，CAM）是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)最早最早應(yīng)用的領(lǐng)域，也是當(dāng)前計(jì)算應(yīng)用的領(lǐng)域，也是當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)機(jī)圖形學(xué)最成熟最成熟的應(yīng)用領(lǐng)域，典型的代表產(chǎn)品為的應(yīng)用領(lǐng)域，典型的代表產(chǎn)品為AutoCAD系統(tǒng)軟件。現(xiàn)在建筑、機(jī)械、飛機(jī)、汽車、輪系統(tǒng)軟件?，F(xiàn)在建筑、機(jī)械、飛機(jī)、汽車、輪船、電子器件等產(chǎn)品的開發(fā)幾乎都使用船、電子器件等產(chǎn)品的開發(fā)幾乎都使用AutoCAD進(jìn)行設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)。6AutoCAD 提供了多窗提供了多窗口環(huán)境，不口環(huán)境，不同的窗口用同的窗口用于顯示不同于顯示不同的視圖。的視圖。 圖圖1-1 1-1 旋耕刀輥設(shè)計(jì)圖旋耕刀輥設(shè)計(jì)圖7奧迪的效果圖和線框

5、圖奧迪的效果圖和線框圖8用用AutoCAD軟件制作三維實(shí)體模型軟件制作三維實(shí)體模型(學(xué)學(xué)生作品生作品)9用用AutoCAD軟件制作三維實(shí)體模型軟件制作三維實(shí)體模型103DS MAXl另外一個(gè)常用的設(shè)計(jì)軟件是另外一個(gè)常用的設(shè)計(jì)軟件是3DS MAX。侏羅紀(jì)侏羅紀(jì)公園公園、玩具總動(dòng)員玩具總動(dòng)員等影片均是典型的等影片均是典型的3DS技術(shù)產(chǎn)品。技術(shù)產(chǎn)品。lAutoCAD對二維圖形和三維實(shí)體有強(qiáng)大的創(chuàng)建和對二維圖形和三維實(shí)體有強(qiáng)大的創(chuàng)建和修改能力。修改能力。l較之較之3DS MAX，它精于二維圖形的創(chuàng)建和修改，它精于二維圖形的創(chuàng)建和修改，而三維實(shí)體的創(chuàng)建及修改和渲染能力不如而三維實(shí)體的創(chuàng)建及修改和渲染能力

6、不如3DS MAX強(qiáng)大。強(qiáng)大。l故在模型制作過程中，通常用故在模型制作過程中，通常用AutoCAD完成圖紙完成圖紙的繪制，再輸入的繪制，再輸入3DSMAX中進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建，中進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建，從而達(dá)到快速、準(zhǔn)確的目的。從而達(dá)到快速、準(zhǔn)確的目的。 11辦公室效果圖辦公室效果圖12學(xué)生宿舍學(xué)生宿舍13家裝家裝14臥室臥室151.1.2 計(jì)算機(jī)藝術(shù)（計(jì)算機(jī)藝術(shù)（CA） 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)廣泛應(yīng)用于美術(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)廣泛應(yīng)用于美術(shù)設(shè)計(jì)中，稱為計(jì)算機(jī)藝術(shù)（中，稱為計(jì)算機(jī)藝術(shù)（Computer Art，CA），），動(dòng)畫設(shè)計(jì)動(dòng)畫設(shè)計(jì)是其典型代表。目前是其典型代表。目前,計(jì)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫已經(jīng)廣泛應(yīng)用于影視特技、

7、商算機(jī)動(dòng)畫已經(jīng)廣泛應(yīng)用于影視特技、商業(yè)廣告、游戲等領(lǐng)域。業(yè)廣告、游戲等領(lǐng)域。16 許多商業(yè)廣告中還用到變形許多商業(yè)廣告中還用到變形（Morph）的圖形處理方法，可以將一）的圖形處理方法，可以將一個(gè)人的臉變成另一個(gè)人的臉。個(gè)人的臉變成另一個(gè)人的臉。 變形軟件截圖變形軟件截圖17 作者的變臉作者的變臉18192021分形藝術(shù)分形藝術(shù)l分形幾何學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合的一門邊緣學(xué)分形幾何學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科?？啤分形分形通過通過遞歸遞歸實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖形結(jié)構(gòu)，主要用于描實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖形結(jié)構(gòu)，主要用于描述述歐幾里德幾何學(xué)歐幾里德幾何學(xué)無法描述的自然世界，諸如：無法描述的自然世界，諸如：起伏蜿

8、蜒的山脈、坑坑洼洼的地面、曲曲折折的起伏蜿蜒的山脈、坑坑洼洼的地面、曲曲折折的海岸線、層層分叉的樹枝、撕裂夜空的閃電、閃海岸線、層層分叉的樹枝、撕裂夜空的閃電、閃爍跳躍的火焰、以及金屬和非金屬材料的斷面、爍跳躍的火焰、以及金屬和非金屬材料的斷面、生物的大分子結(jié)構(gòu)等等。生物的大分子結(jié)構(gòu)等等。 221.1.2 - 分形藝術(shù)舉例分形藝術(shù)舉例l謝爾賓斯基（謝爾賓斯基（Sierpinski）海綿的生成原）海綿的生成原理為：將一個(gè)立方體沿其各個(gè)面等分為理為：將一個(gè)立方體沿其各個(gè)面等分為27個(gè)小立方體，舍棄位于立方體面心的六個(gè)個(gè)小立方體，舍棄位于立方體面心的六個(gè)小立方體，以及位于體心的一個(gè)小立方體。小立方體

9、，以及位于體心的一個(gè)小立方體。對余下的對余下的20個(gè)立方體按相同的方法逐步遞個(gè)立方體按相同的方法逐步遞歸歸 .23謝爾賓斯基海綿謝爾賓斯基海綿 241.1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)（虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）Virtual Reality 用計(jì)算機(jī)生成一種虛擬環(huán)境，用戶用計(jì)算機(jī)生成一種虛擬環(huán)境，用戶“沉浸沉浸”到該環(huán)境中，并可通過一些特殊設(shè)備與該環(huán)境到該環(huán)境中，并可通過一些特殊設(shè)備與該環(huán)境直接進(jìn)行交互的技術(shù)。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，看到的直接進(jìn)行交互的技術(shù)。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，看到的是全彩色的景象，聽到的是虛擬環(huán)境中的聲響，是全彩色的景象，聽到的是虛擬環(huán)境中的聲響，感受到的是虛擬環(huán)境設(shè)備反饋的作用力，從而感受到的是虛擬環(huán)境設(shè)備反饋

