计算机图形学-图形显示设备-交互式计算机图形处理系统
计算机图形学第2章图形系统
2、荫罩式
根据屏幕上荧光点的排列不同，控制栅也就不 一样。普通的显示器一般用三角的排列方式，这 种显像管被称为荫罩式显像管。荫罩法常用于光 栅扫描系统，因为它能产生的彩色范围比电子束 穿透法宽广得多。
三色荧光屏
荫罩
三个电子枪
能显示16兆种颜色的显示系统叫做真彩色显示系统
3、荫栅式
普通的显象管采用的都是荫罩式显象管，显象管 的表面呈略微凸起的球面状，故称之为“球面管”。 荫罩式球面显示器几何失真大，而且三角形的荧光 点排列造成即使点很密很细也不会特别清晰，所以 近几年荫栅式显示器逐渐流行起来。
喷绘仪实物图
四、静电设备
静电设备沿纸的宽度方向一次一整行地置负电 荷于纸上，尔后，面对调色剂曝光。调色剂充以 正电，被吸引到充以负电的区域，从而产生指定 的输出。 静电绘图仪分辨率可达200dpi，其速度比笔绘 仪高，运行可靠，噪声小，但用纸特殊而价格昂 贵。
静电绘图仪结构图
五、电热式设备
电热式利用点阵打印头的热度，在热感应纸上输 出图案。
二、激光设备
在激光设备里，激光束把要打印的图形写在感光 鼓上，鼓再把这一图形转移到纸上。激光打印机 的主要构成部分有感光鼓、炭粉、打底电晕丝和 转移电晕丝。
激光打印机结构图
三、喷墨设备
喷墨法产生的输出，是沿包裹在鼓上的纸卷逐行 喷墨水来实现的。在高压下墨水形成墨雾，充电 荷的墨雾在电场控制下发生偏转，将墨雾喷印到 纸上。
热升华打印机
六、笔绘仪
笔绘仪有一支或多支笔安装在横跨纸的笔架或滑杆 上，各种彩色和不同粗细的笔用来绘制各种阴影和 线型。与前面几种点阵硬拷贝设备不同，笔绘仪属 于随机画线硬拷贝设备。 笔绘仪的绘图速度取决于绘图笔移动的速度和 加速度。这里，加速度和笔绘仪笔头的质量有关。
计算机图形学基础(第二版)
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阴极射线管（CRT）
电子枪
偏转系统
图2.6 CRT的结构
荧光屏
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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。
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图形输入设备
声频输入系统 视频输入系统
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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
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阴极射线管（CRT）
CRT（Cathode Ray Tube）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。
图2.9 枕形失真与桶形失真
22
阴极射线管（CRT）
水
垂
灯 丝
阴 极
控加 制速 栅极
聚 焦 极
加 速 极
平 偏 转
直 偏 转
板
板
图2.10 电偏转
ห้องสมุดไป่ตู้
荧 光 屏
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阴极射线管（CRT）
荧光屏（Phosphor Screen） 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。 荧光粉的性能要求是：发光颜色满足标准白 色、发光效率高、余辉时间合适以及寿命长 等。
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。
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图形输入设备
计算机图形学
第一章1.计算机图形学的主要研究内容是什么？答：计算机中图形的表示方法，以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。
图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。
2.列举三个以上图形学的应用领域。
答：计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、可视化、真实感图形实时绘制与自然景物仿真、计算机动画、用户接口、计算机艺术等。
3.一个图形系统通常由哪些图形设备组成？答：一个图形系统通常由图形处理器、图形输入设备和图形输出设备构成。
4.有哪些常用的图形输入设备？答：键盘、鼠标、光笔和触摸屏等。
第二章1.字符串裁剪可按哪三个精度进行？答：串精度，字符精度，笔画或像素精度。
2.简述裁剪方法和中点裁剪方法的思想，并指出中点裁剪方法的改进之处及这种改进的理由。
答：（1）裁剪就是确定图形中哪些部分落在显示区之内，哪些落在显示区之外，最后只需显示落在显示区内的那部分图形，以便提高显示效率的过程。
一般的裁剪方法是：先裁剪再扫描转换。
（2）中点裁剪方法的思想是首先对线段端点进行编码，并把线段与窗口的关系分为三种情况，即在全在窗口内、完全不在窗口内和线段与窗口有交。
