第2章计算机图形系统ppt课件

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3.输入功能
由图形输入设备将所设计的图形形体的几何参数〔例如 大小、位置等〕和各种绘图命令输入到图形系统中。
4.输出功能
图形系统应有文字、图形、图像信息输出功能。在显 示屏幕上显示设计过程当前的状态以及经过图形编辑后的 结果。同时还能通过绘图仪、打印机等设备实现硬拷贝输 出，以便长期保存。
5.对话功能
〔如画线、画多边形、
画〕换位将 的 ， 存填基成图显，屏机〔屏映即储充本为〔示这幕每A幕像位器区画相bc存时当次上〔图中itt域 图 应imv储存前只显 放 。Im或命的e为图示容送面a器储正能示入pa写令点P了形，需到能g的区在向)图显a字扫阵eg使能显要监以存样左中分划显一形示）e符描，C持示不视一）储屏右的页分示个点个值位来R等转即续存断器定。器 幕 移 整处成的页T阵元来映对屏地储地，的的只屏个理若页进的素表射应幕进器读使频页能功画干称行:每就示〔屏显上行的出得率面显能面页为读一是灰幕b示的显内并画刷i可示，。，可写t点像度上存m以画用每见操与素或一储a比面户一页作屏值色点器p屏的可p页〔，幕，彩的中i幕一以n存这V像通。光同gi位部看放个s素常栅〕时u图分到一页一用图a技存l大，显幅就一形1术放P～得通示a位称对显：多g1多过存图作应示e由幅2），上储位。活，技若画。这下器二物动点术干面主进理页阵位制中数数每据
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2.CRT彩色显示原理
(1).穿透式彩色CRT
采用了多层不同的荧光粉。提在高绿加色速荧电光压粉后层，上再沉
积一层红色荧光粉。
电子束速度增加，
电子束速度较低时，轰 击荧光屏的能量只能使
穿透绿色荧光层， 显示绿色
表层红色荧光粉受激励
，产生红色亮点
通过改变电子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉 层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合 成不同的颜色，因而，可显示红、橙、黄、绿四种 颜色。
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CRT 控制器 使电子束不断地自上而下、自左面右进行屏幕扫描， 形成光栅〔Raster），产生水平和垂直同步信号送 往CRT。 CRT监视器 供显示图形用。
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（2〕光栅扫描显示器的工彩制作色R原、表理G中、对B应电值子控束
，在屏幕对应点生 成需要像素值。
图形生成器根据
主图应机命点发令阵为送转了来换同幕使的成时上屏点示画相根的面阵存据行显存储电列示入器子位画到中束置面显在，不屏不产显中示生示生画闪存成面烁储所位，器显图上C平送R述和到T过控垂监程制直视要器同器反产步，复生信使水号
灯丝加热阴极，阴 极表面向外发射自 由电子，控制栅控 制自由电子是否向 荧光屏发出
电子流在到达屏幕的 途中，被加速、聚焦 成很窄的电子束
在指定时刻在屏 幕指定位置上产 生亮点
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余辉时间：电子束离开光点后光点保持的时间。 屏幕刷新：荧光亮度随着时间按指数衰减，整个画面
必须在每一秒钟内重复显示许多次，人们 才能看到一个稳定而不闪烁的图形，因而 必须重复地使荧光质发光，即使电子束迅 速回到同一点 余辉时间越短，所需屏幕输刷新率越高 荧光粉的质量直接影响到CRT成像效果。
不需要中间介质〔磁盘或磁带〕传递绘图信息，处理 时间缩短了。但由于绘图机是机械速度，这样造成了 计算机对绘图机等待，降低了计算机工作效率。
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(3) 交互式绘图系统
绘图系统将处理结果输出到图形 终端〔图形显示器〕或图形工作 站。用户对所显示图形还可用定 位、拾取和描绘等设备进行编辑 和标注等
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2.计算机图形系统的硬件工作平台 目前，计算机图形系统的硬件平台有如下几种:
第二章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统〔GKS〕简介 2.6 通用图形软件简介
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第二章 计算机图形系统
2.1 计算机图形系统的组成 一. 图形系统的结构
由硬件和软件两部分组成。
第二章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统〔GKS〕简介 2
进行断，地一读般出要显求示CR存T储的器帧频为50～C6R0帧T电／子秒束。不断地
中对应位置像素值。
自上而下、自左向
右进行扫描，形成 26
显示器的光扫栅描扫第描0行方式一般有两种
回扫线是 被消隐的
隔行扫光栅描、非消隔隐行扫描
消隐
按完按完照偶照奇0数1数，从行，行20，3，行，行，开4光整下5，始，栅个扫6扫7〔…屏，…描偶…幕直…奇数的扫到的数行顺描屏顺行〕序完幕序。开扫毕底扫场描。部描，逐
不影响主机的数据◆处2.理2能计力算，机CR图T形显示显器示作器为计算机的
