【正文】 計算機圖形學(xué) 第 2章 圖形系統(tǒng) 2022/2/11 HPU 2 第 2章 圖形系統(tǒng) 圖形顯示原理 （ 掌握 ） – 顯示方式：隨機、存儲式、光柵 – 典型光柵顯示器 :CRT、 LCD – 光柵顯示系統(tǒng) – 顏色查找表 圖形系統(tǒng)的組成 （ 理解 ） 圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及軟件 （ 了解 ） 2022/2/11 HPU 3 計算機圖形系統(tǒng)由硬件設(shè)備及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)兩部分組成。 圖形硬件 交互式計算機圖形系統(tǒng) 人 計算機系統(tǒng) 圖形設(shè)備 2022/2/11 HPU 4 圖形系統(tǒng)的基本功能及其硬件性能要求 計算機圖形系統(tǒng)至少應(yīng)具有以下五個方面基本功能 : （ 1） 形體設(shè)計和分析方法的程序庫 ， 描述形體的圖形數(shù)據(jù)庫 。 （ 2） 坐標(biāo)的平移 、 旋轉(zhuǎn) 、 投影 、 透視等幾何變換程序庫的數(shù)據(jù)庫 。 （ 3） 曲線 、 曲面生成和圖形相互關(guān)系的檢測庫 。 在計算機內(nèi)存儲器和外存儲器中 ， 應(yīng)能存放各種形體的幾何數(shù)據(jù)及形體之間相互關(guān)系 ， 可實現(xiàn)對有關(guān)數(shù)據(jù)的實時檢索以及保存對圖形的刪除 、 增加 、 修改等信息 。 2022/2/11 HPU 5 由圖形輸入設(shè)備將所設(shè)計的圖形形體的幾何參數(shù) （ 例如大小、 位置等 ） 和各種繪圖命令輸入到圖形系統(tǒng)中 。 圖形系統(tǒng)應(yīng)有文字 、 圖形 、 圖像信息輸出功能 。 在顯示屏幕上顯示設(shè)計過程當(dāng)前的狀態(tài)以及經(jīng)過圖形編輯后的結(jié)果 。 同時還能通過繪圖儀 、 打印機等設(shè)備實現(xiàn)硬拷貝輸出 ， 以便長期保存 。 可通過顯示器或其他人－機交互設(shè)備直接進(jìn)行人－機通信 ，對計算結(jié)果和圖形 ， 利用定位 、 拾取等手段進(jìn)行修改 ， 同時對設(shè)計者或操作員執(zhí)行的錯誤給予必要的提示和幫助 。 圖形系統(tǒng)的基本功能及其硬件性能要求 2022/2/11 HPU 6 圖形硬件 ? 常用的 圖形輸入設(shè)備 分為兩種： 1. 失量型圖形輸入設(shè)備 它采取跟蹤軌跡、記錄坐標(biāo)點的方法輸入圖形。 常用的有數(shù)字化儀、鼠標(biāo)器、光筆等。 2. 光柵掃描型圖形輸入設(shè)備 它采取逐行掃描、按一定密度采樣的方式輸入圖形。 常用的有掃描儀和攝像機。 ? 圖形輸入設(shè)備的功能可分為 6類： 1. 確定點坐標(biāo)即定位 2. 確定一系列點的坐標(biāo)即筆劃 3. 確定數(shù)值 4. 進(jìn)行選擇 5. 進(jìn)行圖形識別 6. 識別字符串 2022/2/11 HPU 7 圖形硬件 光筆 一種檢測 光信號 的裝置 功能一般有兩種： 拾取和跟蹤 使用時要有相應(yīng)的軟件配合。 圖形掃描儀 直接把圖形（工程圖紙）和圖像（如照片、廣告畫）掃描輸入到計算機中，以像素信息進(jìn)行存儲表示的設(shè)備。 2022/2/11 HPU 8 圖形掃描基本過程 (CCD電耦合器件掃描儀） 掃描光源通過待掃描材料 再經(jīng)一組鏡面反射到 CCD 由 CCD轉(zhuǎn)換產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)，然后傳輸給計算機主機 經(jīng)過適當(dāng)?shù)能浖幚?，以圖像數(shù)據(jù)文件的形式存儲或使用。 圖形硬件 2022/2/11 HPU 9 分辨率：在原稿的單位長度（英寸）上取樣的點數(shù)，單位是 dpi（ dot per inch） 一般在 300dpi1000dpi 掃描儀的性能指標(biāo) 支持顏色、灰度等級：目前有 4位、 8位和 22位面顏色、灰度等級的掃描儀。 掃描圖形分辨率越高，所需的 儲空間就越大。 掃描儀支持的顏色、灰度層次越多，圖像的數(shù)字化表示就越準(zhǔn)確，但同時意味著表示一個像素的位數(shù)增加了，因而也增加了存儲空間。 