对第一种情况，显示该线段；对第二种情况，丢弃该线段；对第三种情况，用中点分割法求出线段与窗口的交点，即从线段的一端的端点出发找出距该端点最近的可见点，并从线段的另一端点出发找出距该端点最近的可见点，两个可见点之间的连线即为线段的可见部分。
（3）中点裁剪方法改进之处：对第三种情况,不直接解方程组求交,而是采用二分法收搜索交点。
这样改进的理由是：计算机屏幕的像素通常为 1024×1024,最多十次二分搜索即可到像素级,必然能找到交点，而且中点法的主要计算过程只用到加法和除2运算,效率高,也适合硬件实现。
计算机图形学名词解释
*计算机图形学是指用计算机产生对象图形的输出的技术。
更确切的说，计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。
*图形学的主要研究内容：图形的生成和表示技术；图形的操作和处理方法；图形输出设备与输出技术的研究；图形输入设备、交互技术和用户接口技术的研究；图形信息的数据结构及存储、检索方法；几何模型构造技术；动画技术；图形软硬件的系列化、模块化和标准化的研究；科学计算的可视化*能够正确地表达出一个对象性质、结构和行为的描述信息，成为这个对象的模型。
*图像处理是指用计算机来改善图像质量的数字技术。
*模式识别是指用计算机对输入图形进行识别的技术。
*计算几何学是研究几何模型和数据处理的学科。
*交互式计算机图形学是指用计算机交互式地产生图形的技术。
*计算机图形系统的硬件包括五部分：计算机、显示处理器、图形显示器、输入设备、硬拷贝设备。
*CRT图形显示器工作方式有两种：随机扫描方式和光栅扫描方式。
*随机扫描方式的图形显示器通过画出一系列线段来画出图形。
*一帧：扫描过程所产生的图像。
*像素：在光栅扫描图形显示器中，屏幕上可以点亮或熄灭的最小单位。
*分辨率：显示屏上像素的总数。
*帧存储器：二维矩阵，帧存储大小=分辨率*单元字节，存储屏幕上每个像素对应的颜色或亮度值。
*屏幕上每个像素对应的颜色或亮度值要存储在帧存储器中。
*将图形描述转换成用像素矩阵表示的过程称为扫描转换。
*在光栅扫描显示方式中像素坐标是行和列的位置值，只能取整数。
*图形基元（输出图形元素）：图形系统能产生的最基本图形。
*区域是指光栅网络上的一组像素。
*区域填充是把某确定的像素值送入到区域内部的所有像素中。
*区域填充方法：一类方法是把区域看做是由多边形围成的，区域事实上由多边形的顶点序列来定义，相应的技术称为是以多边形为基础的；另一类方法是通过像素的值来定义区域的内部，这时可以定义出任意复杂形状的区域。
计算机图形学基础(1)
GKS,PHIGS,OpenGL, 国 际 标准 ： JBIG,JPEG,IPI/IIF;TIFF
WMF,VRML; CGM,STEP, 7. 编 辑软件 (绘图软件 ):
编辑软件 (图象处理 软件 )： Photoshop,Photostyler
AutoCAD,CorelDRAW
Graphics 与 Image 的关系
计算机图形学的研究内容
如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图 形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了 计算机图形学的主要研究内容。 • 图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算
法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示 算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿 真、虚拟现实等。
计算机图形系统
计算机图形系统的功能
图形输出设备 输出 显示器 交互 计算 输入 图形输入设备 图1-2 图形系统基本功能框图 存贮 数据库
计算机图形系统的结构
图形应用数据结构 图形软件 图 形 系 统 图形应用软件 图形支撑软件 图形硬件 图形计算机平台 图形设备 图1-3 计算机图形系统的结构
5. 屏幕坐标系
(0,0)
X
xmax x
y ymax (X,Y)
Y (X,Y) ymax y (0,0) Y
X
xmax
x
图2-30 不同显示器的坐标
二进制位图
彩色查表位图
灰度等级位图
RGB彩色页面位图
几何信息与拓扑信息
图形对象及构成它的点、线、面的位置、相互间关
系和几何尺寸等都是图形信息；
并行图形处理
工作站网络（NOW，Network of Workstation） 工作站机群（worksation cluster）
交互式图形系统的设计与实现
交互式图形系统的设计与实现Interact Design and Implementation of Graphic Systems引言随着计算机科学技术的发展，交互式图形系统的设计与实现逐渐成为了计算机科学领域中不可或缺的一部分。
交互式图形系统的设计与实现涉及到了图形学、计算机视觉、计算机图形学、图像处理等多个方面的知识，而如何将这些知识融合在一起，设计并实现交互式图形系统，是一个值得深入探讨的问题。
交互式图形系统的基本原理交互式图形系统的基本原理是通过计算机的硬件和软件技术，将人类的视觉感知和计算机的图形处理能力结合在一起。
