圖形設備與系統(tǒng)課程

Lec2圖形設備與系統(tǒng)李曉寧2023/1/61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基礎實驗2023/1/622.1計算機圖形系統(tǒng)概述計算機圖形系統(tǒng)外部設備圖形輸入設備圖形輸出設備:重點講解圖形顯示設備計算機圖形軟件圖形標準2023/1/632.1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。2023/1/64圖形輸出設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備2023/1/65計算機圖形外部設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)2023/1/66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、聚焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏2023/1/67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2023/1/68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2023/1/69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點的亮度。2023/1/610聚焦系系統(tǒng)加速電電極加正的的高壓壓電（（幾萬萬伏）），使使電子子束高高速運運動。。保證電電子束束在轟轟擊屏屏幕時時，匯匯聚成成很細細的2022/12/2911偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)統(tǒng)控制電子子束，靜靜電場或或磁場，，產(chǎn)生偏偏轉(zhuǎn)。電子束要要到達屏屏幕的邊邊緣時，，偏轉(zhuǎn)角角度就會會增大。。到達屏屏幕最邊邊緣的偏偏轉(zhuǎn)角度度被稱為為最大偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角最大偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角是衡量系系統(tǒng)性能能的最重重要的指指標，顯顯示器長長短與此此有關CRT顯示器屏屏幕越大大整個顯顯象管就就越長2022/12/2912熒光屏熒光物質(zhì)：：當它被電電子轟擊時時發(fā)出亮光光持續(xù)發(fā)光時時間：電子子束離開某某點后，該該點的亮度度值衰減到到初始值1/10所所需的時間間刷新(Refresh)：：為了讓熒光光物質(zhì)保持持一個穩(wěn)定定的亮度值值刷新頻率：：每秒鐘重重繪屏幕的的次數(shù)CRT產(chǎn)生穩(wěn)定圖圖像所需要要的最小刷刷新頻率=1秒/熒熒光物質(zhì)的的持續(xù)發(fā)光光時間（例如）=1000/40=25Hz2022/12/2913涉及屏幕的的兩個術語語像素(Pixel:PictureCell)：構成屏幕（（圖像）的的最小元素素分辨率(Resolution)：CRT在水平或豎豎直方向單單位長度上上能識別的的最大像素素個數(shù)，單單位通常為為dpi.在假定屏幕幕尺寸一定定的情況下下，也可用用整個屏幕幕所能容納納的像素個個數(shù)描述，，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等等2022/12/29142.1.2彩彩色色陰陰極極射射線線管管產(chǎn)生生彩彩色色的的常常用用方方法法:射線線穿穿透透法法影孔孔板板法法2022/12/2915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2022/12/2916彩色陰陰極射射線管管-影孔板板法影孔板板法原理：：影孔孔板被被安裝裝在熒熒光屏屏的內(nèi)內(nèi)表面面，用用于精精確定定位像像素的的位置置外層玻玻璃熒光涂涂層影孔板板2022/12/2917影孔板的的類型點狀影孔孔板代表：大大多數(shù)球球面與柱柱面顯像像管柵格式影影孔板代表：Sony的Trinitron與Mitsubishi的Diamondtron顯像管溝槽式影影孔板代表：LG的Flatron顯像管2022/12/2918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2022/12/2919顯示示器器能能同同時時顯顯示示的的顏顏色色個個數(shù)數(shù)如果果每每支支電電子子槍槍發(fā)發(fā)出出的的電電子子束束的的強強度度有有256個個等等級級，，則則顯顯示示器器能能同同時時顯顯示示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。。