【正文】 第 2章 計算機(jī)圖形系統(tǒng) 計算機(jī)圖形系統(tǒng)概述 基于 Windows的圖形程序開發(fā)方法 OpenGL介紹 計算機(jī)圖形系統(tǒng)概述 計算機(jī)圖形系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成 。 激光打印機(jī) 噴墨打印機(jī) 計算機(jī) 臺式繪圖機(jī) 滾筒繪圖機(jī) 幅面受限制，精度高 幅面不受限制，精度低 計算機(jī)圖形系統(tǒng)的主要硬件：計算機(jī)、打印機(jī)、繪圖機(jī)。 計算機(jī)圖形外部設(shè)備 目前應(yīng)用最普及的是基于陰極射線管 (CRT)的光柵掃描顯示器。陰極射線管 (CRT)的結(jié)構(gòu)如圖 21所示，主要由電子槍、聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏五部分組成。 ? 顯示器 電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過聚焦在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制下電子束轟擊熒光屏，在熒光屏上產(chǎn)生足夠小的光點，光點稱為 像素 (pixel)。 陰極射線管在水平和垂直方向單位長度上能識別的最大光點數(shù)稱為分辨率，分辨率越高，顯示的畫面越清晰。 ?彩色顯示器的色彩是發(fā)出不同顏色的熒光物質(zhì)進(jìn)行組合而得到的，每個像素由三個熒光點組成，這三個熒光點分別為發(fā)紅、綠和藍(lán)色光的三種熒光物質(zhì)，有三支電子槍分別與這三個熒光點相對應(yīng)。因為熒光點非常小而且充分靠近，所以我們看到的是具有它們混合顏色的一個光點，即像素。 ?通過調(diào)節(jié)電子槍發(fā)出的電子束中所含電子的多少，可以控制擊中的相應(yīng)熒光點的亮度，因此以不同的強(qiáng)度擊中熒光點，就能夠在像素點上生成極其豐富的顏色。 如圖 22是一個具有 24位面的幀緩沖存儲器，紅、綠、藍(lán)各 8個位面，其值經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換控制紅、綠、藍(lán)電子槍的強(qiáng)度，每支電子槍的強(qiáng)度有 256(8位 )個等級，則能顯示256*256*256=16兆種顏色，16兆種顏色也稱作 (24位 )真彩色。 ? 新型顯示器 ?20世紀(jì) 80年代中期產(chǎn)生了平板顯示器 ， 如液晶顯示器和等離子顯示器等 。 液晶顯示器 (Liquid Crystal Display，簡稱 LCD)的原理是利用液晶的物理特性 ， 通電時導(dǎo)通 ，晶體在電場作用下 ， 排列變得有秩序 ， 通過它的光的折射角度會發(fā)生變化 ， 使光線容易通過；不通電時 ， 晶體排列變得混亂 ， 光被遮擋 ， 不能通過 。 ?等離子顯示器 (Plasma Display Panel,簡稱 PDP)是一種利用氣體放電激發(fā)熒光粉發(fā)光的顯示裝置 。 等離子管作為等離子顯示器的發(fā)光元件 ， 大量的等離子管排列在一起構(gòu)成屏幕 。 平板顯示器具有超薄超輕、無輻射、低功耗等優(yōu)良特性，近幾年來正在逐步普及。 ? 計算機(jī)圖形輸入設(shè)備 ?計算機(jī)圖形輸入設(shè)備是一種交互式輸入設(shè)備 ， 這些設(shè)備包括鍵盤 、 鼠標(biāo) 、 軌跡球和觸摸屏等 ， 其中鍵盤和鼠標(biāo)是我們經(jīng)常使用和熟悉的輸入設(shè)備 。 ?鍵盤 最早從打字機(jī)演變而來 ， 在發(fā)展的過程中 ， 鍵盤的按鍵構(gòu)造也不斷發(fā)展 ， 由開始的機(jī)械式到改進(jìn)為電容式和薄膜式 。隨著鍵盤技術(shù)的成熟 ， 還出現(xiàn)了無線鍵盤 ， 帶手寫板的鍵盤等等 。 ?鼠標(biāo) 是計算機(jī)的主要輸入設(shè)備 ， 它的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械式鼠標(biāo) 、光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo) 、 老式光電式鼠標(biāo)和新型光電式鼠標(biāo)階段 。 新型光電式鼠標(biāo)比起老式光電式鼠標(biāo)最大的優(yōu)點是不需要在特殊的鼠標(biāo)光電板上操作 。 現(xiàn)在還出現(xiàn)了利用紅外線和無線電技術(shù)進(jìn)行通訊的無線鼠標(biāo) ， 無線鼠標(biāo)更靈活自由 。 ?空間球和數(shù)據(jù)手套是三維定位設(shè)備。