计算机图形学第2章-计算机图形系统

第第2 2章章 计算机图形系统计算机图形系统本章简要介本章简要介绍计算机图绍计算机图形系统的输形系统的输入和输出设入和输出设备备5/17/202412.1系统的构成系统的构成硬件系统包括硬件系统包括:计算机主机、图形显示器、计算机主机、图形显示器、鼠标器、图形输入板、图形扫描仪、绘图鼠标器、图形输入板、图形扫描仪、绘图仪、打印机等。仪、打印机等。计算机图形系统分为四类：大型机、中小计算机图形系统分为四类：大型机、中小型机、工作站和微机为基础的图形系统。型机、工作站和微机为基础的图形系统。5/17/20242计算机图形系统计算机图形系统5/17/202432.2常用输入设备常用输入设备常用输入设备常用输入设备:键盘、鼠标器、光笔、图形键盘、鼠标器、光笔、图形输入板（数字化仪）、图形扫描仪等。输入板（数字化仪）、图形扫描仪等。5/17/202442.2.1鼠标器鼠标器鼠鼠标标器器是是一一个个控控制制显显示示屏屏幕幕上上光光标标移移动动的的小小型型手手控控设设备备。鼠鼠标标器器目目前前已已和和键键盘盘一一样样重要。重要。鼠标器有机械式和光电式两种。鼠标器有机械式和光电式两种。鼠鼠标标器器的的按按钮钮有有两两个个（或或三三个个），最最左左边边的为的为“拾取拾取”按钮，其余的可由用户定义。按钮，其余的可由用户定义。5/17/202452.2.2图形输入板（数字化仪图形输入板（数字化仪）数字化仪是专门用于读取图形信息的计算数字化仪是专门用于读取图形信息的计算机输入设备。小型的也称图形输入板。机输入设备。小型的也称图形输入板。数字化仪一般由两部分组成：感应板和点数字化仪一般由两部分组成：感应板和点设备。设备。5/17/20246早期的图形输入板早期的图形输入板5/17/20247大型数字化仪大型数字化仪5/17/20248数字化仪数字化仪5/17/20249三维数字化仪三维数字化仪MicroScribe-3D（美国（美国）5/17/2024102.2.3图形扫描仪图形扫描仪图形扫描仪是直接把图形或图象扫描输入图形扫描仪是直接把图形或图象扫描输入到计算机中，以象素信息进行存储表示的到计算机中，以象素信息进行存储表示的输入设备。输入设备。按颜色分类：分为单色和彩色扫描仪。按颜色分类：分为单色和彩色扫描仪。按扫描宽度和操作方式分类：可分为大型按扫描宽度和操作方式分类：可分为大型扫描仪、台式扫描仪和手动式扫描仪。扫描仪、台式扫描仪和手动式扫描仪。扫扫描描仪仪的的驱驱动动软软件件一一般般生生成成JPGJPG或或PCXPCX或或TIFFTIFF等标准格式的图象文件。等标准格式的图象文件。5/17/202411台式扫描仪台式扫描仪5/17/2024125/17/2024131)专业X-Y轴扫描连接技术(2)12*17超大扫描面积(3)4.0Dmax 的高浓度设计(4)自动对焦系统(5)抗牛顿环玻璃(6)2000dpi6000dpi高光学分辨率最新促销价格：180000.00RMB Artixscan6000XY-专业影像扫描仪专业影像扫描仪5/17/2024141)A3 大幅面扫描范围(2)三种联机接口:USB,FireWire&SCSI-II(3)高效的扫描模板及透射适配器(可选)(4)为医疗人士提供的可选 12”16”X光片扫描功能(5)全面提升图像品质的多重取样技术(6)可实现网络共享(for Windows)的专业扫描软件ScanWizard ProTM(支持PC/Mac)(7)内置柯达色彩管理软件并含柯达专业校准色卡(8)附赠丰富的OCR文字识别软件及影像编辑应用软件(9)真 48 位色彩深度,3200 x 1600 dpi 高光学分辨率和3.7 D最大密度范围 