計(jì)算機(jī)圖形學(xué)chap2

1、第二章第二章 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及圖形硬件計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及圖形硬件2.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)2.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備2.3 圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備2.4 顯示子系統(tǒng)顯示子系統(tǒng)2.5 圖形硬拷貝設(shè)備圖形硬拷貝設(shè)備2.6 OpenGL圖形軟件包圖形軟件包1學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn): :1. 了解計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功了解計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功 能與結(jié)構(gòu)能與結(jié)構(gòu)2. 了解常用的圖形輸入設(shè)備了解常用的圖形輸入設(shè)備3. 了解常用的圖形顯示設(shè)備了解常用的圖形顯示設(shè)備2.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)2.1.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能2.1.2 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2

2、32.1.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能圖圖2.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能42.1.2 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖2.2 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 鍵盤（鍵盤（keyboard） 鍵盤能用來進(jìn)行屏幕坐標(biāo)的輸入、菜單鍵盤能用來進(jìn)行屏幕坐標(biāo)的輸入、菜單選擇、圖形功能選擇，以及輸入那些如輔助選擇、圖形功能選擇，以及輸入那些如輔助圖形顯示的圖片標(biāo)記等非圖形數(shù)據(jù)。圖形顯示的圖片標(biāo)記等非圖形數(shù)據(jù)。52.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 鼠標(biāo)器（鼠標(biāo)器（mouse） 當(dāng)推動(dòng)鼠標(biāo)器在平面上移動(dòng)時(shí)，鼠標(biāo)將記當(dāng)推動(dòng)鼠

3、標(biāo)器在平面上移動(dòng)時(shí)，鼠標(biāo)將記錄移動(dòng)的方向和距離，這個(gè)方向和距離被傳送錄移動(dòng)的方向和距離，這個(gè)方向和距離被傳送給計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的光標(biāo)的位移。給計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的光標(biāo)的位移。62.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 光筆光筆(light pen)7光孔透鏡組筆體觸鈕開關(guān)光導(dǎo)纖維導(dǎo)線圖圖2.3 光筆的結(jié)構(gòu)光筆的結(jié)構(gòu)2.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 觸摸屏觸摸屏(touch screen) 當(dāng)用手指或者小桿觸摸屏幕時(shí)，觸點(diǎn)位置當(dāng)用手指或者小桿觸摸屏幕時(shí)，觸點(diǎn)位置便以光學(xué)的（紅外線式觸摸屏）、電子的（電便以光學(xué)的（紅外線式觸摸屏）、電子的（電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏）或聲音的（聲音阻式觸摸屏和電容式

4、觸摸屏）或聲音的（聲音探測式）方式記錄下來。探測式）方式記錄下來。82.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 操縱桿操縱桿(joystick) 操縱桿是由一根小的垂直杠桿組成的可搖操縱桿是由一根小的垂直杠桿組成的可搖動(dòng)裝置，該杠桿裝配在一個(gè)其四周可移動(dòng)的底動(dòng)裝置，該杠桿裝配在一個(gè)其四周可移動(dòng)的底座上用來控制屏幕光標(biāo)。座上用來控制屏幕光標(biāo)。92.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 跟蹤球跟蹤球（Trackball）和空間球（）和空間球（Spaceball）10圖圖2.4 跟蹤球跟蹤球圖圖2.5 空間球空間球2.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套(Data Glove) 是一種戴在手上的傳感器

5、，可以用來抓住是一種戴在手上的傳感器，可以用來抓住“虛擬對(duì)象虛擬對(duì)象”，它由一系列檢測手和手指運(yùn)動(dòng)，它由一系列檢測手和手指運(yùn)動(dòng)的傳感器構(gòu)成，用來提供關(guān)于手的位置和方向的傳感器構(gòu)成，用來提供關(guān)于手的位置和方向的信息。的信息。112.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 數(shù)字化儀數(shù)字化儀(Digitizer) 用于在二維或三維的圖形對(duì)象上掃描，以用于在二維或三維的圖形對(duì)象上掃描，以輸入一系列二維或三維的坐標(biāo)值。這些坐標(biāo)值輸入一系列二維或三維的坐標(biāo)值。這些坐標(biāo)值代表的坐標(biāo)點(diǎn)，在系統(tǒng)中將以直線段或曲線段代表的坐標(biāo)點(diǎn)，在系統(tǒng)中將以直線段或曲線段連接，以逼近圖形對(duì)象的描繪曲線或表面形狀。連接，以逼近圖形對(duì)象的描