2022/12/2920球面顯示器器與柱面顯顯示器普通的顯象象管采用的的都是點狀影孔板板顯象管，顯顯象管的表表面呈略微微凸起的球球面狀，故故稱之為““球面管”。而柱面面顯象管采采用蔭柵式結(jié)構，它的的表面在水水平方向仍仍然略微凸凸起，但是是在垂直方方向上卻是是筆直的，，呈圓柱狀狀，故稱之之為“柱面管”常用的點狀影孔板板顯象管有日日本索尼公公司的特麗麗瓏管（Trinitron）和三菱公司司的鉆石瓏瓏管（Diamondtron）2022/12/2921蔭柵式彩色CRT顯色原理2022/12/2922柱面和球面顯顯示器點距定定義示意圖2022/12/29232.1.3隨機掃掃描的顯示示系統(tǒng)特點：電子子束可隨意意移動，只只掃描熒屏屏上要顯示示的部分邏輯部件：：刷新存儲儲器(RefreshingBuffer),顯示處理器器（DPU:DisplayProcessingUnit）和CRT2022/12/2924工作原理應用程序發(fā)發(fā)出繪圖命命令，→解解析成顯示示處理器可可接受命令令格式，存存放在刷新新存儲器中中。刷新存存儲器中所所有的繪圖圖命令組成成一個顯示示文件，由由顯示處理理器負責解解釋執(zhí)行(刷新)，，→驅(qū)動動電子槍在在屏幕上繪繪圖。修改圖形，，實際是修修改顯示文文件中的某某些繪圖命命令。2022/12/29252.1.4光光柵柵掃掃描描的的顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)光柵柵掃掃描描顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)特點點：：光光柵柵掃掃描描掃描描線線幀水平平回回掃掃期期垂直直回回掃掃期期2022/12/2926幾個個概概念念行頻頻、、幀幀頻頻水平平掃掃描描頻頻率率為為行行頻頻。。垂垂直直掃掃描描頻頻率率為為幀幀頻頻。。逐行行掃掃描描、、隔隔行行掃掃描描隔行行掃掃描描方方式式是是先先掃掃偶偶數(shù)數(shù)行行掃掃描描線線，，再再掃掃奇奇數(shù)數(shù)行行掃掃描描線線象素素整個個屏屏幕幕被被掃掃描描線線分分成成n行，，每每行行有有m個點點，，每每個個點點為為一一個個象象素素。。整整個個屏屏幕幕有有m×n個象素。。2022/12/2927幾個概念念分辨率是指CRT在水平或或垂直方方向的單單位長度度上能分分辨出的的最大光光點（象象素）數(shù)數(shù)，分為為水平分分辨率和和垂直分分辨率。。通常用用屏幕上上象素的的數(shù)目來來表示。。比如上上述的n行，每行行m點的屏幕幕分辨率率為m×n。。分辨率越越高，相相鄰象素素點之間間的距離離越小，，顯示的的字符或或圖像也也就越清清晰。分辨率受受顯示器器生產(chǎn)工工藝、掃掃描頻率率以及顯顯示存儲儲器容量量的限制制。2022/12/2928幾個概概念點距相鄰象象素點點之間間的距距離，，與分分辨率率指標標相關關。顯示速速度指顯示示字符符、圖圖形特特別是是動態(tài)態(tài)圖像像的速速度，，與顯顯示器器的分分辨率率及掃掃描頻頻率有有關。?？捎糜米畲蟠髱拰挘ㄋ较笙笏財?shù)數(shù)××垂垂直象象素數(shù)數(shù)××最最大幀幀頻））來表表示。。2022/12/2929幾個概概念色彩與與亮度度等級級亮度等等級又又稱灰灰度，，主要要指單單色顯顯示器器的亮亮度變變化。。色彩彩包括括可選選擇顯顯示器器顏色色的數(shù)數(shù)目以以及一一幀畫畫面可可同時時顯示示的顏顏色數(shù)數(shù)，與與熒光光屏的的質(zhì)量量有關關，并并受顯顯示存存儲器器VRAM容量的的影響響。圖像刷刷新由于CRT內(nèi)側(cè)的的熒光光粉在在接受受電子子束的的轟擊擊時，，只能能維持持短暫暫的發(fā)發(fā)光，，根據(jù)據(jù)人眼眼視覺覺暫留留的特特性，，需要要不斷斷進行行刷新新才能能有穩(wěn)穩(wěn)定的的視覺覺效果果，因因此刷刷新是是指以以每秒秒30幀以以上的的頻率率反復復掃描描不斷斷地顯顯示每每一幀幀圖像像。