計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)課件全冊(cè)教學(xué)課件匯總

1、授課人：XX XX 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)XX學(xué)院 XX 專業(yè)【全套課件】2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院2主要參考書謝步瀛，計(jì)算機(jī)繪圖教程，上海同濟(jì)大學(xué)出版社，1995倪明田、吳良芝，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，北京大學(xué)出版社，1999.11陳傳波，陸楓，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)，電子工業(yè)出版社，2002 （教材）Donald Hearn, M. Pauline Baker. “Computer Graphics: C version”. Prentice-Hall Inc, 1997James D. Foley, etc. “Introduction to Computer Graphics”. Addison-Wes

2、ley publishing Company, 1996計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院3平時(shí)與考試要求：不遲到上課不說話多提問題與建議課下多討論，理論聯(lián)系實(shí)際考試（成績分布）：1、期末考試-40%2、平 時(shí)-30%3、上機(jī)作業(yè)-30%2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院4第一章 緒論什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是利用計(jì)算機(jī)研究圖形的表示、生成、處理、顯示的學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)中，最為活躍、得到廣泛應(yīng)用的分支之一2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院51.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法

3、，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容。圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、真實(shí)感圖形計(jì)算與顯示算法，以及科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院6圖形：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對(duì)象（廣義的概念）包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等圖形的要素幾何要素：刻畫形狀的點(diǎn)、線、面、體等幾何要素非幾何要素：反映物體表面屬性或材質(zhì)的明暗,灰度,色彩等2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院7研究的對(duì)象計(jì)算機(jī)中表示圖形的方法a11a12a13a14a15a21a22a23a24a2

4、5a31a32a33a34a35a41a42a43a44a45a51a52a53a54a55灰度或顏色信息55圖象0 xy直線的參數(shù)方程：ax+by+c=0計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所研究圖形的定義：從客觀世界中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形。參數(shù)表示形狀參數(shù)+屬性參數(shù)簡(jiǎn)稱為圖形或叫矢量圖形或參數(shù)圖形點(diǎn)陣表示枚舉出圖形中所有的點(diǎn)簡(jiǎn)稱為圖像（數(shù)字圖像）或叫點(diǎn)陣圖或位圖圖像2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院8圖形與圖象圖象純指計(jì)算機(jī)內(nèi)以位圖(Bitmap)形式存在的灰度信息。圖形含有幾何屬性，更強(qiáng)調(diào)場(chǎng)景的幾何表示，是由場(chǎng)景的幾何模型和景物的物理屬性共同組成的。圖形主要分為兩類基于線條信息表示明暗圖(Sha

5、ding)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院9數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模型圖像生成（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）模型（特征）提?。ㄓ?jì)算機(jī)視覺，模式識(shí)別）模型變換（計(jì)算幾何）圖像變換（圖像處理）與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系圖形學(xué)：研究模型及數(shù)據(jù)的建立和由模型生成圖像的過程和方法；計(jì)算機(jī)視覺：研究如何用計(jì)算機(jī)來模擬生物外顯或宏觀視覺功能圖像處理：研究客觀世界中的各種數(shù)字化圖像的采集、去噪、壓縮、增強(qiáng)、銳化、復(fù)原及重建等；計(jì)算幾何：在數(shù)據(jù)和模型域中研究幾何形體的計(jì)算機(jī)表示和分析的綜合技術(shù)；模式識(shí)別：研究如何從圖形中提取數(shù)據(jù)及模型，是圖形學(xué)研究的逆過程；2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院101.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展1、發(fā)展歷程開創(chuàng)階段（

6、50年代60年代）1950年，MIT采用原理類似于示波器陰極射線管（CRT）作為旋風(fēng)一號(hào)的圖形顯示器。1958年，滾筒式繪圖儀和平板式繪圖儀研制成功。50年代末，SAGE空中防御指揮系統(tǒng)采用光筆作為輸入設(shè)備，標(biāo)志著交互式圖形技術(shù)的誕生。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院11迅速發(fā)展階段（60年代初60年代末）1962年，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的I. E. Sutherland(圖形學(xué)之父)發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)交互通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文1962年，雷諾汽車公司的工程師Pierre Bzier 提出Bzier曲線、曲面的理論1964年MIT的教授Steven A. Coons

7、提出了超限插值的新思想，通過插值四條任意的邊界曲線來構(gòu)造曲面。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院12降低成本階段（60年代末70年代初）存儲(chǔ)管顯示器出現(xiàn)，大大降低圖形硬件系統(tǒng)成本。70年代初，出現(xiàn)一批通用的、可移植的軟件系統(tǒng)。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院13發(fā)展成熟階段（70年代初80年代初）光柵掃描顯示器得到推廣。出現(xiàn)許多新型的圖形輸入設(shè)備，如各類圖形輸入板，坐標(biāo)數(shù)字化儀，跟蹤球，鼠標(biāo)器等。GKS、PHIGS等國際標(biāo)準(zhǔn)的建立。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院14光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化1974年，ACM SIGGRAPH

8、的與ACM成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，制定“核心圖形系統(tǒng)”（Core Graphics System）ISO發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGS2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院15真實(shí)感圖形學(xué)1970年，Bouknight提出了第一個(gè)光反射模型1971年Gourand提出“漫反射模型插值”的思想，被稱為Gourand明暗處理1975年，Phong提出了著名的簡(jiǎn)單光照模型- Phong模型實(shí)體造型技術(shù)英國劍橋大學(xué)CAD小組的Build系統(tǒng)美國羅徹斯特大學(xué)的PADL-1系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院16 推廣應(yīng)用階段（80年代中90年代中）圖形工作站的出現(xiàn)，如Apollo, Sun, HP等

9、。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院17算法方面1980年Whitted提出了一個(gè)光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例，實(shí)現(xiàn)Whitted模型1984年，美國Cornell大學(xué)和日本廣島大學(xué)的學(xué)者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中Greenberg - Nishita圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院18 目前（九十年代中至今）微機(jī)和軟件系統(tǒng)的普及使得圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。圖形學(xué)已經(jīng)同模式識(shí)別、人工智能、數(shù)據(jù)庫等眾多領(lǐng)域結(jié)合，形成一些交叉學(xué)科，如工程數(shù)據(jù)庫、多媒體等。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院19小結(jié)五