具体而言，它包括以下几个方面：一、图形显示原理：交互式图形系统的设计与实现是建立在图形学的基础之上的。
图形学是研究如何将二维或三维物体的模型表示在计算机上的技术，包括点、线、面等基本元素的表示方法、坐标系的构建、变换等内容。
而图形显示原理是图形学的一项关键技术，其主要目的是将三维模型转化为二维平面上的图形进行显示。
二、图形处理算法：图形处理算法是实现交互式图形系统的另外一个重要组成部分。
它主要涉及到数学、物理及计算方法等多个领域的知识，如多项式曲线、Bezier曲线、深度缓存技术等等。
这些算法主要用于模拟物理世界中的光照、阴影、反射等等现象。
三、用户界面设计：交互式图形系统的设计与实现中，用户界面设计也是至关重要的一步。
用户界面设计需要遵循用户习惯，简单易用。
它还需要考虑用户的不同需求和背景，设计出适合不同用户的图形界面。
交互式图形系统的设计与实现设计和实现交互式图形系统是需要一定的技术和方法。
以下是实现交互式图形系统的主要步骤：一、选择合适的图形库：选择合适的图形库对于设计和实现交互式图形系统十分重要。
常用的图形库有OpenGL、DirectX等，我们可以根据实际需求选择合适的图形库。
二、数据结构设计：在设计交互式图形系统时，需要合适的数据结构对图形进行存储和处理。
常用的数据结构有线性表、树、图、堆栈等等。
计算机图形学个人资料
1、2章判断题1. 构成图形的要素可分为两类：刻画形状的点、线、面、体的非几何要素与反映物体表面属性或材质的明暗、色彩等的几何要素。
（ 错误 ）2. 参数法描述的图形叫图形；点阵法描述的图形叫图像。
（ 正确 ）3. 字符的图形表示分为点阵和矢量两种形式。
（ 正确 ）4. LCD 表示发光二极管显示器。
（ 错误 ） LCD 是液晶显示器填空题1. 图形的输入设备有键盘、鼠标、光笔（至少写三种）；图形的显示设备有CRT 显示器、LCD 、投影仪（至少写三种）。
2. 一个交互式计算机图形系统应具有计算 、存储、对话、输入和输出等五个方面的功能。
3. 字符作为图形有 点阵字符 和矢量字符之分。
4. 平面图形在内存中有两种表示方法，即 栅格表示法 和矢量表示法。
选择题1. 以计算机中所记录的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法叫做（ ），一般把它描述的图形叫做（ ）；而用具有灰度或颜色信息的点阵来表示图形的一种方法是（ ），它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩，一般把它描述的图形叫做（ A ） A 参数法、图形、点阵法、图像 B 点阵法、图像、参数法、图形 C 参数法、图像、点阵法、图形 D 点阵法、图形、参数法、图像2. 下列设备中属于图形输出设备的是（ B ） ○1鼠标○2LCD ○3键盘○4 LED ○5打印机○6扫描仪○7绘图仪○8触摸屏 A ○1○3○6○8 B ○2○4○5○7 C ○2○5○6○7 D ○4○6○7○8问答及计算题 1. 计算机图形显示器和绘图设备表示颜色的方法各是什么颜色系统？它们之间的关系如何？答：计算机图形显示器是用RGB 方法表示颜色，而绘图设备是用CMY 方法来表示颜色的。
它们之间的关系是：两者都是面向硬件的颜色系统，前者是增性原色系统，后者是减性原色系统，前者是通过在黑色里加入一种什么颜色来定义一种颜色，而后者是通过指定从白色里减去一种什么颜色来定义一种颜色 2. 简述帧缓存与显示器分辨率的关系。
01交互式计算机图形学系统
图形的矢量图表示—优点
空间小
¾ 图形文件所占的空间小；
易编辑
¾ 矢量图中的各物体是独立的(以点、线、 面和体为基本构成元素，所以也称这 种图形表示为面向对象图形表示)，所 以编辑修改也比较方便；
不失真
¾ 矢量图形的输出与实际显示的分辨率 无关，放大不会失真。
3
图形的矢量图表示—缺点
看起来比较抽象 图形构造比较麻烦，有些特殊效果处理比较困难 输出必须采用矢量式输出设备，不能直接使用打印机打印 要想以光栅图形显示时则需要进行某种变换，即将矢量表示
¾
字符串（String）：输入一串字符。
1.4 图形硬件设备
输入设备
-键盘、鼠标、数字化仪、扫描仪等。
硬拷贝设备
-打印机、绘图仪
显示设备
-光栅扫描显示器
图形硬拷贝设备
绘图仪
¾ 滚筒式、平板式绘图仪
打印机
¾ 撞击式：行式打印机、点阵式打印机、 针式打印机（打印发票等）
¾ 非撞击式：激光打印机、喷墨打印机
编辑、修改相对更困难
¾ 点阵图中各物体的描述是混在一起的，对不同物体的 操作存在麻烦，不可能将某一个物体的所有像素都置 为零，这样会同时消除重叠的其它物体。
¾ 这个问题的解决方法就是引入存储器分块，并且在每 个分开的块上显示各自独立的物体。
放大操作会使图形失真
图形的矢量图表示
用数学方程、数学形式对图形进行描述 ¾ 通常用图形的形状参数和属性参数来表 示图形 z 形状参数指描述图形的方程或分析表 达式的系数，线段或多边形的端点坐 标等 z 属性参数包括颜色、线型等 ¾ 矢量图的关键是如何用算法及数学公式 进行描述，并且如何将之在图形显示设 备上显示出来。
计算机图形学(计算机图形系统及硬件基础)
2009-2010-2:CG:SCUEC
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光栅扫描显示器