圖圖像的的刷新新頻率率等于于幀掃掃描的的頻率率（幀幀頻）），用用每秒秒刷新新的幀幀數(shù)表表示。。目前前刷新新頻率率標準準為每每秒50~120幀幀。2022/12/2930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。2022/12/2931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條掃掃描描線線，，每每條條掃掃描描線線有有M個像像素素，，M*N顯示示器器的的分分辨辨率率。。2022/12/2932邏輯輯部部件件：：幀幀緩緩沖沖存存儲儲器器（（FrameBuffer)，，視頻頻控控制制器器（（VideoController)，，顯示示處處理理器器（（DisplayProcessor）），，CRT幀緩緩沖沖存存儲儲器器作用用：：存存儲儲屏屏幕幕上上像像素素的的顏顏色色值值簡稱稱幀幀緩緩沖沖器器，，俗俗稱稱顯顯存存2022/12/2933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，，各單元的數(shù)數(shù)值決定了其其對應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)有關關（上圖幀緩緩沖器的每個個單元只有一一位）2022/12/2934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)字字設備，光柵柵顯示器是模模擬設備，因因而還需要數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。2022/12/2935黑白光光柵掃掃描顯顯示器器邏輯輯框圖圖在光柵柵圖形形顯示示器中中需要要足夠夠的位位面和和幀緩緩存結(jié)結(jié)合起起來才才能反反映圖圖形的的顏色色和灰灰度等等級。。如下下圖是是一個個具有有N位面灰灰度等等級的的幀緩緩存。。顯示示器上上每個個象素素的亮亮度是是由N位面中中對應應的每每個象象素位位置的的內(nèi)容容控制制的。。該存存儲器器的中中的二二進制制的數(shù)數(shù)被翻翻譯成成灰度度等級級，范范圍是是0到到2N-1之間。。2022/12/2936彩色光光柵掃掃描顯顯示器器下圖是是彩色色光柵柵顯示示器的的邏輯輯圖，，對于于紅、、綠、、藍三三原色色有三三個位位面的的幀緩緩存和和三個個電子子槍。。2022/12/2937彩色色光光柵柵掃掃描描顯顯示示器器每個個顏顏色色的的電電子子槍槍可可以以通通過過增增加加幀幀緩緩存存位位面面來來提提高高顏顏色色種種類類的的灰灰度度等等級級。。如如上上圖圖，，每每種種原原色色電電子子槍槍有有8個個位位位位面面的的幀幀緩緩存存和和8位位的的數(shù)數(shù)模模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器，，每每種種原原色色可可有有256中中灰灰度度，，三三種種原原色色的的組組合合將將是是(28)3=224。2022/12/2938彩色光柵柵掃描顯顯示器若每個單單元有24位（（每種基基色占8位）即即顯示系系統(tǒng)可同同時產(chǎn)生生224種顏色（（24位位真彩色色）。分辨率M*N、、顏色個數(shù)數(shù)K與顯存大大小V的關系2022/12/2939彩色光柵柵掃描顯顯示器3個位面面分辯率率是1024××1024的顯顯示器，，需要3×1024××1024（3145728）位的的存儲器器。若存儲器位位長固定定，則屏屏幕分辯辯率與同同時可用用的顏色色種數(shù)成成反比關關系。1兆字節(jié)節(jié)的幀緩緩存，若若設分辯辯率為640××480，則幀幀緩存每每個單元元可有24位，，可能同同時顯示示224種顏色，，若設分分辯率為為1024×768，，則每個個單元分分得的位位數(shù)僅略略多于8，只能能工作于于256色顯示示模式下下。2022/12/2940彩色光柵掃描顯示示器顯存問題高分辨率和真真彩要求有大大的顯存；曾經(jīng)是個問題題！