图形系统综述 优秀课件
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第2章计算机图形系统ppt课件
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3.输入功能
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
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.对话功能
〔如画线、画多边形、
画〕换位将 的 ， 存填基成图显，屏机〔屏映即储充本为〔示这幕每A幕像位器区画相bc存时当次上〔图中itt域 图 应imv储存前只显 放 。Im或命的e为图示容送面a器储正能示入pa写令点P了形，需到能g的区在向)图显a字扫阵eg使能显要监以存样左中分划显一形示）e符描，C持示不视一）储屏右的页分示个点个值位来R等转即续存断器定。器 幕 移 整处成的页T阵元来映对屏地储地，的的只屏个理若页进的素表射应幕进器读使频页能功画干称行:每就示〔屏显上行的出得率面显能面页为读一是灰幕b示的显内并画刷i可示，。，可写t点像度上存m以画用每见操与素或一储a比面户一页作屏值色点器p屏的可p页〔，幕，彩的中i幕一以n存这V像通。光同gi位部看放个s素常栅〕时u图分到一页一用图a技存l大，显幅就一形1术放P～得通示a位称对显：多g1多过存图作应示e由幅2），上储位。活，技若画。这下器二物动点术干面主进理页阵位制中数数每据
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2.CRT彩色显示原理
(1).穿透式彩色CRT
采用了多层不同的荧光粉。提在高绿加色速荧电光压粉后层，上再沉
积一层红色荧光粉。
电子束速度增加，
电子束速度较低时，轰 击荧光屏的能量只能使
穿透绿色荧光层， 显示绿色
表层红色荧光粉受激励
，产生红色亮点
通过改变电子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉 层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合 成不同的颜色，因而，可显示红、橙、黄、绿四种 颜色。
3.输入功能
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
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.对话功能
〔如画线、画多边形、
画〕换位将 的 ， 存填基成图显，屏机〔屏映即储充本为〔示这幕每A幕像位器区画相bc存时当次上〔图中itt域 图 应imv储存前只显 放 。Im或命的e为图示容送面a器储正能示入pa写令点P了形，需到能g的区在向)图显a字扫阵eg使能显要监以存样左中分划显一形示）e符描，C持示不视一）储屏右的页分示个点个值位来R等转即续存断器定。器 幕 移 整处成的页T阵元来映对屏地储地，的的只屏个理若页进的素表射应幕进器读使频页能功画干称行:每就示〔屏显上行的出得率面显能面页为读一是灰幕b示的显内并画刷i可示，。，可写t点像度上存m以画用每见操与素或一储a比面户一页作屏值色点器p屏的可p页〔，幕，彩的中i幕一以n存这V像通。光同gi位部看放个s素常栅〕时u图分到一页一用图a技存l大，显幅就一形1术放P～得通示a位称对显：多g1多过存图作应示e由幅2），上储位。活，技若画。这下器二物动点术干面主进理页阵位制中数数每据
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2.CRT彩色显示原理
(1).穿透式彩色CRT
采用了多层不同的荧光粉。提在高绿加色速荧电光压粉后层，上再沉
积一层红色荧光粉。
电子束速度增加，
电子束速度较低时，轰 击荧光屏的能量只能使
穿透绿色荧光层， 显示绿色
表层红色荧光粉受激励
，产生红色亮点
通过改变电子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉 层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合 成不同的颜色，因而，可显示红、橙、黄、绿四种 颜色。
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。
图形系统lPPT课件
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彩色阴极射线管-影孔板法
影孔板法
原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面， 用于精确定位像素的位置
影孔板
外层玻璃
荧光涂层
19
影孔板的类型 点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管
栅格式影孔板 代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi 的Diamondtron显像管
沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
27
光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统
特点：光栅扫描 扫描线 帧 水平回扫期 垂直回扫期
28
几个概念
行频、帧频 水平扫描频率为行频。垂直扫描频率为帧频。
逐行扫描、隔行扫描 隔行扫描方式是先扫偶数行扫描线，再扫奇数行
扫描线。
29
几个概念
象素 整个屏幕被扫描线分成 n 行，每行有 m 个点，
示处理器（DPU:Display Processing Uuit）和 CRT
26
工作原理
应用程序发出绘图命令，→解析成显示处理器可
接受命令格式，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所 有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解 释执行(刷新)， →驱动电子枪在屏幕上绘图。
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
9
要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发 射电子束
刷新频率 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的 过程 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显 示
10
电子枪
电灯丝，阴极和控制栅组成。 阴极：由灯丝加热发出电子束， 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小 孔的带负电的电子束的强弱。通过调节负电压 高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点 的亮度。