10、的作用力，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺。產(chǎn)生身臨其境的感覺。251.1.3 - 視景仿真（虛擬漫游）視景仿真（虛擬漫游） 是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的表現(xiàn)形式，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的表現(xiàn)形式，已經(jīng)在城市規(guī)劃仿真、大型工程項(xiàng)目仿已經(jīng)在城市規(guī)劃仿真、大型工程項(xiàng)目仿真等許多領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。真等許多領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。26 “家居花園三維視景仿真系統(tǒng)截圖家居花園三維視景仿真系統(tǒng)截圖”家居花園外景家居花園外景 27 臥室臥室 居室漫游居室漫游28軍事模擬電子對抗仿真項(xiàng)目截圖軍事模擬電子對抗仿真項(xiàng)目截圖 29博創(chuàng)研究所視景仿真系統(tǒng)截圖博創(chuàng)研究所視景仿真系統(tǒng)截圖 301.1.4 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）

11、lComputer Aided Instruction是利用計(jì)算機(jī)圖形是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)展示學(xué)技術(shù)展示抽象原理抽象原理或或不可見過程不可見過程的一種新的教的一種新的教學(xué)方法。學(xué)方法。l在多媒體教室，教師使用集圖、文、聲、像為一在多媒體教室，教師使用集圖、文、聲、像為一體的體的多媒體課件多媒體課件，形象、生動(dòng)地進(jìn)行教學(xué)，有助，形象、生動(dòng)地進(jìn)行教學(xué)，有助于學(xué)生理解和接受深?yuàn)W枯燥的理論。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)于學(xué)生理解和接受深?yuàn)W枯燥的理論。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)（化學(xué)習(xí)（E-Learning）時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)多媒體課件使）時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)多媒體課件使得受教育者不必進(jìn)入傳統(tǒng)的課堂也能接受到優(yōu)質(zhì)得受教育者不必進(jìn)入傳統(tǒng)的課堂也能接

12、受到優(yōu)質(zhì)的培訓(xùn)，分享全世界范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)教育資源。的培訓(xùn)，分享全世界范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)教育資源。 31教學(xué)課件教學(xué)課件321.2 - 什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)l國際標(biāo)準(zhǔn)化組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：的定義： 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并并在專門顯示設(shè)備上顯示在專門顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。簡單地說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何在計(jì)算機(jī)中表簡單地說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算

13、法。顯示的相關(guān)原理與算法。331.2.1 - 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖形的分類計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖形的分類圖形：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對象圖形：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對象 通常意義上的圖形通常意義上的圖形 能夠在人的視覺系統(tǒng)中形成視覺印象的客觀對象都稱能夠在人的視覺系統(tǒng)中形成視覺印象的客觀對象都稱為圖形，包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法為圖形，包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等描述的圖形等等 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的圖形計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的圖形 從客觀世界物體中抽象出來的從客觀世界物體中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的帶有顏色及形狀信息的可見圖形可見圖形以及以及不可見的數(shù)學(xué)不可見的數(shù)學(xué)/幾何描述幾何描述

14、。 341.2.1 - 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖形的分類計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖形的分類1.一類是基于線條表示的一類是基于線條表示的幾何圖形幾何圖形如線框圖、工程制圖、等高線地圖等如線框圖、工程制圖、等高線地圖等2.另一類是基于光照、材質(zhì)和紋理映射表示的另一類是基于光照、材質(zhì)和紋理映射表示的真實(shí)感圖形真實(shí)感圖形。351.2.2 - 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖形的表示方法計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖形的表示方法1. 參數(shù)法參數(shù)法參數(shù)法是在參數(shù)法是在設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)階段采用幾何方法建立圖形數(shù)學(xué)模型采用幾何方法建立圖形數(shù)學(xué)模型時(shí)，用時(shí)，用形狀參數(shù)形狀參數(shù)和和屬性參數(shù)屬性參數(shù)描述圖形的一種方法描述圖形的一種方法形狀參數(shù)可以是線段的起始點(diǎn)和終止

15、點(diǎn)等幾何參數(shù)形狀參數(shù)可以是線段的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)等幾何參數(shù)屬性參數(shù)則包括線段的顏色、線型、寬度等非幾何參屬性參數(shù)則包括線段的顏色、線型、寬度等非幾何參數(shù)數(shù)一般用參數(shù)法描述的圖形依舊稱為一般用參數(shù)法描述的圖形依舊稱為圖形圖形。2.點(diǎn)陣法點(diǎn)陣法點(diǎn)陣法是在點(diǎn)陣法是在實(shí)現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)階段用具有顏色信息的像素點(diǎn)陣來表用具有顏色信息的像素點(diǎn)陣來表示圖形的一種方法，描述的圖形常稱為示圖形的一種方法，描述的圖形常稱為圖像圖像。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)就是研究將圖形從參數(shù)法轉(zhuǎn)換到點(diǎn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)就是研究將圖形從參數(shù)法轉(zhuǎn)換到點(diǎn)陣法的一門學(xué)科。陣法的一門學(xué)科。36用用直線直線y=kx+b表示表示的圖的圖形形用用直線直線y=kx+b表表

16、示的圖像示的圖像37 圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、真實(shí)感圖形的生成算法，以及科學(xué)計(jì)算可視化、真實(shí)感圖形的生成算法，以及科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)漫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等。計(jì)算機(jī)動(dòng)漫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等。1.2.3 - 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究方向計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究方向381.3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科計(jì)算機(jī)處理圖形信息的方式分為計(jì)算機(jī)處理圖形信息的方式分為: 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（CG） 圖像處理（圖像處理（Image Processing,I

