CGLEC圖形設(shè)備與系統(tǒng)

Lec2圖形設(shè)備與系統(tǒng)李曉寧2022/12/81主要內(nèi)容計算機圖形系統(tǒng)概述Windows操作系統(tǒng)下圖形程序的開發(fā)介紹OpenGL介紹實驗:一個OpenGL基礎(chǔ)實驗2022/12/822.1計算機圖形系統(tǒng)概述計算機圖形系統(tǒng)外部設(shè)備圖形輸入設(shè)備圖形輸出設(shè)備:重點講解圖形顯示設(shè)備計算機圖形軟件圖形標準2022/12/832.1計算機圖形系統(tǒng)概述計算機圖形系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。激光打印機噴墨打印機計算機臺式繪圖機滾筒繪圖機幅面受限制，精度高幅面不受限制，精度低計算機圖形系統(tǒng)的主要硬件：計算機、打印機、繪圖機。2022/12/84圖形輸出設(shè)備圖形輸出包括圖形的顯示和圖形的繪制，圖形顯示指的是在屏幕上輸出圖形圖形繪制通常指把圖形畫在紙上，也稱硬拷貝，打印機和繪圖儀是兩種最常用的硬拷貝設(shè)備2022/12/85計算機圖形外部設(shè)備陰極射線管彩色陰極射線管

射線穿透法 影孔板法隨機掃描顯示系統(tǒng)光柵掃描系統(tǒng)2022/12/86陰極射線管（CRT)陰極射線管(CRT-CathodeRayTube)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2022/12/87陰極射線管(CRT)工作原理高速的電子束由電子槍發(fā)出，經(jīng)過聚焦系統(tǒng)、加速系統(tǒng)和磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)就會到達熒光屏的特定位置。由于熒光物質(zhì)在高速電子的轟擊下會發(fā)生電子躍遷，即電子吸收到能量從低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)。由于高能態(tài)很不穩(wěn)定，在很短的時間內(nèi)熒光物質(zhì)的電子會從高能態(tài)重新回到低能態(tài)，這時將發(fā)出熒光，屏幕上的那一點就會亮了2022/12/88刷新要保持顯示一幅穩(wěn)定的畫面，必須不斷地發(fā)射電子束刷新頻率刷新一次是指電子束從上到下掃描一次的過程刷新頻率高到一定值后，圖象才能穩(wěn)定顯示2022/12/89電子槍電燈絲，陰極和控制柵組成。陰極：由燈絲加熱發(fā)出電子束，控制柵：加上負電壓后，能夠控制通過其中小孔的帶負電的電子束的強弱。通過調(diào)節(jié)負電壓高低來控制電子數(shù)量，即控制熒光屏上相應(yīng)點的亮度。2022/12/810聚焦焦系系統(tǒng)統(tǒng)加速速電電極極加正正的的高高壓壓電電（（幾幾萬萬伏伏）），，使使電電子子束束高高速速運運動動。。保證證電電子子束束在在轟轟擊擊屏屏幕幕時時，，匯匯聚聚成成很很細細的的點點2022/12/711偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)系系統(tǒng)統(tǒng)控制制電電子子束束，，靜靜電電場場或或磁磁場場，，產(chǎn)產(chǎn)生生偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。。電子束束要到到達屏屏幕的的邊緣緣時，，偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角度度就會會增大大。到到達屏屏幕最最邊緣緣的偏偏轉(zhuǎn)角角度被被稱為為最大偏偏轉(zhuǎn)角角最大偏偏轉(zhuǎn)角角是衡量量系統(tǒng)統(tǒng)性能能的最最重要要的指指標，，顯示示器長長短與與此有有關(guān)CRT顯示器器屏幕幕越大大整個個顯象象管就就越長長2022/12/712熒光屏屏熒光物物質(zhì)：：當它它被電電子轟轟擊時時發(fā)出出亮光光持續(xù)發(fā)發(fā)光時時間：：電子子束離離開某某點后后，該該點的的亮度度值衰衰減到到初始始值1/10所所需的的時間間刷新(Refresh)：：為了讓讓熒光光物質(zhì)質(zhì)保持持一個個穩(wěn)定定的亮亮度值值刷新頻頻率：：每秒秒鐘重重繪屏屏幕的的次數(shù)數(shù)CRT產(chǎn)生穩(wěn)穩(wěn)定圖圖像所所需要要的最最小刷刷新頻頻率=1秒秒/熒熒光物物質(zhì)的的持續(xù)續(xù)發(fā)光光時間間（例如如）=1000/40=25Hz2022/12/713涉及屏屏幕的的兩個個術(shù)語語像素(Pixel:PictureCell)：構(gòu)成屏屏幕（（圖像像）的的最小小元素素分辨率率(Resolution)：CRT在水平平或豎豎直方方向單單位長長度上上能識識別的的最大大像素素個數(shù)數(shù)，單單位通通常為為dpi.