主要應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實等高級計算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)中。 ? 計算機(jī)圖形輸出設(shè)備 圖形顯示器作為圖形輸出設(shè)備，只能夠在屏幕上顯示圖形，圖形要想長期保存，應(yīng)將圖形輸出到打印機(jī)或繪圖儀等圖形輸出設(shè)備上，形成圖形的硬拷貝。能夠形成圖形硬拷貝的常用圖形輸出設(shè)備有筆式繪圖機(jī)、噴墨打印機(jī)、靜電繪圖儀、激光打印機(jī)、照相排版設(shè)備等等。 激光打印機(jī) 噴墨打印機(jī) 臺式繪圖機(jī) 滾筒繪圖機(jī) 計算機(jī)圖形軟件 通用編程軟件包： 常常是圖形庫，提供了生成各種圖形、實現(xiàn)圖形的處理和輸入輸出操作、控制和處理各種圖形設(shè)備以及交互過程中的各種事件，如 OpenGL。 通用編程軟件包： 一般由程序員在開發(fā)時使用。專用應(yīng)用圖形軟件包是具有圖形處理能力的交互式圖形軟件系統(tǒng)，為非程序員提供的而且往往應(yīng)用于某個或某些領(lǐng)域，如 AutoCAD、3DS MAX等。專用應(yīng)用圖形軟件包使用范圍廣，使用人員眾多。 在這里，我們對 CAD/CAM軟件和典型的專用應(yīng)用圖形軟件包做一個簡介。 ? 幾何造型平臺 ?兩種流行的幾何造型平臺： ACIS和 Parasolid， 現(xiàn)今大多數(shù)著名的 CAD/CAM軟件是基于 ACIS或 Parasolid開發(fā)的。幾何造型平臺 ACIS和 Parasolid最早都源于英國劍橋大學(xué)。 ?Braid Ian于 1973年以博士論文的形式發(fā)表了使用體素拼合和邊界表示的第一個實體造型實驗系統(tǒng) 。 此后吸收了 Baumgart .在研究機(jī)器人視覺景物造型系統(tǒng) GEOMED中的多面體建模技術(shù)(該技術(shù)用翼邊結(jié)構(gòu)描述多面體的面 、 邊 、 點之間的拓?fù)潢P(guān)系以及用歐拉算子構(gòu)造和修改多面體模型 )， 逐步建立起用邊界表示法 (Brep)生成三維實體的理論體系 。 ?1974年 Braid Ian和他的導(dǎo)師 Charles Lang以及同窗 Alan Grayer等創(chuàng)辦了 Shape Data公司 ， 開發(fā)了第一代實體造型軟件 Romulus，1988年又改進(jìn)為 Parasolid， 并被美國麥道公司集成到 UGII CAD系統(tǒng)中 。 由于此軟件性能好 、 知名度高 ， 已被近百家公司和研究單位購買 ， 作為它們自己 CAD系統(tǒng)的核心軟件 。 ?1989年 Braid Ian等人推出了第三代幾何造型系統(tǒng) ACIS，ACIS為三位核心技術(shù)人員名字和實體 (Solid)的第一個字母的組合。 ACIS的開發(fā)者后來與成立于 1986年的美國空間技術(shù)公司 (Spatial Technology Inc.)聯(lián)合，把 NURBS技術(shù)納入其中，增加了 NURBS曲面模塊，成為商品化的幾何造型核心系統(tǒng)。ACIS的特點是采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用 C++語言對源代碼重寫使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)謹(jǐn)、運行速度也大大加快。 1989年推出的 ACIS由于算法上的改進(jìn)，其運行速度是第一代Romulus的 4~20倍，是第二代 Parasolid的 2~6倍。 ?Parasolid現(xiàn)在是英國 EDS(Electronic Data Systems)公司推出的 CAD/CAM開發(fā)平臺，其先驅(qū)是劍橋大學(xué)開發(fā)的早期實體造型 Romulus系統(tǒng)， Shape Data公司在 1985年推出了一個以復(fù)雜曲面為邊界的實體造型領(lǐng)域提供通用的開發(fā)平臺，由此誕生了 Parasolid。 ? CAD/CAM ?AutoCAD: 是世界第四大 PC軟件公司 Autodesk的主導(dǎo)產(chǎn)品。 ?Unigraphics(UG)： 是 Unigraphics Solutions公司的產(chǎn)品，最早源于美國麥道飛機(jī)公司，以 Parasolid幾何造型核心為基礎(chǔ)。采用參數(shù)化和變量化技術(shù)。 ?Pro/Engineer： 是美國參數(shù)技術(shù)公司 (Parametric Technology Corporation簡稱PTC)的產(chǎn)品。