6、繪曲線或表面形狀。122.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 圖像掃描儀圖像掃描儀(Scaner) 圖像掃描儀可直接把圖紙、圖表、照片、圖像掃描儀可直接把圖紙、圖表、照片、廣告畫等輸入到計(jì)算機(jī)中，在將它們傳過一個(gè)廣告畫等輸入到計(jì)算機(jī)中，在將它們傳過一個(gè)光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)時(shí)，灰度或彩色等級(jí)被記錄下來，光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)時(shí)，灰度或彩色等級(jí)被記錄下來，并按圖像方式進(jìn)行存儲(chǔ)。并按圖像方式進(jìn)行存儲(chǔ)。132.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 聲頻輸入系統(tǒng)聲頻輸入系統(tǒng)o 視頻輸入系統(tǒng)視頻輸入系統(tǒng)142.3 圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備2.3.1 陰極射線管陰極射線管2.3.2 彩色陰極射線管彩色陰極射線管2.3.3 CRT圖形顯

7、示器圖形顯示器2.3.4 平板顯示器平板顯示器2.3.5 三維觀察設(shè)備三維觀察設(shè)備152.3.1陰極射線管（陰極射線管（CRT）162.3.1陰極射線管（陰極射線管（CRT）o CRT（Cathode Ray Tube）是一種真空器件，是一種真空器件，它利用電磁場產(chǎn)生高速的、經(jīng)過聚焦的電子束，它利用電磁場產(chǎn)生高速的、經(jīng)過聚焦的電子束，偏轉(zhuǎn)到屏幕的不同位置轟擊屏幕表面的熒光材偏轉(zhuǎn)到屏幕的不同位置轟擊屏幕表面的熒光材料而產(chǎn)生可見圖形。料而產(chǎn)生可見圖形。o CRT從結(jié)構(gòu)上分為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光從結(jié)構(gòu)上分為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏。屏。172.3.1 陰極射線管（陰極射線管（CRT）18電子槍

8、電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏圖圖2.6 CRT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2.3.1 陰極射線管（陰極射線管（CRT）o 電子槍：電子槍：產(chǎn)生一個(gè)沿管軸（產(chǎn)生一個(gè)沿管軸（Z軸）軸）方向前進(jìn)的方向前進(jìn)的高速的細(xì)電子束轟擊熒光屏。高速的細(xì)電子束轟擊熒光屏。n 具有足夠的電流強(qiáng)度。具有足夠的電流強(qiáng)度。n 電流的大小和有無必須是可控的。電流的大小和有無必須是可控的。n 具有很高的速度。具有很高的速度。n 在熒光屏上應(yīng)能聚焦很小的光亮，以保證顯在熒光屏上應(yīng)能聚焦很小的光亮，以保證顯示器有足夠的分辨率。示器有足夠的分辨率。192.3.1 陰極射線管（陰極射線管（CRT）20燈絲陰極柵極加速極第二陽極第三陽極石墨層玻

9、璃燈絲陰極柵極加速極聚焦極第二、四陽極石墨層玻璃（b)四極電子槍（a)三極電子槍圖圖2.7 CRT電子槍的結(jié)構(gòu)電子槍的結(jié)構(gòu)2.3.1 陰極射線管（陰極射線管（CRT）o 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 為了在熒光屏為了在熒光屏上顯示圖形及字符，上顯示圖形及字符，必須用電子束偏轉(zhuǎn)必須用電子束偏轉(zhuǎn)掃描來實(shí)現(xiàn)。掃描來實(shí)現(xiàn)。21圖圖2.8 磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)2.3.1 陰極射線管（陰極射線管（CRT）o 枕形失真枕形失真n 當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電流當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電流I與偏與偏轉(zhuǎn)角的正弦成正比。只有在偏轉(zhuǎn)角很小時(shí)，轉(zhuǎn)角的正弦成正比。只有在偏轉(zhuǎn)角很小時(shí)，偏轉(zhuǎn)角與偏轉(zhuǎn)電流之間才成直線性關(guān)系。偏轉(zhuǎn)角與偏轉(zhuǎn)電

10、流之間才成直線性關(guān)系。n 由于熒光屏四角距中心最遠(yuǎn)，偏轉(zhuǎn)角較大，由于熒光屏四角距中心最遠(yuǎn)，偏轉(zhuǎn)角較大，同樣的偏轉(zhuǎn)電流增量所造成的偏轉(zhuǎn)距離增同樣的偏轉(zhuǎn)電流增量所造成的偏轉(zhuǎn)距離增量最大。量最大。222.3.1 陰極射線管（陰極射線管（CRT）23圖圖2.9 枕形失真與桶形失真枕形失真與桶形失真o 枕形失真的校正枕形失真的校正n 將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場的鋸齒形將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場的鋸齒形電流預(yù)先產(chǎn)生一些失真；電流預(yù)先產(chǎn)生一些失真；n 將偏轉(zhuǎn)磁場做成略有不均將偏轉(zhuǎn)磁場做成略有不均勻性，接近管軸中央處略勻性，接近管軸中央處略強(qiáng)，周圍略弱。強(qiáng)，周圍略弱。2.3.1 陰極射線管（陰極射線管（CRT）24圖圖2.10 電偏