17、P） 模式識(shí)別（模式識(shí)別（Pattern Recognition,PR）是研究如何利用計(jì)算機(jī)把描述圖形的數(shù)學(xué)模型通過指定是研究如何利用計(jì)算機(jī)把描述圖形的數(shù)學(xué)模型通過指定的算法轉(zhuǎn)化為圖像顯示的一門學(xué)科。的算法轉(zhuǎn)化為圖像顯示的一門學(xué)科。 39l利用計(jì)算機(jī)對原圖像進(jìn)行處理，然后再現(xiàn)圖像利用計(jì)算機(jī)對原圖像進(jìn)行處理，然后再現(xiàn)圖像l主要是指數(shù)字圖像處理，是對基于點(diǎn)陣圖像進(jìn)主要是指數(shù)字圖像處理，是對基于點(diǎn)陣圖像進(jìn)行增強(qiáng)、去噪、復(fù)原、分割、重建、編碼、存行增強(qiáng)、去噪、復(fù)原、分割、重建、編碼、存儲(chǔ)、壓縮和恢復(fù)等不同處理方法的學(xué)科。儲(chǔ)、壓縮和恢復(fù)等不同處理方法的學(xué)科。l如如Photoshop就是著名的圖像處理軟件

18、。就是著名的圖像處理軟件。 1.3 - 圖像處理圖像處理（Image Processing，IP）40l計(jì)算機(jī)對圖像信息進(jìn)行分析掃描和識(shí)別，計(jì)算機(jī)對圖像信息進(jìn)行分析掃描和識(shí)別，是從圖形（圖像）到數(shù)據(jù)的過程是從圖形（圖像）到數(shù)據(jù)的過程l以圖像為依據(jù)，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)、符號(hào)以圖像為依據(jù)，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)、符號(hào)或者抽象的圖或者抽象的圖l與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的問題互逆與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的問題互逆l例如：自動(dòng)分揀信封上的郵政編碼例如：自動(dòng)分揀信封上的郵政編碼l各種手寫輸入軟件，可用于移動(dòng)設(shè)備，各種手寫輸入軟件，可用于移動(dòng)設(shè)備，PC等等。等等。 1.3 - 模式識(shí)別模式識(shí)別（Pattern Recognit

19、ion，PR）4142數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型圖像顯示圖像顯示計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別、圖像處理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別、圖像處理三者的關(guān)系三者的關(guān)系43l 50年代年代1950年，第一臺(tái)圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院（年，第一臺(tái)圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院（MIT）旋風(fēng)旋風(fēng)I號(hào)（號(hào)（Whirlwind I）計(jì)算機(jī)的附件誕生了。）計(jì)算機(jī)的附件誕生了。1958年，美國年，美國Calcomp公司由聯(lián)機(jī)的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒公司由聯(lián)機(jī)的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒式繪圖儀，式繪圖儀，GerBer公司把數(shù)控機(jī)床發(fā)展成為平板式繪圖儀公司把數(shù)控機(jī)床發(fā)展成為平板式繪圖儀在整個(gè)在整個(gè)50年代，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)處于準(zhǔn)備和醞釀時(shí)期，并

20、稱年代，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)處于準(zhǔn)備和醞釀時(shí)期，并稱之為：之為：“被動(dòng)式被動(dòng)式”圖形學(xué)圖形學(xué) 50年代末期，年代末期，MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室在的林肯實(shí)驗(yàn)室在“旋風(fēng)旋風(fēng)”計(jì)算機(jī)上開發(fā)計(jì)算機(jī)上開發(fā)SAGE空中防御體系。空中防御體系。第一次使用了具有指揮和控制功能的第一次使用了具有指揮和控制功能的CRT顯示器顯示器 ，預(yù)示著交互式圖形學(xué)的誕生，預(yù)示著交互式圖形學(xué)的誕生1.4計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展44l 60年代年代1962年，年，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的林肯實(shí)驗(yàn)室的I. E. Sutherland發(fā)表了一篇題為發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)交互：一個(gè)人機(jī)交互通信的圖形系統(tǒng)通信的

21、圖形系統(tǒng)”的博士論文的博士論文奠定了交互奠定了交互式圖形學(xué)作為一個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)（提出計(jì)算機(jī)式圖形學(xué)作為一個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)（提出計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、基本交互技術(shù)、圖元分層表示等術(shù)圖形學(xué)、基本交互技術(shù)、圖元分層表示等術(shù)語及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)語及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。1962年，雷諾汽車公司的工程師年，雷諾汽車公司的工程師Pierre Bzier 提出提出Bzier曲線、曲面的理論。曲線、曲面的理論。1964年年MIT的教授的教授Steven A. Coons提出了超提出了超限插值的新思想，通過插值四條任意的邊界限插值的新思想，通過插值四條任意的邊界曲線來構(gòu)造曲面。曲線來構(gòu)造曲面。1.4計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和

22、發(fā)展Ivan E.Sutherland45l 70年代年代1.光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展（光柵顯示器和數(shù)字化儀）光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展（光柵顯示器和數(shù)字化儀）區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生相應(yīng)算法紛紛誕生2.圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化1974年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)化局（年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)化局（ANSI）在一個(gè)）在一個(gè)與與“與機(jī)器無關(guān)的圖形技術(shù)與機(jī)器無關(guān)的圖形技術(shù)”的工作會(huì)議上，的工作會(huì)議上，提出了制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基本規(guī)則提出了制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基本規(guī)則 ACM成立成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，制定，制定“核心圖核心圖形系統(tǒng)形系統(tǒng)”CGS（Cor

23、e Graphics System）ISO發(fā)布發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGS1.4計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展463.真實(shí)感圖形學(xué)真實(shí)感圖形學(xué)1970年，年，Bouknight提出了第一個(gè)光反射提出了第一個(gè)光反射模型模型1971年年Gourand提出提出“漫反射模型插漫反射模型插值值”的思想，被稱為的思想，被稱為Gourand明暗處理明暗處理1975年，年，Phong提出了著名的簡單光照模提出了著名的簡單光照模型型- Phong模型模型4.實(shí)體造型技術(shù)實(shí)體造型技術(shù)英國劍橋大學(xué)英國劍橋大學(xué)CAD小組的小組的Build系統(tǒng)系統(tǒng)美國羅徹斯特大學(xué)的美國羅徹斯特大學(xué)的PADL