解決方法：采采用查色表(LookupTable）或稱彩色表(ColorTable)查色表工作原原理1024*768真彩模模式需要3M字節(jié)顯存2022/12/2941查色表（lookupTable）是一維線性表表，其每一項項的內(nèi)容對應應一種顏色，，它的長度由幀幀緩存單元的的位數(shù)決定，例如：每單單元有8位，，則查色表的的長度為28＝256目的：在幀緩緩存單元的位位數(shù)不增加的的情況下，具具有大范圍內(nèi)挑選選顏色的能力力：2022/12/2942存放方式顏色信息在在幀緩存中中兩種存放放方式：一一是顏色值值直接存儲儲在幀緩存存中。二是是把顏色碼碼放在一個個獨立的表表中，幀緩緩存存放的的是顏色表表中各項的的索引值，，顏色范圍圍擴充了。。單色系統(tǒng)：：查色表固固化彩顯：可修修改、創(chuàng)建建查色表。。2022/12/2943彩色光柵掃掃描顯示器器帶寬T與分辨率、、幀頻F的關系帶寬問題高分辨率和和高的刷新新頻率要求求有高帶寬寬--依然是是個問題！！解決方法：：隔行掃描描（現(xiàn)在已已經(jīng)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2022/12/2944隔行行掃掃描描工工作作原原理理一幀幀完完整整的的畫畫面面分分成成兩兩場場。。一場場1／／60秒秒，，（（場場頻頻60HZ）），，（（幀頻頻30HZ））畫面面更更新新頻頻率率仍仍為為60HZ，，降低低了了閃閃爍爍效效應應，，每每一一場場1／／60秒秒內(nèi)內(nèi)，，幀幀緩緩存存中中數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)量量比比逐逐行行掃掃描描少少一一半半。。降降低低了了視視頻頻控控制制器器存存取取幀幀緩緩存存的的速速度度及及傳傳輸輸帶帶寬寬的的要要求求。。2022/12/2945其中，，幀緩緩存為為系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)存存任一一塊區(qū)區(qū)域，，視頻頻控制制器能能夠直直接存存取該該區(qū)域域以刷刷新屏屏幕。。簡單的的光柵柵掃描描圖形形顯示示系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)結(jié)構2022/12/2946典型的的光柵柵掃描描圖形形顯示示系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)結(jié)構其中，，幀緩緩存可可以是是專用用的存存儲器器，也也可以以是系系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)存中中的一一塊固固定區(qū)區(qū)域。。2022/12/2947視頻控控制器器作用：：建立立幀緩緩存與與屏幕幕像素素之間間的一一一對對應，，負責責刷新新邏輯結(jié)結(jié)構2022/12/2948視頻控制制器工作原理理——刷刷新周期期開始，，光柵掃掃描發(fā)生生器置X地址寄存存器為0，置Y地址寄存存器為N-1，，首先取出出對應像像素（0，N-1））的幀緩存存單元的的數(shù)值,放放入像素素值寄存存器，用用來控制制像素的的顏色，，然后X的地址寄寄存器的的地址加加一，如如此重復復，直到到該掃描描線上的的最后一一個像素素。雙緩沖機機制（DoubleBuffer)普通顯卡卡=視頻頻控制器器+顯存存2022/12/2949顯示處理理器作用：代代替CPU完成部分分圖形處處理功能能，掃描描轉(zhuǎn)換、、幾何變變換、裁裁剪、光光柵操作作、紋理理映射等等等具有專用用顯示處處理器的的光柵顯顯示系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構構圖形加速速卡=視視頻控制制器+顯顯存+顯顯示處理理器2022/12/2950光柵顯示示系統(tǒng)的的特點優(yōu)點：成本低易于繪制制填充圖圖形色彩豐富富刷新頻率率一定，，與圖形形的復雜雜程度無無關易于修改改圖形缺點：需要掃描描轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生混混淆優(yōu)點使其其占據(jù)了了市場主主流缺點正在在被克服服2022/12/2951LCD顯示示器CRT固有的物理理結(jié)構限制制了它向更更廣的顯示示領域發(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2022/12/2952LCD顯示示器的優(yōu)點點外觀小巧精精致，厚度度只有6.5~8cm左右。