10、十年代MIT 旋風(fēng)一號(hào)，計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)CRT+照相機(jī)，SAGE(交互式圖形技術(shù)誕生)六十年代隨機(jī)掃描顯示器，圖形學(xué)之父六十年代至七十年代初存儲(chǔ)管顯示器，應(yīng)用的軟件包光柵掃描顯示器，新型的圖形輸入設(shè)備，圖形語言標(biāo)準(zhǔn)八十年代至九十年代初圖形工作站(Apollo,Sun,Hp)時(shí)間特 征九十年代至今微機(jī)，交叉學(xué)科（多媒體等）六十年代至七十年代初2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院20 圖形顯示設(shè)備的發(fā)展隨機(jī)掃描顯示器存儲(chǔ)管式顯示器刷新式光柵掃描顯示器2、硬設(shè)備的發(fā)展2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院21圖形輸入設(shè)備的發(fā)展第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等第二階段：鍵盤第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標(biāo)、光筆、圖形

11、輸入板、觸摸屏等等，語音第四階段：三維輸入設(shè)備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢(shì)、表情等等第五階段：用戶的思維2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院222022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院233、圖形軟件的發(fā)展圖形軟件的發(fā)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成發(fā)展歷程諸侯割據(jù)標(biāo)準(zhǔn)討論標(biāo)準(zhǔn)形成兩類標(biāo)準(zhǔn)官方標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)組織制定的標(biāo)準(zhǔn)）：GKS(Graphical Kernel System)，PHIGS(Programmers Hierarchical Interactive Graphics System)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)）：SGI等公司的OpenGL，微軟公司的DirectX，X財(cái)團(tuán)的Xlib，Adobe公

12、司的PostScript等等2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院241、管理、科學(xué)技術(shù)繪制數(shù)學(xué)、物理以及經(jīng)濟(jì)函數(shù)的二維及三維圖形：直方圖、線條圖、扇形圖、進(jìn)程圖. 特點(diǎn)：簡(jiǎn)潔、直觀 數(shù)據(jù)的模型和趨勢(shì)。1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院252、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)Computer-Aided Design應(yīng)用領(lǐng)域：飛機(jī)、輪船、汽車外形，大規(guī)模集成電路，建筑，服裝，玩具優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)周期短，成本低，質(zhì)量高2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院263、制圖學(xué)以高精度的地理或其他自然現(xiàn)象的圖形 紙或膠片上。包括地圖、地質(zhì)圖、油層圖、海圖、氣象、人口密度圖.2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院2

13、74、動(dòng)畫制作用計(jì)算機(jī)可以產(chǎn)生完整的動(dòng)畫效果，可用于藝術(shù)創(chuàng)作，模擬真實(shí)的環(huán)境，或進(jìn)行飛機(jī)、駕駛等訓(xùn)練。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院285、模擬數(shù)學(xué)圖形科學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型(液體流動(dòng)、相對(duì)論、核反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)、生理系統(tǒng)與器官以及有負(fù)載時(shí)結(jié)構(gòu)的變形等)DNA柱體皮膚結(jié)構(gòu)：真皮， 上皮及附屬結(jié)構(gòu)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院296、過程控制利用交互式圖形生成技術(shù)形成的人機(jī)交互系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人與控制或管理對(duì)象之間的相互作用。如工廠中的設(shè)備、工序控制，機(jī)場(chǎng)與鐵路的調(diào)度等。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院307、藝術(shù)與教育教學(xué)活動(dòng)蟬（線框圖）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院318、辦公自動(dòng)化在辦公

14、室中，用圖形方式顯示并交換文件、報(bào)表、圖例和其它信息，并在輸出設(shè)備上輸出、保存起來。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院321.4 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)1、一般工作過程計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)是一個(gè)由軟、硬相互結(jié)合的有機(jī)整體。系統(tǒng)在工作時(shí)，由主機(jī)執(zhí)行應(yīng)用程序，通過圖形輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)庫或交互裝置讀取數(shù)據(jù)，按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織起來，不斷調(diào)用事先存儲(chǔ)好的圖形顯示子程序，將處理后得到的數(shù)據(jù)送往顯示處理器，從圖形顯示器或其它輸出設(shè)備輸出圖形。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院332、基本任務(wù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本任務(wù)：研究如何用計(jì)算機(jī)來處理圖形1、如何用適當(dāng)?shù)挠布韺?shí)現(xiàn)圖形處理功能；2、如何設(shè)計(jì)好的圖形軟件；3、圖形處理所需的

15、數(shù)學(xué)處理方法和算法；4、如何解決實(shí)際應(yīng)用中的圖形處理問題。計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)硬件+圖形輸入輸出設(shè)備 +計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件+圖形軟件2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院343、基本組成系統(tǒng)硬件顯示處理器：重復(fù)解釋、執(zhí)行D.F. 刷新處理器：存放顯示文件 交互裝置：人機(jī)交互工具 硬拷貝裝置：實(shí)現(xiàn)圖形永久性輸出的裝置 本地計(jì)算機(jī): 生成顯示文件 圖形互換 主機(jī):語言的解釋或編譯，數(shù)據(jù)庫管理等2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院35系統(tǒng)硬件示意圖基本組成交互裝置顯示器顯示處理器本地計(jì)算機(jī)主機(jī)硬拷貝裝置刷新存儲(chǔ)器2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院36基本組成系統(tǒng)軟件應(yīng)用程序: 需要執(zhí)行的指令序列 應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)

16、構(gòu)/模型:全面描述對(duì)象的特點(diǎn) 圖形系統(tǒng): 完成實(shí)際功能,是與硬件的接口 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院37數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/模型應(yīng)用程序圖形系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)提取數(shù)據(jù)子程序調(diào)用描述物體的機(jī)和特征基本組成系統(tǒng)軟件示意圖2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院384、計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能圖形輸出設(shè)備輸出計(jì)算輸入圖形輸入設(shè)備交互存貯顯示器數(shù)據(jù)庫2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院39第二章 圖形設(shè)備提出問題：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)包括哪些外部設(shè)備?圖形輸入設(shè)備：概念、特點(diǎn)圖形顯示設(shè)備：概念、結(jié)構(gòu)原理、工作方式、特點(diǎn)*圖形硬拷貝設(shè)備：概念、特點(diǎn)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院402.1 圖形輸入設(shè)備1、鍵盤（Keyboard）

