第二章图形系统综述

第二章图形系统综述 交互式图形系统的组成视频显示设备随机扫描系统光栅扫描系统输入设备硬拷贝设备图形软件

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 ...

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 • 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、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Raster Scan Display • 原理 • 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 R G B 1 0 0 0 1 0 0 0 1

帧缓存的概念 屏幕 1 0 1 0 1 1 0 1 像素寄存器 (x,y) (x,y) 768 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 R G B 0 屏幕 20 (x,y) (x,y) 768 ？ 1024 255 24 bit color lookup table 颜色查找表（color lookup 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？

显示控制器display controller • 光栅扫描图形系统结构 Video controller memory Frame Buf. CPU BUS I/O设备

视频控制器的刷新操作 y (x,y) 光栅扫描生成器 x 寄存器 x y 寄存器颜色数据屏幕坐标系强度存储器地址像素寄存器帧缓存

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 • 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

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 • 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。

图形系统标准化 • GKS （2D,3D) • PHIGS • OpenGL • 其他

图形标准的作用位置 Initial Graphics Exchange System IGES,STEP 应用系统数据库 Standard for the Exchange ofProduct model Data I GKS, PHIGS, OpenGL 图形系统 CGI 设备驱动设备驱动设备驱动元文件输出程序元文件输入程序 CGM

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)

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 • 可见性、醒目性、优先性、可检测性、图段变换

逻辑输入设备 定位设备 Locater 笔画设备 Stroke 定值设备 Valuator 选择设备 Choice 拾取设备 Pick 字符串设备 String

PHIGS(PHIGS +)Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System • 图形的层次模型 • 层次结构描述文件 • 元素及属性其他标准 CGI CGM Computer Graphics Metafile

OpenGL 独立于程序设计语言的图形函数库 • 核心库 (gl) 基本图元，点、直线段、多边形、图案阵列……. • OpenGL Utility glu 2维观察、表面绘制 • OpenGL Utility Toolkit glut 窗口系统，曲线和曲面绘制，三维形体与其他OS的接口；MS windows WGL

OpenGL功能 功能: 3维图形函数库 • 建模基本的点、线、多边形的绘制函数；复杂的三维物体（球、锥、多面体、茶壶等）以及复杂曲线和曲面（例如 Bezier、等曲线或曲面）绘制函数 • 变换基本变换和投影变换 • 颜色模式设置 • 光照和材质设置光有辐射光（Emitted Light）、环境光（Ambient Light）、漫反射光（Diffuse Light）和镜面光（Specular Light）。材质是用光反射率 • 纹理映射（Texture Mapping） • 位图显示和图象增强融合（Blending）、反走样（Antialiasing）和雾（fog）的特殊图象效果处理 • 双缓存动画（Double Buffering）

OpenGL 与其他系统的接口 • 与Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP系统接口 • OpenGL for ＭＳWindows 图形库 OpenGL图形库一共有100多个函数。 • 其中核心函数有115个，它们是最基本的函数，其前缀是gl， • OpenGL实用库（OpenGL utility library，GLU）的函数功能更高一些，如绘制复杂的曲线曲面、高级坐标变换、多边形分割等，共有43个，前缀为glu； • OpenGL辅助库（OpenGL auxiliarylibrary，GLAUX）的函数是一些特殊的函数，包括简单的窗口管理、输入事件处理、某些复杂三维物体绘制等函数，共有31个，前缀为aux。

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