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彩色阴极射线管-影孔板法
影孔板法
原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面， 用于精确定位像素的位置
影孔板
外层玻璃
荧光涂层
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影孔板的类型 点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管
栅格式影孔板 代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi 的Diamondtron显像管
沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
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光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统
特点：光栅扫描 扫描线 帧 水平回扫期 垂直回扫期
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几个概念
行频、帧频 水平扫描频率为行频。垂直扫描频率为帧频。
逐行扫描、隔行扫描 隔行扫描方式是先扫偶数行扫描线，再扫奇数行
扫描线。
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几个概念
象素 整个屏幕被扫描线分成 n 行，每行有 m 个点，
示处理器（DPU:Display Processing Uuit）和 CRT
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工作原理
应用程序发出绘图命令，→解析成显示处理器可
接受命令格式，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所 有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解 释执行(刷新)， →驱动电子枪在屏幕上绘图。
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
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要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发 射电子束
刷新频率 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的 过程 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显 示
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电子枪
电灯丝，阴极和控制栅组成。 阴极：由灯丝加热发出电子束， 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小 孔的带负电的电子束的强弱。通过调节负电压 高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点 的亮度。
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计算机图形学课件-02_图形系统
➢应用程序阶段 ➢几何处理阶段
应用程序 阶段
图元
几何处理 阶段
二维屏 幕坐标
像素处理 阶段
➢像素处理阶段
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第二章 图形系统
三、图形系统体系结构 ➢应用程序阶段
• 把数据以图元的形式提供给图形硬件，例如 用来描述三维几何模型的点、线或多边形， 同时也提供用于表面纹理映射的图像或者位 图。
• 由于应用程序阶段是通过软件方式实现的， 因此开发者能够对该阶段发生的情况进行完 全控制，可以通过改变实现方法来改变实际 性能。
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第二章 图形系统
三、图形系统体系结构 ➢几何处理阶段
• 以每个顶点为基础对几何图元进行处理，并 从三维坐标变换为二维屏幕坐标的过程。
• 该阶段又可以划分为下面几个功能阶段
模型与视 点变换
光照
投影
裁剪
屏幕影射
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第二章 图形系统
三、图形系统体系结构 ➢像素处理阶段
• 屏幕对象先是被传送到像素处理器进行光栅 化，再对每个像素进行着色，然后再输出到 帧缓冲器中，最后输出到显示器。
• 图形支撑软件：由一组公用的图 形子程序组成的。它扩展了系统 中原有高级语言和操作系统的图 形处理功能。
• 图形应用数据结构：一组图形数 据文件，其中存放着欲生成的图 形对象的全部描述信息。
图形应用程序 图形支撑软件 图形应用数据结构
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第二章 图形系统
二、图形系统分类
➢用于图形工作站的图形系统
• 工作站指具有完整人机交互界面，集高性能 的计算和图形于一身，可配置大容量的内存 和硬盘，I/O功能完善，使用多任务、多用户 操作系统的小型通用个人化的计算机系统
glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex2f (-0.4f, -0.4f);
图形系统综述PPT演示文稿
2020/10/26
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Focusing system & Deflection System
聚焦系统作用？ 偏转系统作用？
2020/10/26
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Phosphor-coated screen（荧光屏）
荧光质两种状态: 受激态和基本态
Persistence(余辉): 定义为荧光质从发光开始到 衰减到最大亮度的10%的这段时间。
2020/10/26
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Persistence(余辉):is defined as the time it takes the emitted light from the screen to decay to one-tenth of its original intensity.