在假定定屏幕幕尺寸寸一定定的情情況下下，也也可用用整個個屏幕幕所能能容納納的像像素個個數(shù)描描述，，如640*480，800*600，1024*768，，1280*1024等等等2022/12/7142.1.2彩彩色陰陰極射線線管產(chǎn)生彩色色的常用用方法:射線穿透透法影孔板法法2022/12/715彩色陰極極射線管管-射線穿透透法原理：兩兩層熒光光涂層，，紅色光光和綠色色光兩種種發(fā)光物物質(zhì)，電電子束轟轟擊穿透透熒光層層的深淺淺，決定定所產(chǎn)生生的顏色色電子束熒光涂層層產(chǎn)生顏色色低速電子子束較低速電電子束較高速電電子束高速電子子束主要用于于畫線顯顯示器成本低只能產(chǎn)生生有限幾幾種顏色色2022/12/716彩色陰極射線線管-影孔板法影孔板法原理：影孔板板被安裝在熒熒光屏的內(nèi)表表面，用于精精確定位像素素的位置外層玻璃熒光涂層影孔板2022/12/717影孔板的類型型點狀影孔板代表：大多數(shù)數(shù)球面與柱面面顯像管柵格式影孔板板代表：Sony的Trinitron與Mitsubishi的Diamondtron顯像管溝槽式影孔板板代表：LG的Flatron顯像管2022/12/718點狀影孔板工工作原理三支電子槍三色熒光點（（很小并充分分靠近--〉〉像素）紅、綠、蘭三三基色電子槍、影孔孔板中的一個個小孔和熒光點呈一直線；每個小孔與一一個像素（即即三個熒光點）對應(yīng)2022/12/719顯示器能同時時顯示的顏色色個數(shù)如果每支電子子槍發(fā)出的電電子束的強度度有256個個等級，則顯顯示器能同時時顯示256*256*256=16M種顏顏色色，，稱稱為為真真彩彩系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)節(jié)節(jié)各各電電子子槍槍發(fā)發(fā)生生的的電電子子束束中中所所含含電電子子的的數(shù)數(shù)目目，，即即可可控控制制各各色色光光點點亮亮度度。。2022/12/720球面面顯顯示示器器與與柱柱面面顯顯示示器器普通通的的顯顯象象管管采采用用的的都都是是點狀狀影影孔孔板板顯象象管管，，顯顯象象管管的的表表面面呈呈略略微微凸凸起起的的球球面面狀狀，，故故稱稱之之為為““球面面管管”。。而而柱柱面面顯顯象象管管采采用用蔭柵柵式式結(jié)構(gòu)構(gòu)，，它它的的表表面面在在水水平平方方向向仍仍然然略略微微凸凸起起，，但但是是在在垂垂直直方方向向上上卻卻是是筆筆直直的的，，呈呈圓圓柱柱狀狀，，故故稱稱之之為為““柱面面管管”常用用的的點狀狀影影孔孔板板顯象象管管有有日日本本索索尼尼公公司司的的特特麗麗瓏瓏管管（（Trinitron））和三三菱菱公公司司的的鉆鉆石石瓏瓏管管（（Diamondtron））2022/12/721蔭柵式彩彩色CRT顯色原理理2022/12/722柱面和球球面顯示示器點距距定義示示意圖2022/12/7232.1.3隨隨機掃描描的顯示示系統(tǒng)特點：電電子束可可隨意移移動，只只掃描熒熒屏上要要顯示的的部分邏輯部件件：刷新新存儲器器(RefreshingBuffer),顯示處理理器（DPU:DisplayProcessingUnit））和CRT2022/12/724工作原理應(yīng)用程序發(fā)出出繪圖命令，，→解析成顯顯示處理器可可接受命令格格式，存放在在刷新存儲器器中。刷新存存儲器中所有有的繪圖命令令組成一個顯顯示文件，由由顯示處理器器負責解釋執(zhí)執(zhí)行(刷新)，→驅(qū)動動電子槍在屏屏幕上繪圖。。修改圖形，實實際是修改顯顯示文件中的的某些繪圖命命令。2022/12/7252.1.4光光柵掃描描的顯示系統(tǒng)統(tǒng)光柵掃描顯示示系統(tǒng)特點：光柵掃掃描掃描線幀水平回掃期垂直回掃期2022/12/726幾個概概念行頻、、幀頻頻水平掃掃描頻頻率為為行頻頻。垂垂直掃掃描頻頻率為為幀頻頻。逐行掃掃描、、隔行行掃描描隔行掃掃描方方式是是先掃掃偶數(shù)數(shù)行掃掃描線線，再再掃奇奇數(shù)行行掃描描線象素整個屏屏幕被被掃描描線分分成n行，每每行有有m個點，，每個個點為為一個個象素素。整整個屏屏幕有有m××n個象素素。2022/12/727幾個個概概念念分辨辨率率是指指CRT在水水平平或或垂垂直直方方向向的的單單位位長長度度上上能能分分辨辨出出的的最最大大光光點點（（象象素素））數(shù)數(shù)，，分分為為水水平平分分辨辨率率和和垂垂直直分分辨辨率率。。通通常常用用屏屏幕幕上上象象素素的的數(shù)數(shù)目目來來表表示示。。比比如如上上述述的的n行，，每每行行m點的的屏屏幕幕分分辨辨率率為為m××n。。分辨辨率率越越高高，，相相鄰鄰象象素素點點之之間間的的距距離離越越小小，，顯顯示示的的字字符符或或圖圖像像也也就就越越清清晰晰。。分辨辨率率受受顯顯示示器器生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝、、掃掃描描頻頻率率以以及及顯顯示示存存儲儲器器容容量量的的限限制制。。2022/12/728幾個概念念點距相鄰象素素點之間間的距離離，與分分辨率指指標相關(guān)關(guān)。顯示速度度指顯示字字符、圖圖形特別別是動態(tài)態(tài)圖像的的速度，，與顯示示器的分分辨率及及掃描頻頻率有關(guān)關(guān)?？捎糜米畲髱挘ㄋ较笏厮財?shù)××垂直直象素數(shù)數(shù)×最最大幀幀頻）來來表示。。2022/12/729幾個概念色彩與亮度度等級亮度等級又又稱灰度，，主要指單單色顯示器器的亮度變變化。色彩彩包括可選選擇顯示器器顏色的數(shù)數(shù)目以及一一幀畫面可可同時顯示示的顏色數(shù)數(shù)，與熒光光屏的質(zhì)量量有關(guān)，并并受顯示存存儲器VRAM容量的影響響。