不會產(chǎn)生CRT那樣的因為為刷新頻率率低而出現(xiàn)現(xiàn)的閃爍現(xiàn)現(xiàn)象工作電壓低低，功耗小小，節(jié)約能能源沒有電磁輻輻射，對人人體健康沒沒有任何影影響2022/12/29532022/12/2954液晶晶顯顯示示器器的的構構成成液晶晶顯顯示示器器LCD(LiquidCrystalDisplay)是由由六六層層薄薄板板組組成成的的平平板板式式顯顯示示器器反射射層層水平平極極板板水平平網(wǎng)網(wǎng)格格線線液晶晶層層垂直直網(wǎng)網(wǎng)格格線線垂直直極極板板觀察察方方向向2022/12/2955LCD顯示器器基本原理液晶是一種介介于液體和固固體之間的特特殊物質(zhì)，它它具有液體的的流態(tài)性質(zhì)和和固體的光學學性質(zhì)。當液液晶受到電壓壓的影響時，，就會改變它它的物理性質(zhì)質(zhì)而發(fā)生形變變，此時通過過它的光的折折射角度就會會發(fā)生變化，，而產(chǎn)生色彩彩液晶屏幕后面面有一個背光光，這個光源源先穿過第一一層偏光板，，再來到液晶晶體上，而當當光線透過液液晶體時，就就會產(chǎn)生光線線的色澤改變變，從液晶體體射出來的光光線，還得必必須經(jīng)過一塊塊彩色濾光片片以及第二塊塊偏光板2022/12/2956液晶顯示有主主動式和被動動式兩種被動式液晶屏屏幕有STN（SuperTN超扭曲向列LCD）和DSTN（DoublelayerSuperTN雙層超扭曲向向列LCD）等最流行的主動動式液晶屏幕幕是TFT（ThinFilmTransistor薄膜晶體管））主動式液晶顯顯示器使用了了FET場效晶體管以以及共通電極極，這樣可以以讓液晶體在在下一次的電電壓改變前一一直保持電位位狀態(tài)。這樣樣主動式液晶晶顯示器就不不會產(chǎn)生在被被動式液晶顯顯示器中常見見的鬼影、或或是畫面延遲遲的殘像等2022/12/2957LCD顯示器器的基本指標標可視角度視線與屏幕中中心法向成一一定角度時，，人們就不能能清晰地看到到屏幕圖象，，而那個能看看到清晰圖象象的最大角度度被我們稱為為可視角度。。一般所說的的可視角度是是指左右兩邊邊的最大角度度相加。工業(yè)業(yè)上有CR10（ContrastRatio）、、CR5兩種標準來判判斷液晶顯示示器的可視角角度2022/12/2958LCD顯示示器的的基本本指標標點距與與分辨辨率液晶屏屏幕的的點距距就是是兩個個液晶晶顆粒粒（光光點））之間間的距距離，，一般般0.28~0.32mm就能得得到較較好的的顯示示效果果通常所所說的的液晶晶顯示示器的的分辨辨率是是指其其真實實分辨辨率，，表示示水平平方向向的像像素點點數(shù)與與垂直直方向向的像像素點點數(shù)的的乘積積2022/12/2959液晶顯顯示器器的缺缺點壽命短短、怕怕震動動、溫溫度敏敏感分辨率率相對對較低低，色色彩不不夠鮮鮮艷，，且價價格偏偏高。。2022/12/2960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2022/12/2961圖形處理器器的組成顯示主芯片片顯卡的核心心，俗稱GPU，它的主要任任務是對系系統(tǒng)輸入的的視頻信息息進行構建建和渲染顯示緩存用來存儲將將要顯示的的圖形信息息以及保存存圖形運算算的中間數(shù)數(shù)據(jù)顯存的大小小和速度直直接影響著著主芯片性性能的發(fā)揮揮數(shù)字模擬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器（RAMDAC）它的作用就就是把二進進制的數(shù)字字轉(zhuǎn)換成為為和顯示器器相適應的的模擬信號號2022/12/2962顯卡工作作原理簡簡單示意意圖2022/12/2963*純平顯顯示器*走向平面面的顯像像管球面顯象象管：表面：球球面的一一部分時間：~90年年代初柱面顯象象管：表面：柱柱面的一一部分，，垂直方方向上平平直，水水平方向向上有彎彎曲時間：90年代代中期代表：Sony公司的Trinitron，，Mitsubishi公司的Diamondtron2022/12/2964*純平顯示器器*走向平面的顯顯像管平面直角顯象象管表面：球面的的一部分，類類似于平面時間：90年年代中后期現(xiàn)在市場上的的主流顯象管管純平顯象管表面：純平面面時間：90年年代后期代表：Sony公司的FDTrinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron，Samsung公司的DanyFlat，LG公司的Flatron今后的主流顯顯象管2022/12/2965*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術，，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術，，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。。