新-第2章-计算机图形系统
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最新第2章图形系统概述教学课件
零件进行大规模生产必须在计算机中生成三维实体模型
这个模型有时要通过已有的实物零件得到 采集实物表面各个点的位置信息
扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息
在计算机中产生这些艺术品的三维模型
图形输入设备（11/13）
美国斯坦福大学计算机系的著名图形 学专家Marc Levoy曾经带领他的30 人工作小组（包括美国斯坦福大学及 美国华盛顿大学的教师和学生）
逻辑结构
工作原理—刷新周期开始，光栅扫描发生器置X地址寄存器为0，置Y地
址寄存器为N-1，首先取出对应像素（0，N-1）的帧缓存单元的数值, 放 入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后X的地址寄存器的地址加一， 如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。
位面技术（1/3）
显存分成若干颜色的位平面（bit plane） 各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应 同一像素点在各位面占同一地址 不同位面上同一像素地址中的内容决定像素的颜色
像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数
单位通常为dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述 如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等
高分辨率和真彩要求有大的显存
1024*768真彩模式需要3M字节显存
解决方法
采用查色表(Look-up Table）或称彩色表(Color Table)
颜色信息的存放方式
两种存放方式：
颜色值直接存储在帧缓存中 把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存放的
是颜色表中各项的索引值，索引色
这个模型有时要通过已有的实物零件得到 采集实物表面各个点的位置信息
扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息
在计算机中产生这些艺术品的三维模型
图形输入设备（11/13）
美国斯坦福大学计算机系的著名图形 学专家Marc Levoy曾经带领他的30 人工作小组（包括美国斯坦福大学及 美国华盛顿大学的教师和学生）
逻辑结构
工作原理—刷新周期开始，光栅扫描发生器置X地址寄存器为0，置Y地
址寄存器为N-1，首先取出对应像素（0，N-1）的帧缓存单元的数值, 放 入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后X的地址寄存器的地址加一， 如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。
位面技术（1/3）
显存分成若干颜色的位平面（bit plane） 各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应 同一像素点在各位面占同一地址 不同位面上同一像素地址中的内容决定像素的颜色
像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数
单位通常为dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述 如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等
高分辨率和真彩要求有大的显存
1024*768真彩模式需要3M字节显存
解决方法
采用查色表(Look-up Table）或称彩色表(Color Table)
颜色信息的存放方式
两种存放方式：
颜色值直接存储在帧缓存中 把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存放的
是颜色表中各项的索引值，索引色
2-计算机图形系统精品PPT课件
3. 数值（valuator） 基本功能：输入一个数据（整数或实数）。 典型物理设备：键盘（keyboard）。
4. 选择（choice） 基本功能：给应用程序返回一个整数值，实现某种选择。 典型物理设备：功能键。
5. 拾取（pick） 基本功能：拾取一个显示着的图元。 典型物理设备：光笔（通常采用软件的方法来模拟）。
虚拟现实系统除了具有常规的高性能计算机系统的硬件和软 件外，还必须对下列关键技术提供强有力的支持：
1．能以实时的速度生成具有高度逼真感的景物图形； 2．能高精度地实时跟踪用户的头和手； 3．头带显示器能产生高分辨率图像并有较大的视角； 4．能对用户的动作产生力学反馈。 还需配备有三维输入设备：例如控制球、指套、操纵盒、数 据手套等。
第二节 计算机图形系统的硬件
一. 图形输入设备 按逻辑功能可分为六类： 1. 定位（locator） 基本功能：输入一个点坐标。 典型物理设备：数字化仪（digitizer） 图形输入板(teblet） 鼠标器（mouse） 操纵杆（joystick） 跟踪球（track ball） 2. 笔划（ stroke ） 基本功能：输入一系列点坐标。 典型物理设备：数字化仪（digitizer） 图形输入板(tablet） 鼠标器（mouse）