最新促销价格：19800.00RMB 特殊用途扫描仪特殊用途扫描仪5/17/202415大A3尺寸扫描面积(2)SCSI介面附赠原厂介面卡(3)浮动式上盖设计(4)影象零反射技术(5)支援 Windows98/NT40与Mac(6)使用长寿型冷阴极灯管 最新促销价格:12000.00RMB 扫描类型:CCD平台式光学分辨率:600 dpi1200 dpi最大分辨率:9600dpi色彩位数:36 位元彩色彩模式特殊用途扫描仪特殊用途扫描仪5/17/202416大型扫描仪大型扫描仪5/17/202417三维扫描仪三维扫描仪5/17/202418三维扫描仪三维扫描仪5/17/202419大型三维扫描仪大型三维扫描仪5/17/202420大型三维扫描仪大型三维扫描仪5/17/2024215/17/2024225/17/202423利用天远Digimetric三维摄影测量系统对汽车油泥模型的测量 三维扫描三维扫描5/17/202424牙模扫描牙模扫描5/17/202425文物扫描文物扫描5/17/202426脸部数据脸部数据5/17/2024275/17/2024285/17/202429逆向工程逆向工程5/17/2024302.3常用输出设备常用输出设备图形输出设备有：图形显示器，绘图仪和打印机等。5/17/2024311.结构及基本原理结构及基本原理光栅扫描线显示器由五部分组成：图象生成器、显示存贮器、CRT控制器、彩色表和监视器。其中显示存贮器（简称显存）又称帧缓冲器（Frame Buffer）是整个显示器的核心。5/17/2024322.3.1图形显示器图形显示器CRT(阴极射线管)显示器按工作方式分为三种:随机扫描存储管式、随机扫描刷新式和光栅扫描式。5/17/202433光栅扫描显示器的组成光栅扫描显示器的组成5/17/202434光栅扫描线显示器的工作过程光栅扫描线显示器的工作过程2.形成光栅，读出显存中的位图数据；形成光栅，读出显存中的位图数据；3.查彩色表，转换成红、绿、蓝三原色的亮度查彩色表，转换成红、绿、蓝三原色的亮度值；值；4.4.在屏幕上形成一帧与显存中所存映象相对应在屏幕上形成一帧与显存中所存映象相对应的图形画面。的图形画面。上述上述2424是反复进行的。是反复进行的。1.把图画在显存中，即生成位图；把图画在显存中，即生成位图；5/17/202435光栅扫描显示器帧缓冲存储器光栅扫描显示器帧缓冲存储器帧帧缓缓冲冲存存储储器器是是一一大大块块连连续续的的存存储储空空间间。光光栅栅中中的的每每个个像像素素在在帧帧缓缓冲冲器器中中至至少少有有1位位（bit），每每个个像像素素一一位位的的存存储储容容量量称称为为位位平平面面（bitplane）。10241024正正方方形形光光栅的的一一个个位位平平面面需需要要220（210=1024；2020=10241024）即即1048576位位。画画面面就就是是帧帧缓缓冲冲器器中中的的这这些些位位信信息息组组成成的的。由由于于一一个个二二进进制制只只有有两两个个状状态态，所所以以单单独独一一个个位位平面只能产生黑白（单色）显示。平面只能产生黑白（单色）显示。5/17/202436而而光光栅栅扫扫描描显显示示器器是是模模拟拟设设备备，所所以以将将帧帧缓缓冲冲器器中中的的信信息息读读出出并并在在CRT显显示示器器上上显显示示时时需需要要将将数数字字量量转转换换成成模模拟拟量量。这这个个工工作作由由数数模模转转换换器器（DAC）完完成成。帧帧缓缓冲冲器器的的中中每每一一个个像像素素，只只有有在在读读出出并并转转换换为为模模拟量以后才能显示在荧光屏上。拟量以后才能显示在荧光屏上。5/17/202437如果增加帧缓冲器中的位平面数，光栅显如果增加帧缓冲器中的位平面数，光栅显示器就可以表示彩色或不同的灰度等级。