11、轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)燈絲陰極加速極控制柵聚焦極加速極熒光屏水平偏轉(zhuǎn)板垂直偏轉(zhuǎn)板2.3.1 陰極射線管（陰極射線管（CRT）o 熒光屏熒光屏（Phosphor Screen）n 熒光屏是用熒光粉涂敷在玻璃底壁上制成熒光屏是用熒光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用沉積法涂敷熒光粉。玻璃底壁要的，常用沉積法涂敷熒光粉。玻璃底壁要求無氣泡，表面光學(xué)拋光。求無氣泡，表面光學(xué)拋光。n 熒光粉的性能要求是：發(fā)光顏色滿足標(biāo)準(zhǔn)熒光粉的性能要求是：發(fā)光顏色滿足標(biāo)準(zhǔn)白色、發(fā)光效率高、余輝時(shí)間合適以及壽白色、發(fā)光效率高、余輝時(shí)間合適以及壽命長等。命長等。2526o 三基色原則三基色原則o 主要結(jié)構(gòu)：三色熒光屏、三支電子槍、蔭罩板主要

12、結(jié)構(gòu)：三色熒光屏、三支電子槍、蔭罩板2.3.2 彩色陰極射線管彩色陰極射線管蔭罩式蔭罩式圖圖2.11 三色熒光屏三色熒光屏27三支電子搶電子束小孔蔭罩三色熒光屏2.3.2 彩色陰極射線管彩色陰極射線管蔭罩式蔭罩式圖圖2.12 三支電子槍三支電子槍282.3.2 彩色陰極射線管彩色陰極射線管蔭罩式蔭罩式圖圖2.13 蔭罩蔭罩29o 為了避免混色，熒光點(diǎn)的面積比電子束截面要大些。為了避免混色，熒光點(diǎn)的面積比電子束截面要大些。o 只有只有15%左右的電子到達(dá)屏幕。左右的電子到達(dá)屏幕。o 蔭罩吸收大量電子，容易發(fā)熱變形。蔭罩吸收大量電子，容易發(fā)熱變形。o 管子的亮度低，要提高管子的亮度，則需提高第二陽

13、極的管子的亮度低，要提高管子的亮度，則需提高第二陽極的高壓。高壓。蔭罩三色熒光屏RGBRBRGRGBR圖圖2.14 原理圖原理圖302.3.2 彩色陰極射線管彩色陰極射線管蔭罩式蔭罩式圖圖2.15 黑底蔭罩管黑底蔭罩管GRBRGGRBBRGRB312.3.3 CRT圖形顯示器圖形顯示器p 隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器p 直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器p 光柵掃描的圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器32o 向量（向量（vector）顯示器、筆劃（顯示器、筆劃（Stroke writing）顯示器。顯示器。o 隨機(jī)掃描（隨機(jī)掃描（random-scan）的圖形顯示器中電的圖形顯示

14、器中電子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機(jī)性，即電子束的掃子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機(jī)性，即電子束的掃描軌跡隨顯示內(nèi)容而變化，只在需要的地方掃描軌跡隨顯示內(nèi)容而變化，只在需要的地方掃描，而不必全屏掃描。描，而不必全屏掃描。 隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器33隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器圖圖2.16 隨機(jī)掃描圖形顯示器的工作原理隨機(jī)掃描圖形顯示器的工作原理34p無冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵系統(tǒng)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；更高的分辨率、生成光滑線條；p不能顯示逼真場景、和電視標(biāo)準(zhǔn)不一致、驅(qū)動(dòng)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。

15、系統(tǒng)也較復(fù)雜。隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器35o 直視存儲(chǔ)管直視存儲(chǔ)管DVST（direct-view storage tube）從表面上看直視存儲(chǔ)管的特性極象一個(gè)從表面上看直視存儲(chǔ)管的特性極象一個(gè)有長余輝的熒光屏，一條線一旦畫在屏幕上，有長余輝的熒光屏，一條線一旦畫在屏幕上，在一小時(shí)之內(nèi)都將是可見的。在一小時(shí)之內(nèi)都將是可見的。 直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器36屏幕存儲(chǔ)柵收集柵寫電子槍電子流讀出電子槍寫陰極直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器圖圖2.17 直視存儲(chǔ)管圖形顯示器的工作原理直視存儲(chǔ)管圖形顯示器的工作原理工作原理工作原理37o 無需刷新；無需刷新；o 很復(fù)

