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第二章计算机图形系统和图形硬件，2.1计算机图形系统2.2图形输入装置2.3图形显示装置2.4显示子系统2.5图形硬件复印装置2.6OpenGL图形包，1， 学习要点：1 .理解计算机图形系统的功能和结构2 .理解常用图形输入设备3 .理解常用图形显示设备2.1计算机图形系统2.1.1计算机图形系统的功能2.1 姆的构成，2，3，2.1.1计算机图形系统的功能，图2.1计算机图形系统的功能，4， 2.1.2计算机图形系统的结构、图2.2计算机图形系统的结构、2.2图形输入设备、键盘(keyboard )键盘是画面坐标的输入、菜单选择、图形功能选择、辅助图形显示5，2.2当图形输入设备或鼠标在平面上移动时，鼠标记录移动的方向和距离，该方向和距离被转换到计算机，并被转换为相应的光标位移。 6，2.2图形输入设备，光笔，7，图2.3光笔的构造，2.2图形输入设备，触摸屏用手指或棒触摸画面，触点位置是光学的(红外线式触摸屏)，电子的(电阻式触摸屏和电容式触摸屏8、2.2图形输入装置、操纵杆是由小的垂直杆构成的可摆动的装置，该杆安装在其周围可移动的基座上，以控制画面光标。 9、2.2图形输入设备、轨迹球和空间球、10、图2.4轨迹球、图2.5空间球、2.2图形输入设备、数据手套是手上装的传感器，可以用来抓住“虚拟对象”，手和、11、2.2图形输入设备、数字化器用于扫描二维或三维图形对象，输入一系列二维或三维坐标值。 这些坐标值表示的坐标点在系统中由直线段或曲线段连接，近似于图形对象的绘制曲线或表面形状。 另外，12、2.2图形输入装置、扫描仪(Scaner )图像扫描仪直接将附图、图表、照片、广告画面等输入计算机中并将其向光学的扫描机构传递时，记录灰度、色彩等级并以图像形式存储。 13，2.2图形输入装置，音频输入系统视频输入系统，14，2.3图形显示装置，2.3.3CRT图形显示装置2.3.4平板显示装置2.3.5三维观察装置，15，2.3.1阴极射线管(CRT(CathodeRayTube )是一种利用电磁场产生高速聚焦的电子束，偏向屏幕的不同位置，撞击屏幕表面的荧光体，产生可见图案的真空器件。 CRT在结构上分为电子枪、偏转系统、荧光屏。 17，2.3.1阴极射线管(CRT )，18，电子枪，偏转系统，荧光屏，图2.6CRT的结构，2.3.1阴极射线管(CRT )，电子枪：向管轴(z轴)方向行进的高速细电子束撞击荧光屏。 具有足够的电流强度。 电流的大小和有无需要能够控制。 有很高的速度。 必须在荧光屏上聚集小的光，确保显示器有足够的分辨率。 19、2.3.1阴极射线管(CRT )、20、图2.7CRT电子枪的结构、2.3.1阴极射线管(CRT )、偏转系统为了在荧光屏上显示图形和文字，必须用电子束偏转扫描实现。21、图2.8磁偏转、2.3.1阴极射线管(CRT )、枕形失真偏转线圈的匝数一定时，偏转电流I与偏转角的正弦成正比。 仅在偏转角小的情况下，偏转角和偏转电流间成为线性的关系。 荧光屏的四角离中心最远，偏转角度大，相同的偏转电流的增加导致的偏转距离的增加最大。22，2.3.1阴极射线管(CRT )，23，图2.9枕形失真和桶形失真，偏转磁场稍不均匀，管轴中央附近稍强，周围稍弱。 2.3.1阴极射线管(CRT )、24、图2.10电偏转、2.3.1阴极射线管(CRT )、荧光屏(PhosphorScreen )荧光屏是在玻璃底壁上涂上荧光体，用蒸镀法涂上荧光体。 玻璃底壁上没有气泡，要求表面经过光学研磨。 荧光体的性能要求是发光颜色满足标准白色，发光效率高，馀光时间合适，寿命长等。25、26、三原色原则的主要结构：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩、2.3.2色阴极射线管荫罩式、图2.11色荧光屏、27、2.3.2色阴极射线管荫罩式、图2.12三支电子枪、28 只有15%左右的电子能到达画面。 