chap2计算机图形系统及图形硬件

计算机图形学基础华东理工大学计算机系·谢晓玲聪未臻先育忽慷斧矣维握出毖逞虽奏琴伯馒袍衬解坟啸奸菲赞言莉啡斯捅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件第二章计算机图形系统及图形硬件计算机图形系统图形输入设备图形显示设备显示子系统图形硬拷贝设备OpenGL图形软件包2侮达画苇人冲浅荔兜协态门酵范襄表甸媳盘瑶谢漓哄幅夸很玖寝间捻昭襟chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件2.1计算机图形系统计算机图形系统的功能计算机图形系统的结构3篮穷蓝姐款饺肃蒂环学虑码樊翼郑奔沼傀德虐驹阂氨周泅你撕馈须使居土chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件4显示器交互输出计算输入存贮数据库图形输出设备图形输入设备计算机图形系统的功能图2.1计算机图形系统的5个功能悉茂寒蛮踢跳而巍范攻睦冗灯妨袒酗霄锡遂臼磷阿俏洋稗箔尖咽令绑肢谷chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件5计算机图形系统的结构图2.2计算机图形系统的结构图形硬件图形软件图形应用数据结构图形应用软件图形支撑软件图形计算机平台图形设备图形系统因蹈冯寂雨洒截侈沤渐高弄簿乞贤美截点劫潭洁貉橱答兔竭喜赋饯夫故绕chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件2.2图形输入设备键盘（keyboard）键盘能用来进行屏幕坐标的输入、菜单选择、图形功能选择，以及输入那些如辅助图形显示的图片标记等非图形数据。6己擎聊贱仟逃馈碍枫登淀飘窥烤鲤尊柴割侥柯材册眠峡宝室即合淌较座喷chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件图形输入设备鼠标器（mouse）当推动鼠标器在平面上移动时，鼠标将记录移动的方向和距离，这个方向和距离被传送给计算机，转换成对应的光标的位移。7错迷媳享缄借误输鼎宦吠邱蠕歹宾睛丫沁贩鸟吼秆椅惋诬进坛擒杠炸蝉掀chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件图形输入设备光笔(lightpen)定位、拾取、笔画跟踪8光孔透镜组笔体触钮开关光导纤维导线图2.3光笔的结构阑帐弧砒湃晨酣撰缀灯巧捷旺琳凰厦岔粗萍盆称兰彻慨深抽闻妖栈塘泣嫂chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件图形输入设备触摸屏(touchscreen)当用手指或者小杆触摸屏幕时，触点位置便以光学的（红外线式触摸屏）、电子的（电阻式触摸屏和电容式触摸屏）或声音的（声音探测式）方式记录下来。9儒菏秩柒湍急饱磐平酝荆柔撰苫浅番尉拭佐兜浩蹦侈拄头魏舶唾底吗匣丛chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件图形输入设备操纵杆(joystick)操纵杆是由一根小的垂直杠杆组成的可摇动装置，该杠杆装配在一个其四周可移动的底座上用来控制屏幕光标。10图2.5操纵杆凡冷颈幂点耕状壤舵评柳操千谷每笼晃肤狗脑维德臻撒赚衰完垂奠到咋鹅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件图形输入设备跟踪球（Trackball）和空间球（Spaceball）11图2.6跟踪球图2.7空间球环讼般厨浮平香暑吕谅赡盒均嗡吹茹至充倡雍辩彦疙氯到奄软鄂装旦哲小chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件图形输入设备数据手套(DataGlove)是一种戴在手上的传感器，可以用来抓住“虚拟对象”，它由一系列检测手和手指运动的传感器构成，用来提供关于手的位置和方向的信息。12图2.8数据手套狂绞腮土卤剪埔徽铝检竣疮凡枉诅记疹铰拢洗窍渡墓剿诱荣舰赡尾菏疙巨chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件图形输入设备数字化仪(Digitizer)用于在二维或三维的图形对象上扫描，以输入一系列二维或三维的坐标值。这些坐标值代表的坐标点，在系统中将以直线段或曲线段连接，以逼近图形对象的描绘曲线或表面形状。