17、2、鼠標(biāo)（Mouse）3、光筆（Light Pen）4、觸摸屏（Touch Screen）5、操縱桿（Joystick）6、跟蹤球(Trackball)和空間球(Spaceball)7、數(shù)據(jù)手套（Data Glove）8、數(shù)字化儀（Digitizer）9、圖像掃描儀（Scanner）10、聲頻輸入系統(tǒng)11、視頻輸入系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院41功能：文本串輸入、數(shù)據(jù)輸入和命令輸入特點(diǎn)：1）便于屏幕坐標(biāo)輸入； 2）便于菜單選擇； 3）便于圖形操作。光標(biāo)控制鍵功能鍵數(shù)字鍵盤其它類型的光標(biāo)定位設(shè)備：跟蹤球 操縱桿 無線鍵盤 有線鍵盤1、鍵盤（Keyboard）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)

18、計(jì)學(xué)院42按測(cè)量位移： 鼠標(biāo)底部的轉(zhuǎn)輪或滾輪記錄移動(dòng)總量和方向 光學(xué)感應(yīng)器檢測(cè)鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)按使用鍵數(shù)： MS型（Microsoft Mouse Mode）-雙鍵 PC型（Mouse System Mode） -三鍵基本工作原理： 機(jī)械位移-電脈沖-數(shù)字信號(hào)-控制光標(biāo)移動(dòng)安裝：連接USB口三鍵 二鍵 無線2、鼠標(biāo)器（Mouse）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院43一種檢測(cè)裝置，靠檢測(cè)熒光屏上的發(fā)光點(diǎn)來選擇屏幕的位置坐標(biāo)。功能：定位、拾取、筆劃跟蹤。3、光筆（Light Pen）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院44以手指觸摸的方式選擇屏幕位置。紅外線式觸摸屏 光學(xué)電阻式觸摸屏 電子電容式觸摸屏 電

19、子聲波（聲音探測(cè)式）觸摸屏 聲音4、觸摸屏（Touch Screen）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院45由一根小的垂直杠桿組成的可搖動(dòng)裝置，裝配在四周可移動(dòng)的底座上用來控制屏幕光標(biāo)。另：壓力檢測(cè)操縱桿 手柄不可移動(dòng)， 壓力 - 位移5、操縱桿（Joystick）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院46跟蹤球：二維空間球：三維6、跟蹤球(Trackball)和 空間球(Spaceball)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院47戴在手上的傳感器，可以用來抓住“虛擬對(duì)象”可測(cè)量出手的位置和形狀，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境中的虛擬手及其對(duì)虛擬物體的操縱。數(shù)據(jù)手套通過手指上的彎曲、扭曲傳感器和手掌上的彎度、弧度傳感

20、器，確定手及關(guān)節(jié)的位置和方向。7、數(shù)據(jù)手套（Data Glove）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院48是一種把圖形變成一種計(jì)算機(jī)能接收的數(shù)字形式的專用設(shè)備。1）工作原理：電磁感應(yīng)技術(shù)；2）性能指標(biāo)：最大有效幅面；數(shù)字化速率；最高分辨率。3）工作方式：點(diǎn)方式、連續(xù)方式（流方式）、相對(duì)坐標(biāo)方式8、數(shù)字化儀（Digitizer）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院49用來在所作的畫或?qū)ο笊蠏呙瑁⑤斎胍唤M坐標(biāo)位置，相互以直線段連接，以逼近曲線或表面形狀。幅面： A0 A1 A4分辨率： 300dpi1000dpi（Dot per Inch）支持顏色（灰度等級(jí)）：4、8、24位面顏色評(píng)價(jià)指標(biāo)支持的顏色

21、： 單色 彩色固態(tài)器件： 電荷耦合 MOS電路 緊貼型掃描寬度和操作方式： 大型 臺(tái)式 手動(dòng)分類9、圖象掃描儀（Scanner）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院50也稱聲音輸入系統(tǒng)，在某些圖形工作站中，采用話音識(shí)別器作為輸入設(shè)備，以接收操作者的命令。 例：IBM公司的Viavoice語音識(shí)別系統(tǒng)聲音詞典話音識(shí)別器計(jì)算機(jī)話音頻率頻率模式匹配匹配結(jié)果10、聲頻輸入系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院51電視信號(hào)計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)視頻信號(hào)采集板視頻信號(hào)電視天線攝像機(jī)錄像機(jī)視頻信號(hào)輸入卡視頻信號(hào)處理裝置視頻信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)處理芯片（DSP）11、視頻輸入系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院52用于虛擬現(xiàn)

22、實(shí)環(huán)境的顯示器類型頭盔式顯示器(Head Mounted Display，HMD)空間沉浸式顯示器(SID,如洞穴式和園頂式)顯示硬件頭盔式顯示器將觀察者的頭部位置及運(yùn)動(dòng)方向告訴計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)就可以調(diào)整觀察者所看到的圖景，使得呈現(xiàn)圖像更趨于真實(shí)感絕大多數(shù)頭盔式顯示器使用兩個(gè)顯示器利用特殊光學(xué)設(shè)備對(duì)圖像進(jìn)行處理，使圖像看上去立體感更強(qiáng)把用戶的視覺、聽覺和其他感覺封裝起來，產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的錯(cuò)覺。其他圖形輸入設(shè)備2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院532022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院54數(shù)據(jù)衣也是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中用的人機(jī)交互設(shè)備一件虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)緊身服可使你有在水中或泥沼中游泳的感覺 2022

23、/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院552.2 圖形顯示設(shè)備圖形輸出設(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(jī)和繪圖儀是兩種最常用的硬拷貝設(shè)備2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院56陰極射線管CRT（Cathode Ray Tube）是一種真空器件，它利用電磁場(chǎng)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料而產(chǎn)生可見圖形。1、陰極射線管2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院57從外形上看，CRT為：管頸部分、錐體部分、屏幕部分 從結(jié)構(gòu)上看，CRT為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院5