圖像刷新由于CRT內(nèi)側(cè)的熒光光粉在接受受電子束的的轟擊時，，只能維持持短暫的發(fā)發(fā)光，根據(jù)據(jù)人眼視覺覺暫留的特特性，需要要不斷進行行刷新才能能有穩(wěn)定的的視覺效果果，因此刷刷新是指以以每秒30幀以上的的頻率反復復掃描不斷斷地顯示每每一幀圖像像。圖像的的刷新頻率率等于幀掃掃描的頻率率（幀頻）），用每秒秒刷新的幀幀數(shù)表示。。目前刷新新頻率標準準為每秒50~120幀。2022/12/730幾個概念幀緩沖存儲儲器（顯示示存儲器））存儲用于刷刷新的圖像像信息的存存儲器。幀幀緩沖存儲儲器的大小小通常用X方向（行））和Y方向（列））可尋址的的地址數(shù)的的乘積來表表示，稱為為幀緩沖存存儲器的分分辨率。2022/12/731顯示器的分分辨率電子束按固固定的掃描描順序進行行掃描N條掃描線，，每條掃描描線有M個像素，M*N顯示器的分分辨率。2022/12/732邏輯部件：：幀緩沖存存儲器（FrameBuffer)，視頻控制器器（VideoController)，顯示處理器器（DisplayProcessor），CRT幀緩沖存儲儲器作用：存儲儲屏幕上像像素的顏色色值簡稱幀緩沖沖器，俗稱稱顯存2022/12/733幀緩存中單元元數(shù)目與顯示示器上像素的的數(shù)目相同，，單元與像素素一一對應(yīng)，，各單元的數(shù)數(shù)值決定了其其對應(yīng)像素的的顏色顯示顏色的種種類與幀緩存存中每個單元元的位數(shù)有關(guān)關(guān)（上圖幀緩緩沖器的每個個單元只有一一位）2022/12/734黑白光柵掃描描顯示器邏輯輯框圖其中幀緩存是是一塊連續(xù)的的計算機存儲儲器。對于黑黑白單灰度顯顯示器每一象象素需要一位位存儲器，對對一個1024×1024象素組成成的黑白單灰灰度顯示器所所需要的最小小緩存為220，并在一個位位面上。一個個位面的緩存存只能存儲黑黑白圖形，幀幀緩存是數(shù)字字設(shè)備，光柵柵顯示器是模模擬設(shè)備，因因而還需要數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。2022/12/735黑白光柵掃描描顯示器邏輯輯框圖在光柵圖形顯顯示器中需要要足夠的位面面和幀緩存結(jié)結(jié)合起來才能能反映圖形的的顏色和灰度度等級。如下下圖是一個具具有N位面灰度等級級的幀緩存。。顯示器上每每個象素的亮亮度是由N位面中對應(yīng)的的每個象素位位置的內(nèi)容控控制的。該存存儲器的中的的二進制的數(shù)數(shù)被翻譯成灰灰度等級，范范圍是0到2N-1之間。2022/12/736彩色光柵掃描描顯示器下圖是彩色光光柵顯示器的的邏輯圖，對對于紅、綠、、藍三原色有有三個位面的的幀緩存和三三個電子槍。。2022/12/737彩色光柵掃描描顯示器每個顏色的電電子槍可以通通過增加幀緩緩存位面來提提高顏色種類類的灰度等級級。如上圖，，每種原色電電子槍有8個個位位面的幀幀緩存和8位位的數(shù)模轉(zhuǎn)換換器，每種原原色可有256中灰度，，三種原色的的組合將是(28)3=224。2022/12/738彩色色光光柵柵掃掃描描顯顯示示器器若每每個個單單元元有有24位位（（每每種種基基色色占占8位位））即即顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)可可同同時時產(chǎn)產(chǎn)生生224種顏顏色色（（24位位真真彩彩色色））。。分辨辨率率M*N、、顏色色個個數(shù)數(shù)K與顯顯存存大大小小V的關(guān)關(guān)系系2022/12/739彩色色光光柵柵掃掃描描顯顯示示器器3個個位位面面分分辯辯率率是是1024××1024的的顯顯示示器器，，需需要要3××1024××1024（（3145728））位位的的存存儲儲器器。。若若存儲儲器器位位長長固固定定，，則則屏屏幕幕分分辯辯率率與與同同時時可可用用的的顏顏色色種種數(shù)數(shù)成成反反比比關(guān)關(guān)系系。。1兆兆字字節(jié)節(jié)的的幀幀緩緩存存，，若若設(shè)設(shè)分分辯辯率率為為640××480，，則則幀幀緩緩存存每每個個單單元元可可有有24位位，，可可能能同同時時顯顯示示224種顏顏色色，，若若設(shè)設(shè)分分辯辯率率為為1024××768，，則則每每個個單單元元分分得得的的位位數(shù)數(shù)僅僅略略多多于于8，，只只能能工工作作于于256色色顯顯示示模模式式下下。。2022/12/740彩色色光柵柵掃掃描描顯顯示示器器顯存問題題高分辨率率和真彩彩要求有有大的顯顯存；曾經(jīng)是個個問題??！解決方法法：采用用查色表表(LookupTable））或稱彩色色表(ColorTable)查色表工工作原理理1024*768真彩彩模式需需要3M字節(jié)顯存存2022/12/741查色表（（lookupTable）是一維線線性表，，其每一一項的內(nèi)內(nèi)容對應(yīng)應(yīng)一種顏顏色，它的長度度由幀緩緩存單元元的位數(shù)數(shù)決定，例如：：每單元元有8位位，則查查色表的的長度為為28＝256目的：在在幀緩存存單元的的位數(shù)不不增加的的情況下下，具有有大范圍內(nèi)內(nèi)挑選顏顏色的能能力：2022/12/742存放方方式顏色信信息在在幀緩緩存中中兩種種存放放方式式：一一是顏顏色值值直接接存儲儲在幀幀緩存存中。。二是是把顏顏色碼碼放在在一個個獨立立的表表中，，幀緩緩存存存放的的是顏顏色表表中各各項的的索引引值，，顏色色范圍圍擴充充了。。