24、-1系統(tǒng)系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展47l80年代年代1980年年Whitted提出了一個(gè)光透視模型提出了一個(gè)光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例，實(shí)現(xiàn)范例，實(shí)現(xiàn)Whitted模型模型1984年，美國年，美國Cornell大學(xué)和日本廣島大學(xué)的大學(xué)和日本廣島大學(xué)的學(xué)者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入學(xué)者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展1.4計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展48l90年

25、代：微機(jī)和軟件系統(tǒng)的普及使得圖形學(xué)的應(yīng)年代：微機(jī)和軟件系統(tǒng)的普及使得圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛用領(lǐng)域日益廣泛 標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化多媒體技術(shù)、人工智能、科學(xué)計(jì)算可視化、多媒體技術(shù)、人工智能、科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)和三維造型技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)和三維造型技術(shù)l2000年以來：圖形學(xué)發(fā)展日新月異，在各領(lǐng)域出年以來：圖形學(xué)發(fā)展日新月異，在各領(lǐng)域出現(xiàn)了新的突破現(xiàn)了新的突破1.4計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立和發(fā)展491.5 圖形顯示器的發(fā)展及其圖形顯示器的發(fā)展及其工作原理工作原理1.5.1 陰極射線管陰極射線管CRT1.5.2 隨機(jī)掃描顯示器隨機(jī)掃描顯示器1.5.3 直視存

26、儲(chǔ)管顯示器直視存儲(chǔ)管顯示器1.5.4 光柵掃描顯示器光柵掃描顯示器1.5.5 液晶顯示器液晶顯示器1.5.6 等離子顯示器等離子顯示器1.5.7 三維顯示器三維顯示器50一個(gè)典型的交互式計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)一個(gè)典型的交互式計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)人人輸入設(shè)備輸入設(shè)備鍵鍵 盤盤鼠鼠 標(biāo)標(biāo)數(shù)字化儀數(shù)字化儀光光 筆筆輸出設(shè)備輸出設(shè)備顯示器顯示器繪圖儀繪圖儀打印機(jī)打印機(jī)圖形軟件圖形軟件數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫高級(jí)語言高級(jí)語言應(yīng)用程序應(yīng)用程序主機(jī)主機(jī) 軟件部分軟件部分 交互式圖形系統(tǒng)組成交互式圖形系統(tǒng)組成 硬件部分硬件部分51lCRT（Cathode Ray Tube），是光柵掃描），是光柵掃描顯示器的顯示器的顯示顯示部件，其功能

27、與電視機(jī)的部件，其功能與電視機(jī)的顯像顯像管管類似。類似。l單色單色CRT組成：包括電子槍、加速結(jié)構(gòu)、聚組成：包括電子槍、加速結(jié)構(gòu)、聚焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏l單色單色CRT中只有一支電子槍。中只有一支電子槍。l彩色彩色CRT中有紅綠藍(lán)三支電子槍。中有紅綠藍(lán)三支電子槍。1.5.1 陰極射線管陰極射線管CRT52電子槍電子槍l燈絲，陰極和控制柵組成。燈絲，陰極和控制柵組成。燈絲：用于加電燈絲：用于加電陰極：在燈絲加熱下發(fā)出電子流陰極：在燈絲加熱下發(fā)出電子流 控制柵：控制電子束的強(qiáng)弱。通過調(diào)節(jié)電壓高低來控制控制柵：控制電子束的強(qiáng)弱。通過調(diào)節(jié)電壓高低來控制電子數(shù)量，即控制熒光屏

28、上相應(yīng)點(diǎn)的亮度。電子數(shù)量，即控制熒光屏上相應(yīng)點(diǎn)的亮度。53聚焦系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)l電透鏡。作用：電子槍發(fā)射出來的分散的電子聚電透鏡。作用：電子槍發(fā)射出來的分散的電子聚集于一點(diǎn)集于一點(diǎn)。加速結(jié)構(gòu)加速結(jié)構(gòu)l聚集后的電子束達(dá)到轟擊激發(fā)熒光屏應(yīng)有的速度聚集后的電子束達(dá)到轟擊激發(fā)熒光屏應(yīng)有的速度 l加正的高壓電（幾萬伏），使電子束高速運(yùn)動(dòng)。加正的高壓電（幾萬伏），使電子束高速運(yùn)動(dòng)。 54偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)l控制電子束，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，使電子束能轟擊熒光屏控制電子束，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，使電子束能轟擊熒光屏的任意一點(diǎn)。的任意一點(diǎn)。l分靜電場偏轉(zhuǎn)或磁偏轉(zhuǎn)兩種。分靜電場偏轉(zhuǎn)或磁偏轉(zhuǎn)兩種。l電子束要到達(dá)屏幕的邊緣時(shí)，電子束要到達(dá)屏幕的

29、邊緣時(shí)，偏轉(zhuǎn)角度偏轉(zhuǎn)角度就會(huì)增大。就會(huì)增大。到達(dá)屏幕最邊緣的偏轉(zhuǎn)角度被稱為到達(dá)屏幕最邊緣的偏轉(zhuǎn)角度被稱為最大偏轉(zhuǎn)角。最大偏轉(zhuǎn)角。l靈敏度靈敏度:反映了偏轉(zhuǎn)信號(hào)所能產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角度的大反映了偏轉(zhuǎn)信號(hào)所能產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角度的大小。小。 靈敏度和偏轉(zhuǎn)板的長度成正比。靈敏度和偏轉(zhuǎn)板的長度成正比。 CRTCRT顯示器顯示器屏幕越大屏幕越大CRT越長。越長。l大多數(shù)大多數(shù)CRT通常選用磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。通常選用磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。 55熒光屏熒光屏lCRT熒光屏（熒光屏（Phosphor Screen）是用熒光物質(zhì)涂敷）是用熒光物質(zhì)涂敷在玻璃底壁上制成的在玻璃底壁上制成的 l熒光物質(zhì)：當(dāng)它被電子束轟擊時(shí)發(fā)出亮光，當(dāng)電子束熒光

