计算机图形学

2算机形系

•掌握算机形理的硬件系成

•掌握示器示形的原理

•了解目前的函数

•掌握函数OpenGL的使用

V/

2章算机形系

・2.1算机形系

•2.2形示

•2.3形示系

•2.4形基本件系

•2.5OpenGL介

I_______/

2.1算机形系

成

■硬件与件示意

■硬件

♦入

♦出

♦存

♦形理

■件

件包

用程序

用模型

3

2.2示

•示

多数采用示器作形示

■分：(器件光性)

(1)极射管CRT(CathodeRayTube)

特点：亮度高、比度好、色彩

缺点：体大，笨重

(2)平板型示器：液晶、等离子

特点：器件薄，适合便携

缺点：亮度和比度相低、

色彩不，价格偏局

5

221CRT

•基本原理

一真空器件，它利用磁生高速的、聚焦的子

束，偏到屏幕的不同位置，屏幕表面的光材料，

八人而生可形

•成

子、聚焦系

加速极、偏系

光屏

y

2.2.1CRT

灯，极和控制成

■灯：生量

■极：由灯加出子束

■控制：加上后，能控制通其中小孔的的

子束的强弱。通高低来控制子数量，即控

制光屏上相点的亮度八

加速电极

垂直偏转板

/71光涂层

水平偏转板

聚焦系统

221CRT

・聚焦系

■通和磁控制子束,”，保亮点足小,

提高分率

•加速极

y

8

221CRT

•偏系

■控制子束，静或磁，生偏

■最大偏角是衡量系性能的最重要的指，示器

短与此有

y

9

221CRT

•光屏

■光物：吸收子束而光

■持光：子束离某点后，点的亮度衰减到初始

1/10所需的

■刷新（Refresh）:了光物保持一个定的亮度

刷新率：每秒重屏幕的次数

CRT生定像所需要的最小刷新率

=1秒/光物的持光

（例如）光物的持光40毫秒

刷新率就是

1000/40=25Hzy

10

221CRT

•性能指

像素(Pixel:PictureCell):构成屏幕(像)的最小

元素

■分辨率(Resolution)

♦CRT在水平或直方向位度上能的最大像素个数，位

通常dpi(dotsperinch)

♦在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容的

像素个数描述，如

640M80,800*600,1024*768,1280*1024等等

■分辨率越高示的形就越精

■决定分辨率的因素：光物型、聚焦系和偏系

V)

11

2.2.2彩色CRT

•常用方法

■射穿透法和影孔板法

•射穿透法

■原理：两光涂，色光和色光两光物，子

束穿透光的深浅，决定所生的色

■用：主要用于画示器

■点：成本低

缺点：只能生有限几色光涂生色/土>

低速子束

低速子束

高速子束

高速子束

12

2.2.2彩色CRT

•影孔板法

用：主要用于光描示器

■相

♦外玻璃、光涂和影孔板

♦影孔板被安装在光屏的内表面，用于精确定位像

素的位置

影孔板一—外玻璃

I3涂J

13

2.2.2彩色CRT

点状影孔板工作原理

♦每个像素有3小光点.呈三角形排列

印像素

像素

(a)(b)

♦三支子、、三基色

子、影孔板中的一个小孔和光点呈一直

♦每个小孔与一个像素

（即三个光点）

14

2.2.2彩色CRT

亮度

各子生的子数目，可控制各色光点亮度

如果每支子出的子束的强度有256个等，示器

t能同示256*256*256=16M色，称真彩系

15

2.2.3液晶示器LCT

■LCD:LiquidCrystalDisplay

•液晶的光效

当液晶分子的某排列状在作用下另一排列

状，液晶的光学性随之改°

•液晶示的机理

通能阻塞或光的液晶材料，来自周的或内部

光源的偏振光

y

16

2.2.3液晶示器LCT

•相：六薄板成

■液晶是一介于液体和固体之的特殊物，它具有液

体的流性和固体的光学性。当液晶受到的影响

,就会改它的物理性而生形，此通它的光

的折射角度就会生化，而生色彩

察

方

向

y

17

2.3示系

•主要成

示：示器

控制器：控制示（有的含形加速理器），

通冲来刷新屏幕

■示冲器：包含冲、深度冲等。可以在内存或

示控制器中

入出y

18

2.3示系

•两示系

随机描(random—scan)

子束可以任意移。画

光®(raster—scan)

子束按固定描和次序行。画点

19

2.3.1随机描的示系

•特点

■子束可随意移，只描屏上要示的部分

的示器画

•部件

刷新存器(RefreshingBuffer)

示理器(DPU:DisplayProcessingUnit)