24、8 電子槍功能：要求：結(jié)構(gòu)：a.具有足夠的電流強(qiáng)度。b.電流的大小和有無必須是可控的。c.具有很高的速度。d.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。陰極柵極（調(diào)制極，控制極）陽極（加速極、聚焦極）產(chǎn)生一個(gè)沿管軸（Z軸）方向前進(jìn)的細(xì)電子束轟擊熒光屏2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院59控制柵：是用來控制電子束的強(qiáng)弱的，當(dāng)加上正電壓時(shí)，電子束就會(huì)大量通過，將會(huì)在屏幕上形成較亮的點(diǎn)，當(dāng)控制電平加上負(fù)電壓時(shí)，依據(jù)所加電壓的大小，電子束被部分或全部阻截，通過的電子很少，屏幕上的點(diǎn)也就比較暗聚焦系統(tǒng)：是一個(gè)電透鏡，能使眾多的電子聚集于一點(diǎn)加速陽極：使電子達(dá)到轟擊激發(fā)熒光屏應(yīng)有的速度。最

25、后由磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)來達(dá)到指定位置2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院60 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：控制靜電場(chǎng)或磁場(chǎng)，使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，最終能到達(dá)屏幕的任意位置電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)失真問題？2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院61電子束要到達(dá)屏幕的邊緣時(shí)，偏轉(zhuǎn)角度就會(huì)增大。到達(dá)屏幕最邊緣的偏轉(zhuǎn)角度被稱為最大偏轉(zhuǎn)角CRT顯示器屏幕越大整個(gè)顯象管就越長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)定顯示隔行掃描與逐行掃描2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院62 熒光屏對(duì)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)間合適以及壽命長等。 CRT熒光屏（Phosphor Screen）是

26、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。玻璃底壁要求無氣泡，表面光學(xué)拋光。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院63 熒光物質(zhì)：吸收電子束而發(fā)光余輝時(shí)間：持續(xù)發(fā)光時(shí)間，電子束離開某點(diǎn)后，該點(diǎn)的亮度值衰減到初始值刷新(Refresh)：為了讓熒光物質(zhì)保持一個(gè)穩(wěn)定的亮度值刷新頻率：每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)像素(Pixel)：構(gòu)成屏幕（圖像）的最小元素分辨率(Resolution)：CRT在水平或豎直方向單位長度上能識(shí)別的最大像素個(gè)數(shù) 單位通常為dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情況下，也可用整個(gè)屏幕所能容納的像素個(gè)數(shù)描述 如640*480，800*600，1024*

27、768，1280*1024等等某種CRT產(chǎn)生穩(wěn)定圖像所需要的最小刷新頻率=1秒/熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時(shí)間（例如）=1000/40=25Hz2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院64技術(shù)指標(biāo)：1、分辨率：一個(gè)陰極射線管在水平和垂直方向單位長度上能識(shí)別的最大光點(diǎn)數(shù)。取決：1）CRT熒光屏所用熒光物質(zhì)的類型、聚焦和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)；2）表示象素位置的計(jì)算機(jī)字長；3）存儲(chǔ)象素信息的介質(zhì)；4）模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度和速度。2、顯示速度：每秒顯示矢量線段的條數(shù)。取決：1）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的速度；2）CRT矢量發(fā)生器的速度；3）計(jì)算機(jī)發(fā)送顯示命令的速度。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院65彩色陰極射線管產(chǎn)生彩色的常用方法：射線穿透法、

28、影孔板法射線穿透法原理應(yīng)用：畫線顯示器優(yōu)點(diǎn)：成本低缺點(diǎn)：只等產(chǎn)生有限幾種顏色電子束熒光涂層產(chǎn)生顏色低速電子束較低速電子束較高速電子束高速電子束2、彩色陰極射線管當(dāng)圖形彩色轉(zhuǎn)換速度很快時(shí)，相應(yīng)的高壓轉(zhuǎn)換速度亦迅速，這要求： 轉(zhuǎn)換速度 精度 功耗2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院66影孔板法原理：影孔板被安裝在熒光屏的內(nèi)表面，用于精確定位像素的位置外層玻璃熒光涂層影孔板2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院67影孔板的類型點(diǎn)狀影孔板（蔭罩式） 代表：球面顯像管柵格式影孔板（蔭柵式） 代表：柱面顯像管 日本索尼公司的特麗瓏管（Trinitron） 三菱公司的鉆石瓏管（Diamondtron） 溝槽式影孔

29、板 代表：LG的Flatron顯像管2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院68點(diǎn)狀影孔板（蔭罩法）工作原理紅、綠、蘭三基色三色熒光點(diǎn)三個(gè)電子槍如果每個(gè)電子槍有256個(gè)等級(jí)，則顯示器能同時(shí)顯示256*256*256=16M種顏色，稱為真彩系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院69蔭罩式顯示器的缺點(diǎn)：球面熒光屏，幾何失真大三角形的熒光點(diǎn)排列造成即使點(diǎn)很密很細(xì)也不會(huì)特別清晰最近幾年蔭柵式顯示器逐漸流行起來 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院70原理的區(qū)別 光線的選擇方式和熒光點(diǎn)的排列不同 蔭柵式顯象管的優(yōu)點(diǎn)亮度更高，色彩也更鮮艷 柱面和平面顯示器 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院713、CRT圖形顯示

30、器隨機(jī)掃描的圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院72隨機(jī)掃描的圖形顯示器向量（vector）顯示器筆劃（Stroke writing）顯示器特點(diǎn)數(shù)據(jù)表示：矢量表示，只有端點(diǎn)信息，無線段中間點(diǎn)掃描方式：電子束像一支快速移動(dòng)的畫筆，可隨意移動(dòng)，只掃描熒屏上要顯示的部分，與示波器工作原理類似顯示圖形：幾何屬性(geometric attribute)為主，線架圖優(yōu)點(diǎn)：掃描速度快，分辨率高，線條質(zhì)量好，易修改，交互性好，動(dòng)態(tài)性能好缺點(diǎn)：價(jià)格貴，只能顯示線畫圖形，應(yīng)用于軍事、CAD領(lǐng)域；不能顯示逼真場(chǎng)景、和電視標(biāo)準(zhǔn)不一致、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也較復(fù)雜2022/8/3湖