30、物質(zhì)：當(dāng)它被電子束轟擊時(shí)發(fā)出亮光，當(dāng)電子束離開該點(diǎn)后，亮光隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律衰減離開該點(diǎn)后，亮光隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律衰減余輝時(shí)間余輝時(shí)間：電子束離開某點(diǎn)后，該點(diǎn)的亮度值衰減到初始值：電子束離開某點(diǎn)后，該點(diǎn)的亮度值衰減到初始值1/101/10所需的時(shí)間所需的時(shí)間刷新刷新(Refresh)(Refresh)：為了讓熒光物質(zhì)保持一個(gè)穩(wěn)定的亮度值，電：為了讓熒光物質(zhì)保持一個(gè)穩(wěn)定的亮度值，電子束必須不斷的重復(fù)描繪出原來的圖形子束必須不斷的重復(fù)描繪出原來的圖形 刷新頻率刷新頻率：每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)（次：每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)（次/ /秒、秒、HZ)HZ) 刷新一次是指電子束從上到下掃描一次的過程刷新一次是指電子

31、束從上到下掃描一次的過程 刷新頻率高到一定值后，圖像才能穩(wěn)定顯示刷新頻率高到一定值后，圖像才能穩(wěn)定顯示（60HZ)(85HZ)60HZ)(85HZ)余輝時(shí)間是決定產(chǎn)生不閃爍圖形所需刷新速率的主要因素余輝時(shí)間是決定產(chǎn)生不閃爍圖形所需刷新速率的主要因素某種某種CRTCRT產(chǎn)生圖像所需要的最小刷新頻率產(chǎn)生圖像所需要的最小刷新頻率=1=1秒秒/ /熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時(shí)間（余輝時(shí)間）熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時(shí)間（余輝時(shí)間）（例如）（例如）=1000/40=25Hz=1000/40=25Hz561.5.1- 陰極射線管陰極射線管l 單色單色CRT的工作原理：的工作原理：通電后燈絲發(fā)熱，陰極被激發(fā)射出電子，電子受

32、到控制通電后燈絲發(fā)熱，陰極被激發(fā)射出電子，電子受到控制柵的調(diào)節(jié)形成電子束。電子束經(jīng)聚焦系統(tǒng)聚焦后以高速柵的調(diào)節(jié)形成電子束。電子束經(jīng)聚焦系統(tǒng)聚焦后以高速轟擊到熒光屏上，熒光粉層被激發(fā)后發(fā)出輝光形成一個(gè)轟擊到熒光屏上，熒光粉層被激發(fā)后發(fā)出輝光形成一個(gè)光點(diǎn)。光點(diǎn)。整個(gè)熒光屏依次掃描完畢后，圖像顯示完成。整個(gè)熒光屏依次掃描完畢后，圖像顯示完成。由于熒光粉具有余輝特性，為了得到亮度穩(wěn)定的圖像，由于熒光粉具有余輝特性，為了得到亮度穩(wěn)定的圖像，電子槍需要不斷反復(fù)重繪同一幅圖像，即不斷刷新屏幕。電子槍需要不斷反復(fù)重繪同一幅圖像，即不斷刷新屏幕。57（2）彩色陰極射線管）彩色陰極射線管l產(chǎn)生彩色的常用方法產(chǎn)生彩

33、色的常用方法： 射線穿透法射線穿透法影孔板（影孔板（蔭罩板）蔭罩板）法法582 彩色陰極射線管彩色陰極射線管-影孔板（蔭罩板法）影孔板（蔭罩板法）l與單色與單色CRT的結(jié)構(gòu)區(qū)別的結(jié)構(gòu)區(qū)別1、在熒光屏的內(nèi)表面安裝一個(gè)影孔板，用于精確定位像、在熒光屏的內(nèi)表面安裝一個(gè)影孔板，用于精確定位像素的位置素的位置外層玻璃熒光涂層影孔板影孔板59與單色與單色CRT的結(jié)構(gòu)區(qū)別的結(jié)構(gòu)區(qū)別2 CRT屏幕內(nèi)部涂有很多組屏幕內(nèi)部涂有很多組呈三角形的熒光粉，每一呈三角形的熒光粉，每一組由三個(gè)熒光點(diǎn)，三色熒組由三個(gè)熒光點(diǎn)，三色熒光點(diǎn)由紅、綠、藍(lán)三基色光點(diǎn)由紅、綠、藍(lán)三基色組成（一組熒光點(diǎn)對應(yīng)一組成（一組熒光點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)像素）

34、個(gè)像素）3 三支電子槍三支電子槍, 分別與三基色分別與三基色相對應(yīng)相對應(yīng) l影孔板中的一個(gè)小孔和一影孔板中的一個(gè)小孔和一組熒光點(diǎn)一一對應(yīng)直線；組熒光點(diǎn)一一對應(yīng)直線；每個(gè)小孔與一個(gè)像素（即每個(gè)小孔與一個(gè)像素（即三個(gè)熒光點(diǎn)）對應(yīng)三個(gè)熒光點(diǎn)）對應(yīng) （圖（圖1-23三槍三束）三槍三束）60圖圖1-2461影孔板（影孔板（蔭罩板）蔭罩板）工作原理工作原理l工作原理：三把電子槍發(fā)出的工作原理：三把電子槍發(fā)出的 三束電子經(jīng)偏轉(zhuǎn)聚焦成三束電子經(jīng)偏轉(zhuǎn)聚焦成為一組射線，穿過影孔板上面的孔，激活屏幕上的一為一組射線，穿過影孔板上面的孔，激活屏幕上的一個(gè)三元組，三元組中三個(gè)熒光點(diǎn)激發(fā)的顏色混合起來，個(gè)三元組，三元組中