16、雜的圖形都可以在極高的分辨率下無閃爍很復(fù)雜的圖形都可以在極高的分辨率下無閃爍地顯示；地顯示；o 成本較低；成本較低；o 不能顯示彩色；不能顯示彩色；o 不能局部修改；不能局部修改；o 擦除和重畫過程可能持續(xù)較長時(shí)間。擦除和重畫過程可能持續(xù)較長時(shí)間。直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器38光柵掃描圖形顯示器光柵掃描圖形顯示器圖圖2.18 光柵掃描原理光柵掃描原理水平掃描（顯示）水平掃描（顯示）水平回掃（消隱）水平回掃（消隱）垂直回掃（消隱）垂直回掃（消隱）工作原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵形狀進(jìn)工作原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵形狀進(jìn)行的順序掃描，而字符、圖像是靠行的順序掃描，而

17、字符、圖像是靠Z軸信號(hào)控制輝亮軸信號(hào)控制輝亮來形成的。來形成的。輝亮放大器視頻信號(hào)水平同步垂直同步水平振蕩垂直振蕩水平驅(qū)動(dòng)垂直驅(qū)動(dòng)水平輸出垂直輸出高壓CRTyxz圖圖2.19 光柵掃描圖形顯示器的工作原理光柵掃描圖形顯示器的工作原理40o 刷新緩沖存儲(chǔ)器刷新緩沖存儲(chǔ)器（refresh buffer）或稱幀緩沖或稱幀緩沖存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（frame buffer）。o 像素像素（pixel或或pel，是是picture element的簡的簡寫）。寫）。o 像素信息從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過像素信息從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過程稱之為程稱之為掃描轉(zhuǎn)換過程掃描轉(zhuǎn)換過程。光柵掃描圖形顯示器光

18、柵掃描圖形顯示器41低電壓、輕小型、數(shù)字化顯示器件。低電壓、輕小型、數(shù)字化顯示器件。平板顯示器（平板顯示器（flat-panel display）的分類：的分類：o 非發(fā)射顯示器（非發(fā)射顯示器（none-emissive display）o 發(fā)射顯示器（發(fā)射顯示器（emissive display）2.3.4 平板顯示器平板顯示器42o 液晶顯示器液晶顯示器o 等離子體顯示板（等離子體顯示板（Plasma Panel）o 薄 片 光 電 顯 示 器 （薄 片 光 電 顯 示 器 （ T h i n - F i l m Electroluminescent Display）o 發(fā)光二極管（發(fā)光二

19、極管（Liquid-Emitting Diode, LED）2.3.4 平板顯示器平板顯示器43o 液晶分子的排列在微弱的外部電場、磁場或者液晶分子的排列在微弱的外部電場、磁場或者應(yīng)力、溫度變化等作用下非常容易改變。當(dāng)液應(yīng)力、溫度變化等作用下非常容易改變。當(dāng)液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場作用下變?yōu)榱硪痪Х肿拥哪撤N排列狀態(tài)在電場作用下變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)種狀態(tài)時(shí)，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)生光被電場調(diào)制的現(xiàn)象稱為液晶的生光被電場調(diào)制的現(xiàn)象稱為液晶的電光效應(yīng)電光效應(yīng)。液晶顯示器液晶顯示器原理原理44圖圖2.20 液晶顯示原理液晶顯示原理液晶顯示器液晶顯示器原理原理o

20、液晶顯示的機(jī)理是通過能阻塞或傳遞光的液晶液晶顯示的機(jī)理是通過能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來自周圍的或內(nèi)部光源的偏振光。材料，傳遞來自周圍的或內(nèi)部光源的偏振光。45液晶顯示器液晶顯示器原理原理開態(tài)（亮）動(dòng)態(tài)工作原理圖 關(guān)態(tài)（暗）46o NW（Normal White）型的）型的LCD：在液晶面板：在液晶面板不施加電壓時(shí)，我們所看到的面板是透光的畫不施加電壓時(shí)，我們所看到的面板是透光的畫面，也就是亮的畫面。面，也就是亮的畫面。o NB（Normal Black）型的）型的LCD：當(dāng)對(duì)液晶面：當(dāng)對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí)，面板無法透光。板不施加電壓時(shí)，面板無法透光。液晶顯示器液晶顯示器類型類型47液晶