CRT

y

20

2.3.1随机描的示系八

•工作原理

用程序出命令；解析成示理器可接受命令格

式，存放在刷新存器中。刷新存器中所有的命

令成一个示文件，由示理器解行（刷

新）；子在屏幕上

修改形，是修改示文件中的某些命令

DPU每秒必至少行30次，即刷新率30Hz

y

21

2.3.2光描的示系

•基本概念

光描：固定方向,M上向下依次水平描

描：一条水平

(frame)：1次描生成的像

■水平回期：水平的回期

垂直回期：的回期

22

2.3.2光描的示系

y

23

2.3.2光描的示系

•分辨率

■子束按固定的描序行描条描，每条描

有V个像素N

LHJ24

2.3.2光描的示系

•成

冲存器(FrameBuffer)

控制器(VideoController)

示理器(DisplayProcessor)

CRT

▼

外部设备y

25

2.3.2光描的示系

冲存器

00000110000000

00001001000000

■作用：存屏幕上像素的色00001000100000

00111111111110

■称存（存中的部分存元）00000000000000

00000000000000

存中元数目与示器上像素的帧缓冲器

数目相同，兀与像素一一，■

视须控制器

各元的数潴了其像素的色

■示色的与存中每个元的

位数有

（黑白示系的冲器的每个元

有一位）

显示屏幕

26

2.3.2光描的示系

•色模型-三基色

描述色的三个量。任意互不相的三色（任意两的

合不能生第三色）构成了色空的一基，称三基色

最常用的三基色是色、色与色。三基色通适当的混

合能生所有的色°

RGB三基色

面向硬件

（像机、描和投影等）

■CMY三基色

三色：（C,cyan）,

品(M,magenta),黄(Y,yellow)

用于彩色打印，与RGB系：R=l—CG=l-MB=l-Yy

27

2.3.2光描的示系

•存容量

■分辨率〃*N、色个数K与存大小P的系

V>MxNx\log2K]

■明

♦一般像素色用RGB三基色表示

♦若每个存中每个存元有24位（每基色占8位）

即示系最多可同生224色（24位真彩色）

■例：色真彩色、分率是1024x1024的示器，需要

24

1024x1024xlOg22/8=3兆字

I/

28

2.3.2光描的示系

•存容量（）

■若存器位固定，屏幕分率与同可用的色数成

反比系

■例：1兆字的存

♦若分率640x480,存每个元可有24位，

可能同示224色

♦若分率1024x768,每个元分得的位数略多

于8,只能工作于256色示模式

|:目前有的PC机的存容量达128M,有必要？一

、原因：存包括深度冲'理内存等

29

2.3.2光描的示系

控制器

■建立存与屏幕像素之的一一，刷新

■构LIL1不一|

光栅

线X地址寄存器

描

扫

性

生水平与垂直

发

地

帧

器偏转信号

址

缓

冲Y地址寄存器

器

川像素颜色值寄存器-------►像素颜色值

工作原理：刷新周期始，依次取出存元的数，放入

像素寄存器，用来控制像素的色，然后X的地址寄存

器的地址加一，如此重，直到描上的最后一1个像素

（，下行，X置。，Y普通卡控制器+

存,

30

31

2.3.2光描的示系

•特点

占

八、、

♦成本低

♦易于制填充形

♦色彩丰富

♦刷新率一定，与形的程度无

♦易于修改形走

■缺点

♦需要描，形算量大

♦会生混淆（走）

32

2.4件系

•第一次：面向硬件系

■解决形与算机的通接口等，称程序

■程序在已被作操作系一部分，由操作系或硬件厂商

•第二次：建立在程序之上

完成元的生成、的管理等功能

个次上的形支撑件已准化，如GKSPHIGS、CGI等

•第三次：面向用

■主要任是建立形数据构，定、修改和出形

■具有强的交互功能，使用方便，容易，便于和移植

OpenGL、Direct3D属于一次

33

•面向用形系的基本功能

■基本形制（画、埴克元等）

♦

OL.UWBJHTOF0L_UHE_L00e

■形««3.【一

口「E

♦几何OLJ^U^SGLjQQMi.STWP

♦投影

■元着色GL.TFJAMGLE.STRIPGL.TRA!HGL£_FAN

■光照效果

理映射

34

2.5OpenGL介

•基本函数

■与硬件平台无

含GLGLU和GLAUX

■函数包括：描述形元素(元)、属性、几何、

察及其它操作

•用函数工具包(GLUT:OpenGLUtilityToolkit)

■平台无

■窗口系操作功能：建窗口、鼠和入、菜及

事件

V/

35

251OpenGL体系

2.5.2一个的程序simple.cpp

#include<gl/glut.h>

voidmydispiay(){

glClearColor(1.0,1.0,0,0);//,置背景色，默黑色在黄色背景中

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);〃清除存制一个色正方形

glBegin(GL_POLYGON);

glColor3f(l.0,0,0);

glVertex2d(-0.5,-0.5);

glVertex2d(-0.5,0.5);

glVertex2d(0.5,0.5);

glVertex2d(0.5,-0.5);

glEnd();

glFlush();