示器就可以表示彩色或不同的灰度等级。由由N个位平面组成的灰度帧缓冲器个位平面组成的灰度帧缓冲器5/17/202438CRT上的像素亮度是由它在各个位平面上的上的像素亮度是由它在各个位平面上的值共同决定的。把各个位平面上与当前像素值共同决定的。把各个位平面上与当前像素对应的对应的0、1读入寄存器相应的位，最终得到读入寄存器相应的位，最终得到的二进制数就是像素在的二进制数就是像素在0（黑）到（黑）到2N-1（最大（最大强度）之间的光强等级。最后这个值由强度）之间的光强等级。最后这个值由DAC转换为电子枪的模拟电压。上图所示为一个转换为电子枪的模拟电压。上图所示为一个有三个位平面、八个光强等级的系统。对于有三个位平面、八个光强等级的系统。对于给定的光栅分辨率，每个位平面的存储容量给定的光栅分辨率，每个位平面的存储容量都必须得到满足。例如有三个位平面组成的都必须得到满足。例如有三个位平面组成的10241024光光栅缓冲存冲存储器就需要器就需要3145728（310241024）个存）个存储位。位。5/17/202439其其实实，每每个个彩彩色色电电子子枪枪完完全全可可以以使使用用更更多多的的位位平平面面，下下图图是是一一个个多多位位平平面面的的彩彩色色帧帧缓缓冲冲存存储储器器，每每种种颜颜色色又又有有八八个个位位平平面面，帧帧缓缓冲冲存存储储器器共共有有24个个位位平平面面。每每组组位位平平面面驱驱动动一一个个8位位的的DAC，能能生生成成256（28）种种不不同同深深浅浅的的红红色色、绿绿色色、蓝蓝色色。这这些些颜颜色色组组合合在在一一起起就就可可以以产产生生16777216（282828=224），），这就是所就是所谓的的24位真彩色。位真彩色。5/17/20244024个位平面的彩色帧缓冲存储器个位平面的彩色帧缓冲存储器5/17/202441彩色表彩色表使使用用彩彩色色表表，只只需需增增加加少少量量的的存存储储容容量量就就可可以以获获得得更更多多的的光光强强等等级级，如如图图所所示示，这这时时，帧帧缓缓冲冲器器位位平平面面中中读读出出的的数数是是查查色色表表的的索索引引。查查色色表表必必须须有有2 2N N项项，每每一一项项的的宽宽度度为为M位位，M一一般般比比N大大。这这样样光光强强等等级级共共有有2M个个，但但一一次次只只能能使使用用其其中中的的2N项项。如如果果要要使使用用其其他他的的光光强强等等级级，就必须改变查色表的内容（重装）。就必须改变查色表的内容（重装）。5/17/202442一个一个N个位平面的灰度帧缓冲存储器，查个位平面的灰度帧缓冲存储器，查色表宽度为色表宽度为M5/17/202443对于对于24个位平面的彩色帧缓冲存储器，如个位平面的彩色帧缓冲存储器，如果各位平面存放的不是直接的颜色值而是果各位平面存放的不是直接的颜色值而是查色表的地址索引，那么查色表的地址索引，那么24位真彩的颜色位真彩的颜色还可以进一步丰富。如果对每种颜色使用还可以进一步丰富。如果对每种颜色使用N个位平面，查色表的宽度为个位平面，查色表的宽度为M位，那么位，那么每次就可以从每次就可以从(23)M种颜色的调色板中选种颜色的调色板中选择择(23)N种颜色显示。种颜色显示。例例如如：一一个个24个个位位平平面面的的帧帧缓缓冲冲存存储储器器（N=8），查查色色表表宽宽度度为为10，则则每每次次可可以以使使用用10亿亿色色彩彩的的调调色色板板中中选选择择1700万万种种颜颜色。色。5/17/2024442.光栅显示器的主要性能参数光栅显示器的主要性能参数分辨率分辨率颜色或亮度等级颜色或亮度等级显存（显卡）容量显存（显卡）容量画图速度画图速度其他参数：屏幕尺寸，刷新频率、余其他参数：屏幕尺寸，刷新频率、余辉长短、点距和点大小等。