图形系统综述课件

第二章 图形系统综述交互式交互式图形系统的组成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光栅扫描系统输入设备硬拷贝设备图形软件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.应用程序系统应用程序图形软件用户接口应用操作应用数据命令接收与解释接口数据显示处理图形输入图形输出操作系统输入驱动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 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工作原理工作原理刷新式CRT工作原理构造l 阴极：灯丝l 控制栅极：控制电子发出的多少l 聚焦系统l 加速阳极l XY向偏转系统l 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 11024768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Frame Buffer像素寄存器位平面帧缓存的概念帧缓存的概念(x,y)(x,y)1 0 1 0 1 1 0 11024768 颜色查找表颜色查找表（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？屏幕24 bit？R G B28025520 0 0 0 1 0 1 0 0(x,y)(x,y)color lookup table显示控制器display controller 光栅扫描图形系统结构I/O设备CPUmemory Frame Buf.Video controllerBUS视频控制器的刷新操作光栅扫描生成器x寄存器y寄存器存储器地址像素寄存器帧缓存强度xy屏幕坐标系(x,y)颜色数据 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 其他应用系统图形系统GKS,PHIGS,OpenGL图形标准的作用位置设备驱动设备驱动设备驱动CGI元文件输出程序元文件输入程序CGM数据库IGES,STEPIInitial Graphics Exchange SystemStandard for the Exchange ofProduct model Data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 StringPHIGS(PHIGS+)Programmers 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CGICGM Computer Graphics MetafileOpenGL独立于程序设计语言的图形函数库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 WGLOpenGL功能功能:3维图形函数库 建模建模 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 变换变换 基本变换和投影变换 颜色模式设置颜色模式设置 光照和材质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 纹理映射纹理映射（Texture Mapping）位图显示和图象增强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 双缓存动画双缓存动画（Double Buffering）OpenGL 与其他系统的接口 与与Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP 系统接口 OpenGL for Windows 图形库图形库 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。