}

voidmain(intargc,char*argv[|)

]

glutCreateWindow(n示例”)；

glutDisplayFunc(mydisplay);//mydisplay是回函数

glutMainLoop();

37

*

附：回函数人

•回函数是用程序提供Windows系DLL或其它DLL

用的函数，一般用于截消息、取系信息或理异步

事件

•用程序把回函数的地址指告DLL,而DLL在适当

的候会用函数

•回函数必遵守事先定好的参数格式和方式，否

DLL一用它就会引起程序或系的崩

•如：glutDisplayFunc(mydisplay);

//mydisplay是回函数

<Glut32.dllglutDisplayFuncJ

38

2.5.3OpenGL函数八

•基本几何形状

■点、段和多形

Beizier曲

•属性

色、型（、虚等）

几何：平移、旋、放

■投影：正投影、透投影

•入（GLUT）

和鼠y

39

2.5.4OpenGL函数格式

•函数格式示例：定点函数

函数的功能

/

glVertexf（x：y,z）

属于GL参数个数参数的型

glVertex3

参数指

y

主意每部分的大小写

40

2.5.5相函数八

•包含

OpenGL核心(GL)

OpenGL用(GLU)

OpenGL助(GLAUX)

OpenGL工具(GLUT)

OpenGL窗口系的展(WGL,等等)

・功能

■渲染(Rendering)功能

♦提供形制所需的各功能函数

窗口管理功能

♦管理窗口系的所有相功能，如鼠的响，各窗口事件

等等?

41

2.5.5相函数

•OpenGL核心（GL）

部分函数用于常的、核心的形理，是OpenGL

的核心部分

包含300多个函数，函数名前一律是“gl”

Windows平台上

♦文件“GL.H”

♦文件“OPENGL32.LIB”

♦接“OPENGL32.DLL”

核心可以在所有的OpenGL平台上运行

）

42

2.5.5相函数

OpenGL用(GLU)

■部分函数通用核心的函数，者提供相的用

法，一些的操作。如：坐、理映射、制

球、茶等多形

包含50个函数，函数名前一律是“ghi”

Windows平台上

♦文件“GLU.H”

♦文件“GLU32.LIB”

♦接“GLU32.DLL”

用可以在所有的OpenGL平台上运行

V/

43

2.5.5相函数

•OpenGL助(GLAUX)

■部分函数提供窗口管理、入出理以及制一些

三物体

■包含30个函数，函数名前一律是“aux”

Windows平台上

♦文件“GLAUX.H”

♦文件“GLAUX.LIB”

♦接“GLAUX.DLL”

OpenGL中的助不能在所有的OpenGL平台上运行

V/

44

2.5.5相函数

•OpenGL工具(GLUT)

由MarkKilgard

部分函数主要提供基于窗口的工具，以及一些制

物体的函数

包含大30多个函数，函数名前“glut”

■文件

♦文件“GLUT.H”

♦文件“GLUT32.LIB”

♦接“GLUT32.DLL”

ghlt中的窗口管理函数不依于运行境的，可以在所

有的OpenGL平台上运行

V/

45

2.5.5相函数

•WGL:OpenGL窗口系的展

■于各窗口系，OpenGL都提供了一个展

于Windows系，OpenGL提供WGL

♦并不是所有的函数前都是“wgl”

•用于接OpenGL和Windows,在Windows平台上置

OpenGL境

♦文件、文件和接都和WindowsGDI一，由Windows

底提供，文件是“WINGDLH”

♦只能在Windows平台上运行

V/

46

2.5.5相函数

•OpenGL程序中，常用的函数合

GL+GLU+GLUT（跨平台）

♦窗口控制GLUT,采用GLUT的消息、理机制

♦形制GL+GLU+GLUT中的制函数

GL+GLU+WGL（限于Windows程序）

♦窗口控制WGL,采用Windows的消息理机制

♦形制GL+GLU+WGL中的制函数

•入段，最好是使用GLUT

•写高的Windows相的制程序，最好使用WGL

V/

47

2.5.5相函数

・函数的使用方式

■包含各个的文件

♦程序中直接声明include“*.h”

