新-第2章-計算機圖形系統(tǒng)

1、主講教師：孫海軍主講教師：孫海軍 sunhaijun80 sunhaijun80 天津商業(yè)大學(xué)天津商業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院計算機圖形學(xué)計算機圖形學(xué)王汝傳等王汝傳等 編著編著 人民郵電出版社人民郵電出版社第二章第二章 計算機圖形系統(tǒng)計算機圖形系統(tǒng) 2.1 計算機圖形系統(tǒng)的組成計算機圖形系統(tǒng)的組成 2.2 計算機圖形顯示器計算機圖形顯示器 2.3 計算機圖形輸入設(shè)備計算機圖形輸入設(shè)備 2.4 計算機圖形輸出設(shè)備計算機圖形輸出設(shè)備 2.5 計算機圖形系統(tǒng)軟件計算機圖形系統(tǒng)軟件 2.1.1 圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 由硬件和軟件兩部分組成由硬件和軟件兩部分組成 2.1 計算機圖形系統(tǒng)的組

2、成計算機圖形系統(tǒng)的組成2.1.22.1.2 圖形系統(tǒng)的基本功能及其硬件性能要求圖形系統(tǒng)的基本功能及其硬件性能要求 一、計算機圖形系統(tǒng)的基本功能一、計算機圖形系統(tǒng)的基本功能1. 計算功能計算功能 圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、投影、透視等幾何變換；曲線、圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、投影、透視等幾何變換；曲線、曲面生成和圖形相互關(guān)系的檢測。曲面生成和圖形相互關(guān)系的檢測。2. 存儲功能存儲功能 在計算機內(nèi)存儲器和外存儲器中，應(yīng)能存放各種形體在計算機內(nèi)存儲器和外存儲器中，應(yīng)能存放各種形體的幾何數(shù)據(jù)及形體之間相互關(guān)系，以實現(xiàn)對有關(guān)數(shù)據(jù)的實的幾何數(shù)據(jù)及形體之間相互關(guān)系，以實現(xiàn)對有關(guān)數(shù)據(jù)的實時檢索以及保存對圖形的刪除、增加、修改

3、等信息。時檢索以及保存對圖形的刪除、增加、修改等信息。3. 輸入功能輸入功能 圖形形體的幾何參數(shù)（例如大小、位置等）和各圖形形體的幾何參數(shù)（例如大小、位置等）和各種繪圖命令的輸入。種繪圖命令的輸入。4. 輸出功能輸出功能 文字、圖形、圖像信息輸出功能；顯示設(shè)計過程文字、圖形、圖像信息輸出功能；顯示設(shè)計過程當(dāng)前的狀態(tài)以及圖形編輯后的結(jié)果；通過繪圖儀、打當(dāng)前的狀態(tài)以及圖形編輯后的結(jié)果；通過繪圖儀、打印機等設(shè)備實現(xiàn)硬拷貝輸出。印機等設(shè)備實現(xiàn)硬拷貝輸出。5. 對話功能對話功能 可通過人機交互設(shè)備進行對話；對計算結(jié)果和可通過人機交互設(shè)備進行對話；對計算結(jié)果和圖形進行修改；對設(shè)計者或操作員出現(xiàn)的錯誤給予必

4、圖形進行修改；對設(shè)計者或操作員出現(xiàn)的錯誤給予必要的提示和幫助。要的提示和幫助。二、圖形系統(tǒng)的硬件性能要求二、圖形系統(tǒng)的硬件性能要求 計算機圖形系統(tǒng)與一般計算機系統(tǒng)相比，要求主機性能計算機圖形系統(tǒng)與一般計算機系統(tǒng)相比，要求主機性能更高，速度更快，存儲容量更大，外設(shè)種類更齊全。更高，速度更快，存儲容量更大，外設(shè)種類更齊全。1. 處理速度處理速度 一般計算機系統(tǒng)的應(yīng)用側(cè)重于整數(shù)運算，浮點運算較少一般計算機系統(tǒng)的應(yīng)用側(cè)重于整數(shù)運算，浮點運算較少，CPU的浮點運算能力要求較低。的浮點運算能力要求較低。 圖形運算要求圖形運算要求CPU有強大的浮點運算能力有強大的浮點運算能力2. 圖形顯示圖形顯示 一般計算