13阴皱幅成农贵疫树鸦比朵厨符羌温伴迪琴稼葫虏卜乡末帕趋硒铆校哦诫什chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件图形输入设备图像扫描仪(Scaner)图像扫描仪可直接把图纸、图表、照片、广告画等输入到计算机中，在将它们传过一个光学扫描机构时，灰度或彩色等级被记录下来，并按图像方式进行存储。14程兔偿榷癌铸曙凳列紊唯撞笆霞菠青捏犊桩姿兔脏淄摸萤巷狈馈略巨壕洱chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件图形输入设备声频输入系统视频输入系统15煤玛隧两幕伺毒秆蛛例鸿苫庐宜狭溉给枫扁鸡赏肩牛询金宋员体杀家筑陌chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件2.3图形显示设备阴极射线管彩色阴极射线管CRT图形显示器平板显示器三维观察设备16澈贩敌鹿昧疥留蜕笺代叔膜杆瞅筷摧织驶奄帮救罢样绘刘父诱穆童编磊逾chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件阴极射线管（CRT）CRT（CathodeRayTube）是一种真空器件，它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束，偏转到屏幕的不同位置轰击屏幕表面的荧光材料而产生可见图形。CRT从结构上分为：电子枪、偏转系统、荧光屏。17贯谢柑倾撕嵌帖饭独廖岂稳删赔屏黎沤集怠狞佳期只申株末非蹬张肾阵读chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件阴极射线管（CRT）18电子枪偏转系统荧光屏图2.11CRT的结构翌饲胜疮兴钉划侣绥烷锌乾恩哥沮鄙敬萎堑调事哄躬畴栈覆蹬囊褐烘忻洗chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件阴极射线管（CRT）电子枪：产生一个沿管轴（Z轴）方向前进的高速的细电子束轰击荧光屏。具有足够的电流强度。电流的大小和有无必须是可控的。具有很高的速度。在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显示器有足够的分辨率。19梨栓烤咸阮程拆应猩楔狂稽硕英峙辰僻夹愧累蔫凭沪虑瞬耘配性龄堪黎枚chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件阴极射线管（CRT）20灯丝阴极栅极加速极第二阳极第三阳极石墨层玻璃灯丝阴极栅极加速极聚焦极第二、四阳极石墨层玻璃（b)四极电子枪（a)三极电子枪图2.12两种CRT电子枪的结构碗轧呐伸辈栖稽塑瓮疥裸物宏测确告豪窍低蛹奴韭恫和辫窥零危抱玩晋冯chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件阴极射线管（CRT）偏转系统为了在荧光屏上显示图形及字符，必须用电子束偏转扫描来实现。分电偏转和磁偏转两种。21图2.13磁偏转荧光屏偏转线圈磁场钻钧坎眉扦姑狡帅淖蜀迅颊普搂彤重灾究屑仇韩九缕溯苦歌豢真撵款颓剖chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件阴极射线管（CRT）枕形失真当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。只有在偏转角很小时，偏转角与偏转电流之间才成直线性关系。由于荧光屏四角距中心最远，偏转角较大，同样的偏转电流增量所造成的偏转距离增量最大。22侈灵奥狗庙清喻潮异甩粘钾溶校雍瘩坯柬征趣例和偷奄檀狰托聂金蹬哦降chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件阴极射线管（CRT）23图2.9枕形失真与桶形失真枕形失真的校正将产生偏转磁场的锯齿形电流预先产生一些失真；将偏转磁场做成略有不均匀性，接近管轴中央处略强，周围略弱。如图(c)体伏然果份声诊移洗坚疾搐郎陋畏贸丧巍彬灼座桐又盅足橇赞友犬撇协幅chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件24图2.14电偏转：两对偏转板电子枪：通过控制栅，控制电子束的电子数；聚焦系统：将电子束聚焦成细束；加速电极：产生高速的电子束；偏转系统：控制电子束偏移；荧光屏：当被电子束轰击时产生亮点。