21、顯示器液晶顯示器彩色彩色o 液晶顯示器利用在一側(cè)的玻璃基板上加上一個(gè)液晶顯示器利用在一側(cè)的玻璃基板上加上一個(gè)彩色濾光片（彩色濾光片（CF，Color Filter）實(shí)現(xiàn)彩色。）實(shí)現(xiàn)彩色。o 彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍(lán)色小點(diǎn)，彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍(lán)色小點(diǎn)，每個(gè)小點(diǎn)有各自不同的灰度，相鄰的一組每個(gè)小點(diǎn)有各自不同的灰度，相鄰的一組RGB小點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)基本的彩色顯示單元，即一個(gè)像小點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)基本的彩色顯示單元，即一個(gè)像素。素。48液晶顯示器液晶顯示器彩色彩色圖圖2.21 彩色濾光片排列方式彩色濾光片排列方式49液晶顯示器液晶顯示器分類分類o 扭曲向列型（扭曲向列型（TN，Twisted

22、Nematic）o 超扭曲向列型（超扭曲向列型（STN，Super TN）o 雙層超扭曲向列型（雙層超扭曲向列型（DSTN，Dual Scan TN）o 薄膜晶體管型（薄膜晶體管型（TFT，Thin Film Transistor）50等離子體顯示板等離子體顯示板圖圖2.22 等離子體顯示板的基本結(jié)構(gòu)等離子體顯示板的基本結(jié)構(gòu)51薄片光電顯示器薄片光電顯示器圖圖2.23 薄片光電顯示器的基本結(jié)構(gòu)薄片光電顯示器的基本結(jié)構(gòu)52發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）o 發(fā)光二極管采用二極管激發(fā)發(fā)光來顯示圖像。發(fā)光二極管采用二極管激發(fā)發(fā)光來顯示圖像。二極管以矩陣排列形成顯示器的像素位置。圖二極管以矩陣排列形成

23、顯示器的像素位置。圖形的定義存儲(chǔ)在刷新緩沖器中。形的定義存儲(chǔ)在刷新緩沖器中。信息從刷新緩信息從刷新緩沖器讀出，并轉(zhuǎn)換為電壓施于二極管，在顯示沖器讀出，并轉(zhuǎn)換為電壓施于二極管，在顯示器上產(chǎn)生發(fā)光圖案。器上產(chǎn)生發(fā)光圖案。53p 從變焦距的柔性震動(dòng)鏡面反從變焦距的柔性震動(dòng)鏡面反射射CRT圖像圖像2.3.5 三維觀察設(shè)備三維觀察設(shè)備圖圖2.24 采用震動(dòng)鏡面的三維顯示系統(tǒng)采用震動(dòng)鏡面的三維顯示系統(tǒng)54p 顯示具立體感的視圖：三維電影顯示具立體感的視圖：三維電影視差視差2.3.5 三維觀察設(shè)備三維觀察設(shè)備2.4 顯示子系統(tǒng)顯示子系統(tǒng)2.4.1 光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.

24、4.2 繪制流水線繪制流水線2.4.3 相關(guān)概念相關(guān)概念552.4.1 光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)56圖圖2.25 簡單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)簡單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)57圖圖2.26 常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)2.4.1光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)58圖圖2.27 發(fā)展的光柵圖形顯示子系統(tǒng)發(fā)展的光柵圖形顯示子系統(tǒng)2.4.1光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)o 幀緩沖存儲(chǔ)器幀緩沖存儲(chǔ)器：用來存儲(chǔ)像素顏色（灰度）值：用來存儲(chǔ)像素顏色（灰度）值的存儲(chǔ)器。的存儲(chǔ)器。o 雙緩存：一個(gè)緩存用來刷新的同時(shí)，另

25、一個(gè)寫雙緩存：一個(gè)緩存用來刷新的同時(shí)，另一個(gè)寫入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個(gè)緩存可互換角色。這入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個(gè)緩存可互換角色。這種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動(dòng)畫流種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動(dòng)畫流暢而沒有滑動(dòng)感。暢而沒有滑動(dòng)感。592.4.1光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)o 顯示控制器（顯示控制器（Display Controller），又稱視，又稱視頻控制器（頻控制器（Video Controller），主要功能是），主要功能是依據(jù)設(shè)定的顯示工作方式，自主地、反復(fù)不斷依據(jù)設(shè)定的顯示工作方式，自主地、反復(fù)不斷地讀取幀緩存中的圖像點(diǎn)陣（包括圖形、字符地讀取幀緩

26、存中的圖像點(diǎn)陣（包括圖形、字符文本）數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換成文本）數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換成R、G、B三色信號(hào)三色信號(hào)并配以同步信號(hào)送至顯示器，即可刷新屏幕。并配以同步信號(hào)送至顯示器，即可刷新屏幕。602.4.1光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)o 顯示處理器（顯示處理器（Display Processor），又稱圖，又稱圖形控制器（形控制器（Graphics Controller）或顯示協(xié)處）或顯示協(xié)處理器（理器（Display Coprocessor），它把），它把CPU從從圖形顯示處理的事務(wù)中解脫出來，其主要任務(wù)圖形顯示處理的事務(wù)中解脫出來，其主要任務(wù)是掃描轉(zhuǎn)換待顯示的圖形以及是