是画点设备，屏幕可看成一个像素阵列，并可控制 每个点像素的亮度。 发出的电于束的偏转方式是固定的，自上而下，从 左到右扫描在荧光屏上形成光栅形状。
扫描线 0 1 2 3
水平扫描（显示）
水平回扫（消隐）
垂直回扫（消隐）
n
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输入功能
计算机图形系统的功能
输出功能
图形系统应具有文字、图形、图像信息的输 出功能，以方便长期保存分析计算的结果或 交互需要的图形和非图形信息。根据对输出 结果的精度、形式和时间等的不同要求，相 应的有多种不同的输出设备。 设计人员可通过显示器或其他人机交互设备 直接进行人机通信，通过观察屏幕上显示的 计算结果和图形，利用选择、定位等手段对 不满意的部分进行修改。另外，可以由系统 追溯到以前的工作步骤，跟踪检索出出错的 地方，同时对设计者或操作员输入的错误给 以必要的提示和帮助。
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CRT的显示原理
第一阳极 第二阳极 偏转线圈 高压入口经石墨层接第二阳极 用于磁偏转系统 电平控制器 聚焦系统 加速系统 荧光纷（磷粉涂层） 偏转的电子束 荧光屏 灯丝 阴极 水平偏转板 垂直偏转板 用于静电偏转系统 偏转系统 荧光屏
电子枪
石墨层吸收轰击磷粉涂层后逃逸在荧光屏内 的杂撒电子送至第二阳极,形成电流回路。
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计算机图形系统的功能
一个计算机图形系统至少应具有计算、存储、输入、
输出和交互等基本功能，各功能之间的关系如下：
交互式图形系统概述
数据库
图形系统功能描述
● 图形系统组成
◘ 逻辑构成 ◘ 功能构成 ◘ 功能描述 ◘ 功能描述
● 对象描述模型 ● 图形支撑软件 ● 图形的表示 ● 图形的分类 ● 图形坐标系统
• 图形软件包为用户提供建立和管理图形的各种功能。
– 这些子程序可以按照它们是否处理输出、输入、属性、变 换、观察或通用控制而分类。
• 对象描述模型描述了图形对象及它们间的相互关系，
– 简单地说，它表示生成图形对象的全部描述信息， • 对象的性质、结构和行为的所有描述信息。
• 对象描述模型
– 既可能是完全由数据刻画的； – 也可能是由数据和过程共同描述的。
• 模型中的数据包括两大类：
– 几何数据 (几何模型)：描述构成图元形状及其相互关系(拓 扑关系)；
• 曲面模型(Surface Model)：
– 它将形体表示为面的集合，即使用多边形、曲面等 来描述对象的几何形状。 • 它是在线模型的基础上增加了面的信息。 • 可以对其进行面与面的求交线运算、隐藏面与隐 藏线的消除、绘制明暗着色图，等等。
• 缺点：面模型不能有效地表示对象的实体性质， • 面模型中的所有面未必形成一个封闭的边界，
图形系统构成分类
● 图形系统组成 • 图形显示或输出设备是计算机图形系统的基础和前提。
◘ 逻辑构成
– 早期的计算机图形学以图形显示或输出设备为重点。
◘ 功能构成
• 计算机图形软件系统则是计算机图形系统的核心，
◘ 功能描述
◘ 功能描述
● 对象描述模型
● 图形支撑软件
● 图形的表示
● 图形的分类
● 图形坐标系统
● 图形支撑软件 ● 图形的表示 ● 图形的分类 ● 图形坐标系统
《计算机图形学》学习资料
《计算机图行学》学习包本课程为有关专业的必修课程（或选修课程）。
通过本课程的教学，学生可以学习、了解和掌握计算机图形学中有关的基本原理、概念、方法和技术，培养和提高交互式图形设计的能力。
计算机图形学与图象处理，计算机图形学的研究内容，计算机图形学的发展简史，计算机图形学的发展方向，本课程教学要求与学习方法。
本章无习题计算机图形系统的组成、功能与分类，计算机图形显示器，图形输入设备，图形输出设备，图形软件系统，图形软件标准。
课后习题1. 某光栅系统中，显示器的分辨率为1280×768，其中每个象素点的颜色深度为12 bit，则该系统需要多大的帧缓存（即多少KB）？2. 有甲乙两台光栅图形显示器，它们的产品说明书介绍均称可以显示4096种颜色，但甲机在显示一幅画面时却只有256种颜色，问其中究竟是什么原因？参考答案1．1280×768×12 / (8×1024) = 1440(KB)2．(1) 甲机：8个位平面，采用一张有256个单元，每个单元有12 bit的彩色查找表。
(2) 乙机：12个位平面，没有采用查找表。
1点的生成，生成直线的DDA算法和Bresenham 算法，二次曲线，区域的简单种子填充算法和扫描线种子填充算法，多边形的扫描转换，字符的生成，反走样技术。
课后习题1. 用对称DDA算法画出A(0,0)到B(5,3)连线的各象素点的位置，并在表内填出相应的中间数据。
rx=5, ry=3,x=0,y=0,steps=5,dx=1,dy=0.6;2. 用Bresenham算法画出A(0,0)到B(5,3)连线的各象素点的位置，并在表内填出相应的中间数据。
dx=5, dy=3, d=2dy-dx=1, x=0, y=0, 2dy-2dx=-4, 3dy=6;23. 用Bresenham算法画出圆心为（0,0），半径为8的顺时针90至45的1/8圆弧上各象素点的位置。