2022/2/11 HPU 10 數(shù)字化儀和圖形輸入板 數(shù)字化儀 2022/2/11 HPU 11 ? 數(shù)字化儀時常用來摘取放在它上面的工程圖上的大量點，經(jīng)數(shù)字化后存儲起來，以此作為圖形輸入一種手段。 ? 工作原理：數(shù)字化儀平板實際上就是一個 XY直角坐標(biāo)系，它上面的任何一點都對應(yīng)于一個坐標(biāo)值（ x， y）， 當(dāng)游標(biāo)器移動到平板上某一位置時，按一下游標(biāo)器上的開關(guān)，便可獲得這一位置的坐標(biāo)值，并自動地把這個坐標(biāo)值（ x， y） 送到計算機內(nèi)。 只要將畫有此曲線的圖紙貼在數(shù)字化儀的平板上，并移動游標(biāo)器到各個點 A i（ i＝ 1， 2，…… ， 6） 每次按下游標(biāo)器上的開關(guān)，便把這些點的坐標(biāo)（ x i， y i） 自動地送到計算機內(nèi) 數(shù)字化儀的工作原理 2022/2/11 HPU 12 圖形輸入板工作原理 圖形輸入板則更多用于交互設(shè)計，使用時大多劃出一個臺板圖形區(qū)，其余部分放置菜單，稱為菜單區(qū)。 圖形區(qū) 菜單區(qū) 臺板圖形區(qū)與顯示屏之間存在著一種映射關(guān)系 2022/2/11 HPU 13 圖形輸入板的使用方式 ? 圖形輸入板的使用方式有三種： ? （ 1）圖形變成數(shù)字化信息。 ? （ 2）拾取臺板菜單區(qū)中的菜單項，即取出拾取點的坐標(biāo)，算出該菜單項的代碼并轉(zhuǎn)入相應(yīng)程序運行。 ? （ 3）選擇輸出坐標(biāo)數(shù)據(jù)的方式，共有四種方式。第一種為點方式，即先拾取一個點，接著輸出該點的坐標(biāo)；第二種稱連續(xù)方式，即隨著定位工具的移動，連續(xù)輸出點的坐標(biāo)；第三種稱開關(guān)連續(xù)方式，即當(dāng)定位工具移動且同時按下開關(guān)時才能連續(xù)輸出點的坐標(biāo)；第四種稱增量方式，這時拾取點的坐標(biāo)以相對于上次拾取點的增量坐標(biāo)形式輸出。以上四種方式可通過選擇圖形輸入板上的有關(guān)按鈕來決定。 2022/2/11 HPU 14 操縱桿、跟蹤球 操縱桿 跟蹤球 2022/2/11 HPU 15 ? 常用的 圖形輸出設(shè)備 分為兩類： 1. 失量型 失量型設(shè)備的作畫機構(gòu)隨著圖形的輸出形狀而移動 并成像。如筆式繪圖儀 。 2. 光柵掃描型 光柵掃描型設(shè)備的作畫機構(gòu)按光柵矩陣方式掃描整 張圖面，并按輸出內(nèi)容對圖形成像。如噴墨式繪圖儀。 圖形硬件 2022/2/11 HPU 16 繪圖儀 一、筆式繪圖儀 矢量型設(shè)備，繪圖筆相對紙作隨機移動。 在筆式繪圖機上， 一個電脈沖通過驅(qū)動電機與傳動機構(gòu)使畫筆移動的距離稱為步距 （或稱脈沖當(dāng)量） 步距減小，畫出的圖就越精細(xì)。 2022/2/11 HPU 17 (1).平臺式繪圖機 圖紙靜止不動 導(dǎo)軌做 X方向運動 筆架做 Y方向運動 機械傳動 2022/2/11 HPU 18 (2).滾筒式繪圖機 繪圖紙卷在滾筒上，筆和紙都是運動的。 (3).平面電機式繪圖機 采用平面電機驅(qū)動，可以取消導(dǎo)軌、橫梁及傳動機構(gòu) 。 （ 4） .小型繪圖機 結(jié)構(gòu)簡單 原理大致與平臺式繪圖機相同 圖形硬件 2022/2/11 HPU 19 筆式繪圖機的主要技術(shù)指標(biāo) 繪圖速度 步距 繪圖精度 功能 靜態(tài)精度 重復(fù)精度 零位精度 總精度 包括繪圖幅面大?。?A0， A1， A3……等），畫筆數(shù)量，以及其他輔助功能（如插補功能、由線擬合功能等） 畫筆移動的速度，一般為每分鐘 12～48m。 實際繪制圖線與理論圖線之間相似程度。誤差越小，精度越高 畫筆單方向移動時，實際移動距離與按脈沖計算的位移差 畫筆從出發(fā)點移動一定距離后 ， 再回到出發(fā)點 ， 出發(fā)點與實際終點之間偏差 。 畫筆從零位移動到繪圖臺面所允許的最大距離，再返回零位時，零位與實際終點問的偏差。 繪圖時積累誤差允許值。 2022/2/11 HPU 20 二、噴墨式繪圖儀（光柵型設(shè)備） 噴墨裝置多數(shù)情況是安裝在類似打印機的機頭上，紙則繞在滾筒上并使之快速旋轉(zhuǎn)，噴墨頭