27、掃描轉(zhuǎn)換待顯示的圖形以及某些附加的操作某些附加的操作等等。612.4.1光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)62o 圖形子系統(tǒng)的圖形繪制功能常常采用流水線圖形子系統(tǒng)的圖形繪制功能常常采用流水線（Pipeline）結(jié)構(gòu)繪制，或者稱為管線繪制。）結(jié)構(gòu)繪制，或者稱為管線繪制。o 繪制流水線的基本結(jié)構(gòu)從概念上包括三個(gè)階段繪制流水線的基本結(jié)構(gòu)從概念上包括三個(gè)階段n 應(yīng)用程序階段應(yīng)用程序階段n 幾何階段幾何階段n 光柵階段光柵階段2.4.2 繪制流水線繪制流水線632.4.2 繪制流水線繪制流水線圖圖2.28 繪制流水線的結(jié)構(gòu)繪制流水線的結(jié)構(gòu)64o 分辨率分辨率o 像素與幀緩存像素與幀

28、緩存o 顏色查找表顏色查找表o 顯示長寬比顯示長寬比o 屏幕坐標(biāo)系屏幕坐標(biāo)系2.4.3 相關(guān)概念相關(guān)概念65o 光點(diǎn)光點(diǎn)一般是指電子束打在顯示器的熒光屏上，一般是指電子束打在顯示器的熒光屏上，顯示器能夠顯示的最小的發(fā)光點(diǎn)。顯示器能夠顯示的最小的發(fā)光點(diǎn)。o 像素點(diǎn)像素點(diǎn)是指圖形顯示在屏幕上時(shí)候，按當(dāng)前的是指圖形顯示在屏幕上時(shí)候，按當(dāng)前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點(diǎn)。圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點(diǎn)。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率66o 屏幕分辨率屏幕分辨率，也稱為光柵分辨率，它決定了顯，也稱為光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率，任何顯示控制器所示系統(tǒng)最大可能的分辨率，任何顯示控制

29、器所提供的分辨率也不能超過這個(gè)物理分辨率。提供的分辨率也不能超過這個(gè)物理分辨率。o 通常用水平方向上的光點(diǎn)數(shù)與垂直方向上的光通常用水平方向上的光點(diǎn)數(shù)與垂直方向上的光點(diǎn)數(shù)的乘積來表示。點(diǎn)數(shù)的乘積來表示。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率67o 顯示分辨率顯示分辨率是計(jì)算機(jī)顯示控制器所能夠提供的顯示模是計(jì)算機(jī)顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，實(shí)際應(yīng)用中簡稱為式分辨率，實(shí)際應(yīng)用中簡稱為顯示模式顯示模式。o 對(duì)于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上對(duì)于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。o 對(duì)于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能

30、顯示對(duì)于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能顯示的象素點(diǎn)總數(shù)的乘積表示。的象素點(diǎn)總數(shù)的乘積表示。o 顯示分辨率不同，它所對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)大小也不同顯示分辨率不同，它所對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)大小也不同。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率68o 圖形的圖形的存儲(chǔ)分辨率存儲(chǔ)分辨率是指幀緩沖區(qū)的大小，一般是指幀緩沖區(qū)的大小，一般用緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)表示。用緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)表示。o 存儲(chǔ)分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與像素存儲(chǔ)分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與像素點(diǎn)的色彩有關(guān)。點(diǎn)的色彩有關(guān)。o 幀緩存大小的計(jì)算：幀緩存大小的計(jì)算：x方向的像素點(diǎn)數(shù)方向的像素點(diǎn)數(shù)y方向的像素點(diǎn)數(shù)方向的像素點(diǎn)數(shù)log2n/8（BYTE） 其中：其中：

31、n為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率69p屏幕分辨率決定了所能顯示的最高分辨率。屏幕分辨率決定了所能顯示的最高分辨率。p顯示分辨率和存儲(chǔ)分辨率對(duì)所能顯示的圖形分辨率顯示分辨率和存儲(chǔ)分辨率對(duì)所能顯示的圖形分辨率有控制作用。有控制作用。p顯示器中的分辨率顯示器中的分辨率 帶寬帶寬 = A*水平像素點(diǎn)數(shù)水平像素點(diǎn)數(shù)*垂直像素點(diǎn)數(shù)垂直像素點(diǎn)數(shù)*刷新頻率刷新頻率 A常取常取1.344相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率70屏幕上一個(gè)象素點(diǎn)就對(duì)應(yīng)幀緩存中的一組信息。屏幕上一個(gè)象素點(diǎn)就對(duì)應(yīng)幀緩存中的一組信息。o 組合像素法（組合像素法（Packed Pixel Method）o 顏