计算机图形学第二版(陆枫)课后习题答案部分
计算机图形学第二版（陆枫）课后习题集第一章绪论概念：计算机图形学、图形、图像、点阵法、参数法、图形的几何要素、非几何要素、数字图像处理；计算机图形学和计算机视觉的概念及三者之间的关系；计算机图形系统的功能、计算机图形系统的总体结构。
第二章图形设备图形输入设备：有哪些。
图形显示设备：CRT的结构、原理和工作方式。
彩色CRT：结构、原理。
随机扫描和光栅扫描的图形显示器的结构和工作原理。
图形显示子系统：分辨率、像素与帧缓存、颜色查找表等基本概念，分辨率的计算第三章交互式技术什么是输入模式的问题，有哪几种输入模式。
第四章图形的表示与数据结构自学，建议至少阅读一遍第五章基本图形生成算法概念：点阵字符和矢量字符；直线和圆的扫描转换算法；多边形的扫描转换：有效边表算法；区域填充：4／8连通的边界／泛填充算法；内外测试：奇偶规则，非零环绕数规则；反走样：反走样和走样的概念，过取样和区域取样。
5.1.2 中点 Bresenham 算法（P109）5.1.2 改进 Bresenham 算法（P112）习题解答习题5（P144）5.3 试用中点Bresenham算法画直线段的原理推导斜率为负且大于1的直线段绘制过程（要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程）。
（P111）解： k<=-1 |△y|/|△x|>=1 y为最大位移方向故有构造判别式：推导d各种情况的方法(设理想直线与y=yi+1的交点为Q)：所以有： y Q-kx Q-b=0 且y M=y Qd=f(x M-kx M-b-(y Q-kx Q-b)=k(x Q-x M)所以，当k<0，d>0时，M点在Q点右侧（Q在M左），取左点 P l(x i-1,y i+1)。
d<0时，M点在Q点左侧（Q在M右），取右点 Pr(x i,y i+1)。
d=0时，M点与Q点重合（Q在M点），约定取右点 Pr(x i,y i+1) 。
所以有递推公式的推导：d2=f(x i-1.5,y i+2)当d>0时,d2=y i+2-k(x i-1.5)-b 增量为1+k=d1+1+k当d<0时,d2=y i+2-k(x i-0.5)-b 增量为1=d1+1当d=0时,5.7 利用中点 Bresenham 画圆算法的原理，推导第一象限y＝0到y＝x圆弧段的扫描转换算法（要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程）。
计算机图形学基础知识
计算机图形学基础知识计算机图形学是研究如何利用计算机生成和处理图形的学科。
它涵盖了许多领域，如计算机图像处理、计算机辅助设计和虚拟现实等。
掌握计算机图形学的基础知识对于理解和应用这些领域至关重要。
本文将为您介绍计算机图形学的基础知识，并分步详细列出相关内容。
1. 图形学的基础概念- 图形：在计算机图形学中，图形指的是一系列点、线和曲面等的集合。
- 图像：图像是图形学的一种特殊形式，它是由像素组成的二维数组。
- 基本元素：计算机图形学中的基本元素包括点、线和曲面等。
它们是构成图形的基本构件。
2. 图像表示与处理- 位图图像：位图图像是由像素组成的二维数组，每个像素保存着图像的颜色信息。
- 矢量图形：矢量图形使用几何形状表示图像，可以无损地进行放缩和旋转等操作。
- 图像处理：图像处理包括图像的增强、滤波、压缩和分割等操作，用于改善和优化图像。
3. 坐标系统和变换- 坐标系统：坐标系统用于描述和定位图形。
常见的坐标系统有笛卡尔坐标系统和极坐标系统等。
- 变换：变换是指将图形在坐标系统中进行移动、缩放和旋转等操作。
4. 二维图形学- 线性插值：线性插值是计算机图形学中常用的插值方法，用于在两点之间生成平滑的曲线。
- Bézier曲线：Bézier曲线是一种常用的数学曲线模型，可以用于生成平滑的曲线。
- 图形填充：图形填充是指将图形的内部区域用颜色填充，常用的填充算法有扫描线填充算法和边界填充算法。
5. 三维图形学- 三维坐标系统：三维坐标系统用于描述和定位三维空间中的点、线和曲面等。
- 三维变换：三维变换包括平移、缩放、旋转和投影等操作，用于改变和调整三维图形。
- 计算机动画：计算机动画是利用计算机生成连续变化的图像序列，用于呈现逼真的动态效果。
总结：计算机图形学是研究利用计算机生成和处理图形的学科。
它涵盖了图像表示与处理、坐标系统和变换等基础知识。
在二维图形学中，线性插值和Bézier曲线是常用的技术，图形填充则可以实现对图形内部区域的着色。
计算机图形学名词解释
.计算机图形学是指用汁算机产生对象图形的输出的技术。
更确切的说，汁算机图形学是研究通过计算机将数拯转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。
*图形学的主要研究内容:图形的生成和表示技术：图形的操作和处理方法：图形输岀设备与输出技术的研究；图形输入设备、交互技术和用户接口技术的研究；图形信息的数据结构及存储、检索方法：几何模型构造技术：动画技术；图形软硬件的系列化、模块化和标准化的研究；科学计算的可视化 *能够正确地表达出一个对象性质、结构和行为的描述信息，成为这个对象的模型。
*图像处理是指用计算机来改善图像质量的数字技术。
*模式迟别是指用计算机对输入图形进行识別的技术。