▪ Refresh CRT: 采用电子束周期性地回到同一点 的方式来保持图象的CRT。
2020/10/26
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显示纵横比Aspect ratio
Def. 在屏幕的两个方向产生相等长度的线 段所需的垂直点数和水平点数之比。 如：3/4表示？
也可以解释为水平点数和垂直点数的比值 如：640X480, 800X600,1024X768
2020/10/26
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Raster-Scan Displays 光栅扫描显示设备
2020/10/26
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由于荧光屏发射的光会很快衰减，要保持 显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电 子束，在某处反复重画图像。在屏幕上重 复画图的这个频率就叫做刷新频率。
2020/10/26
10
Electron Gun
++++++++++++
计算机图形学--计算机图形系统 ppt课件
Ø等离子显示器(Plasma Display Panel,简称PDP)是一种利 用气体放电激发荧光粉发光的显示装置。等离子管作为 等离子显示器的发光元件，大量的等离子管排列在一起 构成屏幕。
平板显示器具有超薄超轻、无辐射、低功耗等优良特性， 近几年来正在逐步普及。
▪ 计算机图形输入设备
Ø计算机图形输入设备是一种交互式输入设备，这些设备包括 键盘、鼠标、轨迹球和触摸屏等，其中键盘和鼠标是我们经常 使用和熟悉的输入设备。
激光打印机
喷墨打印机
台式绘图机
滚筒绘图机
2.1.2 计算机图形软件
通用编程软件包：常常是图形库，提供了生成各种图形、实 现图形的处理和输入输出操作、控制和处理各种图形设备以 及交互过程中的各种事件，如OpenGL。
通用编程软件包：一般由程序员在开发时使用。专用应用图 形软件包是具有图形处理能力的交互式图形软件系统，为非 程序员提供的而且往往应用于某个或某些领域，如AutoCAD、 3DS MAX等。专用应用图形软件包使用范围广，使用人员众 多。
Ø键盘最早从打字机演变而来，在发展的过程中，键盘的按键 构造也不断发展，由开始的机械式到改进为电容式和薄膜式。 随着键盘技术的成熟，还出现了无线键盘，带手写板的键盘等 等。
Ø鼠标是计算机的主要输入设备，它的发展经历了机械式鼠标、 光学机械式鼠标、老式光电式鼠标和新型光电式鼠标阶段。新 型光电式鼠标比起老式光电式鼠标最大的优点是不需要在特殊 的鼠标光电板上操作。现在还出现了利用红外线和无线电技术 进行通讯的无线鼠标，无线鼠标更灵活自由。
在这里，我们对CAD/CAM软件和典型的专用应用图形软件 包做一个简介。
▪ 几何造型平台
Ø两种流行的几何造型平台：ACIS和Parasolid，现今大多数著 名的CAD/CAM软件是基于ACIS或Parasolid开发的。几何造型 平台ACIS和Parasolid最早都源于英国剑桥大学。
平板显示器具有超薄超轻、无辐射、低功耗等优良特性， 近几年来正在逐步普及。
▪ 计算机图形输入设备
Ø计算机图形输入设备是一种交互式输入设备，这些设备包括 键盘、鼠标、轨迹球和触摸屏等，其中键盘和鼠标是我们经常 使用和熟悉的输入设备。
激光打印机
喷墨打印机
台式绘图机
滚筒绘图机
2.1.2 计算机图形软件
通用编程软件包：常常是图形库，提供了生成各种图形、实 现图形的处理和输入输出操作、控制和处理各种图形设备以 及交互过程中的各种事件，如OpenGL。
通用编程软件包：一般由程序员在开发时使用。专用应用图 形软件包是具有图形处理能力的交互式图形软件系统，为非 程序员提供的而且往往应用于某个或某些领域，如AutoCAD、 3DS MAX等。专用应用图形软件包使用范围广，使用人员众 多。
Ø键盘最早从打字机演变而来，在发展的过程中，键盘的按键 构造也不断发展，由开始的机械式到改进为电容式和薄膜式。 随着键盘技术的成熟，还出现了无线键盘，带手写板的键盘等 等。
Ø鼠标是计算机的主要输入设备，它的发展经历了机械式鼠标、 光学机械式鼠标、老式光电式鼠标和新型光电式鼠标阶段。新 型光电式鼠标比起老式光电式鼠标最大的优点是不需要在特殊 的鼠标光电板上操作。现在还出现了利用红外线和无线电技术 进行通讯的无线鼠标，无线鼠标更灵活自由。
在这里，我们对CAD/CAM软件和典型的专用应用图形软件 包做一个简介。
▪ 几何造型平台
Ø两种流行的几何造型平台：ACIS和Parasolid，现今大多数著 名的CAD/CAM软件是基于ACIS或Parasolid开发的。几何造型 平台ACIS和Parasolid最早都源于英国剑桥大学。
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–CPU-显示处理器-显示缓存-视頻控制器-屏幕
• 帧缓存 Frame Buffer • 颜色的数据表示
–位，RGB模型 黑白系统（1 bit 二值系统） 单色灰度系统 （多位 8bit 256级） RGB三色系统
–位平面 –组织方式
– 彩色表 Color Table –光栅操作 读、写、复制
RGB 100 010 001
图形系统标准化
• GKS （2D,3D) • PHIGS • OpenGL • 其他
Initial Graphics Exchange System
应用系统