■引用各个的文件

♦在工具的工程置中加入的引用

将各个的接放在系目下或者是程序的运行

目下

♦（于Windows2000来是“WINNT\System32”目）

令（于WindowsXP来是“Widows\System32,9目）

V/

48

息

I

m

。

OpenGL程序-GLUT

•GL运行接

WindowsNT3.5和Windows98自

•程境(Windows):VC6.0

•GLUT

文件：glut.hto$(MSDevDir)\..\..\VC98\include\GL

接：glut32.1ibto$(MSDevDir)\..\..\VC98\lib

运行：glut32.dllto%WinDir%\System

V/

50

文件

•OpenGL和GLU（Windows版）

#include<windows.h>（必在前面）

#include<GL/gl.h>

#include<GL/glu.h>

•使用GLUT

#mclude<GL/glut.h>（不需要以上的3个文件）

•一般要使用下列几个文件

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<math.h>

y

51

回函数八

•示回函数(displaycallback):mydisplay

每个GLUT程序都必有一个示回函数(制形)

用ghitDisplayFunc(mydisplay)函数注册

只要OpenGL确定示内容要被刷新，示回函数就会被用：例

如，当窗口被打的候、窗口大小改

•回函数的注册与使用

注册函数原型：

♦RegisterFunc(Type(*func)(ParameterList))

♦Type定了回函数的返回型

♦ParameterList定了回函数的参数列表

注册函数的回函数原型：

♦Typefunc(ParameterList)

I_______)

52

回函数

•常用的GLUT回函数

示(Display):voidglutDisplayFunc(void(*func)

(void))

窗口生改(Reshape):voidglutReshapeFunc(void

(*func)(intwidth,intheight))

(Keyboard):voidglutKeyboardFunc(void(*func)

(unsignedintkey,intx,inty))

鼠(Mouse):voidglutMouseFunc(void(*func)(int

button,intstate,intx,inty))

鼠按并移(Motion)［拖］:voidglutMotionFunc

(void(*func)(intx,inty))

:后台理：voidglutldleFunc(void(*func)(void))y

53

其它常用函数

•窗口背景的色：

置色：glClearColor3f(0.0,0,0)

清除存glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)

•事件循函数：glutMainLoop

main函数是程序入，事件循做束

建的窗口和示的形被激活

程序入鼠或等入的无循中

•元生成函数

glBegin(元型)；°glEndQ;

元型：GL_POINTS;GL_POLYGON;

GL_LINES;GL_TRIANGLE...

y

54

默

simple.cppyE常

•大量使用状量的默

■（正投影和透投影）

■色（窗口背景、元）

■窗口参数（位置和大小）

•以后的程序将改一些默

V/

55

如何VC6

•建一个Win32consoleapplication型的

workspace文件

•建一个C/C++文件，包含前面的代，并把

个文件插入到workspace文件中

•入菜Project□Settings...9Link,在

Object/librarymodules文本框中加上opengl32.lib

glu32.1ibglut32.1ib,注意用空格分

v/

56

改的彳列子：example.cpp

int吗ain(intwr*char**are、：

glutlnit(&argc,argv);

glutInitDisplayMode(GLUTDOUBLE|GLUTRGB);

建窗口及初始化操作

glutlnitWindowSize(250,250);

glutlnitWindowPosition(100,100);

glutCreateWindow("hello)

init();<初始化OpenGL自身内容

glutDispIayFunc(dispIay);

glutKeyboardFunc(keyboard);注册各个回函数

glutMouseFunc(mouse);

遇lutRes^gpeFunc(Reshape);

glutMainLoop();◄-------------入程序主循

return0;y

57

改的彳列子：example.cpp

•init函数

初始化OpenGL自身

voidinit(void)

(

glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadIdentity();

gluOrtho2D(0.0,250.0,0.0,250.0);

V7

58

改的彳列子：example.cpp

•制一条段

voiddisplay(void)

(

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glColor3f(1.0,0.0,0.0);

glBegin(GL_LINE);

glVertexli(180,15);

glVertexli(10,130);

glEnd();

glutSwapBuffers();

v})

59

改的彳列子：example.cpp

•消息回函数

■当按下“ESC"程序退出

voidkeyboard(unsignedcharkey,intx,inty)

(

switch(key){

case27:

exit(O);

break;

V/

60

改的彳列子：example.cpp

•鼠消息回函数

■当点鼠左程序退出

voidmouse(intbutton,intstate,intx,inty)

(

switch(button){

caseGLUT_LEFT_BUTTON:

exit(O);

break;

y

61

改的彳列子：example.cpp

•改窗口大小

当程序后或改窗口大小

voidReshape(intwidth,intheight)

(

glViewport(0,0,width,height);

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadldentity();

//gluOrtho2D(0.0,width,0.0,height);

gluOrtho2D(-width/2,width/2,-height/2,height/2);

::glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

::glLoadldentity();

•所有使用GLUT的OpenGL程序的模式都与本

例相似

main函数，初始化OpenGL境，用init,注册

各个回函数