荫罩吸收大量的电子，容易发热变形。 因为管的亮度低，为了提高管的亮度，需要提高第二阳极的高压。 图2.14的原理图，30，2.3.2彩色阴极射线管荫罩式，图2.15的黑底荫罩管，31，2.3.3 CRT图形显示器，随机扫描的图形显示器直视存储器管图形显示器光栅扫描的图形在随机扫描(random-scan )图形显示器中，电子束的位置和偏转是随机性的，电子束的扫描轨迹根据显示内容而变化，只在必要的地方扫描，不需要全画面扫描。 随机扫描的图形显示器，33，随机扫描的图形显示器，图2.16随机扫描的图形显示器的工作原理，34，没有冗馀扫描，速度快，图像清晰，光栅另外，随机扫描图形显示器、35、直视存储器DVST(direct-viewstoragetube )如表面上直视存储器的特性非常长的荧光屏，如果将线描绘在画面上，则看起来在1小时以内。 保管管直视图形显示器，36，保管管图形显示器，图2.17保管管图形显示器的工作原理，工作原理，37，不需要更新非常复杂的图形，可以不闪烁非常高的分辨率显示，不能显示低成本的颜色部分修正。 直视存储器管理图形显示器，38，光栅扫描图形显示器，图2.18光栅扫描原理：工作原理：光栅扫描控制电子束以某光栅形状扫描，文字，图像通过用z轴信号控制亮度形成。 图2.19光栅扫描图形显示器的操作原理，被称为40，刷新缓冲器或帧缓冲器。 像素(pixel或pel，图片元素的简称)。 将像素信息从应用程序转换到帧缓冲区中的过程称为扫描转换过程。 光栅扫描图形显示器，41，低电压，轻量级，数字显示设备。 平板显示分类：无发射显示器发送显示器、2.3.4平板显示、42液晶显示器等离子体显示器(PlasmaPanel ) 薄型光电显示器(thin-filmectrolluminescentdisplay )发光二极管(Liquid-EmittingDiode，LED )、2.3.4平板显示器，43，液晶分子排列微弱的外部电场、磁场或当液晶分子的一个排列状态因电场而变化为另一个状态时，液晶的光学性质随之变化，这种光由电场调制的现象被称为液晶的电光效应。 此外，液晶显示器3354的原理、44、图2.20的液晶显示原理、液晶显示器的原理以及液晶显示装置经由能够阻挡或传输光的液晶材料，传输来自周围光源或内部光源的偏振光。45、液晶显示器的原理、开(明)、动态操作原理图、关(暗)、46、NW (正常white )类型的LCD :当没有电压施加到液晶面板时，我们观看的面板是可透射光的屏幕，即明亮的屏幕。 NB(NormalBlack )型LCD :如果不给液晶面板施加电压，面板就不能透射光。 另外，液晶显示器型，47，液晶显示器彩色，和液晶显示器带有一侧的玻璃基板的滤色器(CF，ColorFilter )，以实现彩色。 在滤色器上均匀分布着红、绿、蓝的小点，每个小点有不同的灰度，相邻的RGB小点的组构成了作为基本的彩色显示单元的一个像素。 48、液晶显示器彩色、图2.21滤色器排列方式、49、液晶显示器分类、扭曲向列型(TN，扭曲向列)超扭曲向列型(STN，SuperTN层超扭曲双扫描TN )薄膜晶体管型(TFT，ThinFilmTransistor) 50，等离子体显示面板，图2.22的等离子体显示面板的基本结构，51，薄型光电显示器，图2.23的薄型光电显示器的基本结构，52，发光模二极管形成为使显示器的像素位置排列成矩阵状。 图表的定义存储在刷新缓冲区中。 从刷新缓冲器中读出信息，将其转换为电压并施加到二极管，在显示器上产生发光模式。 53、可变焦距的柔性振动镜面反射CRT图像，2.3.5三维观察装置，图2.24振动镜面的三维显示系统，54，显示立体视图：三维电影视差，2.3.5三维观察装置，2.4显示子系统， 2.4.1光栅扫描模式显示子系统的结构2.4.2绘图线2.4.3相关概念，55 2.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构，56，图2.25的简单光栅扫描图形显示子系统，57，图2.26中经常使用2.