*计算几何学是研究几何模型和数据处理的学科。
*交互式计算机图形学是指用讣算机交互式地产生图形的技术。
•计•算机图形系统的硬性包括五部分：计算机、显示处理器、图形显示器、输入设备、硬拷贝设备。
叱RT图形显示器工作方式有两种：随机扫描方式和光栅扫描方式。
*随机扫描方式的图形显示器通过画出一系列线段来画出图形。
*一帧：扫描过程所产生的图像。
*像素:在光栅扫描图形显示器中，屏幕上可以点亮或熄火的最小单位。
♦分辨率;显示屏上像素的总数。
*帧存储器:二维矩阵，帧存储大小=分辨率*单元字节，存储屏幕上每个像素对应的颜色或亮度值。
"屏幕上每个像素对应的颜色或亮度值要存储在遊鯉中。
*将图形描述转换成用像素矩阵表示的过程称为担描卷获。
*在光栅扫描显示方式中像素坐标是行和列的位置值，只能取整数.图形基元（输出图形元素）：图形系统能产生的最基本图形。
*区壊是指光栅网络上的一组像素。
•区城填充是把某确左的像素值送入到区域内部的所有像素中。
*区域填充方法:一类方法是把区域看做是由多边形用成的，区域事实上由多边形的顶点序列来宦义，相应的技术称为是以多边形为基础的：另一类方法是通过像素的值来左义区域的内部，这时可以左义出任意复杂形状的区域。
《计算机图形学》第2章 图形显示设备2
两个液晶颗粒（光点）之间的距离
– 分辨率
指其真实分辨率 比如1024×768的含义就是指该液晶显示器含有 1024×768个液晶颗粒
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LCD显示器（6/6）
显示效果有差距 但有后来居上之势
– 外观小巧精致，厚度只有6.5~8cm左右 – 响应速度快、无闪烁、无干扰 – 工作电压低，功耗小，省电 – 没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响
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视频控制器（显示控制器）
作用：控制图形的显示，建立帧缓存与屏幕像素之间的一一 对应关系，负责按固定刷新频率和扫描顺序刷新屏幕图形 逻辑结构
工作原理
– 刷新周期开始，光栅扫描发生器置X地址寄存器为0，置Y地址寄存器 为N-1，首先取出对应像素（0，N-1）的帧缓存单元的数值, 放入像素 值寄存器，用来控制像素的颜色，然后X的地址寄存器的地址加一，如 此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。
第2章 交互式计算机图形处理系统
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计算机图形处理系统
绘图仪
Computer
DPU
显示处理器
视频控制器 display
printer
控制图形的显示
输入设备
–应用程序发出绘图命令，解析成显示处理器可接受命令格式
–帧缓冲存储器（Frame Buffer)
–存放所有的绘图信息
–视频控制器（Video Controller)
单显
– 查色表固化
彩显
– 可修改、创建查色表
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查色表（LUT）工作原理
是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色 它的长度由帧缓存单元的位数决定
– 例如：每单元有8位，则查色表的长度为28＝256
目的
– 在帧缓存单元的位数不增加的情况下
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单缓冲 缓冲器0 双缓冲 缓冲器0 缓冲器1
帧0
帧1
帧2
帧3
前前前前
帧0
帧1
帧2
帧3
前后前后
后前后前
三缓冲 缓冲器0 缓冲器1 缓冲器2
帧0
等待 前
后
帧1
后 等待
前
帧2
等待 后
等待
帧3等Βιβλιοθήκη 前后DirectX支持，但 OpenGL不支持
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其他缓冲器
Z缓冲器（深度缓冲器）
– 解决可见性问题
累计缓冲器
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平板显示器
主动发光显示器
– 显示媒质本身发光
等离子显示器（PDP） 真空荧光显示器（VFD） 场发射显示器（FED） 电致发光显示器（LED） 有机发光二极管显示器（OLED）
被动发光显示器
– 本身不发光，利用显示媒质被电信号调制后，其光学特性发
生变化，对环境光和外加光源（背光源、投影光源）发出的
– 适合影像处理、多媒体展示、影片欣赏
– 时间：90年代后期
– 市场上的主流显象管
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CRT显示器的缺点
屏幕的加大导致显象管的加长，体积加大， 使用时受到空间的限制 利用电子枪发射电子束来产生图像，产生辐 射与电磁波干扰，长期使用对健康不利
节省防置空间的短管
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平板显示器的优点
