图形设备与系统课程

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,Computer Graphics,单击此处编辑母版标题样式0,Lec2 图形设备与系统,李晓宁,2024/9/21,1,主要内容,计算机图形系统概述,Windows操作系统下图形程序的开发介绍,OpenGL介绍,实验:一个OpenGL基础实验,2024/9/21,2,2.1 计算机图形系统概述,计算机图形系统外部设备,图形输入设备,图形输出设备,:,重点讲解图形显示设备,计算机图形软件,图形标准,2024/9/21,3,2.1 计算机图形系统概述,计算机图形系统由硬件系统和软件系统组成 。,激光打印机,喷墨打印机,计算机,台式绘图机,滚筒绘图机,幅面受,限制,，精度高,幅面不受限制，精度低,计算机图形系统的主要硬件：计算机、打印机、绘图机。,2024/9/21,4,图形输出设备,图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图形显示指的是在屏幕上输出图形,图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备,2024/9/21,5,计算机图形外部设备,阴极射线管,彩色阴极射线管,射线穿透法,影孔板法,随机扫描显示系统,光栅扫描系统,2024/9/21,6,阴极射线管,（,CRT),阴极射线管(,CRT-,Cathode Ray Tube,),组成：包括电子枪、加速结构、聚焦系统、偏转系统、荧光屏,2024/9/21,7,阴极射线管(CRT)工作原理,高速的电子束由,电子枪,发出，经过,聚焦系统、加速系统,和,磁偏转系统,就会到达荧光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了,2024/9/21,8,刷新,要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电子束,刷新频率,刷新,一次是指电子束从上到下扫描一次的过程,刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示,2024/9/21,9,电子枪,电灯丝，阴极和控制栅组成。,阴极：由灯丝加热发出电子束，,控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负电的电子束的强弱。通过调节负电压高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点的亮度。,2024/9/21,10,聚焦系统,加速电极,加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动。,保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点,2024/9/21,11,偏转系统,控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。,电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度被称为,最大偏转角,最大偏转角,是衡量系统性能的最重要的指标，显示器长短与此有关,CRT,显示器屏幕越大整个显象管就越长,2024/9/21,12,荧光屏,荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光,持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值1/10所需的时间,刷新(,Refresh)：,为了让荧光物质保持一个稳定的亮度值,刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数,CRT,产生稳定图像所需要的最小刷新频率,=1秒/荧光物质的持续发光时间,（例如）=1000,/40=25Hz,2024/9/21,13,涉及屏幕的两个术语,像素(,Pixel:Picture Cell)：,构成屏幕（图像）的最小元素,分辨率(,Resolution)：,CRT,在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数，单位通常为,dpi.,在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等,2024/9/21,14,2.1.2 