5、機系統(tǒng)的應(yīng)用主要側(cè)重于字符顯示，不需要一般計算機系統(tǒng)的應(yīng)用主要側(cè)重于字符顯示，不需要專業(yè)圖形加速卡和大屏幕顯示器。專業(yè)圖形加速卡和大屏幕顯示器。 圖形顯示要求有功能強大的顯示能力，包括要配備專圖形顯示要求有功能強大的顯示能力，包括要配備專業(yè)業(yè)3D圖形加速卡和大屏幕顯示器圖形加速卡和大屏幕顯示器 圖形加速卡目前已發(fā)展成為可與中央處理器（圖形加速卡目前已發(fā)展成為可與中央處理器（CPU）相提并論的圖形處理器（相提并論的圖形處理器（GPU）。）。GPU的出現(xiàn)使得的出現(xiàn)使得CPU的的負(fù)擔(dān)大大減輕，顯示速度和質(zhì)量明顯提高。負(fù)擔(dān)大大減輕，顯示速度和質(zhì)量明顯提高。硬盤、光盤、硬盤、光盤、U盤盤外存外存內(nèi)存內(nèi)存

6、CPU容量小、成本高容量小、成本高容量大、成本低容量大、成本低速度高速度高速度低速度低速度極高速度極高2.2 計算機計算機圖形顯示器圖形顯示器 顯示器是圖形系統(tǒng)中必備的輸出設(shè)備，目前，陰極顯示器是圖形系統(tǒng)中必備的輸出設(shè)備，目前，陰極射線管（射線管（CRT-Cathode Ray Tube）顯示器已經(jīng)漸漸退顯示器已經(jīng)漸漸退出競爭，但是其工作原理仍然值得討論。此外，還有液出競爭，但是其工作原理仍然值得討論。此外，還有液晶顯示器和等離子板顯示器等。晶顯示器和等離子板顯示器等。一一. CRT顯示器顯示器 CRT顯示器分辨率好，可靠性高，速度快。為了不顯示器分辨率好，可靠性高，速度快。為了不影響主機的數(shù)

7、據(jù)處理能力，影響主機的數(shù)據(jù)處理能力，CRT顯示器作為計算機的外顯示器作為計算機的外圍設(shè)備而獨立存在，它有自己的控制電路，專門負(fù)責(zé)屏圍設(shè)備而獨立存在，它有自己的控制電路，專門負(fù)責(zé)屏幕編輯功能，并有標(biāo)準(zhǔn)的串行接口與主機連接。幕編輯功能，并有標(biāo)準(zhǔn)的串行接口與主機連接。CRT顯顯示器的組組成CRT單色顯示原理單色顯示原理 燈絲加熱陰極，陰燈絲加熱陰極，陰極發(fā)射電子，控制極發(fā)射電子，控制柵控制電子的通過柵控制電子的通過 電子流被加速、聚電子流被加速、聚焦成很窄的電子束焦成很窄的電子束偏轉(zhuǎn)電場（或磁偏轉(zhuǎn)電場（或磁場）使電子束左場）使電子束左右、上下偏轉(zhuǎn)右、上下偏轉(zhuǎn) 在指定時刻、指定在指定時刻、指定位置上產(chǎn)

8、生亮點位置上產(chǎn)生亮點 余輝時間余輝時間 電子束離開光點后光點保持的時間。電子束離開光點后光點保持的時間。 屏幕刷新屏幕刷新 熒光亮度隨著時間迅速衰減，為了使人們看到一個穩(wěn)熒光亮度隨著時間迅速衰減，為了使人們看到一個穩(wěn)定而不閃爍的圖形，整個畫面必須在每一秒鐘內(nèi)重復(fù)顯定而不閃爍的圖形，整個畫面必須在每一秒鐘內(nèi)重復(fù)顯示許多次。示許多次。 要保持一幅畫面的穩(wěn)定性，若余輝時間越短，則所需要保持一幅畫面的穩(wěn)定性，若余輝時間越短，則所需的屏幕刷新率越高。的屏幕刷新率越高。 液晶顯示器的光點可以一直保持原來的色彩和亮度，恒液晶顯示器的光點可以一直保持原來的色彩和亮度，恒定發(fā)光，所以刷新率可以相對低一些。定發(fā)光

9、，所以刷新率可以相對低一些。 CRT單色顯示原理單色顯示原理 余輝時間、畫面切換和刷新頻率三者之間的關(guān)系余輝時間、畫面切換和刷新頻率三者之間的關(guān)系電視電視（刷新率低）（刷新率低）由于影片播放由于影片播放時畫面經(jīng)常切時畫面經(jīng)常切換，一般采用換，一般采用短余輝的熒光短余輝的熒光粉粉若采用長余輝的熒光若采用長余輝的熒光粉，會使上一幀圖像粉，會使上一幀圖像余輝保留時間過長而余輝保留時間過長而出現(xiàn)拖尾和馬賽克現(xiàn)出現(xiàn)拖尾和馬賽克現(xiàn)象象電腦電腦（刷新率高）（刷新率高）由于電腦畫面一般由于電腦畫面一般較為穩(wěn)定，同一幀較為穩(wěn)定，同一幀畫面停留時間較長畫面停留時間較長，所以采用長余輝，所以采用長余輝的熒光粉的熒光