32、色位面法（顏色位面法（Color Plane Method）相關(guān)概念相關(guān)概念像像素與幀緩存素與幀緩存71o 在在組合像素法組合像素法中，一個(gè)圖形象素點(diǎn)的全部信息被中，一個(gè)圖形象素點(diǎn)的全部信息被編碼成一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，按照一定方式存儲(chǔ)到幀緩編碼成一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，按照一定方式存儲(chǔ)到幀緩存中，編碼字節(jié)的長度與點(diǎn)的屬性（如顏色、灰存中，編碼字節(jié)的長度與點(diǎn)的屬性（如顏色、灰度等）有關(guān)。度等）有關(guān)。相關(guān)概念相關(guān)概念像素與幀緩存像素與幀緩存圖圖2.29 組合象素法組合象素法72o 在在顏色位面法顏色位面法中，幀緩存被分中，幀緩存被分成若干獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域，每一成若干獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)位面（個(gè)區(qū)域稱為

33、一個(gè)位面（Bit Bit PlanePlane），），每個(gè)位面控制一種每個(gè)位面控制一種顏色或者灰度，每一個(gè)圖形象顏色或者灰度，每一個(gè)圖形象素點(diǎn)在每個(gè)位面中占一位，通素點(diǎn)在每個(gè)位面中占一位，通過幾個(gè)位面中的同一位組合成過幾個(gè)位面中的同一位組合成一個(gè)象素。一個(gè)象素。相關(guān)概念相關(guān)概念像素與幀緩存像素與幀緩存圖圖2.30 顏色位面法顏色位面法圖圖2.31 具有具有24位面彩色幀緩存的顯示器位面彩色幀緩存的顯示器74o 顏色查找表顏色查找表也稱調(diào)色板，是由高速的隨機(jī)存儲(chǔ)也稱調(diào)色板，是由高速的隨機(jī)存儲(chǔ)器組成，用來儲(chǔ)存表達(dá)象素色彩的代碼。此時(shí)器組成，用來儲(chǔ)存表達(dá)象素色彩的代碼。此時(shí)幀緩沖存儲(chǔ)器中每一象素對(duì)應(yīng)

34、單元的代碼不再幀緩沖存儲(chǔ)器中每一象素對(duì)應(yīng)單元的代碼不再代表該象素的色彩值，而是作為查色表的地址代表該象素的色彩值，而是作為查色表的地址索引。索引。相關(guān)概念相關(guān)概念顏色查找表顏色查找表圖圖2.32 具有具有24位面彩色幀緩存和位面彩色幀緩存和10位顏色查找表的顯示器位顏色查找表的顯示器76o 顯示長寬比顯示長寬比，即水平點(diǎn)數(shù)與垂直點(diǎn)數(shù)之比。，即水平點(diǎn)數(shù)與垂直點(diǎn)數(shù)之比。要求在屏幕兩個(gè)方向上相同像素點(diǎn)數(shù)產(chǎn)生同要求在屏幕兩個(gè)方向上相同像素點(diǎn)數(shù)產(chǎn)生同樣長度的線段，以使圖形不至發(fā)生畸變。樣長度的線段，以使圖形不至發(fā)生畸變。相關(guān)概念相關(guān)概念顯示長寬比顯示長寬比77相關(guān)概念相關(guān)概念屏幕坐標(biāo)系屏幕坐標(biāo)系圖圖2.

35、33 不同顯示器的坐標(biāo)不同顯示器的坐標(biāo)2.5 圖形硬拷貝設(shè)備圖形硬拷貝設(shè)備o 打印機(jī)打印機(jī)o 繪圖儀繪圖儀78打印機(jī)打印機(jī)o 打印機(jī)是畫點(diǎn)設(shè)備。打印機(jī)是畫點(diǎn)設(shè)備。o 擊式打印機(jī)主要指針式打印機(jī)，它隔著色帶將某擊式打印機(jī)主要指針式打印機(jī)，它隔著色帶將某種點(diǎn)陣圖案壓在紙上。種點(diǎn)陣圖案壓在紙上。o 非撞擊式打印機(jī)包括激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、非撞擊式打印機(jī)包括激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)、染料熱升華打印機(jī)和靜電打印機(jī)熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)、染料熱升華打印機(jī)和靜電打印機(jī)等。等。79繪圖儀繪圖儀o 筆式繪圖儀（筆式繪圖儀（Pen Plotter）是畫線設(shè)備。）是畫線設(shè)備。o 筆式繪圖儀可分為平板式繪圖儀（筆