特点：1. 价格低廉，易于使用。 2.图形处理主要靠软件和CPU来完成，较难承受三维图形 实时处理时的计算量。
改进：配置高档图形卡，如 3Dlabs (Wildcat 4210---38000元)等。
2、工作站(Workstation)主要特点： （P38） 1）. 运算速度高 采用64位的CPU 采用RISC技术：程序执行时间=I（指令数）＊CPI（每条指
5）.价格较高。主要的厂商：SUN、SGI、IBM、 COMPAQ/DEC、HP等。
计算机图形学 2、计算机图形系统
2、以中型机或超级小型机为基础的图形系统
较大容量的内存和外存，极强的计算功能，大量的 显示终端，高精度、大幅面的输入输出设备，较 强功能的图形支撑软件和应用软件。
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3、以工作站为基础的图形系统
高速的科学计算，丰富的图形处理，灵活的窗 口，网络管理功能，交互式计算机系统。
4、以微机为基础的图形系统
高档微机，中、低分辨率的图形显示器，交互 设备，廉价的绘图仪及打印机。
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逻辑部件
帧缓冲存储器（Frame Buffer) 视频控制器（Video Controller) 显示处理器（Display Processor） 显示器
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帧缓冲存储器
作用：存储屏幕上像素的颜色值 简称帧缓冲器，俗称显存，出现在数字信号时代
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帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同， 单元与像素一一对应，各单元的数值决定了其 对应像素的颜色。 显示颜色和亮度与帧缓存中每个存储的数据有 关。 帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备， 两者要数／模转换（由视频控制器完成）。 原理：帧缓存用二进制数表示，一个缓存单元 中的数被翻译成灰度等级。亮度等级经数模转 换器（DAC）变成驱动显示器电子束的模拟 电压。
带宽问题
高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽 --依然是个问题！ 解决方法：隔行扫描（现在已经基本不用，主流
显示器都采用逐行扫描方式） 隔行扫描的：把一帧分两场，即奇数场与偶数场 场频：==2*帧频
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视频控制器
作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应，负责刷新 逻辑结构
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彩显
显存问题
一是高分辨率和真彩要求有大的显存； 1024*768真彩模式需要3M字节显存
计算机图形学第2章图形系统
2、荫罩式
根据屏幕上荧光点的排列不同，控制栅也就不 一样。普通的显示器一般用三角的排列方式，这 种显像管被称为荫罩式显像管。荫罩法常用于光 栅扫描系统，因为它能产生的彩色范围比电子束 穿透法宽广得多。
三色荧光屏
荫罩
三个电子枪
能显示16兆种颜色的显示系统叫做真彩色显示系统
3、荫栅式
普通的显象管采用的都是荫罩式显象管，显象管 的表面呈略微凸起的球面状，故称之为“球面管”。 荫罩式球面显示器几何失真大，而且三角形的荧光 点排列造成即使点很密很细也不会特别清晰，所以 近几年荫栅式显示器逐渐流行起来。
喷绘仪实物图
四、静电设备
静电设备沿纸的宽度方向一次一整行地置负电 荷于纸上，尔后，面对调色剂曝光。调色剂充以 正电，被吸引到充以负电的区域，从而产生指定 的输出。 静电绘图仪分辨率可达200dpi，其速度比笔绘 仪高，运行可靠，噪声小，但用纸特殊而价格昂 贵。
静电绘图仪结构图
五、电热式设备
电热式利用点阵打印头的热度，在热感应纸上输 出图案。
二、激光设备
在激光设备里，激光束把要打印的图形写在感光 鼓上，鼓再把这一图形转移到纸上。激光打印机 的主要构成部分有感光鼓、炭粉、打底电晕丝和 转移电晕丝。
激光打印机结构图
三、喷墨设备
喷墨法产生的输出，是沿包裹在鼓上的纸卷逐行 喷墨水来实现的。在高压下墨水形成墨雾，充电 荷的墨雾在电场控制下发生偏转，将墨雾喷印到 纸上。
热升华打印机
六、笔绘仪
笔绘仪有一支或多支笔安装在横跨纸的笔架或滑杆 上，各种彩色和不同粗细的笔用来绘制各种阴影和 线型。与前面几种点阵硬拷贝设备不同，笔绘仪属 于随机画线硬拷贝设备。 笔绘仪的绘图速度取决于绘图笔移动的速度和 加速度。这里，加速度和笔绘仪笔头的质量有关。
计算机图形学基础(第二版)
CRT从结构上分为：电子枪、偏转系统、荧光 屏。
16
阴极射线管（CRT）
电子枪
偏转系统
图2.6 CRT的结构
荧光屏
17
阴极射线管（CRT）
电子枪：产生一个沿管轴（Z轴）方向前进的高 速的细电子束轰击荧光屏。 具有足够的电流强度。 电流的大小和有无必须是可控的。 具有很高的速度。 在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显 示器有足够的分辨率。