彩色阴极射线管,产生彩色的常用方法,:,射线穿透法,影孔板法,2024/9/21,15,彩色阴极射线管-,射线穿透法,原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色,电子束,荧光涂层,产生颜色,低速电子束,较低速电子束,较高速电子束,高速电子束,主要用于画线显示器,成本低,只能产生有限几种颜色,2024/9/21,16,彩色阴极射线管-,影孔板法,影孔板法,原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位置,外层玻璃,荧光涂层,影孔板,2024/9/21,17,影孔板的类型,点状影孔板,代表：大多数球面与柱面显像管,栅格式影孔板,代表：,Sony,的,Trinitron,与,Mitsubishi,的,Diamondtron,显像管,沟槽式影孔板,代表：,LG,的,Flatron,显像管,2024/9/21,18,点状影孔板工作原理,三支电子枪,三色荧光点（很小并充分靠近-像素）,红、绿、兰三基色,电子枪、影孔板中的一个小孔和,荧光点,呈一直线；,每个小孔与一个像素（即三个,荧光点,）对应,2024/9/21,19,显示器能同时显示的颜色个数,如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级，则显示器能同时显示256*256*256=16,M,种颜色，称为真彩系统,调节各电子枪发生的电子束中所含电子的数目，即可控制各色光点亮度。,2024/9/21,20,球面显示器与柱面显示器,普通的显象管采用的都是,点状影孔板,显象管，显象管的表面呈略微凸起的球面状，故称之为“,球面管,”。而柱面显象管采用,荫栅式,结构，它的表面在水平方向仍然略微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的，呈圆柱状，故称之为“,柱面管,”,常用的,点状影孔板,显象管有日本索尼公司的特丽珑管（,Trinitron）,和三菱公司的钻石珑管（,Diamondtron）,2024/9/21,21,荫栅式彩色,CRT,显色原理,2024/9/21,22,柱面和球面显示器点距定义示意图,2024/9/21,23,2.1.3 随机扫描的显示系统,特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分,逻辑部件：刷新存储器(,Refreshing Buffer),显示处理器（,DPU:Display Processing Unit）,和,CRT,2024/9/21,24,工作原理,应用程序发出绘图命令，解析成显示处理器可接受命令格式，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解释执行(刷新)， 驱动电子枪在屏幕上绘图。,修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。,2024/9/21,25,2.1.4 光栅扫描的显示系统,光栅扫描显示系统,特点：光栅扫描,扫描线,帧,水平回扫期,垂直回扫期,2024/9/21,26,几个概念,行频、帧频,水平扫描频率为行频。垂直扫描频率为帧频。,逐行扫描、隔行扫描,隔行扫描方式是先扫偶数行扫描线，再扫奇数行扫描线,象素,整个屏幕被扫描线分成,n,行，每行有,m,个点，每个点为一个象素。整个屏幕有,m n,个象素。,2024/9/21,27,几个概念,分辨率,是指,CRT,在水平或垂直方向的单位长度上能分辨出的最大光点（象素）数，分为水平分辨率和垂直分辨率。通常用屏幕上象素的数目来表示。比如上述的,n,行，每行,m,点的屏幕分辨率为,m n 。,分辨率越高，相邻象素点之间的距离越小，显示的字符或图像也就越清晰。,分辨率受显示器生产工艺、扫描频率以及显示存储器容量的限制。,2024/9/21,28,几个概念,点距,相邻象素点之间的距离，与分辨率指标相关。,显示速度,指显示字符、图形特别是动态图像的速度，与显示器的分辨率及扫描频率有关。可用最大带宽（水平象素数 垂直象素数 最大帧频）来表示。,2024/9/21,29,几个概念,色彩与亮度等级,亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度变化。色彩包括可选择显示器颜色的数目以及一帧画面可同时显示的颜色数，与荧光屏的质量有关，并受显示存储器,VRAM,容量的影响。,图像刷新,由于,CRT,内侧的荧光粉在接受电子束的轰击时，只能维持短暂的发光，根据人眼视觉暂留的特性，需要不断进行刷新才能有稳定的视觉效果，因此刷新是指以每秒30帧以上的频率反复扫描不断地显示每一帧图像。图像的刷新频率等于帧扫描的频率（帧频），用每秒刷新的帧数表示。目前刷新频率标准为每秒50120帧。,2024/9/21,30,几个概念,帧缓冲存储器（显示存储器）,存储用于刷新的图像信息的存储器。