單色系系統(tǒng)：：查色色表固固化彩顯：：可修修改、、創(chuàng)建建查色色表。。2022/12/743彩色光光柵掃掃描顯顯示器器帶寬T與分辨辨率、、幀頻頻F的關(guān)系系帶寬問問題高分辨辨率和和高的的刷新新頻率率要求求有高高帶寬寬--依依然是是個問問題??！解決方方法：：隔行行掃描描（現(xiàn)現(xiàn)在已已經(jīng)基基本不不用，，主流顯示器器都采用逐逐行掃描方方式）隔行掃描的的：把一幀幀分兩場，，即奇數(shù)場場與偶數(shù)場場場頻：==2*幀頻頻2022/12/744隔行掃描工工作原理一幀完整的的畫面分成成兩場。一場1／60秒，（（場頻60HZ），（（幀頻30HZ）畫面更新頻頻率仍為60HZ，降低了閃爍爍效應(yīng)，每每一場1／／60秒內(nèi)內(nèi)，幀緩存存中數(shù)據(jù)量量比逐行掃掃描少一半半。降低了了視頻控制制器存取幀幀緩存的速速度及傳輸輸帶寬的要要求。2022/12/745其中中，，幀幀緩緩存存為為系系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)內(nèi)存存任任一一塊塊區(qū)區(qū)域域，，視視頻頻控控制制器器能能夠夠直直接接存存取取該該區(qū)區(qū)域域以以刷刷新新屏屏幕幕。。簡單單的的光光柵柵掃掃描描圖圖形形顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)2022/12/746典型型的的光光柵柵掃掃描描圖圖形形顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)其中中，，幀幀緩緩存存可可以以是是專專用用的的存存儲儲器器，，也也可可以以是是系系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)內(nèi)存存中中的的一一塊塊固固定定區(qū)區(qū)域域。。2022/12/747視頻控制制器作用：建建立幀緩緩存與屏屏幕像素素之間的的一一對對應(yīng)，負負責刷新新邏輯結(jié)構(gòu)構(gòu)2022/12/748視頻控制器工作原理———刷新周期開開始，光柵掃掃描發(fā)生器置置X地址寄存器為為0，置Y地址寄存器為為N-1，首先取出對應(yīng)應(yīng)像素（0，，N-1）的幀緩存單元元的數(shù)值,放放入像素素值寄存器，，用來控制像像素的顏色，，然后X的地址寄存器器的地址加一一，如此重復復，直到該掃掃描線上的最最后一個像素素。雙緩沖機制（（DoubleBuffer)普通顯卡=視視頻控制器+顯存2022/12/749顯示處理器作用：代替CPU完成部分圖形形處理功能，，掃描轉(zhuǎn)換、、幾何變換、、裁剪、光柵柵操作、紋理理映射等等具有專用顯示示處理器的光光柵顯示系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖形加速卡=視頻控制器器+顯存+顯顯示處理器2022/12/750光柵顯示系統(tǒng)統(tǒng)的特點優(yōu)點：成本低易于繪制填充充圖形色彩豐富刷新頻率一定定，與圖形的的復雜程度無無關(guān)易于修改圖形形缺點：需要掃描轉(zhuǎn)換換會產(chǎn)生混淆優(yōu)點使其占據(jù)據(jù)了市場主流流缺點正在被克克服2022/12/751LCD顯示示器CRT固有的物理理結(jié)構(gòu)限制制了它向更更廣的顯示示領(lǐng)域發(fā)展展屏幕的加大大必然導致致顯象管的的加長，顯顯示器的體體積必然要要加大，在在使用時候候就會受到到空間的限限制CRT顯示器是利利用電子槍槍發(fā)射電子子束來產(chǎn)生生圖像，容容易受電磁磁波干擾長期電磁輻輻射會對人人們健康產(chǎn)產(chǎn)生不良影影響2022/12/752LCD顯示示器的的優(yōu)點點外觀小小巧精精致，，厚度度只有有6.5~8cm左右。。不會產(chǎn)產(chǎn)生CRT那樣的的因為為刷新新頻率率低而而出現(xiàn)現(xiàn)的閃閃爍現(xiàn)現(xiàn)象工作電電壓低低，功功耗小小，節(jié)節(jié)約能能源沒有電電磁輻輻射，，對人人體健健康沒沒有任任何影影響2022/12/7532022/12/754液晶顯顯示器器的構(gòu)構(gòu)成液晶顯顯示器器LCD(LiquidCrystalDisplay)是由六六層薄薄板組組成的的平板板式顯顯示器器反射層層水平極極板水平網(wǎng)網(wǎng)格線線液晶層層垂直網(wǎng)網(wǎng)格線線垂直極極板觀察方方向2022/12/755LCD顯示示器基基本原原理液晶是是一種種介于于液體體和固固體之之間的的特殊殊物質(zhì)質(zhì)，它它具有有液體體的流流態(tài)性性質(zhì)和和固體體的光光學性性質(zhì)。。當液液晶受受到電電壓的的影響響時，，就會會改變變它的的物理理性質(zhì)質(zhì)而發(fā)發(fā)生形形變，，此時時通過過它的的光的的折射射角度度就會會發(fā)生生變化化，而而產(chǎn)生生色彩彩液晶屏屏幕后后面有有一個個背光光，這這個光光源先先穿過過第一一層偏偏光板板，再再來到到液晶晶體上上，而而當光光線透透過液液晶體體時，，就會會產(chǎn)生生光線線的色色澤改改變，，從液液晶體體射出出來的的光線線，還還得必必須經(jīng)經(jīng)過一一塊彩彩色濾濾光片片以及及第二二塊偏偏光板板2022/12/756液晶顯示有有主動式和和被動式兩兩種被動式液晶晶屏幕有STN（SuperTN超扭曲向列列LCD）和DSTN（（DoublelayerSuperTN雙層超扭曲曲向列LCD）等最流行的主主動式液晶晶屏幕是TFT（ThinFilmTransistor薄膜晶體管管）主動式液晶晶顯示器使使用了FET場效晶體管管以及共通通電極，這這樣可以讓讓液晶體在在下一次的的電壓改變變前一直保保持電位狀狀態(tài)。