辉长短、点距和点大小等。5/17/202445影像管:17英寸栅距:0.24mm最高分辨率:12801024显示色彩:无限扫描频率:水平：30-72KHz 垂直：50-130Hz显示区域:预设：310mm 232mm视频带宽:110MHz使用电源:90-270VAC，50/60Hz输入信号:视频信号：类比，0.70.1Vp-p,75ohm5%同步：分离TTL方式5/17/202446金画C788S液晶显示器 尺寸:17英寸最高分辨率:12801024行频:30-80KHz场频:50-75Hz对比度:300:1响应时间:50ms亮度:230cd/m2点距:0.264可视角度:水平：120 垂直：1005/17/2024475/17/202448立体显示器立体显示器5/17/202449立体显示5/17/20245061寸自由立体显示器寸自由立体显示器一般我们看一般我们看3D立体影像，立体影像，都需要佩戴专门的工具，都需要佩戴专门的工具，比如比如3D眼镜、眼镜、3D头盔等头盔等工具，但最近从宝龙国际工具，但最近从宝龙国际获悉，全球尺寸最大的裸获悉，全球尺寸最大的裸眼立体显示器眼立体显示器宝龙宝龙Bolod61英寸自由立体显英寸自由立体显示器已正式推向市场，其示器已正式推向市场，其最吸引人的地方是不需要最吸引人的地方是不需要佩戴任何佩戴任何3D眼镜就可以眼镜就可以体验到三维效果的立体图体验到三维效果的立体图像。像。5/17/202451103寸自由立体显示器寸自由立体显示器5/17/202452第一代:CGA(Color Graphics Adapter）第二代:EGA(Enhanced Graphics Adapter)第三代:VGA(Video Graphics Array)、MCGA、8514/A以及Super VGA（TVGA）等。第四代：XGA3.个人计算机显示卡的历史个人计算机显示卡的历史5/17/202453显卡显卡5/17/202454丽台丽台 A340(A340(实用版）实用版）产品类别：产品类别：显卡显卡生产厂商：生产厂商：LeadtekLeadtek（丽台）（丽台）显卡芯片：显卡芯片：GeForce GeForce FX5200FX5200显存类型：显存类型：DDRDDR显存容量：显存容量：128128显存位宽：显存位宽：64bit64bit总线接口：总线接口：AGP 8XAGP 8X参考报价：参考报价：469469元元报价时间：报价时间：低端低端5/17/202455丽台丽台 PX6800 LE TDH PX6800 LE TDH产品类别：显卡产品类别：显卡生产厂商：生产厂商：LeadtekLeadtek（丽（丽台）台）显卡芯片：显卡芯片：GeForce GeForce 6800LE6800LE显存类型：显存类型：DDRDDR显存容量：显存容量：256M256M显存位宽：显存位宽：256bit256bit总线接口：总线接口：PCI-E 16XPCI-E 16X参考报价：参考报价：17101710元元报价时间：报价时间：中端中端5/17/202456丽台丽台 Leadtek FX 3000G Leadtek FX 3000G产品类别：产品类别：显卡显卡生产厂商：生产厂商：LeadtekLeadtek（丽台）（丽台）显卡芯片：显卡芯片：Quadro Quadro FX3000FX3000显存类型：显存类型：DDR DDR显存容量：显存容量：256 256显存位宽：显存位宽：256bit 256bit总线接口：总线接口：AGP 8X AGP 8X参考报价：参考报价：2080020800元元报价时间：报价时间：高端高端5/17/2024572.3.2绘图仪绘图仪绘图仪分为：笔式和静电式。