外围设备而独立存在，它有自己的控制电路，专门负责
屏幕编辑功能，并有2.标3准计的算串机行图接口形与输主入机设连备接。
2.4 计算机图形输出设备
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1.CRT单色显示原理
电子枪
由偏转系统产生电子 束的偏转电场〔或磁 场），使电子束左右 、上下偏转
三条电子束聚 焦于荫罩板上 在荫的荧罩小光的孔屏作中内用且壁是相上使分三别由红〔R）、绿 〔条距G电）很子、近束蓝分〔离B〕开三来种颜色的荧光粉涂 成，百分万别个轰荧击光到粉三点种，按RGB顺序分行 交颜替色排的列荧成光三点角上形状且相距很近
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二. 图形显示器的类型
根据其电子束轰击屏幕的方式和组成结构可分为三 种：随机扫描式显示器、存储管式显示器和光栅扫 描式显示器。
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2.存储管式显示器
利用显示管本身来存储信息技术〔随机扫描器使用 了一个独立的存储器来存储图形信息） 优点： 图形保持时间长，比较稳定。 电路结构简单，成本低。 缺点： 显示画面速度慢，不适宜动态修改，交互性差。 图形复杂度受到限制。
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★3.光栅扫描式显示器
随机扫描式显示器、存储管式显示器： 画线设备，在屏幕上显示一条直线是从屏幕上
存储容量包括三部分：内存储容量、外部存储容量和显示缓冲区容量。 3. 处理精度
处理精度主要是指图形采集输入质量和显示输出质量：这里主要指图形分辨率 、图形色彩的显示等。而且很大一部分与所采用的图形处理软件有关。
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三. 图形系统分类及硬件工作平台要求
1.计算机图形系统的分类
根据其硬件配置和信息传递方式分为:
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(2).荫罩式彩色CRT 荫罩的金属板， 显示的色彩要比调度光所穿节，占点透各就比的式个可例亮彩电改，度板钻圆色子变达，上孔有C枪相到即按4R0的应改合三T～宽电颜变成角50广流色成色形它分而万强荧色中得状们形辨小多发 成不出 一清三 种三种 颜种色 色原彩色时，
的色彩
前罩式CRT管内按三 角形排列安装三个电 子枪，发射三条电子 束，它们由一个共同 偏转系统控制
可通过显示器或其他人－机交互设备直接进行人－机 通信，对计算结果和图形，利用定位、拾取等手段进行修 改，同时对设计者或操作员执行的错误给予必要的提示和 帮助。
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为了实现以上功能，对图形系统的硬件性能要求是： 1.处理速度
图形系统的处理速度既与图形系统硬件有关，也与图形软件的图形处理算法有关 。 2‘存储容量
储器容量就要很大，彩色表可解决此问题。
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彩色表结构
从彩色表对应地址项中读出R、 采用彩色表时，显示存储G器、的B三像种素颜值色不分再量是〔直即接颜送色到号监视 器中的颜色值，而仅是颜的色定的义一值个〕索然引后〔送C监ol视or器Index） ，例即如彩：色彩表色的表地的址字，长用为八1位2表bi示t〔一R个、像G、素B值各，4如b编it）号69〔 0，10这00意1味01着〕最为多彩可色定表义对2应12地＝址4096种不同颜色
二. 图形系统的基本功能及其硬件性能要求
计算机图形系统至少应具有以下五个方面基本功能: 1.计算功能 （1〕形体设计和分析方法的程序库，描述形体的图形数据 库。 （2〕坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序库的 数据库。 （3〕曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库。 2.存储功能
在计算机内存储器和外存储器中，应能存放各种形体的 几何数据及形体之间相互关系，可实现对有关数据的实时 检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。
技术指标： 分辨率的高低：现在一般在1024×1024以上 显示图形的颜色的种数 ：现在一般为真彩色32位
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1.随机扫固描定式存储显器示中器则
显示指令中的亮度、
显示利指用令电经子存符束放、在各数荧种字光常等屏用的上字显扫描的轨迹画位过图移线量产等生数器字的信处息理经转
接口电路送ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ示指令
换为控制电子束产生
一个可编地址点直接画到另一个可编地址点。 光栅扫描式显示器：
画点设备，可以看作是一个点阵单元发生器， 并可控制每个点阵单元亮度，可以生成多种灰度和 颜色，色彩连续变化具有真实感的图形
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（1〕光栅扫描式显示器组所叫成以位显存示 储存器储，器通又常
称之为帧缓冲器〔 Frame Buffer）
把计算机送来的画图形
(1).