数据库 IGES,STEP
Standard for the Exchange
I
ofProduct model Data
GKS, PHIGS, OpenGL
• 平板显示器
–液晶显示器 To 17 –等离子体显示器 to 21
• 三维观察设备 To 26
CRT电子枪原理
CRT工作原理
刷新式CRT工作原理
构造
阴极：灯丝 控制栅极：控制电子发出的多少 聚焦系统 加速阳极 XY向偏转系统 荧光屏：荧光物质点阵，象素 工作过程
受控电子束，在聚焦系统、加速系统、
• 坐标变换
–规范化坐标变换 WC
NDC
–工作站坐标变换 NDC
DC
–建模变换和投影变换
• 图形输出原语
–折线 Polyline
–多点标记 Polymarker
–文字 Text
–填充区 Fill Area
–单元阵列 Cell Array
–广义图元 Generalized Drawing Primitive
• 图段 Segment
高性能图形显示卡 E&S Tornado
• 分辨率最高到1920 x 1200 (24位显示缓存，24位Z-缓存）
• 双屏模式 2048 x 768 • 3D矢量 5M/s • 3D三角形 5M/s • 纹理填充 100M像素/s
图形软件
• 分类：
–基本图形软件---支撑软件 –应用图形软件---专用软件
偏转系统作用下轰击荧光屏发光
• 余辉时间 从发光到亮度衰减成1/10的时间 • 刷新 30帧（1/30秒） • 分辩率( resolution) Pixel 图2.5
彩色CRT监视器
• 彩色荧光层 • 荫罩法
RGB三支电子枪 荫罩 帧缓存 调色板
光栅扫描系统
• 原理
Raster Scan Display
color
lookup
lookup
table)
table
每一个象素点有多少种颜色可以选择？
屏幕上可以同时出现多少种颜色？
屏幕
(x,y)
显示控制器 display controller
• 光栅扫描图形系统结构
CPU memory Frame Buf. Video controller
BUS I/O设备
• 工作原理 • 显示文件 • 画线指令 • 刷新周期 • 缺点：划线长度受限 • 优点：分辨率高，线平滑
随机扫描系统 Random-scan
• CRT电子束在图形部分移动,逐条线划. • CPU--显示文件--DPU--SCREEN
• 显示指令 • 显示文件 • 图形的显示 • 字符发生器
I/O设备
图形系统
CGI
设备 驱动
设备 驱动
设备 驱动
元文件 输出程序
CGM
元文件 输入程序
图形标准的作用位置
图形系统的标准化 GKS-Graphics Kernal System
• 工作站
–输出型，输入型，输入/输出型，元文件输出，元文件输入， 图段存储器工作站
• 坐标系
–建模坐标系 MC（Modeling Coordinates） –世界坐标系 WC(World Coordinates) –观察和投影坐标系（Viewing Coordinates) –规范化设备坐标系NDC(Normalized Device Coordinate) –设备坐标系DC(Device Coordinate)
帧缓存的概念
屏幕
768
(x,y)
1 0 1 0 1 1 01
像素寄存器
(x,y)
位平面
1024
Frame Buffer
每一个象素点有多少种颜色可以选择？ 屏幕上可以同时出现多少种颜色？
28 0 0 0 1 0 1 0 0
RG B
0
Hale Waihona Puke 20768(x,y)
？
1024
255
24 bit
颜色查找表（color
图形系统综述
交互式图形系统的组成
• 硬件系统 –主计算机 –图形显示器 、绘图仪、打印机 –键盘、鼠标仪、图形输入板 –磁盘、磁带、光盘机
• 软件系统 – 操作系统 DOS MS-Windows UNIX Linux – 高级语言 Visual C++ VB PASCAL ... – 图形软件 GKS PHIGS OPEN GL ... – 应用软件 CorelDraw, AutoCAD ...
应用程序系统
应用操作
应用程序
应用数据
命令接收 与解释
用户接口
接口数据
显示处理
图形输入
图形软件
图形输出
输入驱动
操作系统
输出驱动
图形输入设备
图形输出设备
图形系统 操作系统
视频显示设备
• CRT (Cathod-Ray Tube)显示器 To 8-9
–随机扫描显示器: Vector / Random Display to 15 –存储管显示器--- Storage Tube Display To 6 –光栅扫描显示器---Raster Display to 17
• 基本图形软件实现方法
–图形软件包 –修改高级语言 –专用高级图形语言
• 图形软件标准
图形网络
• 图形服务器( Graphics Server) 监视器、处理器、输入设备
• 客户端（Client）
• 客户端运行图形应用程序将结果通过网络传送 至图形服务器上显示。
可移植性的四个方面
• 应用程序在不同系统间的可移植性; • 应用程序和图形设备的可移植性; • 图形数据的可移植性; • 程序员的可移植性。
视频控制器的刷新操作
光栅扫描生成器
y (x,y)
x 寄存器
y 寄存器
颜色 数据
x 屏幕坐标系
存储器地址
像素寄存器
强度
帧缓存
光栅扫描显示处理器
• 显示处理器 Displays Processor 独立的CPU 任务:扫描转换 Scan conversion 计算、绘图
随机扫描显示器 Random scan displays