13
图形输入设备
声频输入系统 视频输入系统
14
2.3 图形显示设备
阴极射线管 彩色阴极射线管 CRT图形显示器 平板显示器 三维观察设备
15
阴极射线管（CRT）
CRT（Cathode Ray Tube）是一种真空器件， 它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束， 偏转到屏幕的不同位置轰击屏幕表面的荧光材 料而产生可见图形。
图2.9 枕形失真与桶形失真
22
阴极射线管（CRT）
水
垂
灯 丝
阴 极
控加 制速 栅极
聚 焦 极
加 速 极
平 偏 转
直 偏 转
板
板
图2.10 电偏转
ห้องสมุดไป่ตู้
荧 光 屏
23
阴极射线管（CRT）
荧光屏（Phosphor Screen） 荧光屏是用荧光粉涂敷在玻璃底壁上制成的， 常用沉积法涂敷荧光粉。玻璃底壁要求无气 泡，表面光学抛光。 荧光粉的性能要求是：发光颜色满足标准白 色、发光效率高、余辉时间合适以及寿命长 等。
输入一系列二维或三维的坐标值。这些坐标值 代表的坐标点，在系统中将以直线段或曲线段 连接，以逼近图形对象的描绘曲线或表面形状。
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图形输入设备
16
阴极射线管（CRT）
电子枪
偏转系统
图2.6 CRT的结构
荧光屏
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阴极射线管（CRT）
电子枪：产生一个沿管轴（Z轴）方向前进的高 速的细电子束轰击荧光屏。 具有足够的电流强度。 电流的大小和有无必须是可控的。 具有很高的速度。 在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显 示器有足够的分辨率。
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图形输入设备
声频输入系统 视频输入系统
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2.3 图形显示设备
阴极射线管 彩色阴极射线管 CRT图形显示器 平板显示器 三维观察设备
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阴极射线管（CRT）
CRT（Cathode Ray Tube）是一种真空器件， 它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束， 偏转到屏幕的不同位置轰击屏幕表面的荧光材 料而产生可见图形。
图2.9 枕形失真与桶形失真
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阴极射线管（CRT）
水
垂
灯 丝
阴 极
控加 制速 栅极
聚 焦 极
加 速 极
平 偏 转
直 偏 转
板
板
图2.10 电偏转
ห้องสมุดไป่ตู้
荧 光 屏
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阴极射线管（CRT）
荧光屏（Phosphor Screen） 荧光屏是用荧光粉涂敷在玻璃底壁上制成的， 常用沉积法涂敷荧光粉。玻璃底壁要求无气 泡，表面光学抛光。 荧光粉的性能要求是：发光颜色满足标准白 色、发光效率高、余辉时间合适以及寿命长 等。
输入一系列二维或三维的坐标值。这些坐标值 代表的坐标点，在系统中将以直线段或曲线段 连接，以逼近图形对象的描绘曲线或表面形状。
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图形输入设备
2-计算机图形系统
件外，还必须对下列关键技术提供强有力的支持：
1．能以实时的速度生成具有高度逼真感的景物图形；
2．能高精度地实时跟踪用户的头和手；
3．头带显示器能产生高分辨率图像并有较大的视角；
4．能对用户的动作产生力学反馈。
还需配备有三维输入设备：例如控制球、指套、操纵盒、数
据手套等。Leabharlann 2021/4/68
第二节 计算机图形系统的硬件
关系，所以帧缓存的单元数至少等于当前分辨率下的屏幕象素 总和。
对于黑白图形只有黑白两级灰度，因此每个像素只需一个bit 表示，通常将其称之为一个位面(plan)。
对于彩色图形，则需要若干个bit来表示每个像素的颜色值， 也就是需要若干个位面。若设位面数为n，那么所能表示的颜色 总数为2的n次方。
2021/4/6
COM202P1/A4/6Q/DEC、HP等。
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3、虚拟现实系统----VR(Virtual Reality) （P51） 虚拟现实系统又称之为虚拟现实环境，是指由计算机生成的
一个实时三维空间。 虚拟现实技术主要研究交互式实时三维图形在计算机环境模
拟方面的应用。
虚拟现实系统除了具有常规的高性能计算机系统的硬件和软
3. 输入功能 输入与图形生成和操作相关的各类参数和命令。 能把有关对象的模型或其图形、指令和数据等信息输入到计算机 中。
4. 输出功能 在各类图形输出设备上输出图形。能把处理产生 的各种信息以图形显示、图形硬拷贝及文字和数字的形式输出。
5. 对话功能 通过各种人-机交互设备实现人与计算机的交互 操作（人机通信）。
5. 拾取（pick）
基本功能：拾取一个显示着的图元。
典型物理设备：光笔（通常采用软件的方法来模拟）。