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构，58，图2.27中发展的光栅扫描图形显示子系统，2.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构，帧缓冲存储器：存储像素颜色(灰度)值的存储器。 双重缓存：一个缓存用于刷新，另一个缓存写入数据信息，然后两个缓存可以交换角色。 此方法称为双高速缓存，用于显示没有滑动感的平滑动画。 又称为59，2.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构、显示控制器、视频控制器，主要功能是基于设定的显示操作方式，自主地， 重复帧缓存的图像点(包括图形、文字文本)数据，将其变换为r、g、b三色信号，并将同步信号发送到显示器，由此能够更新屏幕。 60，2.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构，也称为显示处理器、图形控制器或显示协处理器，从图形显示处理的事务中释放CPU，其主要任务是显示61，2.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构，62，图形子系统的图形绘制功能通常用流水线结构来绘制，或者被称为流水线绘制。 从概念上来说，绘制管线的基本结构包括三个应用阶段的几何阶段的光栅阶段，2.4.2绘制管线，63，2.4.2绘制管线，图2.28绘制管线的结构，64，分辨率像素和帧缓冲区颜色查找表显示备件2.4.3相关概念，65，光点一般指电子束撞击显示器屏幕，显示器能显示的最小发光点。 像素点是当图形显示在屏幕上时，可以以当前图形的分辨率提供的最小元素点。 此外，确定显示系统的可能的最大分辨率，也称为相关概念、66、屏幕分辨率、光栅分辨率，并且由显示控制器提供的分辨率不应该超过该物理分辨率。 通常用水平平方方向的光点数和垂直方向的光点数的积来表示。此外，相关概念的分辨率、67，以及显示分辨率是计算机的显示控制器能够提供的显示模式的分辨率，在实际应用中简称为显示模式。 在文本显示方式中，显示分辨率用能在水平和垂直方向上显示的字符的总数的积来表示。 在图形显示方式中，用可在水平方向和垂直方向上显示的像素点的总数的积来表示。 根据显示分辨率的不同，对应的像素点的大小不同。 另外，关联概念的分辨率、68，图形的存储分辨率以帧缓冲器的大小表示，且通常以缓冲器的字节数表示。 存储分辨率不仅与显示分辨率有关，还与像素点的颜色有关。 计算帧缓冲器大小：在x方向上的像素数量y方向上的像素数量log2n/8，其中n确定颜色或灰度级，相关概念分辨率、69以及屏幕分辨率确定可被显示的最大分辨率。 显示分辨率和记忆分辨率控制可以显示的图形分辨率。 显示器的分辨率带宽=A*水平像素数*垂直像素数*更新频率a总是取1.344，关联概念的分辨率、70，画面上的像素数与帧缓存的信息集合相对应。 组合像素法(PackedPixelMethod )、相关概念像素是帧缓冲器、71，在组合像素法中，一个图形像素点的所有信息是一个数据另外，在关联的概念像素和帧缓冲器、图2.29的组合像素法、72、颜色位面法中，帧缓冲器被划分成几个独立的存储区域，各区域被称为一个位面，各位面控制一个颜色或灰度，各图形像素点位于各位面中另外，关联概念像素和帧缓冲器，图2.30颜色等级方法，具有图2.31颜色等级的颜色帧缓冲器的显示器，74，颜色查找表也称为调色板，其由高速的随机存储器构成，并且存储代表像素颜色的代码。 此时，与帧缓冲器中的各个像素相对应的单元的代码变为查找表的地址索引而不是该像素的颜色值。 相关概念色查找表，图2.32为具有24位彩色帧高速缓存和10位颜色查找表的显示器，76显示纵横比，即，水平点数与垂直点数的比。 必须在屏幕的两个方向上以相同的像素数创建相