脱机绘图系统 将输入图形
数据在主机
内进行处理
将图形处理后 的图形数据送 入中间介质
用磁盘或磁带 控制绘图输出 机输出图形
脱机绘图系统是将图形数据和图形输出分别进行处理， 避免计算机处于等待状态，加快计算机的工作效率。
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(2) 联机绘图系统
将输入图形 数据在主机 内进行处理
计算机将图形处 理信息直接送给 绘图机输出图形
新
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（1〕光栅用扫来描定式义显像素示器组成
的颜色。又称 为调色板。
彩色表的目的是为了不使显示存储器容量增大，而能显示更
多的颜色，例如：显示器要控制三种原色，即R(红）、G(绿
)、B(蓝），为了使三种原色按不同的比例合成各种颜色，每
种颜色要有不同的灰度，如果每个像素各个原色要16种灰度
，于是每个原色要占4位，则每个像素要12位，于是显示存
(1).微型计算机〔简称微机） 随着微型计算机性能进一步提高，用微型计算机实
现三维形体的设计及显示能力在不断提高。
(2).工作站 实际上是一类超级微型计算机，该系统主要用于工程
设计，为研究、开发提供一整套软硬件工作环境支持。 工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理、灵活 的窗口及网络管理功能的交互式计算机系统。美国的 SUN、SGI、HP、DEC、IBM等公司的产品均属此类。
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(5)计算机网络 计算机网络是指将上述四类计算机平台，或者其
中某一类通过某种互联技术彼此连接，按照某种通信 协议进行数据传输、数据共享、数据处理的多机工作 环境。
它的特点是多种计算机相连，可以充分发挥各个 机器的性能和特点，以达到很高的性能价格比。
网络图形系统要考虑的关键问题是网络服务器的 性能，图形数据的通信、传输、共享以及图形资源的 利用问题。
到显示器的
偏转和明暗的物理量
缓冲存储器
，也就是电流和电压
要显示的图形由由计管头图控形制控电制路器使取出缓 算机处理成为显电示子束冲以存按储所器要或的固定存 器的显示指令〔亮或度偏储转器到中指的定显位示指令 称显示文件）置，从，而依得次到执图行形
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为了获得稳定的画面，必须不断地重复扫描显示文件 〔即刷新），速度通常为每秒重复扫描25～50次， 即每秒25～50帧左右 优点： 能实时地进行数字－视频转换，实现动态显示，易于 修改，交互性好 扫描速度快，线条质量高，图形清晰，图线光滑。 缺点： 不能产生多级灰度的真实感显示，图形的复杂程度受 显示器扫描速度的限制 价格贵，目前很少使用。
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2.2 计算机图形显示器
显示器是图形系统中必备的输出设备，目前，图形 显示器占统治地位仍是阴极射线管〔CRT－Cathod Ray Tube〕显示器。此外，还有液晶显示器和等离子板显示 器等。
一. CRT显示器工作第原二理章 计算机图形系统 CRT显示器其分2辨.1率计好算，可机靠图性形高系，统速的度快组。成为了
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(3).中、小型计算机
一般在特定的部门、单位和应用领域中采用此类环境 。它是大型信息系统建立的重要环境，这种环境中信息和 数据的处理量是很大的，要求机器有极高的处理速度和极 大的存储容量。
(4).大型机
以大型计算机为基础，具有容量庞大的存储器和极强 的计算功能,大量的显示终端及高精度、大幅面的硬拷贝 设备。还往往拥有自行开发的、功能齐全的应用软件系统 。例如，美国第三大汽车公司〔CHRYSLER汽车公司〕 就拥有庞大的计算机系统来进行计算机辅助设计、实体造 型、结构分析、运动模拟、工程和科学计算、项目管理、 生产过程控制等。