35、三個(gè)熒光點(diǎn)激發(fā)的顏色混合起來，就是我們在屏幕上看見的色點(diǎn)。就是我們在屏幕上看見的色點(diǎn)。l調(diào)節(jié)各電子槍發(fā)生的電子束中所含電子的數(shù)目，即可調(diào)節(jié)各電子槍發(fā)生的電子束中所含電子的數(shù)目，即可控制屏幕上像素點(diǎn)的顏色控制屏幕上像素點(diǎn)的顏色l如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強(qiáng)度有如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強(qiáng)度有256個(gè)等級(jí)，個(gè)等級(jí)，則顯示器能同時(shí)顯示則顯示器能同時(shí)顯示256*256*256=16M種顏色，稱為種顏色，稱為真彩色系統(tǒng)真彩色系統(tǒng)l優(yōu)點(diǎn)：顏色豐富；缺點(diǎn)：影孔板影響了顯示器的亮度優(yōu)點(diǎn)：顏色豐富；缺點(diǎn)：影孔板影響了顯示器的亮度62第一代：隨機(jī)掃描顯示器第一代：隨機(jī)掃描顯示器第二代：直視存儲(chǔ)管顯示器第二代：

36、直視存儲(chǔ)管顯示器第三代：光柵掃描顯示器第三代：光柵掃描顯示器 圖形顯示器的更新?lián)Q代圖形顯示器的更新?lián)Q代631.5.2隨機(jī)掃描的顯示器隨機(jī)掃描的顯示器特點(diǎn)：電子束可隨意移動(dòng)，只掃描熒屏特點(diǎn)：電子束可隨意移動(dòng)，只掃描熒屏上要顯示的部分。上要顯示的部分。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：無冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵無冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵系統(tǒng)更高的分辨率、生成光滑線條系統(tǒng)更高的分辨率、生成光滑線條不能顯示逼真場景、和電視標(biāo)準(zhǔn)不一致、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能顯示逼真場景、和電視標(biāo)準(zhǔn)不一致、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也較復(fù)雜，價(jià)格貴，沒有得到廣泛普及也較復(fù)雜，價(jià)格貴，沒有得到廣泛普及64讀槍寫槍玻面熒光層存儲(chǔ)柵收集柵存儲(chǔ)柵1.5.

37、31.5.3直視型存貯管直視型存貯管DVSTDVST （Direct-View Storage TubeDirect-View Storage Tube）651.5.31.5.3直視型存儲(chǔ)管直視型存儲(chǔ)管DVSTDVSTl這種設(shè)備具有一次寫入，長時(shí)間顯示的特點(diǎn)，這種設(shè)備具有一次寫入，長時(shí)間顯示的特點(diǎn)，能在能在1小時(shí)內(nèi)顯示不閃爍的復(fù)雜圖形小時(shí)內(nèi)顯示不閃爍的復(fù)雜圖形 。l優(yōu)點(diǎn)：這種顯示器組成的系統(tǒng)不需顯示內(nèi)存，優(yōu)點(diǎn)：這種顯示器組成的系統(tǒng)不需顯示內(nèi)存，因而價(jià)格低。因而價(jià)格低。l缺點(diǎn)缺點(diǎn):不能做選擇性修改，因而難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯不能做選擇性修改，因而難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。不能交互。示。不能交互。66l光柵掃描顯

38、示器是畫點(diǎn)設(shè)備，可看作是一光柵掃描顯示器是畫點(diǎn)設(shè)備，可看作是一個(gè)個(gè)點(diǎn)陣單元發(fā)生器點(diǎn)陣單元發(fā)生器，并可控制每個(gè)點(diǎn)陣單，并可控制每個(gè)點(diǎn)陣單元的亮度，這些點(diǎn)陣單元被稱為像素元的亮度，這些點(diǎn)陣單元被稱為像素（Picture Element，Pixel）1.5.4 光柵掃描顯示器光柵掃描顯示器像素67光柵掃描顯示器光柵掃描顯示器-畫點(diǎn)設(shè)備畫點(diǎn)設(shè)備l光柵掃描顯示器是畫點(diǎn)設(shè)備，畫線的時(shí)候不能光柵掃描顯示器是畫點(diǎn)設(shè)備，畫線的時(shí)候不能直接從屏幕上的一個(gè)像素直接畫到另一個(gè)像素，直接從屏幕上的一個(gè)像素直接畫到另一個(gè)像素，只能用盡可能靠近這條直線的像素來近似的表只能用盡可能靠近這條直線的像素來近似的表示這條直線，示這

39、條直線，68l在繪制水平，垂直直線及對角線時(shí)，像素在繪制水平，垂直直線及對角線時(shí)，像素點(diǎn)集在直線路徑上的位置是準(zhǔn)確的，稱為點(diǎn)集在直線路徑上的位置是準(zhǔn)確的，稱為不走樣直線不走樣直線不走樣直線不走樣直線69l其他情況下直線都是階梯狀的，形成鋸其他情況下直線都是階梯狀的，形成鋸齒線，這稱為直線的走樣齒線，這稱為直線的走樣走樣直線走樣直線70走樣直線走樣直線71反走樣直線：為了避免走樣，我們采反走樣直線：為了避免走樣，我們采用各種技術(shù)消除或者減少鋸齒狀，階用各種技術(shù)消除或者減少鋸齒狀，階梯狀，這叫反走樣梯狀，這叫反走樣72 光柵掃描顯示器為了在能整個(gè)屏幕光柵掃描顯示器為了在能整個(gè)屏幕上顯示出圖形，電子

40、束需要從屏幕上顯示出圖形，電子束需要從屏幕的左上角開始，沿著水平方向從左的左上角開始，沿著水平方向從左至右勻速地掃描，一直掃描到屏幕至右勻速地掃描，一直掃描到屏幕的右下角，顯示出一幀圖像。的右下角，顯示出一幀圖像。1.5.4 光柵掃描顯示器光柵掃描顯示器-掃描線掃描線731.5.7 - 掃描線掃描線掃描線掃描線像素點(diǎn)像素點(diǎn)Session 2741.5.4 光柵掃描顯示器光柵掃描顯示器-位面和幀緩存位面和幀緩存幀緩沖存儲(chǔ)器幀緩沖存儲(chǔ)器簡稱幀緩存簡稱幀緩存作用：存儲(chǔ)用于刷新的作用：存儲(chǔ)用于刷新的圖像信息。也就是存儲(chǔ)圖像信息。也就是存儲(chǔ)屏幕上像素的顏色值。屏幕上像素的顏色值。幀緩存用幀緩存用位面位面