31、北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院73直視存儲(chǔ)管圖形顯示器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，在一小時(shí)之內(nèi)都將是可見的。特點(diǎn)：無需刷新很復(fù)雜的圖形都可以在極高的分辨率下無閃爍地顯示成本較低不能顯示彩色不能局部修改擦除和重畫過程對(duì)復(fù)雜圖形來講，可能要幾秒鐘DVST（direct-view storage tube）簡(jiǎn)單，便宜，分辨率高，失真小，慢速顯示，難于局部刷新。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院74工作原理：寫電子槍：將圖形信息“寫在”存儲(chǔ)柵的柵格上；讀出電子槍：發(fā)出連續(xù)電子流將存儲(chǔ)柵網(wǎng)格上的圖形“重寫”在屏幕上；存儲(chǔ)柵：由細(xì)網(wǎng)柵格組成，柵格上涂有絕緣材料，柵網(wǎng)裝在靠近

32、屏幕的后方，其上有由電子槍畫出的正電荷圖形；收集柵：使讀出的電子流均勻，并以垂直方向接近屏幕。在有圖形的地方，這些低速電子受存儲(chǔ)柵上正電荷的吸引，從而加速穿過存儲(chǔ)柵并轟擊屏幕上的熒光材料而發(fā)光。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院75光柵掃描的圖形顯示器電子束橫向掃描屏幕，一次一行，從頂?shù)降醉槾芜M(jìn)行。當(dāng)電子束橫向沿每一行移動(dòng)時(shí)，電子束的強(qiáng)度不斷變化來建立亮點(diǎn)的圖案。 技術(shù)指標(biāo)：刷新速率： 每秒60到80幀，即60Hz或80Hz。水平回掃（horizontal retrace），行掃描垂直回掃（verticle retrace），場(chǎng)掃描逐行掃描和隔行（interlaced）掃描： 隔行掃描技術(shù)主要

33、用于較慢的刷新速率，以避免閃爍2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院76場(chǎng)頻= 幀頻 * 2一幀130秒，一場(chǎng)160秒幀頻30HZ ，場(chǎng)頻60HZ一幀完整的畫面分成兩場(chǎng)，即奇數(shù)場(chǎng)與偶數(shù)場(chǎng)優(yōu)點(diǎn)：降低了閃爍效應(yīng)；只需逐行的一半時(shí)間即可顯示一屏畫面，降低了對(duì)掃描頻率的要求，也降低了成本；幀緩存中數(shù)據(jù)量比逐行掃描少一半，降低了視頻控制器存取幀緩存的速度及傳輸帶寬的要求。 隔行掃描（Interlaced scan）工作原理2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院77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、圖象是靠Z軸信號(hào)控制輝亮來形成的。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院78繪圖儀pri

34、nterComputerDPU輸入設(shè)備視頻控制器display顯示處理器控制圖形的顯示邏輯部件：幀緩沖存儲(chǔ)器（Frame Buffer)視頻控制器（Video Controller)顯示處理器（Display Processing Uuit，簡(jiǎn)稱DPU）CRT計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院79工作原理應(yīng)用程序發(fā)出繪圖命令，解析成顯示處理器可接受命令格式，存放在刷新存儲(chǔ)器中。刷新存儲(chǔ)器中所有的繪圖命令組成一個(gè)顯示文件，由顯示處理器負(fù)責(zé)解釋執(zhí)行(刷新)， 驅(qū)動(dòng)電子槍在屏幕上繪圖。修改圖形，實(shí)際是修改顯示文件中的某些繪圖命令。 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院80特點(diǎn)： 刷新

35、緩沖存儲(chǔ)器（refresh buffer）或稱幀緩沖存儲(chǔ)器（frame buffer） 象素（pixel或pel，是picture element的簡(jiǎn)寫） 象素信息從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過程稱之為掃描轉(zhuǎn)換過程走樣 畫點(diǎn)設(shè)備，畫線是近似的，有階梯效果，線的亮度不均勻； 需大容量幀存； 便于表現(xiàn)實(shí)體圖形2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院81CRT固有的物理結(jié)構(gòu)限制了它向更廣的顯示領(lǐng)域發(fā)展屏幕的加大必然導(dǎo)致顯象管的加長，顯示器的體積必然要加大，在使用時(shí)候就會(huì)受到空間的限制CRT顯示器是利用電子槍發(fā)射電子束來產(chǎn)生圖像，容易受電磁波干擾長期電磁輻射會(huì)對(duì)人們健康產(chǎn)生不良影響2022/8/3湖北大學(xué)

36、 數(shù)計(jì)學(xué)院824、 平板顯示器平板顯示器特點(diǎn)：低電壓、輕小型、數(shù)字化非發(fā)射顯示器： 液晶顯示器發(fā)射顯示器： 等離子體顯示器 薄片光電顯示器 發(fā)光二極管顯示器 激光顯示器2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院83非發(fā)射顯示器：液晶顯示器x1y1-v+v根據(jù)液晶顯示器件所顯示的光的類型:1、透射型LCD:光源位于液晶顯示板之后；2、反射型LCD:光源位于液晶顯示板之前；3、投影型LCD:將液晶顯示板作為幻燈片。反射層水平網(wǎng)格線水平極板液晶層垂直網(wǎng)格線垂直極板x1-vy1+v2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院84LCD顯示器基本原理液晶是一種介于液體和固體之間的特殊物質(zhì)，它具有液體的流態(tài)性質(zhì)和固體的光學(xué)

37、性質(zhì)。當(dāng)液晶受到電壓的影響時(shí)，就會(huì)改變它的物理性質(zhì)而發(fā)生形變，此時(shí)通過它的光的折射角度就會(huì)發(fā)生變化，而產(chǎn)生色彩液晶屏幕后面有一個(gè)背光，這個(gè)光源先穿過第一層偏光板，再來到液晶體上，而當(dāng)光線透過液晶體時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生光線的色澤改變，從液晶體射出來的光線，還得必須經(jīng)過一塊彩色濾光片以及第二塊偏光板由于兩塊偏光板的偏振方向成90度，再加上電壓的變化和一些其他裝置，就能顯示我們想要的顏色了2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院85LCD顯示器的優(yōu)點(diǎn)外觀小巧精致，厚度只有6.58cm左右。不會(huì)產(chǎn)生CRT那樣的因?yàn)樗⑿骂l率低而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象工作電壓低，功耗小，節(jié)約能源沒有電磁輻射，對(duì)人體健康沒有任何影響2022/8