2022/12/2966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)網(wǎng)絡絡功功能能完完善善，，使使用用多多任任務務多多用用戶戶操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)的的小小型型通通用用個個人人化化計計算算機機系系統(tǒng)統(tǒng)。。1983年年美美國國APOLLO公司司推推出出第第一一臺臺適適合合計計算算機機輔輔助助設設計計（（CAD））的工工作作站站?！，F(xiàn)在在全全球球最最有有名名的的圖圖形形工工作作站站屬屬SGI圖形形工工作作站站。。2022/12/2967虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)除了具有有常規(guī)的的高性能能計算機機系統(tǒng)的的硬件和和軟件外外，還必必須對下下列關鍵鍵技術提提供強有有力的支支持。能以實時時的速度度生成具具有逼真真感的景景物圖形形（三維維全彩色色的、有有明暗、、紋理和和陰影的的圖像））能高精度度的實時時跟蹤用用戶的頭頭和手。。頭戴顯示示器能產(chǎn)產(chǎn)生高分分辨率圖圖像和較較大的視視角。2022/12/29682.2圖圖形系系統(tǒng)及其其標準硬件，圖圖形I/O設備，系系統(tǒng)軟件件，圖形形軟件。。圖形軟件件：通用用編程軟軟件包，，專用應應用軟件件包。通用類：：提供一一個可用用于高級級程序語語言的圖圖形功能能擴展集集(比如如，OpenGL).基本功能能：圖元元生成，，屬性設設置（顏顏色，…….）選選擇觀察察及實施施變換等等。專用類：：不關心心圖形操操作過程程（比如如，CAD系統(tǒng)。2022/12/2969圖形系系統(tǒng)標標準圖形標標準：：圖形形系統(tǒng)統(tǒng)及其其相關關應用用系統(tǒng)統(tǒng)中各各界面面之間間進行行數(shù)據(jù)據(jù)傳送送和通通信的的接口口標準準，以以及供供圖形形應用用程序序調(diào)用用的子子程序序功能能及其其格式式標準準，前前者稱稱為數(shù)據(jù)及及文件件格式式標準準，后者者稱為為子程序序界面面標準準。2022/12/2970圖形系系統(tǒng)標標準分分類面向圖圖形設設備的的接口口標準準：面面向系系統(tǒng)計算機機圖形形元文文件(CGM)，，(CRT,Mouse,……)計算機機圖形形接口口(CGI)：設備備驅(qū)動動程序序。面向應應用軟軟件的的標準準：圖圖元的的生成成，設設備的的管理理程序員員層次次交互互式圖圖形系系統(tǒng)（（PHIGS）,GL(圖形程程序包包)（三維維）圖圖形核核心系系統(tǒng)（（3D-)GKS面向用用戶的的標準準，建建立圖圖形數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構，，定義義、修修改和和輸出出圖形形圖形操操作函函數(shù)庫庫：OpenGL,DirectX面向圖圖形應應用系系統(tǒng)中中工程程和產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)數(shù)據(jù)模模型及及其文文件格格式：：基本圖圖形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換規(guī)規(guī)范（（IGES））產(chǎn)品數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換規(guī)規(guī)范（（STEP）2022/12/2971圖形標準的的作用位置置2022/12/2972應用系統(tǒng)在在不同系統(tǒng)統(tǒng)之間的可可移植性應用系統(tǒng)和和圖形設備備之間的可可移植性圖形數(shù)據(jù)的的可移植性性程序員的可可移植性2022/12/2973CGI（ISODP9636)提供控制圖圖形硬件的的一種與設設備無關的的方法。