第2章 计算机图形系统组成
第2章计算机图形系统组成随着计算机图形技术的发展，大量的计算机图形系统应用到了非常多的领域。
本章将探讨计算机图形系统的功能和结构；对部分硬件设备，特别是图形显示设备进行简要介绍；最后，为方便后面章节的讲述。
2.1.计算机图形系统概述2.1.1.计算机图形系统的功能计算机图形系统是由计算机图形硬件和计算机图形软件组成，它的基本任务是研究如何用计算机生成、处理和显示图形。
一个交互式计算机图形系统应具有计算、存储、交互、输入和输出等5中功能。
如图2-1所示。
1）计算功能（Computing）。
应包括形体设计和分析方法的程序库，描述形体的图形数据库。
数据库中应有坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序库、曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库等。
2）存储功能(Storage)。
在计算机内存储器和外存储器中，应能存放各种形体的几何数据及形体之间相互关系，可实现对有关数据的实时检图2-1 计算机图形系统的基本功能图索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。
3）输入功能（Input）。
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（Output）。
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）交互功能（Interactive）。
可通过显示器或其他人－机交互设备直接进行人－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。
以上5种功能是一个图形系统所具备的最基本功能，至于每一功能中具有哪些能力，则因不同的系统而异。
2.1.2.计算机图形系统的结构根据基本功能的要求，一个交互式计算机图形系统的结构如图2-2 所示。
可以看到，它由计算机图形硬件和计算机图形软件两部分组成。
图2-2 计算机图形系统的结构1.图形软件图形软件分为图形应用数据结构、图形应用软件和图形支撑软件三部分。
第2章 计算机图形系统及硬件基础PPT课件
面消除
9
3. 存储功能 • 存储功能 图形数据库可以存放各种图形的几何数 据及图形之间的相互关系，并能快速方便 地实现对图形的删除、增加、修改等操作。
10
3.输出功能和交互功能
• 输出功能
图形数据经过计算后可在显示器上显示当前的状态以 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。
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• 当整场扫描完毕时，扫描线正好停在底部的中央。接着 扫描线迅速回到屏幕顶部中央，这就是奇数场垂直回扫。
• 接着进行偶数场扫描，偶数场扫描结束于屏幕右下角， 垂直回归后电子束返回屏幕左上角。
1 2 3 4 5 6 7
奇数场从第一行开始，水平回扫用虚线表示
有7条扫描线的隔行扫描
18
2. 彩色CRT显示器的显示原理
●只有刷新频率高到一定值后，图像才能稳定显示。 大约达到每秒60帧，即60Hz时，人眼才能感觉 到屏幕不闪烁，要使人眼觉得舒服，一般必须 有85Hz以上的刷新频率。
*1）人的视觉系统要用一定的时间才能识别图像 元素，每帧图像的停留时间长于人眼观察所需 的时间，则人的视觉残留可以消除画面的闪烁 现象。
• 交互功能
设计人员可通过显示器或其他人机交互设备直接进行 人机通信，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输入的错误给以必 要的提示和帮助。
11
图形的基本处理流程
• 利用各种图形输入设备及软件或其他交互设备将图形 输入到计算机中，以便进行处理；
• 在计算机内部对图形进行各种变换（如几何变换、投 影变换）和运算（如图形的并、交、差运算等）；
• 处理后，将图形转换成图形输出系统便于接受的表示 形式，并在输出设备上输出；
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3. 存储功能 • 存储功能 图形数据库可以存放各种图形的几何数 据及图形之间的相互关系，并能快速方便 地实现对图形的删除、增加、修改等操作。
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3.输出功能和交互功能
• 输出功能
图形数据经过计算后可在显示器上显示当前的状态以 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。
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• 当整场扫描完毕时，扫描线正好停在底部的中央。接着 扫描线迅速回到屏幕顶部中央，这就是奇数场垂直回扫。
• 接着进行偶数场扫描，偶数场扫描结束于屏幕右下角， 垂直回归后电子束返回屏幕左上角。
1 2 3 4 5 6 7
奇数场从第一行开始，水平回扫用虚线表示
有7条扫描线的隔行扫描
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2. 彩色CRT显示器的显示原理
●只有刷新频率高到一定值后，图像才能稳定显示。 大约达到每秒60帧，即60Hz时，人眼才能感觉 到屏幕不闪烁，要使人眼觉得舒服，一般必须 有85Hz以上的刷新频率。