帧缓冲存储器的大小通常用,X,方向（行）和,Y,方向（列）可寻址的地址数的乘积来表示，称为帧缓冲存储器的分辨率。,2024/9/21,31,显示器的分辨率,电子束按固定的扫描顺序进行扫描,N,条扫描线，每条扫描线有,M,个像素，,M * N,显示器的分辨率。,2024/9/21,32,逻辑部件：帧缓冲存储器（,Frame Buffer)，,视频控制器（,Video Controller)，,显示处理器（,Display Processor），CRT,帧缓冲存储器,作用：存储屏幕上像素的颜色值,简称帧缓冲器，俗称显存,2024/9/21,33,帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同，单元与像素一一对应，各单元的数值决定了其对应像素的颜色,显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关（上图帧缓冲器的每个单元只有一位）,2024/9/21,34,黑白光栅扫描显示器逻辑框图,其中帧缓存是一块连续的计算机存储器。对于黑白单灰度显示器每一象素需要一位存储器，对一个10241024象素组成的黑白单灰度显示器所需要的最小缓存为2,20,，并在一个位面上。一个位面的缓存只能存储黑白图形，帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备，因而还需要数模转换器(,DAC)。,2024/9/21,35,黑白光栅扫描显示器逻辑框图,在光栅图形显示器中需要足够的位面和帧缓存结合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。如下图是一个具有,N,位面灰度等级的帧缓存。显示器上每个象素的亮度是由,N,位面中对应的每个象素位置的内容控制的。该存储器的中的二进制的数被翻译成灰度等级，范围是0到2,N-1,之间。,2024/9/21,36,彩色光栅扫描显示器,下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于红、绿、蓝三原色有三个位面的帧缓存和三个电子枪。,2024/9/21,37,彩色光栅扫描显示器,每个颜色的电子枪可以通过增加帧缓存位面来提高颜色种类的灰度等级。如上图，每种原色电子枪有8个位位面的帧缓存和8位的数模转换器，每种原色可有256中灰度，三种原色的组合将是(2,8,),3,=2,24,。,2024/9/21,38,彩色光栅扫描显示器,若每个单元有24位（每种基色占8位）即显示系统可同时产生2,24,种颜色（24位真彩色）。,分辨率,M*N、,颜色个数,K,与显存大小,V,的关系,2024/9/21,39,彩色光栅扫描显示器,3个位面分辩率是10241024的显示器，需要310241024（3145728）位的存储器。若,存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比关系。,1兆字节的帧缓存，若设分辩率为640480，则帧缓存每个单元可有24位，可能同时显示2,24,种颜色，若设分辩率为1024768，则每个单元分得的位数仅略多于8，只能工作于256色显示模式下。,2024/9/21,40,彩色,光栅扫描显示器,显存问题,高分辨率和真彩要求有大的显存；,曾经是个问题！,解决方法：采用查色表(,Lookup Table）,或称彩色表(,Color Table),查色表工作原理,1024*768真彩模式需要3,M,字节显存,2024/9/21,41,查色表（,look up Table）,是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色，,它的长度由帧缓存单元的位数决定,，例如：每单元有8位，则查色表的长度为2,8,256,目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下，具有,大范围内挑选颜色的能力,：,2024/9/21,42,存放方式,颜色信息在帧缓存中两种存放方式：一是颜色值直接存储在帧缓存中。二是把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存放的是颜色表中各项的索引值，颜色范围扩充了。,单色系统：查色表固化,彩显：可修改、创建查色表。,2024/9/21,43,彩色光栅扫描显示器,带宽,T,与分辨率、帧频,F,的关系,带宽问题,高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽,-依然是个问题！