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第二章 图形系统综述

第二章 图形系统综述. 交互式 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 输入设备 硬拷贝设备 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. 图形系统.

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第二章 图形系统综述

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Presentation Transcript


  1. 第二章 图形系统综述 交互式图形系统的组成 视频显示设备 随机扫描系统 光栅扫描系统 输入设备 硬拷贝设备 图形软件

  2. 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 ...

  3. 图形系统 操作系统

  4. 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

  5. CRT电子枪原理

  6. CRT工作原理

  7. 刷新式CRT工作原理 构造 • 阴极:灯丝 • 控制栅极:控制电子发出的多少 • 聚焦系统 • 加速阳极 • XY向偏转系统 • 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

  8. 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

  9. 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 1

  10. 帧缓存的概念 屏幕 1 0 1 0 1 1 0 1 像素寄存器 (x,y) (x,y) 768 位平面 1024 Frame Buffer 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?

  11. 28 0 0 0 1 0 1 0 0 R G B 0 屏幕 20 (x,y) (x,y) 768 ? 1024 255 24 bit color lookup table 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?

  12. 显示控制器display controller • 光栅扫描图形系统结构 Video controller memory Frame Buf. CPU BUS I/O设备

  13. 视频控制器的刷新操作 y (x,y) 光栅扫描生成器 x 寄存器 x y 寄存器 颜色 数据 屏幕坐标系 强度 存储器地址 像素寄存器 帧缓存

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 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。

  20. 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。

  21. 图形系统标准化 • GKS (2D,3D) • PHIGS • OpenGL • 其他

  22. 图形标准的作用位置 Initial Graphics Exchange System IGES,STEP 应用系统 数据库 Standard for the Exchange ofProduct model Data I GKS, PHIGS, OpenGL 图形系统 CGI 设备 驱动 设备 驱动 设备 驱动 元文件 输出程序 元文件 输入程序 CGM

  23. 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)

  24. 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

  25. 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 String

  26. PHIGS(PHIGS +)Programmer’s 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 CGI CGM Computer Graphics Metafile

  27. OpenGL 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 WGL

  28. OpenGL功能 功能: 3维图形函数库 • 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 基本变换和投影变换 • 颜色模式设置 • 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(Texture Mapping) • 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(Double Buffering)

  29. OpenGL 与其他系统的接口 • 与Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP系统接口 • OpenGL for MSWindows 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。

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