41、和屏幕像和屏幕像素一一對應(yīng)。素一一對應(yīng)。光柵掃描顯示器屏幕上光柵掃描顯示器屏幕上有多少個(gè)像素，該顯示有多少個(gè)像素，該顯示器的幀緩存的每個(gè)位面器的幀緩存的每個(gè)位面就有多少個(gè)一位存儲(chǔ)器。就有多少個(gè)一位存儲(chǔ)器。 75l黑白光柵掃描顯示器每一像素需要一位存儲(chǔ)器，黑白光柵掃描顯示器每一像素需要一位存儲(chǔ)器，對應(yīng)的幀緩存是一個(gè)位面的，每個(gè)像素取值對應(yīng)的幀緩存是一個(gè)位面的，每個(gè)像素取值0或或者者1（明或者暗）（明或者暗）l對一個(gè)對一個(gè)10241024像素組成的黑白光柵掃描顯像素組成的黑白光柵掃描顯示器所需要的存儲(chǔ)器為示器所需要的存儲(chǔ)器為220，這是，這是最小幀緩存最小幀緩存的的大小大小. （書后習(xí)題（書后習(xí)題

42、14題）題） 黑白光柵掃描顯示器黑白光柵掃描顯示器76一位面幀緩沖器（圖一位面幀緩沖器（圖1-261-26） 1個(gè)位面?zhèn)€位面位面位面77l灰度等級(jí)又稱亮度，主要指單色顯示器的亮度變化。灰度等級(jí)又稱亮度，主要指單色顯示器的亮度變化。l在光柵掃描顯示器中需要足夠的位面的幀緩存才能反映圖在光柵掃描顯示器中需要足夠的位面的幀緩存才能反映圖形的灰度等級(jí)。形的灰度等級(jí)。l如一個(gè)具有如一個(gè)具有N位面的幀緩存。顯示器上每個(gè)像素的亮度是位面的幀緩存。顯示器上每個(gè)像素的亮度是由由N位面幀緩存決定的，位面幀緩存決定的， N位面幀緩存中的二進(jìn)制的數(shù)被位面幀緩存中的二進(jìn)制的數(shù)被翻譯成灰度等級(jí)，范圍是翻譯成灰度等級(jí)，范圍

43、是0到到2N-1之間。也就是每個(gè)象素的之間。也就是每個(gè)象素的亮度取值范圍是亮度取值范圍是0到到2N-1之間。之間。黑白多灰度光柵掃描顯示器黑白多灰度光柵掃描顯示器78 如果每個(gè)像素的亮度可以用一個(gè)字節(jié)如果每個(gè)像素的亮度可以用一個(gè)字節(jié)（Byte）表示，幀緩沖器需要用）表示，幀緩沖器需要用八個(gè)位面八個(gè)位面，可表示可表示256種灰度。種灰度。 如屏幕分辨率為如屏幕分辨率為1024768，則灰度顯示，則灰度顯示器的幀緩沖的容量是器的幀緩沖的容量是102476886,291,456位位 8個(gè)位面?zhèn)€位面79八位面幀緩沖器（圖八位面幀緩沖器（圖1-271-27） 8個(gè)位面?zhèn)€位面位面位面l灰度等級(jí)為灰度等級(jí)為

44、2N分辨率為分辨率為1024*1024的黑白多灰度光柵掃描顯示器的最小幀緩存？的黑白多灰度光柵掃描顯示器的最小幀緩存？80彩色光柵掃描顯示器彩色光柵掃描顯示器l有三只電子槍，對應(yīng)三基色。有三只電子槍，對應(yīng)三基色。l三只電子槍控制屏幕上一個(gè)像素點(diǎn)中紅、綠、藍(lán)三種顏三只電子槍控制屏幕上一個(gè)像素點(diǎn)中紅、綠、藍(lán)三種顏色的比例。色的比例。l每個(gè)顏色的電子槍可以通過增加幀緩存位面來提高顏色每個(gè)顏色的電子槍可以通過增加幀緩存位面來提高顏色種類。種類。l每種原色電子槍有每種原色電子槍有8個(gè)位面的幀緩存，個(gè)位面的幀緩存，共有二十四個(gè)位面。共有二十四個(gè)位面。l每種原色可有每種原色可有256種色調(diào)，三種原色的組合將

45、是種色調(diào)，三種原色的組合將是(28)3=224。像素點(diǎn)的顏色有像素點(diǎn)的顏色有224種色調(diào)。顯示系統(tǒng)是種色調(diào)。顯示系統(tǒng)是24位真彩色。位真彩色。l如屏幕分辨率為如屏幕分辨率為1024768，則彩色顯示器的幀緩沖的，則彩色顯示器的幀緩沖的容量是容量是10247688318,874,368位位812424個(gè)位面幀緩沖器個(gè)位面幀緩沖器 82l為了進(jìn)一步提高顏色的種類，而避免增加幀緩存為了進(jìn)一步提高顏色的種類，而避免增加幀緩存l可把幀緩存中的值作為顏色索引表的索引號(hào)，為每組原可把幀緩存中的值作為顏色索引表的索引號(hào)，為每組原色配置一個(gè)顏色索引表，如果每組原色有色配置一個(gè)顏色索引表，如果每組原色有8個(gè)位面的