*1）人的视觉系统要用一定的时间才能识别图像 元素，每帧图像的停留时间长于人眼观察所需 的时间，则人的视觉残留可以消除画面的闪烁 现象。
• 交互功能
设计人员可通过显示器或其他人机交互设备直接进行 人机通信，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输入的错误给以必 要的提示和帮助。
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图形的基本处理流程
• 利用各种图形输入设备及软件或其他交互设备将图形 输入到计算机中，以便进行处理；
• 在计算机内部对图形进行各种变换（如几何变换、投 影变换）和运算（如图形的并、交、差运算等）；
• 处理后，将图形转换成图形输出系统便于接受的表示 形式，并在输出设备上输出；
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2006 Windows Vista (Windows NT 6.0) Vista的中文意思“远景、展望” 尽管具有全新的透明外观，但没有受到用户追捧， 原因在于缺陷、病毒和其他问题。
5. 对话功能
可通过人－机交互设备进行对话；对计算结果和 图形进行修改；对设计者或操作员出现的错误给予必 要的提示和帮助。
计算机图形学
二、图形系统的硬件性能要求 计算机图形系统与一般计算机系统相比，要求主机性能 更高，速度更快，存储容量更大，外设种类更齐全。 1. 处理速度 一般计算机系统的应用侧重于整数运算，浮点运算较少 ，CPU的浮点运算能力要求较低。 图形运算要求CPU有强大的浮点运算能力
计算机图形学
Computer Graphics
主讲教师：孙海军 sunhaijun80@
天津商业大学 信息工程学院
《计算机图形学》王汝传等 编著
人民邮电出版社
第二章 计算机图形系统
2.1 计算机图形系统的组成
2.2 计算机图形显示器
2.3 计算机图形输入设备
2.4 计算机图形输出设备
等离子电视(PDP)和液晶电视(LCD)都属于平板 电视，它们就像双胞胎，虽然表面上相像，但本 质却有很大差别。 其中两者的最大的区别在于使用的面板不同， 也就是说它们的成像原理不一样。 等离子电视依靠高电压来激活显像单元中的特 殊气体，使它产生紫外线来激发磷光物质发光
LCD通过电流改变晶体管内晶体的结构，使它显像
Windows操作系统的版本
从Windows 1.0到Windows 8 ，微软历经29年， 成为占绝对主导地位的PC操作系统厂商 1985 Windows 1.0
微软发布的第一个Windows版本
Windows 1.0很简单，是一款基于DOS操作系统 的软件，是第一代GUI系统。 1987 Windows 2.0 引入高速缓存技术
所有部件都封闭在一个真空的圆锥形玻璃壳内
计算机图形学
CRT单色显示原理
偏转电场（或磁 场）使电子束左 右、上下偏转
灯丝加热阴极，阴 极发射电子，控制 栅控制电子的通过
电子流被加速、聚 焦成很窄的电子束
在指定时刻、指定 位置上产生亮点
计算机图形学
CRT单色显示原理
• 余辉时间 • 电子束离开光点后光点保持的时间。 • 屏幕刷新 • 荧光亮度随着时间迅速衰减，为了使人们看到一个稳 定而不闪烁的图形，整个画面必须在每一秒钟内重复显 示许多次。 • 要保持一幅画面的稳定性，若余辉时间越短，则所需 的屏幕刷新率越高。 液晶显示器的光点可以一直保持原来的色彩和亮度，恒 定发光，所以刷新率可以相对低一些。
是在两张超薄的玻璃板之间注入混合气体，并施加电 压，利用荧光粉发光成像。 与CRT相比：PDP具有分辨率高、屏幕大、超薄、
色彩丰富、鲜艳的特点。
与LCD相比： PDP具有亮度高、对比度高、可视 角度大、响应时间快、颜色鲜艳和接口丰富等特点。
计算机图形学
等离子显示器PDP与液晶显示器LCD之间的比较 PK
电视（摄像机)的频率一般是50Hz，电脑CRT屏幕一般是 75Hz，二者刷新频率不同，之间也没有倍数关系。 如果电视里的电脑是液晶显示器的话就不会闪了。
计算机图形学
二、液晶显示器(Liquid－Crystal Display, 简称LCD)
液晶(LiquidCrystal)于1888 年被被奥地利 的植物学家 Friedrich Reinitzer 所 发现
计算机图形学
电脑
（刷新率高）
为什么在电视上看的电脑屏幕会闪 当物体在人眼前消失后，人眼仍能继续保留其0.1-0.4
秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。
电脑上的画面是靠快速的刷新形成的，由于视觉暂留现 象人的眼睛看不出图像的更替。而电视是靠摄像机快速
连续的摄像而形成，所以它可以拍到电脑的刷新状况。
计算机图形学
液晶显示器显示原理
将液晶置于两片导电玻璃之间 靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子做旋转 排列 产生透光度的差别，用以控制光源透射或遮蔽 进而产生明暗、颜色，将影像显示出来。
计算机图形学
响应时间:指LCD显示器对于输入信号的 LCD性能 参数 反应速度，也就是液晶由暗转亮或者由亮 转暗的反应时间。通常都是以毫秒(ms)来 计算，响应时间越小越好。 坏点:是指在液晶面板上不能正常显示的像素点，
计算机图形学
CRT显示器的组成
其主要组成部分如下：