38、/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院86LCD顯示器的基本指標(biāo)可視角度視線與屏幕中心法向成一定角度時(shí)，人們就不能清晰地看到屏幕圖象，而那個(gè)能看到清晰圖象的最大角度被我們稱為可視角度。一般所說的可視角度是指左右兩邊的最大角度相加。工業(yè)上有CR10（Contrast Ratio）、CR5兩種標(biāo)準(zhǔn)來判斷液晶顯示器的可視角度點(diǎn)距與分辨率液晶屏幕的點(diǎn)距就是兩個(gè)液晶顆粒（光點(diǎn)）之間的距離，一般0.280.32mm就能得到較好的顯示效果通常所說的液晶顯示器的分辨率是指其真實(shí)分辨率，表示水平方向的像素點(diǎn)數(shù)與垂直方向的像素點(diǎn)數(shù)的乘積2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院87由一個(gè)細(xì)小氖泡矩陣組成，由于氖泡有兩種狀態(tài)：開啟(點(diǎn)燃)

39、、關(guān)閉(熄滅)，且狀態(tài)可保持。分為1）前層：垂直導(dǎo)線2）中層：細(xì)小氖泡3）后層：水平導(dǎo)線水平網(wǎng)格線（Y向地址）玻璃極板單元垂直網(wǎng)格線（X向地址）觀察方向空氣等離子體顯示器2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院88特點(diǎn)顯示屏薄，掛在墻上無鋸齒現(xiàn)象，分辨率好無需刷新緩存，重量輕，無輻射價(jià)格貴2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院89薄片光電顯示器玻璃板間填充的是熒光物（如鋅的硫化物同錳的膠狀物）。缺點(diǎn)：功耗大，難以達(dá)到好的彩色和灰度等級(jí)顯示原理：1、足夠高的電壓加到一對(duì)交叉電極；2、交叉電極間的熒光物成為導(dǎo)體；3、錳原子吸收電能；4、錳原子釋放能量成為發(fā)光點(diǎn)。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院90發(fā)光二極

40、管顯示器采用二極管激發(fā)發(fā)光來顯示圖象。缺點(diǎn)：暖色效應(yīng)由于藍(lán)色光波長很短，藍(lán)色發(fā)光管的成本較高2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院91激光顯示器原理：1、利用激光束形成圖案；2、通過機(jī)電控制的鏡面形成反射；3、用另一光源把圖象投向屏幕。優(yōu)點(diǎn)：在非常短的時(shí)間顯示復(fù)雜圖象缺點(diǎn)：不能擦除，只能在下一幀重繪2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院92 行式打印機(jī) 撞擊式 打印機(jī) 點(diǎn)陣式打印機(jī) 連續(xù)式 壓電式機(jī)械動(dòng)作 噴墨打印機(jī) 氣泡式 非撞擊式 隨機(jī)式 靜電式 打印機(jī) 固體式（最好） 感光鼓 激光打印機(jī) 上粉盒 打底電暈絲 轉(zhuǎn)移電暈絲）1、打印機(jī)2.3 圖形硬拷貝設(shè)備2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院93(1)

41、 靜電繪圖儀工作原理：首先在白紙帶上那些要上墨的部分加上負(fù)電荷，然后在紙的上方流過帶正電荷的黑墨，這些微粒將附著在帶負(fù)電荷的紙上形成圖形。分辨率：每英寸800點(diǎn)。2、繪圖儀2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院94（2）筆式繪圖儀工作原理：是一種隨機(jī)的、快速的繪圖設(shè)備。它可在一張紙上隨機(jī)的、向量式地移動(dòng)繪圖筆，產(chǎn)生輸出圖形。當(dāng)繪制直線時(shí)，筆尖首先定位在線段地起點(diǎn)，落筆后自動(dòng)以直線方式移到線段地終點(diǎn)，然后抬筆并自動(dòng)移動(dòng)到另一直線的起點(diǎn)，準(zhǔn)備繪制下一條直線。分類：平板式繪圖儀：在一塊平板上畫圖，繪圖筆分別有x，y兩個(gè)方向進(jìn)行移動(dòng)；滾筒繪圖儀：在一塊圓筒上作圖，畫紙?jiān)谝粋€(gè)方向上（如x方向）滾動(dòng)，而繪圖筆

42、在另一個(gè)方向上（如y方向）進(jìn)行移動(dòng)；2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院95主要性能指標(biāo)：1）最大繪圖幅面；2）繪圖速度和精度；3）優(yōu)化繪圖；4）繪圖所用的語言。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院962.4 圖形顯示子系統(tǒng)簡(jiǎn)單的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)幀緩存為系統(tǒng)內(nèi)存任一塊區(qū)域視頻控制器能直接存取該區(qū)域以刷新屏幕幀緩存可以是專用的存儲(chǔ)器也可是系統(tǒng)內(nèi)存中的一塊固定區(qū)域較為典型的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院972022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院98俗稱顯卡CGA EGA VGA TVGA SVGA XGA SXGA工作原理顯示主芯片顯卡的核心，俗稱GPU 代替CPU

43、完成部分圖形處理功能，掃描轉(zhuǎn)換、幾何變換、裁剪、光柵操作、紋理映射等等各圖形函數(shù)基本上都集成在這里顯存存儲(chǔ)將要顯示的圖形信息保存圖形運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)它與顯示主芯片的關(guān)系，就像計(jì)算機(jī)的內(nèi)存之于CPU一樣 RAMDAC視頻存儲(chǔ)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器在視頻處理中，把二進(jìn)制的數(shù)字轉(zhuǎn)換成為和顯示器相適應(yīng)的模擬信號(hào) 早期沒有圖形處理器2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院99PC圖形顯示卡2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院100作用：存儲(chǔ)屏幕上像素的顏色值也稱刷新存儲(chǔ)器(Refreshing Buffer)簡(jiǎn)稱幀緩沖器，俗稱顯存幀緩存中單元數(shù)目與顯示器上像素的數(shù)目相同單元與像素一一對(duì)應(yīng)各單元的數(shù)值決定了其對(duì)應(yīng)像素的顏色