46、幀個(gè)位面的幀緩存，顏色索引表有緩存，顏色索引表有256項(xiàng)，每一項(xiàng)具有項(xiàng)，每一項(xiàng)具有w位字寬，當(dāng)位字寬，當(dāng)w大于大于8時(shí)，如時(shí)，如w10，可以有，可以有210種亮度等級(jí)，但每次只種亮度等級(jí)，但每次只能有能有256種不同的亮度等級(jí)可用，這種顏色稱為索引色。種不同的亮度等級(jí)可用，這種顏色稱為索引色。l在本書后續(xù)的程序中，將使用在本書后續(xù)的程序中，將使用COLORREF RGB(BYTE bRed，BYTE bGreen，BYTE bBlue) 函數(shù)定義顏色函數(shù)定義顏色把位面號(hào)作為顏色索引號(hào)把位面號(hào)作為顏色索引號(hào)8384lCRT顯示器（顯示器（Cathode Ray Tube，CRT）顯示器的種類顯示

47、器的種類CRT LCD PDPl等離子顯示器（等離子顯示器（Plasma Display Panel，PDP）l液晶顯示器（液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）85l液晶顯示器液晶顯示器LCD中的液晶屏中的液晶屏(Liquid Crystal Display)是由六層薄板組成的是由六層薄板組成的平板式顯示器平板式顯示器液晶顯示器液晶顯示器86液晶顯示器優(yōu)缺點(diǎn)液晶顯示器優(yōu)缺點(diǎn)lCRT固有的物理結(jié)構(gòu)限制了它向更廣的顯示領(lǐng)域發(fā)展固有的物理結(jié)構(gòu)限制了它向更廣的顯示領(lǐng)域發(fā)展屏幕的加大必然導(dǎo)致顯象管的加長，顯示器的體積必然要屏幕的加大必然導(dǎo)致顯象管的加長，顯示器的體積必然要加

48、大，在使用時(shí)候就會(huì)受到空間的限制加大，在使用時(shí)候就會(huì)受到空間的限制CRT顯示器是利用電子槍發(fā)射電子束來產(chǎn)生圖像，容易受顯示器是利用電子槍發(fā)射電子束來產(chǎn)生圖像，容易受電磁波干擾電磁波干擾長期電磁輻射會(huì)對人們健康產(chǎn)生不良影響長期電磁輻射會(huì)對人們健康產(chǎn)生不良影響lLCD顯示器的優(yōu)點(diǎn)顯示器的優(yōu)點(diǎn)外觀小巧精致，厚度只有外觀小巧精致，厚度只有6.58cm左右。左右。不會(huì)產(chǎn)生不會(huì)產(chǎn)生CRT那樣的因?yàn)樗⑿骂l率低而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象那樣的因?yàn)樗⑿骂l率低而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象工作電壓低，功耗小，節(jié)約能源工作電壓低，功耗小，節(jié)約能源沒有電磁輻射，對人體健康沒有任何影響沒有電磁輻射，對人體健康沒有任何影響lLCD顯示器的缺點(diǎn)顯

49、示器的缺點(diǎn)壽命短、怕震動(dòng)、溫度敏感壽命短、怕震動(dòng)、溫度敏感分辨率相對較低，色彩不夠鮮艷，且價(jià)格偏高分辨率相對較低，色彩不夠鮮艷，且價(jià)格偏高。87等離子板顯示器等離子板顯示器l組成：三層玻璃組成：三層玻璃 電導(dǎo)體的線條，中間一層有許多氖泡電導(dǎo)體的線條，中間一層有許多氖泡優(yōu)點(diǎn)：不要刷新，缺點(diǎn)：分辨率不高，低優(yōu)點(diǎn)：不要刷新，缺點(diǎn)：分辨率不高，低88l二維顯示器上觀看三維圖像的方法二維顯示器上觀看三維圖像的方法1.坐標(biāo)變換方法坐標(biāo)變換方法這是目前光柵掃描顯示器顯示三維圖像的主流這是目前光柵掃描顯示器顯示三維圖像的主流技術(shù)，通過坐標(biāo)變換可以將三維點(diǎn)（技術(shù)，通過坐標(biāo)變換可以將三維點(diǎn)（x，y，z）變換為屏幕

50、設(shè)備坐標(biāo)點(diǎn)（變換為屏幕設(shè)備坐標(biāo)點(diǎn)（x，y）。這種通過）。這種通過三維坐標(biāo)系向二維坐標(biāo)系的投影變換生成的三三維坐標(biāo)系向二維坐標(biāo)系的投影變換生成的三維圖像稱為維圖像稱為準(zhǔn)三維圖像準(zhǔn)三維圖像。1.5.7 三維顯示器三維顯示器891.5.7 三維顯示器三維顯示器l二維顯示器上觀看三維圖像的方法二維顯示器上觀看三維圖像的方法2.三維立體顯示方法三維立體顯示方法人眼有視差。因此在二維顯示器上觀看立體圖像時(shí)，人眼有視差。因此在二維顯示器上觀看立體圖像時(shí)，只要將拍攝位置稍微錯(cuò)開的兩組圖像分別供只要將拍攝位置稍微錯(cuò)開的兩組圖像分別供“左眼左眼”和和“右眼右眼”同時(shí)觀看，便可以看到一組具有立體感同時(shí)觀看，便可以看

51、到一組具有立體感的圖像。的圖像。 立體眼鏡方法立體眼鏡方法立體攝影方法立體攝影方法三維立體畫方法三維立體畫方法l三維顯示器三維顯示器90紅綠立體紅綠立體立體眼鏡方法立體眼鏡方法 91立體攝影方法立體攝影方法立體照片立體照片9293三維立體畫生成原理三維立體畫生成原理 三維立體畫方法三維立體畫方法重復(fù)圖案的距離決重復(fù)圖案的距離決定了立體圖像的遠(yuǎn)定了立體圖像的遠(yuǎn)近，生成三維立體近，生成三維立體畫的程序就是依據(jù)畫的程序就是依據(jù)三維立體圖像的遠(yuǎn)三維立體圖像的遠(yuǎn)近程度，在顯示器近程度，在顯示器屏幕上生成不同距屏幕上生成不同距離的重復(fù)圖案。三離的重復(fù)圖案。三維立體畫需要使用維立體畫需要使用特殊的方法才能觀特殊的方法才能觀賞，這種方法俗稱賞，這種方法俗稱“對眼對眼”。94“漩渦漩渦”三維立體畫三維立體畫 1.5.12 - 三維立體畫方法三