⑴ 阴极 当它被加热时，发射电子 ⑵ 控制栅 控制电子束偏转的方向和运动速度 ⑶ 加速结构 用以产生高速的电子束 ⑷ 聚焦系统 保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成点 ⑸ 偏转系统 控制电子束在屏幕上的运动轨迹 ⑹ 荧光屏 当它被电子轰击时，发出亮光
Windows 3.1的功能得到了进一步改进，拥有更 好的多任务功能和个性化选项。
计算机图形学29
Windows操作系统
1995 Windows 95 (Windows 4.0 )
Windows 95采用全新的开始菜单外观，更好的音 质、图形和通信，成为世界上最畅销的软件之一。
可以独立引导启动。
但使用3D打印技术，生产出来的产品是自然无缝连接，
结构之间的稳固性和连接强度要远高于传统方法。 在太空、航天等领域有特殊的应用价值。
计算机图形学
2.5
计算机图形系统软件
计算机图形系统的软件包括系统软件和应用软件两方 面。系统软件又分为操作系统和程序设计语言。 个人计算机的操作系统大多采用底层的DOS和上层的 Windows，它们都是Microsoft公司的产品。目前DOS和 Windows已合二为一，成为不可分割的一个整体。
2001 Windows XP (Windows NT 5.1)
XP，是英文Experience（体验）的缩写。
对用户最友好、图形效果最逼真的版本之一。
Windows XP是在Windows 2000基础上开发， 90％的源代码与Windows 2000相同
计算机图形学31
Windows操作系统
1998 Windows 98 (Windows 4.1 ) Windows 98也是微软最成功和最灵活的 Windows版本之一。 整合Internet访问技术。
计算机图形学30
Windows操作系统
2000 Windows 2000 (Windows NT 5.0)
Windows 2000的目的是影响消费者的习惯， 但效果不佳。
计算机图形学
3. 存储容量
速度极高
CPU
速度高
内存
容量小、成本高
速度低
外存
硬盘、光盘、U盘
容量大、成本低
Байду номын сангаас
计算机图形学
2.2 计算机图形显示器
显示器是图形系统中必备的输出设备，目前，阴极 射线管（CRT--Cathode Ray Tube）显示器已经渐渐退 出竞争，但是其工作原理仍然值得讨论。此外，还有液 晶显示器和等离子板显示器等。 一. CRT显示器 CRT显示器分辨率好，可靠性高，速度快。为了不 影响主机的数据处理能力，CRT显示器作为计算机的外 围设备而独立存在，它有自己的控制电路，专门负责屏 幕编辑功能，并有标准的串行接口与主机连接。
计算机图形学
几种显示技术的比较如表所示:
性质 功耗 屏幕 厚度 平面度 亮度 分辨率
阴极射 线管
大 小 大 一般 好 中
等离子 显示器
小 大 小 中 好 好
液晶显 示器
中 中 小 好 适中 一般
性质 对比度 灰度等级 视角 色彩 价格
阴极射 线管
中 好 大 中 低
等离子 显示器
好 差 中 丰富 高
包括：坏点、亮点与暗点。
坏点是判断LCD显示器优劣的主要依据，坏点越少 越好。关于LCD显示器坏点有A、B、C三级标准，A级 质量最好。如我国的标准是3个坏点以下为A级。
计算机图形学
显示器的尺寸：LCD显示器的尺寸就是它实 几个性能 参数 际的屏幕尺寸，也就是最大的可视尺寸。如果
同是一台17英寸的显示器，CRT显示器的显示
液晶显 示器
差 差 小 中 中
计算机图形学
2.3 计算机图形输入设备
常用的图形输入设备：
键盘
鼠标 光笔 触摸屏 电阻式和电容式、红外线式 、声表面波式等 扫描仪: 扫描仪通过光电转换、点阵采样的方式，将一幅 画面变为数字图像。
计算机图形学
2.4
计算机图形输出设备
把由计算机生成的图形输出到图纸（或其它介 质）上的硬拷贝设备。 显示器、绘图仪、打印机 平台式 滚筒式
计算机图形学
2. 图形显示 一般计算机系统的应用主要侧重于字符显示，不需要 专业图形加速卡和大屏幕显示器。 图形显示要求有功能强大的显示能力，包括要配备专 业3D图形加速卡和大屏幕显示器 图形加速卡目前已发展成为可与中央处理器（ CPU ） 相提并论的图形处理器（ GPU ）。 GPU 的出现使得 CPU 的 负担大大减轻，显示速度和质量明显提高。
区域为15.35英寸，而液晶显示器的则为17英
寸。 分辨率： 对于CRT显示器而言，只要调整电子束的偏转电
压，就可以改变不同的分辨率。
LCD显示器由于像素间距已经固定，所以支持的显示 模式不多。LCD显示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在
该分辨率下，液晶显示器才能显示最佳效果。
计算机图形学
三、等离子显示器(Plasma Display Panel, 简称PDP) 等离子显示器
Windows 2.0修正了部分缺陷，改进了图形功能。
计算机图形学28
Windows操作系统
1988 Windows 2.1 微软加快了Windows的发布速度，在Windows 2.0发布次年发布了Windows 2.1，仅有一些小 改进。 1990 Windows 3.0 Windows 3.0有重大改进，集成有更好的图形用 户界面，以及控制面板、文件管理器。 Windows 3.0首次推出中文版。 1992 Windows 3.1
5. 对话功能
可通过人－机交互设备进行对话；对计算结果和 图形进行修改；对设计者或操作员出现的错误给予必 要的提示和帮助。