,解决方法：隔行扫描（现在已经基本不用，,主流显示器都采用逐行扫描方式）,隔行扫描的：把一帧分两场，即奇数场与偶数场,场频：=2*帧频,2024/9/21,44,隔行扫描工作原理,一帧完整的画面分成两场。,一场160秒，（场频60,HZ），（,帧频30,HZ）,画面更新频率仍为60,HZ，,降低了闪烁效应，每一场160秒内，帧缓存中数据量比逐行扫描少一半。降低了视频控制器存取帧缓存的速度及传输带宽的要求。,2024/9/21,45,其中，帧缓存为系统内存任一块区域，视频控制器能够直接存取该区域以刷新屏幕。,简单的光栅扫描图形显示系统的结构,2024/9/21,46,典型的光栅扫描图形显示系统的结构,其中，帧缓存可以是专用的存储器，也可以是系统内存中的一块固定区域。,2024/9/21,47,视频控制器,作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应，负责刷新,逻辑结构,2024/9/21,48,视频控制器,工作原理刷新周期开始，光栅扫描发生器置,X,地址寄存器为0，置,Y,地址寄存器为,N-1，,首先取出对应像素（0，,N-1）,的帧缓存单元的数值, 放入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后,X,的地址寄存器的地址加一，如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。,双缓冲机制（,Double Buffer),普通显卡=视频控制器+显存,2024/9/21,49,显示处理器,作用：代替,CPU,完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等,具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构,图形加速卡=视频控制器+显存+显示处理器,2024/9/21,50,光栅显示系统的特点,优点：,成本低,易于绘制填充图形,色彩丰富,刷新频率一定，与图形的复杂程度无关,易于修改图形,缺点：,需要扫描转换,会产生混淆,优点使其占据了市场主流,缺点正在被克服,2024/9/21,51,LCD显示器,CRT,固有的物理结构限制了它向更广的显示领域发展,屏幕的加大必然导致显象管的加长，显示器的体积必然要加大，在使用时候就会受到空间的限制,CRT,显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像，容易受电磁波干扰,长期电磁辐射会对人们健康产生不良影响,2024/9/21,52,LCD显示器的优点,外观小巧精致，厚度只有6.58,cm,左右。,不会产生,CRT,那样的因为刷新频率低而出现的闪烁现象,工作电压低，功耗小，节约能源,没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响,2024/9/21,53,2024/9/21,54,液晶显示器的构成,液晶显示器,LCD(Liquid Crystal Display),是由六层薄板组成的平板式显示器,反射层,水平极板,水平网格线,液晶层,垂直网格线,垂直极板,观察方向,2024/9/21,55,LCD显示器基本原理,液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩,液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第一层偏光板，再来到液晶体上，而当光线透过液晶体时，就会产生光线的色泽改变，从液晶体射出来的光线，还得必须经过一块彩色滤光片以及第二块偏光板,2024/9/21,56,液晶显示有主动式和被动式两种,被动式液晶屏幕有,STN（Super TN,超扭曲向列,LCD）,和,DSTN（Double layer Super TN,双层超扭曲向列,LCD）,等,最流行的主动式液晶屏幕是,TFT（Thin Film Transistor,薄膜晶体管）,主动式液晶显示器使用了,FET,场效晶体管以及共通电极，这样可以让液晶体在下一次的电压改变前一直保持电位状态。这样主动式液晶显示器就不会产生在被动式液晶显示器中常见的鬼影、或是画面延迟的残像等,2024/9/21,57,LCD显示器的基本指标,可视角度,视线与屏幕中心法向成一定角度时，人们就不能清晰地看到屏幕图象，而那个能看到清晰图象的最大角度被我们称为可视角度。一般所说的可视角度是指左右两边的最大角度相加。工业上有,CR10（Contrast Ratio）、CR5,两种标准来判断液晶显示器的可视角度,2024/9/21,58,LCD显示器的基本指标,点距与分辨率,液晶屏幕的点距就是两个液晶颗粒（光点）之间的距离，一般0.280.32,mm,就能得到较好的显示效果,通常所说的液晶显示器的分辨率是指其真实分辨率，表示水平方向的像素点数与垂直方向的像素点数的乘积,2024/9/21,59,液晶显示器的缺点,寿命短、怕震动、温度敏感,分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏高。