平板显示器的重量仅为CRT的1／6 耗电量约为CRT的1/3 色彩清晰，图像失真小 不受磁场影响等
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位面技术（2/3）
N位寄存器
0
1
0
0 10
有N个位面的帧缓存
2NDAC
电子枪
0~2N-1灰度等级
0 1 0
寄存器
0
DAC
1
DAC
0
DAC
红色枪 绿色枪 蓝色枪
帧缓存
CRT光栅
CRT光栅
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位面技术（3/3）
红绿蓝
l红绿蓝三个位面，组合成8种颜色 Black
Blue
l增加一个亮度位面，形成16种颜色 Green
– 优点： 成本低 易于绘制填充图形 灰度和色彩丰富，图像逼真 可以和电视机兼容 刷新频率一定，与图形的复杂程度无关
– 缺点： 需要扫描转换 扫描转换速度偏低，交互操作响应慢 分辨率偏低，有阶梯效应
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衡量CRT的指标
屏幕尺寸大小 显像管种类 点距 分辨率 画面刷新频率 带宽
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走向平面和高清晰度的显像管
液晶受电场的影响决定液晶分子转向的特性
– 折射系数：
光线穿透液晶时影响光线行进路线的重要参数
利用液晶本身的这些特性, 适当的利用电压来控制 液晶分子的转动，进而影响光线的行进方向, 来形 成不同的灰阶, 作为显示影像的工具 。
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LCD显示器（5/6）
基本技术指标
– 可视角度
指左右两边的可视最大角度相加
第2章 交互式计算机图形处理系统
1
计算机图形处理系统
绘图仪
Computer
DPU
显示处理器
视频控制器 display
printer
控制图形的显示
输入设备
–应用程序发出绘图命令，解析成显示处理器可接受命令格式
–帧缓冲存储器（Frame Buffer)
–存放所有的绘图信息
–视频控制器（Video Controller)
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帧缓冲存储器（Frame Buffer)
– 作用：存储屏幕上像素的颜色值 – 也称刷新存储器(Refreshing Buffer)
– 简称帧缓冲器，俗称显存
l帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同 l单元与像素一一对应 l各单元的数值决定了其对应像素的颜色 l显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关
– 点距
两个液晶颗粒（光点）之间的距离
– 分辨率
指其真实分辨率 比如1024×768的含义就是指该液晶显示器含有 1024×768个液晶颗粒
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LCD显示器（6/6）
显示效果有差距 但有后来居上之势
– 外观小巧精致，厚度只有6.5~8cm左右 – 响应速度快、无闪烁、无干扰 – 工作电压低，功耗小，省电 – 没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响
– 图形的定义被存储在刷新缓冲器 – 点火电压以每秒60次的速率，用于刷新象素位置（导电
带的交叉处） – 使用交变电流方法快速提供点火电压，可得较亮的显示
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空气等离子体显示器（PDP）
特点
– 大尺寸，功耗大，质量稍差
技术发展趋势
– ACPDP(交流型PDP) – DCPDP(直流型PDP)
显示板比ACPDP复杂得多 发展大尺寸、改善彩色和灰度，使其符合HDTV要求
双眼快速交替，同时和显示器同步
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带宽问题
•带宽T与分辨率、帧频（刷新频率）F的关系
•带宽问题
–高分辨率和高刷新频率要求高带宽 –解决方法：
–隔行扫描（现在已基本不用，主流显示器都用逐行扫描） –对Z缓冲器内容进行压缩和快速清除 –电视机仍采用隔行扫描，将计算机动画用于电视机并不容易
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光栅显示系统的特点
– 生成一些特殊效果，如景深、反走样、运动模糊等
立体缓冲器
– 立体视觉（Stereo Vision）
绘制两幅视图（对应左眼和右眼），获得深度 信息
– 立体影像（Stereopsis）
一幅为红色，一幅为绿色（或青色分别绘制到 蓝色和绿色通道）
使用红绿眼镜观看合成结果
使用快门眼镜，每次仅允许一只眼睛看到屏幕，
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空气等离子体显示器（PDP）
等离子体（Plasma）显示结构