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二、图形系统的硬件性能要求 计算机图形系统与一般计算机系统相比，要求主机性能 更高，速度更快，存储容量更大，外设种类更齐全。 1. 处理速度 一般计算机系统的应用侧重于整数运算，浮点运算较少 ，CPU的浮点运算能力要求较低。 图形运算要求CPU有强大的浮点运算能力
计算机图形学
Computer Graphics
主讲教师：孙海军 sunhaijun80@
天津商业大学 信息工程学院
《计算机图形学》王汝传等 编著
人民邮电出版社
第二章 计算机图形系统
2.1 计算机图形系统的组成
2.2 计算机图形显示器
2.3 计算机图形输入设备
2.4 计算机图形输出设备
等离子电视(PDP)和液晶电视(LCD)都属于平板 电视，它们就像双胞胎，虽然表面上相像，但本 质却有很大差别。 其中两者的最大的区别在于使用的面板不同， 也就是说它们的成像原理不一样。 等离子电视依靠高电压来激活显像单元中的特 殊气体，使它产生紫外线来激发磷光物质发光
LCD通过电流改变晶体管内晶体的结构，使它显像
Windows操作系统的版本
从Windows 1.0到Windows 8 ，微软历经29年， 成为占绝对主导地位的PC操作系统厂商 1985 Windows 1.0
微软发布的第一个Windows版本
Windows 1.0很简单，是一款基于DOS操作系统 的软件，是第一代GUI系统。 1987 Windows 2.0 引入高速缓存技术
所有部件都封闭在一个真空的圆锥形玻璃壳内
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CRT单色显示原理
偏转电场（或磁 场）使电子束左 右、上下偏转
灯丝加热阴极，阴 极发射电子，控制 栅控制电子的通过
电子流被加速、聚 焦成很窄的电子束
在指定时刻、指定 位置上产生亮点
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CRT单色显示原理
• 余辉时间 • 电子束离开光点后光点保持的时间。 • 屏幕刷新 • 荧光亮度随着时间迅速衰减，为了使人们看到一个稳 定而不闪烁的图形，整个画面必须在每一秒钟内重复显 示许多次。 • 要保持一幅画面的稳定性，若余辉时间越短，则所需 的屏幕刷新率越高。 液晶显示器的光点可以一直保持原来的色彩和亮度，恒 定发光，所以刷新率可以相对低一些。
是在两张超薄的玻璃板之间注入混合气体，并施加电 压，利用荧光粉发光成像。 与CRT相比：PDP具有分辨率高、屏幕大、超薄、
色彩丰富、鲜艳的特点。
与LCD相比： PDP具有亮度高、对比度高、可视 角度大、响应时间快、颜色鲜艳和接口丰富等特点。
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等离子显示器PDP与液晶显示器LCD之间的比较 PK
电视（摄像机)的频率一般是50Hz，电脑CRT屏幕一般是 75Hz，二者刷新频率不同，之间也没有倍数关系。 如果电视里的电脑是液晶显示器的话就不会闪了。
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二、液晶显示器(Liquid－Crystal Display, 简称LCD)
液晶(LiquidCrystal)于1888 年被被奥地利 的植物学家 Friedrich Reinitzer 所 发现
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电脑
（刷新率高）
为什么在电视上看的电脑屏幕会闪 当物体在人眼前消失后，人眼仍能继续保留其0.1-0.4
秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。
电脑上的画面是靠快速的刷新形成的，由于视觉暂留现 象人的眼睛看不出图像的更替。而电视是靠摄像机快速
连续的摄像而形成，所以它可以拍到电脑的刷新状况。
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液晶显示器显示原理
将液晶置于两片导电玻璃之间 靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子做旋转 排列 产生透光度的差别，用以控制光源透射或遮蔽 进而产生明暗、颜色，将影像显示出来。
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响应时间:指LCD显示器对于输入信号的 LCD性能 参数 反应速度，也就是液晶由暗转亮或者由亮 转暗的反应时间。通常都是以毫秒(ms)来 计算，响应时间越小越好。 坏点:是指在液晶面板上不能正常显示的像素点，
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CRT显示器的组成
其主要组成部分如下：
⑴ 阴极 当它被加热时，发射电子 ⑵ 控制栅 控制电子束偏转的方向和运动速度 ⑶ 加速结构 用以产生高速的电子束 ⑷ 聚焦系统 保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成点 ⑸ 偏转系统 控制电子束在屏幕上的运动轨迹 ⑹ 荧光屏 当它被电子轰击时，发出亮光
Windows 3.1的功能得到了进一步改进，拥有更 好的多任务功能和个性化选项。
计算机图形学29
Windows操作系统
1995 Windows 95 (Windows 4.0 )
Windows 95采用全新的开始菜单外观，更好的音 质、图形和通信，成为世界上最畅销的软件之一。
可以独立引导启动。
但使用3D打印技术，生产出来的产品是自然无缝连接，