44、顯示顏色的種類與幀緩存中每個(gè)單元的位數(shù)有關(guān)幀緩沖存儲(chǔ)器（Frame Buffer)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院101作用：控制圖形的顯示，建立幀緩存與屏幕像素之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，負(fù)責(zé)按固定刷新頻率和掃描順序刷新屏幕圖形邏輯結(jié)構(gòu)工作原理刷新周期開始，光柵掃描發(fā)生器置X地址寄存器為0，置Y地址寄存器為N-1，首先取出對(duì)應(yīng)像素（0，N-1）的幀緩存單元的數(shù)值, 放入像素值寄存器，用來控制像素的顏色，然后X的地址寄存器的地址加一，如此重復(fù)，直到該掃描線上的最后一個(gè)像素。視頻控制器（顯示控制器）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院102 分辨率 800*600 1024*768 象素與幀緩存 x方向

45、的象素點(diǎn)數(shù)*y方向的象素點(diǎn)數(shù)*log2n/8 顏色插找表 顯示長寬比 屏幕坐標(biāo)系相關(guān)概念2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院103 光點(diǎn)： 象素點(diǎn)：屏幕分辨率顯示分辨率存儲(chǔ)分辨率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)。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)。光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率（物理分辨率）。表示：水平方向上的光點(diǎn)數(shù)*垂直方向上的光點(diǎn)數(shù)顯示控制器能夠提供的顯示模式分辨率（簡(jiǎn)稱顯示模式）。表示：文本顯示方式：水平方向的字符總數(shù)*垂直方向的字符總數(shù)圖形顯示方式：水平方向的象素點(diǎn)數(shù)*垂直方向的象素點(diǎn)數(shù)表示：緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)。存儲(chǔ)

46、分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與象素點(diǎn)的色彩有關(guān)。計(jì)算：x方向的象素點(diǎn)數(shù)*y方向的象素點(diǎn)數(shù)*log2n/8 （其中：n為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)） 分辨率2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院104 象素與幀緩存屏幕上一個(gè)象素點(diǎn)對(duì)應(yīng)幀緩存中的一組信息。 組合象素法（Packed Pixel Method） 顏色位面法（Color Plane Method）幀緩存被分成若干獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)位面（Bit Plane），每個(gè)位面控制一種顏色或者灰度，每一個(gè)圖形象素點(diǎn)在每個(gè)位面中占一位，通過幾個(gè)位面中的同一位組合成一個(gè)象素。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院105例：如果分辨率為1024*76

47、8，請(qǐng)計(jì)算幀緩存，以及能同時(shí)顯示的顏色數(shù)。計(jì)算： 幀緩存 = x方向的象素點(diǎn)數(shù)*y方向的象素點(diǎn)數(shù)*log2n/8 = 1024*768*24/8 顏色數(shù) = 2242022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院106 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)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)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索引。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院107例：如果分辨率為1024*768，請(qǐng)計(jì)算幀緩存，總的顏色數(shù)以及能同時(shí)顯示的顏色數(shù)。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院108 顯示長寬比要求：在屏幕兩個(gè)方向上相同象素點(diǎn)數(shù)產(chǎn)生同樣長

48、度的線段，以使圖形不至發(fā)生畸變。例如：當(dāng)屏幕顯像管的長寬比等于 4:3 時(shí)，（水平方向上的光點(diǎn)數(shù):垂直方向上的光點(diǎn)數(shù)）也應(yīng)盡量滿足這個(gè)比例。顯示長寬比：水平點(diǎn)數(shù)與垂直點(diǎn)數(shù)之比。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院109 屏幕坐標(biāo)系2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院110第三章 基本圖形生成算法光柵掃描特點(diǎn)： * 數(shù)據(jù)量大 快的要求 * 顯示的離散化 準(zhǔn)的要求 * 獨(dú)立的圖形顯示處理器 快速，實(shí)時(shí)硬件處理的掃描轉(zhuǎn)換CPU系統(tǒng)總線顯示處理器系統(tǒng)存儲(chǔ)器顯示處理器存儲(chǔ)器幀緩存視頻控制器I/O設(shè)備監(jiān)視器1、光柵掃描圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院111任務(wù)：進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換(Scan Conv

49、ersion)掃描轉(zhuǎn)換：將應(yīng)用程序給出的圖形定義數(shù)字化為一組像素強(qiáng)度值，并放到幀緩存器掃描轉(zhuǎn)換的工作內(nèi)容：基本圖形的生成字符的生成填充、裁剪線型的處理彩色處理某些變換和管理2、圖形顯示處理器 (加速引擎)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院112為描述對(duì)象、構(gòu)造場(chǎng)景或完成圖形變換，需要不同的坐標(biāo)系！1. 建模坐標(biāo)系定義對(duì)象2. 世界坐標(biāo)系定義對(duì)象與外界環(huán)境的關(guān)系3. 設(shè)備坐標(biāo)系 定義圖形顯示的位置、大小4. 規(guī)范化坐標(biāo) 為保證互換性（與設(shè)備無關(guān)）而定義的輔助坐標(biāo)3、坐標(biāo)系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院113建模坐標(biāo)Modeling CoordinateLocal CoordinateMas

50、ter Coordinate世界坐標(biāo)World Coordinate繪圖儀其它輸出設(shè)備設(shè)備坐標(biāo)Device CoordinateScreen Coordinate111規(guī)范化坐標(biāo)NormalizedCoordinate2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院1143.1 直線的掃描轉(zhuǎn)換光柵掃描顯示下畫直線存在的問題：(1) 顯示速度問題： 例：分辨率：1024768， 24Bit 彩色， 幀存容量：10247683 2,359,296 Byte 刷新率 85Hz: 85 2,359,296 200,540,160 (Byte / S) 存儲(chǔ)器讀出時(shí)間：5nS(2) 顯示質(zhì)量問題：階梯狀線的粗細(xì)不一線

51、的亮度差異2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院115直線的繪制要求：1.直線要直2.直線的端點(diǎn)要準(zhǔn)確，即無定向性和斷裂情況3.直線的亮度、色澤要均勻4.畫線的速度要快5.要求直線具有不同的色澤、亮度、線型等解決的問題：給定直線兩端點(diǎn)P0(x0,y0)和P1(x1,y1)，畫出該直線。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院1163.1.1 數(shù)值微分法(DDA法)直線的微分方程：DDA算法原理： =1/max(|x|,|y|) 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院117max(|x|,|y|)=|x|，即|k|1的情況：max(|x|,|y|)=|y|，此時(shí)|k|1：2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院11