,2024/9/21,60,图形处理器,图形处理器是图形系统结构的重要元件，是连接计算机和显示终端的纽带,早期的图形处理器只包含简单的存储器和帧缓冲区，它们实际上只起了一个图形的存储和传递作用，一切操作都必须有,CPU,来控制,现在的图形处理器不单单存储图形，而且能完成大部分图形函数，专业的图形卡已经具有很强的3,D,处理能力，大大减轻了,CPU,的负担,提高了显示质量和显示速度,2024/9/21,61,图形处理器的组成,显示主芯片,显卡的核心，俗称,GPU，,它的主要任务是对系统输入的视频信息进行构建和渲染,显示缓存,用来存储将要显示的图形信息以及保存图形运算的中间数据,显存的大小和速度直接影响着主芯片性能的发挥,数字模拟转换器（,RAMDAC）,它的作用就是把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号,2024/9/21,62,显卡工作原理简单示意图,2024/9/21,63,*纯平显示器*,走向平面的显像管,球面显象管：,表面：球面的一部分,时间：90年代初,柱面显象管：,表面：柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有弯曲,时间：90年代中期,代表：,Sony,公司的,Trinitron，Mitsubishi,公司的,Diamondtron,2024/9/21,64,*纯平显示器*,走向平面的显像管,平面直角显象管,表面：球面的一部分，类似于平面,时间：90年代中后期,现在市场上的主流显象管,纯平显象管,表面：纯平面,时间：90年代后期,代表：,Sony,公司的,FD Trinitron，Mitsubishi,公司的,Diamondtron，Samsung,公司的,DanyFlat，LG,公司的,Flatron,今后的主流显象管,2024/9/21,65,*未来显示器*,采用空气等离子体技术，无须刷新缓冲存储器,空气等离子体可想象成一个个微型霓虹灯，红绿蓝三种不同颜色的像素。,显示屏薄，挂在墙上。,发光聚合物技术，坚不可摧；柔韧性好，可以卷起来；显示画面具有无与伦比的清晰度，无锯齿现象。真正的平面直角。,2024/9/21,66,图形工作站,具有完整人机交互界面，集高性能的计算和图形于一身，可配置大容量的内存和硬盘，,I/O,和网络功能完善，使用多任务多用户操作系统的小型通用个人化计算机系统。,1983年美国,APOLLO,公司推出第一台适合计算机辅助设计（,CAD）,的工作站。,现在全球最有名的图形工作站属,SGI,图形工作站。,2024/9/21,67,虚拟现实系统,除了具有常规的高性能计算机系统的硬件和软件外，还必须对下列关键技术提供强有力的支持。,能以实时的速度生成具有逼真感的景物图形（三维全彩色的、有明暗、纹理和阴影的图像）,能高精度的实时跟踪用户的头和手。,头戴显示器能产生高分辨率图像和较大的视角。,2024/9/21,68,2.2 图形系统及其标准,硬件，图形,I/O,设备，系统软件，图形软件。,图形软件：通用编程软件包，专用应用软件包。,通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形功能扩展集(比如，,OpenGL).,基本功能：图元生成，属性设置（颜色，.）选择观察及实施变换等。,专用类：不关心图形操作过程（比如，,CAD,系统。,2024/9/21,69,图形系统标准,图形标准：图形系统及其相关应用系统中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准，以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准，前者称为,数据及文件格式标准,，后者称为,子程序界面标准。,2024/9/21,70,图形系统标准分类,面向图形设备的接口标准：面向系统,计算机图形元文件(,CGM)，(CRT,Mouse,),计算机图形接口(,CGI),：设备驱动程序。,面向应用软件的标准：图元的生成，设备的管理,程序员层次交互式图形系统（,PHIGS）,GL (,图形程序包),（三维）图形核心系统（3,D-)GKS,面向用户的标准，建立图形数据结构，定义、修改和输出图形,图形操作函数库：,OpenGL,DirectX,面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其文件格式：,基本图形转换规范（,IGES）,产品数据转换规范（,STEP,）,2024/9/21,71,图形标准的作用位置,2024/9/21,72,应用系统在不同系统之间的可移植性,应用系统和图形设备之间的可移植性,图形数据的可移植性,程序员的可移植性,2024/9/21,73,CGI（ISO DP 9636),提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法。