结构之间的稳固性和连接强度要远高于传统方法。 在太空、航天等领域有特殊的应用价值。
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2.5
计算机图形系统软件
计算机图形系统的软件包括系统软件和应用软件两方 面。系统软件又分为操作系统和程序设计语言。 个人计算机的操作系统大多采用底层的DOS和上层的 Windows，它们都是Microsoft公司的产品。目前DOS和 Windows已合二为一，成为不可分割的一个整体。
2001 Windows XP (Windows NT 5.1)
XP，是英文Experience（体验）的缩写。
对用户最友好、图形效果最逼真的版本之一。
Windows XP是在Windows 2000基础上开发， 90％的源代码与Windows 2000相同
计算机图形学31
Windows操作系统
1998 Windows 98 (Windows 4.1 ) Windows 98也是微软最成功和最灵活的 Windows版本之一。 整合Internet访问技术。
计算机图形学30
Windows操作系统
2000 Windows 2000 (Windows NT 5.0)
Windows 2000的目的是影响消费者的习惯， 但效果不佳。
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3. 存储容量
速度极高
CPU
速度高
内存
容量小、成本高
速度低
外存
硬盘、光盘、U盘
容量大、成本低
Байду номын сангаас
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2.2 计算机图形显示器
显示器是图形系统中必备的输出设备，目前，阴极 射线管（CRT--Cathode Ray Tube）显示器已经渐渐退 出竞争，但是其工作原理仍然值得讨论。此外，还有液 晶显示器和等离子板显示器等。 一. CRT显示器 CRT显示器分辨率好，可靠性高，速度快。为了不 影响主机的数据处理能力，CRT显示器作为计算机的外 围设备而独立存在，它有自己的控制电路，专门负责屏 幕编辑功能，并有标准的串行接口与主机连接。
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几种显示技术的比较如表所示:
性质 功耗 屏幕 厚度 平面度 亮度 分辨率
阴极射 线管
大 小 大 一般 好 中
等离子 显示器
小 大 小 中 好 好
液晶显 示器
中 中 小 好 适中 一般
性质 对比度 灰度等级 视角 色彩 价格
阴极射 线管
中 好 大 中 低
等离子 显示器
好 差 中 丰富 高
包括：坏点、亮点与暗点。
坏点是判断LCD显示器优劣的主要依据，坏点越少 越好。关于LCD显示器坏点有A、B、C三级标准，A级 质量最好。如我国的标准是3个坏点以下为A级。
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显示器的尺寸：LCD显示器的尺寸就是它实 几个性能 参数 际的屏幕尺寸，也就是最大的可视尺寸。如果
同是一台17英寸的显示器，CRT显示器的显示
液晶显 示器
差 差 小 中 中
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2.3 计算机图形输入设备
常用的图形输入设备：
键盘
鼠标 光笔 触摸屏 电阻式和电容式、红外线式 、声表面波式等 扫描仪: 扫描仪通过光电转换、点阵采样的方式，将一幅 画面变为数字图像。
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2.4
计算机图形输出设备
把由计算机生成的图形输出到图纸（或其它介 质）上的硬拷贝设备。 显示器、绘图仪、打印机 平台式 滚筒式
计算机图形学
2. 图形显示 一般计算机系统的应用主要侧重于字符显示，不需要 专业图形加速卡和大屏幕显示器。 图形显示要求有功能强大的显示能力，包括要配备专 业3D图形加速卡和大屏幕显示器 图形加速卡目前已发展成为可与中央处理器（ CPU ） 相提并论的图形处理器（ GPU ）。 GPU 的出现使得 CPU 的 负担大大减轻，显示速度和质量明显提高。
区域为15.35英寸，而液晶显示器的则为17英
寸。 分辨率： 对于CRT显示器而言，只要调整电子束的偏转电
压，就可以改变不同的分辨率。
LCD显示器由于像素间距已经固定，所以支持的显示 模式不多。LCD显示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在
该分辨率下，液晶显示器才能显示最佳效果。
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三、等离子显示器(Plasma Display Panel, 简称PDP) 等离子显示器
Windows 2.0修正了部分缺陷，改进了图形功能。
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Windows操作系统
1988 Windows 2.1 微软加快了Windows的发布速度，在Windows 2.0发布次年发布了Windows 2.1，仅有一些小 改进。 1990 Windows 3.0 Windows 3.0有重大改进，集成有更好的图形用 户界面，以及控制面板、文件管理器。 Windows 3.0首次推出中文版。 1992 Windows 3.1