這樣樣主動式液液晶顯示器器就不會產(chǎn)產(chǎn)生在被動動式液晶顯顯示器中常常見的鬼影影、或是畫畫面延遲的的殘像等2022/12/757LCD顯顯示示器器的的基基本本指指標標可視視角角度度視線線與與屏屏幕幕中中心心法法向向成成一一定定角角度度時時，，人人們們就就不不能能清清晰晰地地看看到到屏屏幕幕圖圖象象，，而而那那個個能能看看到到清清晰晰圖圖象象的的最最大大角角度度被被我我們們稱稱為為可可視視角角度度。。一一般般所所說說的的可可視視角角度度是是指指左左右右兩兩邊邊的的最最大大角角度度相相加加。。工工業(yè)業(yè)上上有有CR10（（ContrastRatio））、、CR5兩種種標標準準來來判判斷斷液液晶晶顯顯示示器器的的可可視視角角度度2022/12/758LCD顯顯示示器器的的基基本本指指標標點距距與與分分辨辨率率液晶晶屏屏幕幕的的點點距距就就是是兩兩個個液液晶晶顆顆粒粒（（光光點點））之之間間的的距距離離，，一一般般0.28~0.32mm就能能得得到到較較好好的的顯顯示示效效果果通常常所所說說的的液液晶晶顯顯示示器器的的分分辨辨率率是是指指其其真真實實分分辨辨率率，，表表示示水水平平方方向向的的像像素素點點數(shù)數(shù)與與垂垂直直方方向向的的像像素素點點數(shù)數(shù)的的乘乘積積2022/12/759液晶晶顯顯示示器器的的缺缺點點壽命命短短、、怕怕震震動動、、溫溫度度敏敏感感分辨辨率率相相對對較較低低，，色色彩彩不不夠夠鮮鮮艷艷，，且且價價格格偏偏高高。。2022/12/760圖形處處理器器圖形處處理器器是圖圖形系系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)的的重要要元件件，是是連接接計算算機和和顯示示終端端的紐紐帶早期的的圖形形處理理器只只包含含簡單單的存存儲器器和幀幀緩沖沖區(qū)，，它們們實際際上只只起了了一個個圖形形的存存儲和和傳遞遞作用用，一一切操操作都都必須須有CPU來控制制現(xiàn)在的的圖形形處理理器不不單單單存儲儲圖形形，而而且能能完成成大部部分圖圖形函函數(shù)，，專業(yè)業(yè)的圖圖形卡卡已經(jīng)經(jīng)具有有很強強的3D處理能能力，，大大大減輕輕了CPU的負擔擔,提提高了了顯示示質(zhì)量量和顯顯示速速度2022/12/761圖形處理理器的組組成顯示主芯芯片顯卡的核核心，俗俗稱GPU，，它的主要要任務(wù)是是對系統(tǒng)統(tǒng)輸入的的視頻信信息進行行構(gòu)建和和渲染顯示緩存存用來存儲儲將要顯顯示的圖圖形信息息以及保保存圖形形運算的的中間數(shù)數(shù)據(jù)顯存的大大小和速速度直接接影響著著主芯片片性能的的發(fā)揮數(shù)字模擬擬轉(zhuǎn)換器器（RAMDAC））它的作用用就是把把二進制制的數(shù)字字轉(zhuǎn)換成成為和顯顯示器相相適應(yīng)的的模擬信信號2022/12/762顯卡工作作原理簡簡單示意意圖2022/12/763*純平顯示示器*走向平面的的顯像管球面顯象管管：表面：球面面的一部分分時間：~90年代初初柱面顯象管管：表面：柱面面的一部分分，垂直方方向上平直直，水平方方向上有彎彎曲時間：90年代中期期代表：Sony公司的Trinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron2022/12/764*純平顯示示器*走向平面的的顯像管平面直角顯顯象管表面：球面面的一部分分，類似于于平面時間：90年代中后后期現(xiàn)在市場上上的主流顯顯象管純平顯象管管表面：純平平面時間：90年代后期期代表：Sony公司的FDTrinitron，，Mitsubishi公司的Diamondtron，Samsung公司的DanyFlat，，LG公司的Flatron今后的主流流顯象管2022/12/765*未未來來顯顯示示器器*采用用空空氣氣等等離離子子體體技技術(shù)術(shù)，，無無須須刷刷新新緩緩沖沖存存儲儲器器空氣氣等等離離子子體體可可想想象象成成一一個個個個微微型型霓霓虹虹燈燈，，紅紅綠綠藍藍三三種種不不同同顏顏色色的的像像素素。。顯示示屏屏薄薄，，掛掛在在墻墻上上。。發(fā)光光聚聚合合物物技技術(shù)術(shù)，，堅堅不不可可摧摧；；柔柔韌韌性性好好，，可可以以卷卷起起來來；；顯顯示示畫畫面面具具有有無無與與倫倫比比的的清清晰晰度度，，無無鋸鋸齒齒現(xiàn)現(xiàn)象象。。真真正正的的平平面面直直角角。。2022/12/766圖形形工工作作站站具有有完完整整人人機機交交互互界界面面，，集集高高性性能能的的計計算算和和圖圖形形于于一一身身，，可可配配置置大大容容量量的的內(nèi)內(nèi)存存和和硬硬盤盤，，I/O和網(wǎng)絡(luò)功功能完善善，使用用多任務(wù)務(wù)多用戶戶操作系系統(tǒng)的小小型通用用個人化化計算機機系統(tǒng)。。1983年美國國APOLLO公司推推出第第一臺臺適合合計算算機輔輔助設(shè)設(shè)計（（CAD）的工作作站?！，F(xiàn)在全全球最最有名名的圖圖形工工作站站屬SGI圖形工工作站站。