52、8注意：round(x)=(int)(x+0.5)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院119Void DDAline(int x0,int y0,int x1,int y1) int dx,dy,eps1,k; float x,y,xIncre,yIncre; dx=x1-x0; dy=y1-y0; x=x0; y=y0; If (abs(dx)abs(dy) eps1=abs(dx); else eps1=abs(dy); xIncre=(float)dy/(float)eps1; yIncre=(float)dy/(float)eps1; for (k=0;k=eps1;k+) putpix

53、el(int)(x+0.5),(int)(y+0.5); x+=xIncre; y+=yIncre; 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院120特點(diǎn)：增量算法直觀、易實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)：浮點(diǎn)運(yùn)算、取整廢時(shí)，且不利于硬件實(shí)現(xiàn)。不利于用硬件實(shí)現(xiàn) 。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院121例：畫直線段x int(y+0.5) y+0.5000100.4+0.5210.8+0.5311.2+0.5421.6+0.5522.0+0.5注：網(wǎng)格點(diǎn)表示象素2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院1223.1.2 中點(diǎn)畫線法算法顯然可得出如下結(jié)論：若M在Q的下方，選Pu，否則選Pd原理：假定直線斜率K1，且已確定點(diǎn)亮象素點(diǎn)P（

54、Xp ,Yp ）M為中點(diǎn)，Q為交點(diǎn)現(xiàn)需確定下一個(gè)點(diǎn)亮的象素。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院123算法實(shí)現(xiàn)： 假設(shè)直線的起點(diǎn)、終點(diǎn)分別為：（X0,Y0),(X1,Y1) 該直線方程可表示為： F(x,y)=a*x+b*y+c （1） 其中： a=Y0-Y1, b=X1-X0, c=X0*Y1-X1*Y0 當(dāng)： F(Xt,Yt) = 0 (Xt,Yt) 在直線上 F(Xt,Yt) 0 (Xt,Yt) 在直線上方2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院1242022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院125 因此：將中點(diǎn)M坐標(biāo)代入（1）式，并判斷其符號(hào)即可確定象素點(diǎn)的選取。構(gòu)造如下判別式： d = F(M) =

55、F(Xi+1,Yi+0.5) =a(Xi+1)+b(Yi+0.5)+c 由上式可看出，d是x,y線性函數(shù)，可推導(dǎo)d的增量公式2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院126當(dāng)d 0 時(shí)， 取象素Pu，此時(shí)再下一個(gè)象素的判別式為：d= F(Xi+2,Yi+1.5) = a(Xi+2)+b(Yi+1.5)+c = a(Xi+1)+b(Yi+0.5)+c +a +b = d + a + b;誤差項(xiàng)的遞推d= 0時(shí)，取象素Pd，此時(shí)再下一個(gè)象素的判別式為：d= F(Xi+2,Yi+0.5) = a(Xi+2)+b(Yi+0.5)+c = a(Xi+1)+b(Yi+0.5)+c +a = d + a;誤差項(xiàng)的遞

56、推d0：2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院128d的初始值可按下式計(jì)算： d0 = F(X0+1,Y0+0.5) = a(X0+1)+b(Y0+0.5)+c = F(X0,Y0)+a+0.5b = a+0.5b 由于只用d 的符號(hào)作判斷，為了只包含整數(shù)運(yùn)算, 可取2d代替 d，這樣可得如下中點(diǎn)算法程序：2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院129 MidpointLine(X0,Y0,X1,Y1,Color) int X0,Y0,X1,Y1,Color; int a,b,d1,d2,d,x,y; a=Y0-Y1; b=X1-X0; d=a+a+b; d1=a+a; d2=a+b+a+b; x=X0

57、; y=Y0; drawpixle(x,y,Color); while(xX1) if(d0) x+; y+; d+=d2; 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院130 else x+; d += d1; drawpixle(x,y,Color); /*while*/ /*MidPointLine*/ 習(xí)題： 按照中點(diǎn)劃線算法，確定直線（0，0）（5，3）的點(diǎn)亮象素。列出計(jì)算過程，并列出所選象素坐標(biāo)。 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院131例：用中點(diǎn)畫線法 ixiyid1001210-33213431-154252022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院1323.1.3 Bresenham畫線算法基本

58、原理：(假定直線段的0k1)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院133假定直線斜率,0k1 時(shí) d=d-1 ;當(dāng)d0.5，則(x,y)更新為(x+1,y+1)，同時(shí)將d更新為d-1；否則(x,y)更新為(x+1,y)。5.當(dāng)直線沒有畫完時(shí)，重復(fù)步驟3和4。否則結(jié)束。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院135改進(jìn)1：令e=d-0.5e初= -0.5，每走一步有e=e+k。if (e0) then e=e-12022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院136算法步驟為：1.輸入直線的兩端點(diǎn)P0(x0,y0)和P1(x1,y1)。2.計(jì)算初始值x、y、e=-0.5、x=x0、y=y0。3.繪制點(diǎn)(x,y)。4.e

59、更新為e+k，判斷e的符號(hào)。若e0，則(x,y)更新為(x+1,y+1)，同時(shí)將e更新為e-1；否則(x,y)更新為(x+1,y)。5.當(dāng)直線沒有畫完時(shí)，重復(fù)步驟3和4。否則結(jié)束。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院137改進(jìn)2：用2ex來替換ee初= -x，每走一步有e=e+2y。if (e0) then e=e-2x2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院138算法步驟：1. 輸入直線的兩端點(diǎn)P0(x0,y0)和P1(x1,y1)。2. 計(jì)算初始值x、y、e=-x、x=x0、y=y0。3. 繪制點(diǎn)(x,y)。4. e更新為e+2y，判斷e的符號(hào)。若e0，則(x,y)更新為(x+1,y+1)，同時(shí)將

60、e更新為e-2x；否則(x,y)更新為(x+1,y)。5. 當(dāng)直線沒有畫完時(shí)，重復(fù)步驟3和4。否則結(jié)束。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計(jì)學(xué)院139程序如下： BresenhamLine(x0,y0,x1,y1,color) int x0,y0,x1,y1,color; int x,y,dx,dy; float k,e; int e; dx = x1-x0; dy = y1-y0; k = dy/dx; e = -0.5; x=x0; y=y0; e = -dx; for( i=0; i=0) y+; e=e-1; e = e - 2*dx; Bresenham 畫線例直線端點(diǎn)為(20,10)和（