笔式又分为滚筒式和平台式。5/17/202458绘图仪的主要性能指标绘图仪的主要性能指标：最大绘图幅面：A3-A0。绘图速度：1米/秒，加速度2g到4g之间。绘图精度：相对精度、重复精度、机械分辨率和可寻址分辨率。机械分辨率：指的是机械装置可能移动的最小距离，也称步距。在之间。5/17/202459平台式绘图仪平台式绘图仪5/17/202460笔式绘图仪（日本）笔式绘图仪（日本）5/17/202461滚筒式绘图仪滚筒式绘图仪5/17/202462笔式绘图仪笔式绘图仪5/17/202463大幅面喷墨绘图仪大幅面喷墨绘图仪5/17/202464大幅面笔式绘图仪大幅面笔式绘图仪5/17/202465大幅面笔式绘图仪大幅面笔式绘图仪5/17/202466惠普惠普Designjet500Plus(42英英寸寸)￥30999绘图仪打印技术绘图仪打印技术:大幅面打印大幅面打印打印分辨率打印分辨率:1200600dpi打印速度打印速度:A1/D尺寸线条图：尺寸线条图：195秒（标准模秒（标准模式），彩色图像：式），彩色图像：36平方英平方英尺尺/小时（标准模式）小时（标准模式）5/17/202467打印分辨：打印分辨：28801440dpi打印速度：打印速度：A0幅面幅面:大约分大约分打印介质：卷纸打印介质：卷纸,单页纸单页纸(手动手动打印幅面：打印幅面：44/1118mm大幅面喷墨彩色绘图仪大幅面喷墨彩色绘图仪41000元元5/17/202468大幅面喷墨彩色绘图仪大幅面喷墨彩色绘图仪5/17/2024693.3激光打印机激光打印机是一种既能打印字符又能打印图形、图象的设备。分为彩色和黑白两种。打印幅面：A4和A3。精度可达300DPI（每英寸点数）或600DPI。5/17/202470HPL6黑白激光打印机（黑白激光打印机（A4)5/17/202471hp laserjet 1000打印机惠普最经济适用的激光打印机 参考价格：￥2,000元5/17/202472各种激光打印机各种激光打印机5/17/202473施乐网络激光打印机施乐网络激光打印机5400DX 1200dpi45页/分钟64MA3/双面74,800元5/17/202474惠普彩色激光打印机惠普彩色激光打印机colorLaserJet4600系列系列46004600dn4600dtn 参考价格：￥起(lj4600)￥起(lj4600dn)￥起(lj4600dtn)5/17/202475HPLaserJet5100系系列列打打印印机机性性能能可可靠靠、经经济济适适用用，可可实实现现灵灵活活、高高效效、专专业业的的激激光光品品质质黑黑白白打打印印，适适合合于于需需要要高高速速宽宽幅幅打打印印(最最大大A3尺寸尺寸)的环境。的环境。参考价格：￥起(lj5100le)￥起(lj5100)￥起(lj5100tn)5/17/202476HP激光打印机产品激光打印机产品具有打印、复印、彩色扫描，或 等多种功能于一身 5/17/2024773.4喷墨打印机喷墨打印机也是一种既能打印字符又能打印图形、图象的设备。价格比激光打印机便宜。5/17/202478彩色喷墨打印机彩色喷墨打印机5/17/202479大幅面彩色喷墨打印机大幅面彩色喷墨打印机5/17/202480大幅面彩色喷墨打印机大幅面彩色喷墨打印机5/17/202481作业作业P12：1、21.如果使用每种基色占10位（bit）的直接编码方式（不用查色表）表示RGB的值，每一像素有多少种可能的颜色？2.如果分辨率为1024768，24位真彩的直接编码方式，至少需要多大的缓冲存储器容量（MB）？3.5/17/202482本章结束本章结束5/17/202483