2022/12/767虛擬現(xiàn)現(xiàn)實系系統(tǒng)除了具具有常常規(guī)的的高性性能計計算機機系統(tǒng)統(tǒng)的硬硬件和和軟件件外，，還必必須對對下列列關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)提供供強有有力的的支持持。能以實實時的的速度度生成成具有有逼真真感的的景物物圖形形（三三維全全彩色色的、、有明明暗、、紋理理和陰陰影的的圖像像）能高精精度的的實時時跟蹤蹤用戶戶的頭頭和手手。頭戴顯顯示器器能產(chǎn)產(chǎn)生高高分辨辨率圖圖像和和較大大的視視角。。2022/12/7682.2圖圖形系統(tǒng)及及其標準硬件，圖形形I/O設(shè)備，系統(tǒng)統(tǒng)軟件，圖圖形軟件。。圖形軟件：：通用編程程軟件包，，專用應(yīng)用用軟件包。。通用類：提提供一個可可用于高級級程序語言言的圖形功功能擴展集集(比如，，OpenGL).基本功能：：圖元生成成，屬性設(shè)設(shè)置（顏色色，….））選擇觀察察及實施變變換等。專用類：不不關(guān)心圖形形操作過程程（比如，，CAD系統(tǒng)。2022/12/769圖形系統(tǒng)標標準圖形標準：：圖形系統(tǒng)統(tǒng)及其相關(guān)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)中各界面面之間進行行數(shù)據(jù)傳送送和通信的的接口標準準，以及供供圖形應(yīng)用用程序調(diào)用用的子程序序功能及其其格式標準準，前者稱稱為數(shù)據(jù)及文件件格式標準準，后者稱為為子程序界面面標準。2022/12/770圖形形系系統(tǒng)統(tǒng)標標準準分分類類面向向圖圖形形設(shè)設(shè)備備的的接接口口標標準準：：面面向向系系統(tǒng)統(tǒng)計算算機機圖圖形形元元文文件件(CGM)，，(CRT,Mouse,……)計算算機機圖圖形形接接口口(CGI)：設(shè)設(shè)備備驅(qū)驅(qū)動動程程序序。。面向向應(yīng)應(yīng)用用軟軟件件的的標標準準：：圖圖元元的的生生成成，，設(shè)設(shè)備備的的管管理理程序序員員層層次次交交互互式式圖圖形形系系統(tǒng)統(tǒng)（（PHIGS））,GL(圖形形程程序序包包)（三三維維））圖圖形形核核心心系系統(tǒng)統(tǒng)（（3D-)GKS面向向用用戶戶的的標標準準，，建建立立圖圖形形數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，定定義義、、修修改改和和輸輸出出圖圖形形圖形形操操作作函函數(shù)數(shù)庫庫：：OpenGL,DirectX面向向圖圖形形應(yīng)應(yīng)用用系系統(tǒng)統(tǒng)中中工工程程和和產(chǎn)產(chǎn)品品數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)模模型型及及其其文文件件格格式式：：基本本圖圖形形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換規(guī)規(guī)范范（（IGES））產(chǎn)品品數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換規(guī)規(guī)范范（（STEP）2022/12/771圖形形標標準準的的作作用用位位置置2022/12/772應(yīng)用系統(tǒng)在不不同系統(tǒng)之間間的可移植性性應(yīng)用系統(tǒng)和圖圖形設(shè)備之間間的可移植性性圖形數(shù)據(jù)的可可移植性程序員的可移移植性2022/12/773CGI（（ISODP9636)提供供控控制制圖圖形形硬硬件件的的一一種種與與設(shè)設(shè)備備無無關(guān)關(guān)的的方方法法。。也可可看看作作圖圖形形設(shè)設(shè)備備驅(qū)驅(qū)動動程程序序的的一一種種標標準準。。在用用戶戶程程序序和和虛虛擬擬設(shè)設(shè)備備之之間間，，以以一一種種獨獨立立于于設(shè)設(shè)備備的的方方式式提提供供圖圖形形信信息息的的描描述述和和通通信信。。2022/12/774CGM（（ISOIS8632)與設(shè)設(shè)備備無無關(guān)關(guān)的的語語義義、、詞詞法法定定義義的的圖圖形形文文件件格格式式。。規(guī)定定了了生生成成、、存存儲儲、、傳傳送送圖圖形形信信息息的的格格式式。。面向向系系統(tǒng)統(tǒng)和和系系統(tǒng)統(tǒng)開開發(fā)發(fā)者者，，和和CGI配配套套提提供供。。通用用性性是是其其關(guān)關(guān)鍵鍵屬屬性性。。2022/12/775GKS提供供了了在在應(yīng)應(yīng)用用程程序序和和圖圖形形輸輸入入輸輸出出設(shè)設(shè)備備之之間間的的功功能能接接口口與語語言言無無關(guān)關(guān)。。GKS提供供了了一一個個稱稱為為元元文文件件的的順順序序文文件件接接口口應(yīng)用用程程序序的的所所有有圖圖形形資資源源由由GKS控制制（（通通過過GKS元文文件件-GKSM））GKSM用于于:圖形形信信息息存存檔檔；；系統(tǒng)統(tǒng)傳傳送送圖圖形形信信息息；；在GKS應(yīng)用用程程序序間間傳傳送送圖圖形形信信息息；；與圖圖形形信信息息相相關(guān)關(guān)的的非非圖圖形形信信息息的的存存儲儲和和復復用用。。