,也可看作图形设备驱动程序的一种标准。,在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立于设备的方式提供图形信息的描述和通信。,2024/9/21,74,CGM（ISO IS8632),与设备无关的语义、词法定义的图形文件格式。,规定了生成、存储、传送图形信息的格式。,面向系统和系统开发者，和CGI配套提供。,通用性是其关键属性。,2024/9/21,75,GKS,提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的功能接口,与语言无关。,GKS,提供了一个称为元文件的顺序文件接口,应用程序的所有图形资源由,GKS,控制（通过,GKS,元文件-,GKSM）,GKSM,用于:,图形信息存档；,系统传送图形信息；,在,GKS,应用程序间传送图形信息；,与图形信息相关的非图形信息的存储和复用。,2024/9/21,76,PHIGS（ISO IS9592）,向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接口；,图形数据按层次结构组织；,提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。是一个高度动态化和交互式图形系统。,2024/9/21,77,GL,图形程序库，,UNIX下运行，,OpenGL微机，,分类：基本图素；坐标变换；设置属性和显示方式；I/O 处理；真实图形显示。,2024/9/21,78,IGES（基本图形转换规范）,Initial Graphics Exchange Specification,作用：不同的,CAD/CAM,系统之间交换数据。,文件格式是,ASCII,码，五节：开始节，目录入口(,DE)，,参数(,DP),节，整体节和结束节。,2024/9/21,79,STEP（,产品模型数据转换标准）,Standard for the Exchange of Product model Data.,覆盖产品整个生命周期,强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整表示。,克服,IGES,中的问题和缺点。,2024/9/21,80,持续发光时间,刷新,像素,CRT,的分辨率,阴极射线管的组成部分及其功能,射线穿透法及影孔板法产生彩色的工作原理,随机扫描显示系统的逻辑部件及工作机理,光栅扫描显示系统的逻辑部件及工作机理,查色表及其工作原理,显存大小、屏幕分辨率及可同时显示的颜色数目之间的关系,图形系统及其标准,概念与术语,2024/9/21,81,2.2 基于,Windows,的图形程序设计方法,用户输入或,系统功能调用,DOS,操作系统,主函数,main( ),调用库函数或,自定义函数,DOS,程序执行模式,Windows,的前身是,DOS,操作系统，在,DOS,操作系统下，标准,C/C+,应用程序包含一个主函数,main( )，,应用程序执行时，从,main,函数开始。,2024/9/21,82,2.2.1,Windows,应用程序执行模式,Windows,操作系统,WinMain（）,函数,注册窗口类、创建主窗口、显示主窗口,创建窗口函数,进入消息循环，遇到,WM_QUIT,消息推出,空闲,窗口函数,处理各种消息,消息到来,处理完毕,程序启动,2024/9/21,83,设备上下文,DC（Device Context）,显示设备上下文,：,将显示信息输出到视频显示器。,打印设备上下文,：,将显示信息输出到打印机。,内存设备上下文,：,为特定的设备保存位图图像。,信息设备上下文,：,用于访问默认设备数据信息的设备上下文。,2024/9/21,84,映射模式,在,Windows,中确定图形输出位置都离不开坐标系。,GDI,支持设备坐标系和逻辑坐标系。,设备坐标系是以像素点作为度量单位，默认方式下，以用户区域的左上角为原点，从左到右为,X,轴的正方向，从上到下为,Y,轴的正方向。设备坐标系又分为三种独立的坐标系，屏幕坐标系、窗口坐标系和用户区坐标系。这三种坐标系的坐标原点的位置是不同的。,逻辑坐标系是不考虑具体设备的一个统一坐标系，,Windows,通过映射模式将逻辑坐标转化成设备坐标。映射模式是在图形绘制过程中所依据的坐标系。