【正文】 計 算機 圖 形 學 Computer Graphics 計 算機 圖 形 學 第二章 目錄 第二章 計算機圖形系統(tǒng) 計算機圖形系統(tǒng)的組成 計算機圖形顯示器 計算機圖形輸入設備 計算機圖形輸出設備 圖形核心系統(tǒng)（ GKS）簡介 通用圖形軟件簡介 計 算機 圖 形 學 計算機圖形系統(tǒng)的組成 一 . 圖形系統(tǒng)的結構 由 硬件 和 軟件 兩部分組成。 第二章 計算機圖形系統(tǒng) 第二章 計算機圖形系統(tǒng) 計算機圖形系統(tǒng)的組成 計算機圖形顯示器 計算機圖形輸入設備 計算機圖形輸出設備 圖形核心系統(tǒng)（ GKS） 簡介 通用圖形軟件簡介 計 算機 圖 形 學 二 .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)至少應具有以下五個方面基本功能 : （ 1） 形體設計和分析方法的程序庫 ， 描述形體的圖形數(shù)據(jù)庫 。 （ 2） 坐標的平移 、 旋轉 、 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系的檢測庫 。 在計算機內存儲器和外存儲器中 ， 應能存放各種形體的幾何數(shù)據(jù)及形體之間相互關系 ， 可實現(xiàn)對有關數(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 。 計 算機 圖 形 學 由圖形輸入設備將所設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)應有文字 、 圖形 、 圖像信息輸出功能 。 在顯示屏幕上顯示設計過程當前的狀態(tài)以及經(jīng)過圖形編輯后的結果 。 同時還能通過繪圖儀 、 打印機等設備實現(xiàn)硬拷貝輸出 ， 以便長期保存 。 可通過顯示器或其他人－機交互設備直接進行人－機通信 ， 對計算結果和圖形 ， 利用定位 、 拾取等手段進行修改 ， 同時對設計者或操作員執(zhí)行的錯誤給予必要的提示和幫助 。 二 .圖形系統(tǒng)的基本功能及其硬件性能要求 計 算機 圖 形 學 為了實現(xiàn)以上功能 ， 對圖形系統(tǒng)的硬件性能要求是： 圖形系統(tǒng)的處理速度既與圖形系統(tǒng)硬件有關 ， 也與圖形軟件的圖形處理算法有關 。 存儲容量包括三部分：內存儲容量 、 顯存 、 外部存儲容量和顯示緩沖區(qū)容量 。 3. 處理精度 處理精度主要是指圖形采集輸入質量和顯示輸出質量：這里主要指圖形分辨率、圖形色彩的顯示等。而且很大一部分與所采用的圖形處理軟件有關。 計 算機 圖 形 學 三 .圖形系統(tǒng)分類及硬件工作平臺要求 根據(jù)其硬件配置和信息傳遞方式分為 : (1) 脫機繪圖系統(tǒng) 將輸入圖形數(shù)據(jù)在主機內進行處理 將圖形處理后的圖形數(shù)據(jù)送入中間介質 用磁盤或磁帶控制繪圖輸出機輸出圖形 脫機繪圖系統(tǒng)是將圖形數(shù)據(jù)和圖形輸出分別進行處理，避免計算機處于等待狀態(tài)，加快計算機的工作效率。 計 算機 圖 形 學 (2) 聯(lián)機繪圖系統(tǒng) 將輸入圖形數(shù)據(jù)在主機內進行處理 計算機將圖形處理信息直接送給繪圖機輸出圖形 不需要中間介質（磁盤或磁帶）傳遞繪圖信息，處理時間縮短了。但由于繪圖機是機械速度，這樣造成了計算機對繪圖機等待，降低了計算機工作效率。 計 算機 圖 形 學 (3) 交互式繪圖系統(tǒng) 繪圖系統(tǒng)將處理結果輸出到圖形終端（圖形顯示器）或圖形工作站。用戶對所顯示圖形還可用定位、拾取和描繪等設備進行編輯和標注等。 計 算機 圖 形 學 目前 ， 計算機圖形系統(tǒng)的 硬件平臺 有如下幾種 : (1).微型計算機（簡稱微機） 隨著微型計算機性能進一步提高，用微型計算機實現(xiàn)三維形體的設計及顯示能力在不斷提高 。 (2).工作站 實際上是一類超級微型計算機 ， 該系統(tǒng)主要用于工程設計 ， 為研究 、 開發(fā)提供一整套軟硬件工作環(huán)境支持。 工作站是 具有高速的科學計算 、 豐富的圖形處理 、 靈活的窗口 及 網(wǎng)絡管理功能 的 交互式計算機系統(tǒng) 。 美國的SUN、 SGI、 HP、 DEC、 IBM等公司均生產(chǎn)此類產(chǎn)品 。 計 算機 圖 形 學 (3).中 、 小型計算機 一般在特定的部門 、 單位和應用領域中采用此類環(huán)境。 它是大型信息系統(tǒng)建立的重要環(huán)境 ， 這種環(huán)境中信息和數(shù)據(jù)的處理量是很大的 ， 要求機器有 極高的處理速度和 極大的存儲容量 。 (4).大型機 以大型計算機為基礎 ， 具有 容量龐大的存儲器 和 極強的計算功能 ,大量的顯示終端 及 高精度 、 大幅面的硬拷貝設備 。 還往往擁有自行開發(fā)的 、 功能齊全的應用軟件系統(tǒng) 。 例如 ， 美國第三大汽車公司 （ CHRYSLER汽車公司） 就擁有龐大的計算機系統(tǒng)來進行計算機輔助設計 、 實體造型 、 結構分析 、 運動模擬 、 工程和科學計算 、 項目管理 、 生產(chǎn)過程控制等 。 計 算機 圖 形 學 (5).計算機網(wǎng)絡 計算機網(wǎng)絡是指將上述四類計算機平臺 ， 或者其中某一類通過某種互聯(lián)技術彼此連接 ， 按照某種通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸 、 數(shù)據(jù)共享 、 數(shù)據(jù)處理的多機工作環(huán)境 。 它的 特點 是多種計算機相連 ， 可以充分發(fā)揮各個機器的性能和特點 ， 以達到很高的性能價格比 。 網(wǎng)絡圖形系統(tǒng)要考慮的 關鍵問題 是 網(wǎng)絡服務器的性能 ， 圖形數(shù)據(jù)的通信 、 傳輸 、 共享以及圖形資源的利用 問題 。 計 算機 圖 形 學 第二章 計算機圖形系統(tǒng) 計算機圖形系統(tǒng)的組成 計算機圖形顯示器 計算機圖形輸入設備 計算機圖形輸出設備 圖形核心系統(tǒng)（ GKS） 簡介 通用圖形軟件簡介 計算機 圖形顯示器 顯示器是圖形系統(tǒng)中必備的輸出設備，目前，陰極射線管（ CRTCathode Ray Tube） 顯示器已經(jīng)漸漸退出競爭，但是其工作原理仍然值得討論。此外，還有液晶顯示器和等離子板顯示器等。 一 . CRT顯示器 工作原理 CRT顯示器其分辨率好 ， 可靠性高 ， 速度快 。 為了不影響主機的數(shù)據(jù)處理能力 ， CRT顯示器作為計算機的外圍設備而獨立存在 ， 它有自己的控制電路 ， 專門負責屏幕編輯功能 ， 并有標準的串行接口與主機連接 。 計 算機 圖 形 學 1. CRT單色顯示原理 電子槍 燈絲加熱陰極，陰極表面向外發(fā)射自由電子，控制柵控制自由電子是否向熒光屏發(fā)出 電子流在到達屏幕的途中，被加速、聚焦成很窄的電子束 由偏轉系統(tǒng)產(chǎn)生電子束的偏轉電場（或磁場），使電子束左右、上下偏轉 在指定時刻在屏幕指定位置上產(chǎn)生亮點 計 算機 圖 形 學 余輝時間 ： 電子束離開光點后光點保持的時間。 屏幕刷新 ： 熒光亮度隨著時間按指數(shù)衰減，整個畫面 必須在每一秒鐘內重復顯示許多次，人們 才能看到一個穩(wěn)定而不閃爍的圖形，因此 必須重復地使熒光質發(fā)光，即驅使電子束 迅速回到同一點。 要保持一幅畫面的穩(wěn)定性，若余輝時間越短，則所需的屏幕輸刷新率越高。影響刷新率的最主要因素是顯示器的帶寬。 熒光粉的質量直接影響到 CRT成像效果。 1. CRT單色顯示原理 計 算機 圖 形 學 舉例說明余輝時間、畫面切換和刷新頻率三者之間的區(qū)別和聯(lián)系 電視 （刷新率低，與其電路相關） 由于影片播放時畫面經(jīng)常切換，一般采用短余輝的熒光粉 若采用長余輝的熒光粉，則會使上一幀圖像余輝保留時間過長而出現(xiàn)拖尾和花屏（馬賽克）現(xiàn)象 電腦 （刷新率高） 由于電腦畫面一般較為穩(wěn)定，同一幀畫面停留時間較長，所以采用與電視相比較長余輝的熒光粉 如果一幀電腦畫面停留時間很長，那么需要保證一定的刷新頻率才能使該畫面不閃爍不變暗 計 算機 圖 形 學 什么是灰度？ 灰度就是亮度，簡單說就是色彩的深淺程度，在黑白兩色中，灰度體現(xiàn)于黑與白的中間狀態(tài)，也就是灰色。 純黑 (用 0表示 ) 純白 (用 15表示 ) 假設總共有 16種灰度也就是 16種亮度 隨箭頭越來越亮 那么在彩色變換中同樣有灰度的概念， 例如 R、 G、 B三種原色，每種原色都有一個灰度值 計 算機 圖 形 學 若一種原色有 16種灰度，那么該原色要占 4位， 256種灰度，那么該原色要占 8位 R、 G、 B三種原色若各有 4位，則總共可顯示的彩色數(shù)目為 212種，也即是 16 16 16種 兩點提示： （ 1）彩色圖片的色彩變換也叫灰度變換或者色階變換， R、 G、 B三種原色按任何比例增強再混合。 （ 2）在 ACDSee或 PhotoShop等圖片工具欄中選擇灰度一項，實際上就是將彩色圖像轉換為只有黑白兩色的灰度圖像，但和黑白圖像還是不同。 計 算機 圖 形 學 多級灰度 一幅（彩色）圖片中，由于各部分的顏色細節(jié)不