10、粉如果一幀畫面停如果一幀畫面停留時間很長，那留時間很長，那么需要一定的刷么需要一定的刷新頻率才能使該新頻率才能使該畫面不閃爍、不畫面不閃爍、不變暗變暗液晶(Liquid-Crystal)于1888年被被奧地利的植物學(xué)家Friedrich Reinitzer 所發(fā)現(xiàn)二、液晶顯示器二、液晶顯示器(LiquidCrystal Display, 簡稱簡稱LCD) LCD性能性能 參數(shù)參數(shù)響應(yīng)時間響應(yīng)時間:指指LCD顯示器對于輸入信號的顯示器對于輸入信號的反應(yīng)速度，也就是液晶由暗轉(zhuǎn)亮或者由亮反應(yīng)速度，也就是液晶由暗轉(zhuǎn)亮或者由亮轉(zhuǎn)暗的反應(yīng)時間。通常都是以毫秒轉(zhuǎn)暗的反應(yīng)時間。通常都是以毫秒(ms)來來計算，

11、響應(yīng)時間越小越好。計算，響應(yīng)時間越小越好。 壞點壞點:是指在液晶面板上不能正常顯示的像素點，是指在液晶面板上不能正常顯示的像素點，包括：壞點、亮點與暗點。包括：壞點、亮點與暗點。壞點是判斷壞點是判斷LCD顯示器優(yōu)劣的主要依據(jù)，壞點越少顯示器優(yōu)劣的主要依據(jù)，壞點越少越好。關(guān)于越好。關(guān)于LCD顯示器壞點有顯示器壞點有A、B、C三級標(biāo)準(zhǔn)，三級標(biāo)準(zhǔn)，A級級質(zhì)量最好。如我國的標(biāo)準(zhǔn)是質(zhì)量最好。如我國的標(biāo)準(zhǔn)是3個壞點以下為個壞點以下為A級。級。幾個性能幾個性能 參數(shù)參數(shù)顯示器的尺寸：顯示器的尺寸：LCD顯示器的尺寸就是它實顯示器的尺寸就是它實際的屏幕尺寸，也就是最大的可視尺寸。如果際的屏幕尺寸，也就是最大的

12、可視尺寸。如果同是一臺同是一臺17英寸的顯示器，英寸的顯示器，CRT顯示器的顯示顯示器的顯示區(qū)域為區(qū)域為15.35英寸，而液晶顯示器的則為英寸，而液晶顯示器的則為17英英寸。寸。分辨率：分辨率： 對于對于CRT顯示器而言，只要調(diào)整電子束的偏轉(zhuǎn)電顯示器而言，只要調(diào)整電子束的偏轉(zhuǎn)電壓，就可以改變不同的分辨率。壓，就可以改變不同的分辨率。 LCD顯示器由于像素間距已經(jīng)固定，所以支持的顯示顯示器由于像素間距已經(jīng)固定，所以支持的顯示模式不多。模式不多。LCD顯示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在顯示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在該分辨率下，液晶顯示器才能顯示最佳效果。該分辨率下，液晶顯示器才能顯示最佳效

13、果。三、等離子顯示器三、等離子顯示器(Plasma Display Panel, 簡稱簡稱PDP) 等離子顯示器等離子顯示器PDP與液晶顯示器與液晶顯示器LCD之間的比較之間的比較 PKPK等離子電視等離子電視(PDP)和液晶電視和液晶電視(LCD)都屬于平板都屬于平板電視，它們就像雙胞胎，雖然表面上相像，但本電視，它們就像雙胞胎，雖然表面上相像，但本質(zhì)卻有很大差別。質(zhì)卻有很大差別。其中兩者的最大的區(qū)別在于使用的面板不同，其中兩者的最大的區(qū)別在于使用的面板不同，也就是說它們的成像原理不一樣。也就是說它們的成像原理不一樣。等離子電視依靠高電壓來激活顯像單元中的特等離子電視依靠高電壓來激活顯像單元