也可看作圖圖形設備驅(qū)驅(qū)動程序的的一種標準準。在用戶程序序和虛擬設設備之間，，以一種獨獨立于設備備的方式提提供圖形信信息的描述述和通信。。2022/12/2974CGM（ISOIS8632)與設備無關的的語義、詞法法定義的圖形形文件格式。。規(guī)定了生成、、存儲、傳送送圖形信息的的格式。面向系統(tǒng)和系系統(tǒng)開發(fā)者，，和CGI配配套提供。通用性是其關關鍵屬性。2022/12/2975GKS提供了在應用用程序和圖形形輸入輸出設設備之間的功功能接口與語言無關。。GKS提供了一個稱稱為元文件的的順序文件接接口應用程序的所所有圖形資源源由GKS控制（通過GKS元文件-GKSM）GKSM用于:圖形信息存檔檔；系統(tǒng)傳送圖形形信息；在GKS應用程序間傳傳送圖形信息息；與圖形信息相相關的非圖形形信息的存儲儲和復用。2022/12/2976PHIGS（（ISOIS9592）向應用程序員員提供的控制制圖形設備的的圖形系統(tǒng)接接口；圖形數(shù)據(jù)按層層次結(jié)構組織織；提供動態(tài)修改改和繪制顯示示圖形數(shù)據(jù)的的手段。是一一個高度動態(tài)態(tài)化和交互式式圖形系統(tǒng)。。2022/12/2977GL圖形程序庫，，UNIX下運運行，OpenGL—微機，分類：基本圖圖素；坐標變變換；設置屬屬性和顯示方方式；I/O處理；真真實圖形顯示示。2022/12/2978IGES（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)。2022/12/2979STEP（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。2022/12/2980持續(xù)發(fā)光時間間刷新像素CRT的分辨率陰極射線管的的組成部分及及其功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關系系圖形形系系統(tǒng)統(tǒng)及及其其標標準準概念念與與術術語語2022/12/29812.2基基于于Windows的圖圖形形程程序序設設計計方方法法用戶輸入或系統(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程序序執(zhí)執(zhí)行行模模式式Windows的前前身身是是DOS操作作系系統(tǒng)統(tǒng)，，在在DOS操作作系系統(tǒng)統(tǒng)下下，，標標準準C/C++應用用程程序序包包含含一一個個主主函函數(shù)數(shù)main()，，應用用程程序序執(zhí)執(zhí)行行時時，，從從main函數(shù)數(shù)開開始始。。2022/12/29822.2.1Windows應用用程程序序執(zhí)執(zhí)行行模模式式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2022/12/2983設備備上上下下文文DC（（DeviceContext））顯示示設設備備上上下下文文：將顯顯示示信信息息輸輸出出到到視視頻頻顯顯示示器器。。打印印設設備備上上下下文文：將顯顯示示信信息息輸輸出出到到打打印印機機。。內(nèi)存存設設備備上上下下文文：為特特定定的的設設備備保保存存位位圖圖圖圖像像。。信息息設設備備上上下下文文：用于于訪訪問問默默認認設設備備數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)信信息息的的設設備備上上下下文文。。2022/12/2984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支持持設設備備坐坐標標系系和和邏邏輯輯坐坐標標系系。。設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。。設設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。。邏輯輯坐坐標標系系是是不不考考慮慮具具體體設設備備的的一一個個統(tǒng)統(tǒng)一一坐坐標標系系，，Windows通過過映映射射模模式式將將邏邏輯輯坐坐標標轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化成成設設備備坐坐標標。。