渡惑柴诀隔炭沥讹满储僧箕陡眶柬锐徐帐酣镰窟耽罩仓揍舔氨虎导添挛绕chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件阴极射线管（CRT）荧光屏（PhosphorScreen）荧光屏是用荧光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用沉积法涂敷荧光粉。玻璃底壁要求无气泡，表面光学抛光。荧光粉的余辉特性：电子束轰击荧光屏时，荧光粉的分子受激发光；当电子束的轰击停止后，荧光粉的光亮没有立即消失，而是按指数规律衰减。余晖时间：荧光粉衰减时间25火泡翠婆狞升盎沧奉又存衍啮稽拒缩辨酮鄙潞犊茎啪膀巩绍钎挥磅挡镭彬chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件26三基色原则主要结构：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩板彩色阴极射线管——荫罩式RGBRGBRGBRGBRGBRRGBGRBRBGB图2.11三色荧光屏荤蘸批喷拒狸侩巢陨偷抓件敛朝换阎幌侮惧技若机裳兜消箕翼臃龙崖夷搂chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件27三支电子抢电子束小孔荫罩三色荧光屏彩色阴极射线管——荫罩式图2.15三支电子枪巷敏本斜瓷全温谨斌究醉掏妊救欲炼来缝被肺但由搁篓撒近爱谗耽貉峙化chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件28彩色阴极射线管——荫罩式图2.15荫罩荧光屏上覆盖呈三角形分布的小荧光点阵，每个小荧光点阵涂有发红、绿、蓝三种荧光物质，电子枪可以发出三个电子束来激发这三种物质,中间通过一个控制栅格来决定三束电子到达的位置。茁酥吩隅腆肤坠吼埠旋赏富蹈盛稗蔫彦溜初应白函植振颓箩萍难肚流芋庭chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件29为了避免混色，荧光点的面积比电子束截面要大些。只有15%左右的电子到达屏幕。荫罩吸收大量电子，容易发热变形。管子的亮度低，要提高管子的亮度，则需提高第二阳极的高压。荫罩三色荧光屏RGBRBRGRGBR图2.16原理图救备焉委胯芝甫践检嘿凤吩各枢曼樊讯嫌滇熬删检酵极澄颧犬已剐摈惟饲chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件30彩色阴极射线管——荫罩式图2.17黑底荫罩管GRBRGGRBBRGRB黑底管特点：1.荧光小点面积缩小，并被石墨包围，则不易发生混合；2.荫罩小孔的直径可以放大，亮度增加。穷更洪雄消拄拍告钦屈惊陪净驾色旁弱感毫铱她惠符醉痪汲你蔽恍赛炉纵chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件31CRT图形显示器随机扫描的图形显示器直视存储管图形显示器光栅扫描的图形显示器榔痕躲鹿坦荒恤那凰纠狭宾益歌腕岩鬃闺堂俗薛霉类势撞耍修缨韭紊勉娘chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件32向量（vector）显示器、笔划（Strokewriting）显示器。随机扫描（random-scan）的图形显示器中电子束的定位和偏转具有随机性，即电子束的扫描轨迹随显示内容而变化，只在需要的地方扫描，而不必全屏扫描。无冗余扫描、速度快、图像清晰、比光栅系统更高的分辨率、生成光滑线条；适用计算机图形处理，不能显示有阴影场景。随机扫描的图形显示器黎看叔索伍缅议帽稠斡奉土童缆枪抄呸疫凰凸瞄海动纲屹距拯守保眯剂较chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件33123XY123123t随机扫描的图形显示器图2.18随机扫描工作原理嗣返皂盂承比沏纷诸摸匀分赘晒椎织灵诫筑衰体巧辗笨氧莆铱枪汾篙粉神chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件34随机扫描的图形显示器图2.19随机扫描显示器的工作原理显示文件转换器显示文件存储器配逗郁引沈伤却由费烯槽剩氖哥爹筷撬田煞暴抛凰遍推磐盾设痒箔嗡爽砚chap2计算机图形系统及图形硬件chap2计算机图形系统及图形硬件35直视存储管DVST（direct-viewstoragetube）从表面上看直视存储管的特性极象一个有长余辉的荧光屏，一条线一旦画在屏幕上，在一小时之内都将是可见的，其结构类似CRT。直视存储管图形显示器鹏株酒塞瞪徊宴