,2024/9/21,85,OpenGL 入门介绍,基本简介,特点和功能,图形库,程序设计,2024/9/21,86,OpenGL简介,以,SGI,的,GL,三维图形库为基础制定的一个通用共享的开放式三维图形标准,很多大公司都采用,OpenGL,作为图形标准,软件厂商也以,OpenGL,为基础开发了软件产品,动画制作软件,Soft Image,和,3D Studio MAX,仿真软件,Open Inventor,VR,软件,World Tool Kit,CAM,软件,ProEngineer,GIS,软,ARC/INFO,2024/9/21,87,OpenGL特点,独立于窗口系统和操作系统,便于移植,可以与Visual C+紧密接口,便于实现图形算法,使用简便,效率高,2024/9/21,88,OpenGL 功能,建模,:,点、线、面,+,三维物体,+,曲线曲面,变换：平移、旋转、缩放、镜像,+,平行投影、正视投影,颜色设置模式：,RGBA+Color Index,光照和材质设置：,辐射光（,Emitted Light,）、环境光（,Ambient Light,）、 漫反射光（,Diffuse Light,） 、镜面光,Specular Light,）,纹理映射,位图显示和图象增强：基本的拷贝和像素读写,+,融合（,Blending,）、反走样（,Antialiasing,）和雾（,fog,）,双缓存动画 ：深度暗示（,Depth Cue,）、运动模糊（,Motion Blur,）,2024/9/21,89,OpenGL图形库,四个图形库，,200,多个函数,核心函数有,115,个，以,gl,开头,OpenGL,实用库（,OpenGL Utility Library,，,GLU,） ：绘制复杂的曲线曲面、高级坐标变换、多边形分割 ，,43,个，,glu,开头,OpenGL,辅助库（,OpenGL Auxiliary Library,，,GLAUX,）,:,简单的窗口管理、输入事件处理、某些复杂三维物体绘制,31,个，,glaux,开头,OpenGL,工具库（,OpenGL Utility Toolkit,）,:,大约,30,多个函数，函数名前缀为,glut,六个,WGL,函数 ：专门用于,OpenGL,和,Windows 95,窗口系统的联接，其前缀为,wgl,五个,Win32,函数用来处理像素格式（,pixel formats,）和双缓存,2024/9/21,90,OpenGL,的绘制流程和原理,点数据,评价器,逐点操作,基元匹配,显示列表,像素数据,像素操作,纹理存储器,光栅化,基片操作,帧缓冲区,2024/9/21,91,OpenGL 中的数据类型,后缀,数据类型,C,语言类型,OpenGL,类型,b,8,位整数,singed char,GLbyte,s,16,位整数,short,GLshort,i,32,位整数,int, long,GLint, GLsizei,f,32,位浮点数,float,GLfloat, GLclampf,64,位浮点数,double,GLdouble, GLclampd,ud,8,位无符号整数,unsignedchar,GLubyte, GLboolean,us,16,位无符号整数,unsignedshort,GLushort,ui,32,位无符号整数,unsigned int, unsigned long,GLunit, GLenum GLbitfield,2024/9/21,92,OpenGL 程序设计,图形操作描述表：,特殊的,DC,有,OpenGL,与,Windows,窗口系统相关的各种信息,一旦启用，未删除之前可以调用任何,OpenGL,绘制函数，进行各种操作,2024/9/21,93,OpenGL 程序设计,像素格式,创建一个图形操作表之前，首先必须设置像素格式 ：含有设备绘图界面的属性,PIXELFORMATDESCRIPTOR,结构体：,26,个属性,2024/9/21,94,OpenGL MFC程序流程,建立单文档工程,修改,StdAfx.h,加入对,OpenGL,的支持,改造,C*View:PreCreateWindow(),为,C*View,增加数据成员,HGLRC m_hGLRC;,覆盖函数,C*View:OnCreate(),覆盖函数,C* View:OnSize(),覆盖函数,C* View:OnEraseBkgnd(),覆盖函数,C* View:OnDraw(),编写自己的初始化函数,编写自己的,DrawScence(),2024/9/21,95,实验一 OpenGL基础实验,按照上述流程，搭建OpenGL MFC程序框架；（注意保存自己的工程）,编写自己的DrawScene函数，绘制基本的OpenGL图形,时间：3月2号,2024/9/21,96,