36、式繪圖儀可分為平板式繪圖儀（Flatbed Plotter）和滾筒式繪圖儀（）和滾筒式繪圖儀（Drum Plotter）802.6 OpenGL圖形軟件包圖形軟件包o OpenGL的主要功能的主要功能o OpenGL的繪制流程的繪制流程o OpenGL的基本語法的基本語法o OpenGL的程序?qū)嵗某绦驅(qū)嵗?1OpenGL圖形軟件包圖形軟件包p OpenGL是是SGI（Silicon Graphics Inc.）公司公司對(duì)對(duì)IRIS GL進(jìn)行改進(jìn)，擴(kuò)展可移植性，形成的一進(jìn)行改進(jìn)，擴(kuò)展可移植性，形成的一個(gè)跨平臺(tái)開放式圖形編程接口個(gè)跨平臺(tái)開放式圖形編程接口。p 目前，目前，OpenGL標(biāo)準(zhǔn)由標(biāo)準(zhǔn)由

37、1992年成立的獨(dú)立財(cái)團(tuán)年成立的獨(dú)立財(cái)團(tuán)OpenGL Architecture Review Board（ARB）以投票方式產(chǎn)生，并制成規(guī)范文檔公布。以投票方式產(chǎn)生，并制成規(guī)范文檔公布。82OpenGL的主要功能的主要功能o 模型繪制模型繪制o 模型觀察模型觀察o 顏色模式顏色模式o 光照應(yīng)用光照應(yīng)用o 圖像效果增強(qiáng)圖像效果增強(qiáng)o 位圖和圖像處理位圖和圖像處理83OpenGL的主要功能的主要功能o 紋理映射紋理映射o 實(shí)時(shí)動(dòng)畫實(shí)時(shí)動(dòng)畫o 交互技術(shù)交互技術(shù)84OpenGL的繪制流程的繪制流程工作方式工作方式85圖圖2.34 OpenGL圖形處理系圖形處理系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的層次結(jié)構(gòu)統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

38、中的層次結(jié)構(gòu)o 一個(gè)完整的窗口系統(tǒng)的一個(gè)完整的窗口系統(tǒng)的OpenGL圖形處理系統(tǒng)的圖形處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為：最底層為圖形硬結(jié)構(gòu)為：最底層為圖形硬件，第二層為操作系統(tǒng)，件，第二層為操作系統(tǒng)，第三層為窗口系統(tǒng)，第四第三層為窗口系統(tǒng)，第四層為層為OpenGL，最上面的，最上面的層為應(yīng)用軟件。層為應(yīng)用軟件。OpenGL的繪制流程的繪制流程流水線流水線86圖圖2.35 一條簡化的一條簡化的OpenGL繪制流水線繪制流水線o OpenGL命令將被放在一個(gè)命令緩沖區(qū)中，這命令將被放在一個(gè)命令緩沖區(qū)中，這樣命令緩沖區(qū)中包含了大量的命令、頂點(diǎn)數(shù)據(jù)樣命令緩沖區(qū)中包含了大量的命令、頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)。當(dāng)緩沖區(qū)被清空時(shí)，

39、緩沖區(qū)中的和紋理數(shù)據(jù)。當(dāng)緩沖區(qū)被清空時(shí)，緩沖區(qū)中的命令和數(shù)據(jù)都將傳遞給流水線的下一個(gè)階段。命令和數(shù)據(jù)都將傳遞給流水線的下一個(gè)階段。OpenGL的基本語法的基本語法相關(guān)庫相關(guān)庫87o OpenGL核心庫：核心庫：glo OpenGL實(shí)用程序庫：實(shí)用程序庫： gluo OpenGL編程輔助庫：編程輔助庫：auxo OpenGL實(shí)用程序工具包（實(shí)用程序工具包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：）：gluto Windows專用庫：專用庫：wglOpenGL的基本語法的基本語法命名規(guī)則命名規(guī)則88o OpenGL函數(shù)都遵循一個(gè)命名約定，即采用以函數(shù)都遵循一個(gè)命名約定，即采用以下格式：下格式： 例如函數(shù)例如函數(shù)glColor3f()，gl表示這個(gè)函數(shù)表示這個(gè)函數(shù)來自庫來自庫gl.h，color表示該函數(shù)用于顏色設(shè)定，表示該函數(shù)用于顏色設(shè)定，3f表示這個(gè)函數(shù)采用了三個(gè)浮點(diǎn)數(shù)參數(shù)。表示這個(gè)函數(shù)采用了三個(gè)浮點(diǎn)數(shù)參數(shù)。OpenGL的基本語法的基本語法數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型89OpenGL數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型內(nèi)部表示法內(nèi)部表示法定義為定義為C類型類型C字面值后綴字面值后綴GLbyte8位整數(shù)位整數(shù)signed charBGL