14、中的特殊氣體，使它產(chǎn)生紫外線來激發(fā)磷光物質(zhì)發(fā)光殊氣體，使它產(chǎn)生紫外線來激發(fā)磷光物質(zhì)發(fā)光LCD通過電流改變晶體管內(nèi)晶體的結(jié)構(gòu)，使它顯像通過電流改變晶體管內(nèi)晶體的結(jié)構(gòu)，使它顯像1. 等離子電視在視角等離子電視在視角方面要好于液晶電方面要好于液晶電視，當(dāng)然等離子電視，當(dāng)然等離子電視也不是視也不是“沒有視沒有視角問題角問題”。2. 對于客廳、臥房用的對于客廳、臥房用的電視機，很少會在超電視機，很少會在超過過120度的角度去看度的角度去看電視，所以從這個角電視，所以從這個角度來說，關(guān)于視角的度來說，關(guān)于視角的問題并不重要。問題并不重要。 PK關(guān)于關(guān)于 視角視角 關(guān)于關(guān)于制造成本制造成本 LCDLCD與與

15、PDPPDP生產(chǎn)制造工藝有迥然不同的差異生產(chǎn)制造工藝有迥然不同的差異 LCDLCD面板的制造至少需要面板的制造至少需要65657070道制程，而且成品道制程，而且成品的合格率較低；的合格率較低；生產(chǎn)線更新較快，使整個生產(chǎn)線更新較快，使整個產(chǎn)業(yè)在成本競爭上相當(dāng)激產(chǎn)業(yè)在成本競爭上相當(dāng)激烈。烈。 PDP面板的面板的生產(chǎn)僅需約生產(chǎn)僅需約2530道制程，且成品合道制程，且成品合格率較高。格率較高。 PDP由于采用高壓制程，由于采用高壓制程，面板須承受高壓負(fù)載，面板須承受高壓負(fù)載，在設(shè)計上要求較高。在設(shè)計上要求較高。 幾種顯種顯示技術(shù)術(shù)的比較較如表所示:性質(zhì)性質(zhì)陰極射陰極射線管線管等離子等離子顯示器顯示器

16、液晶顯液晶顯示器示器性質(zhì)性質(zhì)陰極射陰極射線管線管等離子等離子顯示器顯示器液晶顯液晶顯示器示器功耗功耗大大小小中中對比度對比度中中好好差差屏幕屏幕小小大大中中灰度等級灰度等級好好差差差差厚度厚度大大小小小小視角視角大大中中小小平面度平面度一般一般中中好好色彩色彩中中豐富豐富中中亮度亮度好好好好適中適中價格價格低低高高中中分辨率分辨率中中好好一般一般2.3 2.3 計算機圖形輸入設(shè)備計算機圖形輸入設(shè)備2.4 2.4 計算機圖形輸出設(shè)備計算機圖形輸出設(shè)備顯示器、繪圖儀、打印機顯示器、繪圖儀、打印機 把由計算機生成的圖形輸出到圖紙（或其它介把由計算機生成的圖形輸出到圖紙（或其它介質(zhì)）上的硬拷貝設(shè)備。質(zhì)

17、）上的硬拷貝設(shè)備。 筆繪式筆繪式噴墨式噴墨式靜電式靜電式 平臺式平臺式滾筒式滾筒式平面電機式平面電機式小型式小型式 繪圖儀繪圖儀 計算機圖形系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩方計算機圖形系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩方面。系統(tǒng)軟件又分為操作系統(tǒng)和程序設(shè)計語言。面。系統(tǒng)軟件又分為操作系統(tǒng)和程序設(shè)計語言。 個人計算機的操作系統(tǒng)大多采用底層的個人計算機的操作系統(tǒng)大多采用底層的DOS和上層的和上層的Windows，它們都是，它們都是Microsoft公司的產(chǎn)品。目前公司的產(chǎn)品。目前DOS和和Windows已合二為一，成為不可分割的一個整體。已合二為一，成為不可分割的一個整體。282930313233342、程序設(shè)計語設(shè)計語言 程序設(shè)計語言方面，計算機圖形系統(tǒng)當(dāng)然要求程序設(shè)計程序設(shè)計語言方面，計算機圖形系統(tǒng)當(dāng)然要求程序設(shè)計語言具有較強的圖形圖像處理能力，所以具有很強的圖形圖語言具有較強的圖形圖像處理能力，所以具有很強的圖形圖像處理能力和發(fā)展前景的像處理能力和發(fā)展前景的C/C+語言逐漸成為計算機圖形系語言逐漸成為計算機圖形系統(tǒng)的首選開發(fā)語言統(tǒng)的首選開發(fā)語言 其它高級語言如其它高級語言如PASCAL、BASIC和和FORTRAN語言雖語言雖也有一定的圖形圖像處理能力，但在計算機圖形系統(tǒng)中已逐也有一定的圖形圖像處理能力，但在計算機圖形系統(tǒng)中已逐漸成為次要的開發(fā)語