2022/12/776PHIGS（（ISOIS9592））向應(yīng)用程序序員提供的的控制圖形形設(shè)備的圖圖形系統(tǒng)接接口；圖形數(shù)據(jù)按按層次結(jié)構(gòu)構(gòu)組織；提供動態(tài)修修改和繪制制顯示圖形形數(shù)據(jù)的手手段。是一一個高度動動態(tài)化和交交互式圖形形系統(tǒng)。2022/12/777GL圖形程序庫庫，UNIX下下運行，OpenGL—微機機，分類：基本本圖素；坐坐標變換；；設(shè)置屬性性和顯示方方式；I/O處理理；真實圖圖形顯示。。2022/12/778IGES（基基本圖形轉(zhuǎn)換換規(guī)范）InitialGraphicsExchangeSpecification作用：不同的的CAD/CAM系統(tǒng)之間交換換數(shù)據(jù)。文件格式是ASCII碼，五節(jié)：開開始節(jié)，目錄錄入口(DE)，參數(shù)(DP)節(jié)，整體節(jié)和和結(jié)束節(jié)。2022/12/779STEP（產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準））StandardfortheExchangeofProductmodelData.覆蓋產(chǎn)品整個個生命周期強調(diào)建立能存存入數(shù)據(jù)庫中中的一個產(chǎn)品品模型的完整整表示?？朔蘒GES中的問題和缺缺點。2022/12/780持續(xù)續(xù)發(fā)發(fā)光光時時間間刷新新像素素CRT的分分辨辨率率陰極極射射線線管管的的組組成成部部分分及及其其功功能能射線線穿穿透透法法及及影影孔孔板板法法產(chǎn)產(chǎn)生生彩彩色色的的工工作作原原理理隨機機掃掃描描顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)的的邏邏輯輯部部件件及及工工作作機機理理光柵柵掃掃描描顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)的的邏邏輯輯部部件件及及工工作作機機理理查色色表表及及其其工工作作原原理理顯存存大大小小、、屏屏幕幕分分辨辨率率及及可可同同時時顯顯示示的的顏顏色色數(shù)數(shù)目目之之間間的的關(guān)關(guān)系系圖形形系系統(tǒng)統(tǒng)及及其其標標準準概念與術(shù)術(shù)語2022/12/7812.2基基于Windows的圖形程程序設(shè)計計方法用戶輸入或系統(tǒng)功能調(diào)用DOS操作系統(tǒng)主函數(shù)main()調(diào)用庫函數(shù)或自定義函數(shù)DOS程序執(zhí)行行模式Windows的前身是是DOS操作系統(tǒng)統(tǒng)，在DOS操作系統(tǒng)統(tǒng)下，標標準C/C++應(yīng)用程序序包含一一個主函函數(shù)main()，應(yīng)用程序序執(zhí)行時時，從main函數(shù)開始始。2022/12/7822.2.1Windows應(yīng)用程程序執(zhí)執(zhí)行模模式Windows操作系統(tǒng)WinMain（）函數(shù)注冊窗口類、創(chuàng)建主窗口、顯示主窗口創(chuàng)建窗口函數(shù)進入消息循環(huán)，遇到WM_QUIT消息推出空閑窗口函數(shù)處理各種消息消息到來處理完畢程序啟動2022/12/783設(shè)備上上下文文DC（（DeviceContext）顯示設(shè)設(shè)備上上下文文：將顯示示信息息輸出出到視視頻顯顯示器器。打印設(shè)設(shè)備上上下文文：將顯示示信息息輸出出到打打印機機。內(nèi)存設(shè)設(shè)備上上下文文：為特定定的設(shè)設(shè)備保保存位位圖圖圖像。。信息設(shè)設(shè)備上上下文文：用于訪訪問默默認設(shè)設(shè)備數(shù)數(shù)據(jù)信信息的的設(shè)備備上下下文。。2022/12/784映射射模模式式在Windows中確確定定圖圖形形輸輸出出位位置置都都離離不不開開坐坐標標系系。。GDI支持持設(shè)設(shè)備備坐坐標標系系和和邏邏輯輯坐坐標標系系。。設(shè)備備坐坐標標系系是是以以像像素素點點作作為為度度量量單單位位，，默默認認方方式式下下，，以以用用戶戶區(qū)區(qū)域域的的左左上上角角為為原原點點，，從從左左到到右右為為X軸的的正正方方向向，，從從上上到到下下為為Y軸的的正正方方向向。。設(shè)設(shè)備備坐坐標標系系又又分分為為三三種種獨獨立立的的坐坐標標系系，，屏屏幕幕坐坐標標系系、、窗窗口口坐坐標標系系和和用用戶戶區(qū)區(qū)坐坐標標系系。。這這三三種種坐坐標標系系的的坐坐標標原原點點的的位位置置是是不不同同的的。。邏輯坐標系是是不考慮具體體設(shè)備的一個個統(tǒng)一坐標系系，Windows通過映射模式式將邏輯坐標標轉(zhuǎn)化成設(shè)備備坐標。映射射模式是在圖圖形繪制過程程中所依據(jù)的的坐標系。