– 用通常包括氖气的混合气体充入两块玻璃板之间的区域 – 一块玻璃板上放置一系列垂直导电带 – 另一玻璃板上构造一组水平带
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空气等离子体显示器（PDP）
等离子体显示原理
– 在成对的水平和垂直导电带上施以点火电压，导致两导 电带交叉点处的气体进入辉光放电的等离子区。
光进行调制，在显示屏上进行显示
液晶显示器（LCD）
微机电系统显示器（DMD）
电子油墨（EL）显示器
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LCD显示器（1/6）
• 液晶显示器
– LCD（Liquid Crystal Display）
• 原理
– 液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质 – 它具有液体的流态性质和固体的光学性质 – 当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而
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位面技术（1/3）
显存分成若干颜色的位平面（bit plane） 各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应 同一像素点在各位面占同一地址 不同位面上同一像素地址中的内容决定像素的颜色
色平面越多，可表达的色彩越丰富
增加一个位面，色彩就增加一倍 而存储器写操作程序无需重新计算新地址 程序兼容性好
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常用缓冲技术
单缓冲技术 双缓冲技术
– 应用于绘制区域更新频繁时 – 前缓冲（Front Buffer）：显示绘制完成的场景 – 离屏后缓冲（Back Buffer）：保存当前正在绘
制的场景 – 图形驱动器控制对其进行交换，避免图像撕裂（
Tearing）现象
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常用缓冲技术
三缓冲技术
– 等待缓冲器：对缓冲器进行清除并开始绘制
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视频控制器（显示控制器）
作用：控制图形的显示，建立帧缓存与屏幕像素之间的一一 对应关系，负责按固定刷新频率和扫描顺序刷新屏幕图形 逻辑结构
工作原理
– 刷新周期开始，光栅扫描发生器置X地址寄存器为0，置Y地址寄存器为 N-1，首先取出对应像素（0，N-1）的帧缓存单元的数值, 放入像素值 寄存器，用来控制像素的颜色，然后X的地址寄存器的地址加一，如此 重复，直到该扫描线上的最后一个像素。
– 等离子体显示技术适合于制造较大屏幕的显示器
将面对中等尺寸屏幕的竞争
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CRT市场预测
90年代初期，有人说CRT是“夕阳工业”， 有的公司开始宣布停止CRT的研究与开发
– 但事实并非如此，每年都有CRT新技术发表， 各大公司仍在不遗余力地开发CRT
– CRT的每个象素的性能／价格比相对于其他显 示器高得多，中屏幕显示器仍有市场 每当CRT采用新技术，就能提高其附加值，就 能赚钱
• 显示主芯片
– 显卡的心脏，俗称GPU – 代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转换、
几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等
– 各图形函数基本上都集成在这里
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• RAMDAC
– 视频存储数字模拟转换器
– 在视频处理中，把二进制的数字转换成为和显示器相适应 的模拟信号
• 显存
– 存储将要显示的图形信息 – 保存图形运算的中间数据 – 它与显示主芯片的关系，就像计算机的内存之于CPU一样
000 001 010
Cyan
011
Red
100
Magenta 1 0 1
Yellow 1 1 0
White 1 1 1
• 若有24个位面（每种基色8个位面）
• 可同时显示(28)3 =224=16777216种颜色（24位真彩色）
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显存容量
分辨率M*N、颜色个数K与显存容量V的关系
– 3个位面分辩率是1024×1024的显示器
只能工作于256色显示模式下
高分辨率和真彩要求有大的显存
1024*768真彩模式需要3M字节显存
– 解决方法
采用查色表(Look-up Table）或称彩色表(Color Table)
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颜色信息的存放方式
两种存放方式：
– 颜色值直接存储在帧缓存中 – 把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存放的
是颜色表中各项的索引值，索引色