映映射射模模式式是是在在圖圖形形繪繪制制過過程程中中所所依依據(jù)據(jù)的的坐坐標標系系。。2022/12/2985OpenGL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設計2022/12/2986OpenGL簡簡介以SGI的GL三維圖圖形庫庫為基基礎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OpenGL為基礎礎開發(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/INFO2022/12/2987OpenGL特點獨立于窗口口系統(tǒng)和操操作系統(tǒng),便于移植植可以與VisualC++緊密接口口,便于實實現(xiàn)圖形算算法使用簡便,效率高2022/12/2988OpenGL功功能建模:點、線、面面+三維物體+曲線曲面變換：平移移、旋轉(zhuǎn)、、縮放、鏡鏡像+平行投影、、正視投影影顏色設置模模式：RGBA+ColorIndex光照和材質(zhì)質(zhì)設置：輻射光（EmittedLight）、環(huán)境光光（AmbientLight）、漫反反射光（DiffuseLight）、鏡面面光SpecularLight）紋理映射位圖顯示和和圖象增強強：基本的的拷貝和像像素讀寫+融合（Blending）、反走樣樣（Antialiasing）和霧（fog）雙緩存動畫畫：深度度暗示（DepthCue）、運動模模糊（MotionBlur）2022/12/2989OpenGL圖形庫庫四個圖形庫庫，200多個函數(shù)核心函數(shù)有有115個，以gl開頭OpenGL實用庫（OpenGLUtilityLibrary，GLU）：繪制制復雜的曲曲線曲面、、高級坐標標變換、多多邊形分割割，43個，glu開頭OpenGL輔助庫（OpenGLAuxiliaryLibrary，GLAUX）:簡單的窗口口管理、輸輸入事件處處理、某些些復雜三維維物體繪制制,31個，glaux開頭OpenGL工具庫（OpenGLUtilityToolkit）:大約30多個函數(shù)，，函數(shù)名前前綴為glut六個WGL函數(shù)：專專門用于OpenGL和Windows95窗口系統(tǒng)的的聯(lián)接，其其前綴為wgl五個Win32函數(shù)用來處處理像素格格式（pixelformats）和雙緩存存2022/12/2990OpenGL的繪制流流程和原原理點數(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)2022/12/2991OpenGL中中的數(shù)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,GLenumGLbitfield2022/12/2992OpenGL程序設計計圖形操作描述述表：特殊的DC有OpenGL與Windows窗口系統(tǒng)相關關的各種信息息一旦啟用，未未刪除之前可可以調(diào)用任何何OpenGL繪制函數(shù)，進進行各種操作作2022/12/2993OpenGL程序設計計像素格式創(chuàng)建一個圖形形操作表之前前，首先必須須設置像素格格式：含有有設備繪圖界界面的屬性PIXELFORMATDESCRIPTOR結(jié)構體：26個屬性2022/12/2994OpenGLMFC程程序流程建立單文檔工工程修改StdAfx.h,加入對OpenGL的支持改造C***View::PreCreateWindow()為C***View增加數(shù)據(jù)成員員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()編寫自己的初初始化函數(shù)編寫自己的DrawScence()2022/12/2995實驗一一OpenGL基基礎實實驗按照上上述流流程，，搭建建OpenGLMFC程序序框架架；（（注意意保存存自己己的工工程））編寫自自己的的DrawScene函函數(shù)，，繪制制基本本的OpenGL圖圖形時間：：3月月2號號2022/12/29969、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。