2022/12/785OpenGL入入門介介紹基本簡簡介特點和和功能能圖形庫庫程序設(shè)設(shè)計2022/12/786OpenGL簡簡介以SGI的GL三維圖圖形庫庫為基基礎(chǔ)制制定的的一個個通用用共享享的開開放式式三維維圖形形標準準很多大大公司司都采采用OpenGL作為圖圖形標標準,軟件廠廠商也也以O(shè)penGL為基礎(chǔ)礎(chǔ)開發(fā)發(fā)了軟軟件產(chǎn)產(chǎn)品動畫制制作軟軟件SoftImage和3DStudioMAX仿真軟軟件OpenInventorVR軟件WorldToolKitCAM軟件ProEngineerGIS軟ARC/INFO2022/12/787OpenGL特特點獨立于于窗口口系統(tǒng)統(tǒng)和操操作系系統(tǒng),便于于移植植可以與與VisualC++緊密密接口口,便便于實實現(xiàn)圖圖形算算法使用簡簡便,效率率高2022/12/788OpenGL功功能能建模:點、線、、面+三維物體體+曲線曲面面變換：平平移、旋旋轉(zhuǎn)、縮縮放、鏡鏡像+平行投影影、正視視投影顏色設(shè)置置模式：：RGBA+ColorIndex光照和材材質(zhì)設(shè)置置：輻射光（（EmittedLight）、環(huán)境境光（AmbientLight）、漫漫反射光光（DiffuseLight）、鏡鏡面光SpecularLight）紋理映射射位圖顯示示和圖象象增強：：基本的的拷貝和和像素讀讀寫+融合（Blending）、反走走樣（Antialiasing）和霧（（fog）雙緩存動動畫：：深度暗暗示（DepthCue）、運動動模糊（（MotionBlur）2022/12/789OpenGL圖圖形庫四個圖形形庫，200多個函數(shù)數(shù)核心函數(shù)數(shù)有115個，以gl開頭OpenGL實用庫（（OpenGLUtilityLibrary，GLU）：繪繪制復雜雜的曲線線曲面、、高級坐坐標變換換、多邊邊形分割割，43個，glu開頭OpenGL輔助庫（（OpenGLAuxiliaryLibrary，GLAUX）:簡單的窗窗口管理理、輸入入事件處處理、某某些復雜雜三維物物體繪制制,31個，glaux開頭OpenGL工具庫（（OpenGLUtilityToolkit）:大約30多個函數(shù)，函函數(shù)名前綴為為glut六個WGL函數(shù)：專門門用于OpenGL和Windows95窗口系統(tǒng)的聯(lián)聯(lián)接，其前綴綴為wgl五個Win32函數(shù)用來處理理像素格式（（pixelformats）和雙緩存2022/12/790OpenGL的繪制流程和和原理點數(shù)據(jù)評價器逐點操作基元匹配顯示列表像素數(shù)據(jù)像素操作紋理存儲器光柵化基片操作幀緩沖區(qū)2022/12/791OpenGL中的的數(shù)據(jù)類型型后綴數(shù)據(jù)類型C語言類型OpenGL類型b 8位整數(shù)singedcharGLbytes16位整數(shù)shortGLshorti32位整數(shù)int,longGLint,GLsizeif32位浮點數(shù)floatGLfloat,GLclampf64位浮點數(shù)doubleGLdouble,GLclampdud8位無符號整數(shù)unsignedcharGLubyte,GLbooleanus16位無符號整數(shù)unsignedshortGLushortui32位無符號整數(shù)unsignedint,unsignedlongGLunit,GLenumGLbitfield2022/12/792OpenGL程序序設(shè)計圖形操作描描述表：特殊的DC有OpenGL與Windows窗口系統(tǒng)相相關(guān)的各種種信息一旦啟用，，未刪除之之前可以調(diào)調(diào)用任何OpenGL繪制函數(shù)，，進行各種種操作2022/12/793OpenGL程序序設(shè)計像素格式創(chuàng)建一個圖圖形操作表表之前，首首先必須設(shè)設(shè)置像素格格式：含含有設(shè)備繪繪圖界面的的屬性PIXELFORMATDESCRIPTOR結(jié)構(gòu)體：26個屬性2022/12/794OpenGLMFC程序流流程建立單文檔檔工程修改StdAfx.h,加入對OpenGL的支持改造C***View::PreCreateWindow()為C***View增加數(shù)據(jù)成成員HGLRCm_hGLRC;覆蓋函數(shù)C***View::OnCreate()覆蓋函數(shù)C***View::OnSize()覆蓋函數(shù)C***View::OnEraseBkgnd()覆蓋函數(shù)C***View::OnDraw()編寫自己的的初始化函函數(shù)編寫自己的DrawScence()2022/12/795實驗驗一一OpenGL基基礎(chǔ)礎(chǔ)實實驗驗按照照上上述述流流程程，，搭搭建建OpenGLMFC程程序序框框架架；；（（注注意意保保存存自自己己的的工工程程））編寫寫自自己己的的DrawScene函函數(shù)數(shù)，，繪繪制制基基本本的的OpenGL圖圖形形時間間：：3月月2號號2022/12/7969、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Wednesday,December7,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。21:45:1721:45:1721:4512/7/2022