第二章图形系统综述
合集下载
最新第2章图形系统概述教学课件
零件进行大规模生产必须在计算机中生成三维实体模型
这个模型有时要通过已有的实物零件得到 采集实物表面各个点的位置信息
扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息
在计算机中产生这些艺术品的三维模型
图形输入设备（11/13）
美国斯坦福大学计算机系的著名图形 学专家Marc Levoy曾经带领他的30 人工作小组（包括美国斯坦福大学及 美国华盛顿大学的教师和学生）
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。
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
像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数
单位通常为dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述 如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等
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)
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
这个模型有时要通过已有的实物零件得到 采集实物表面各个点的位置信息
扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息
在计算机中产生这些艺术品的三维模型
图形输入设备（11/13）
美国斯坦福大学计算机系的著名图形 学专家Marc Levoy曾经带领他的30 人工作小组（包括美国斯坦福大学及 美国华盛顿大学的教师和学生）
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。
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
像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数
单位通常为dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述 如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等
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)
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
uml系统分析与设计uml系统建模基础教程课后习题答案.docx
UML系统建模基础教程课后答案第一章面向对象设计与UML1.填空题(1)UML(2)封装继承多态(3)继承(4)瀑布模型喷泉模型基于组件的开发模型XP开发模型2.选择题(1) C(2) A B C D(3) A B C D(4) A B C(5) A3.简答题1.试述对象和类的关系。
(1)类是具有相同或相似结构、操作和约束规则的对象组成的集合，而对彖是某一类的具体化实例，每一个类都是具有某些共同特征的对象的抽象。
类与对象的关系就如模具和铸件的关系，类的实例化结果就是对象，而对一类対象的抽象就是类.类描述了一组有相同特性和相同行为的对象。
第二章UML通用知识点综述1.填空题(1)依赖泛化关联实现(2)视图图模型元素(3)实现视图部署视图(4)构造型标记值约束(5)规格说明修饰通用划分2.选择题(1) D(2) C(3) A(4) A B(5) D3.简答题(1)在UML中面向对象的事物有哪几种？在UML中，定义了四种基本的面向对象的事物，分别是结构事物、行为事物、分组事物和注释事物等。
(2)请说出构件的种类。
构件种类有：源代码构件、二进制构件和可执行构件。
(3)请说出试图有哪些种类。
在UML中主要包括的视图为静态视图、用例视图、交互视图、实现视图、状态机视图、活动视图、部署视图和模型管理视图。
(4)请说出视图和图的关系。
视图和图是包含和被包含的关系。
在每一种视图中都包含一种或多种图。
(5)请简述UML的通用机制。
UML提供了一些通用的公共机制，使用这些通用的公共机制(通用机制)能够使UML在各种图中添加适当的描述信息，从而完善UML的语义表达。
逋常，使用模型元素的基本功能不能够完善的表达所要描述的实际信息，这些通用机制可以有效地帮助表达，帮助我们进行有效的UML 建模。
UML提供的这些通用机制，贯穿于整个建模过程的方方面面。
前面我们提到，UML的通用机制包括规格说明、修饰和通用划分三个方面。
第三章Rational统一过程1.填空题(1)角色活动产物工作流(2)逻辑视图过程视图物理视图开发视图用例视图(3)设计开发验证(4)二维(5)周期迭代过程里程碑2.选择题(1) A B C D(2) A C D(3) A C D(4) A B C(5) A B C D3.简答题(1)请描述迭代过程有几个阶段。
图形系统概述
2019/7/6
计算机图形学
9
荧光屏
像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像） 的最小元素
分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方 向单位长度上能识别的最大像素个数，单 位通常为dpi（dots per inch)。在假定屏幕 尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能 容纳的像素个数描述，如640*480， 800*600，1024*768，1280*1024等等
计算机图形学
22
黑白光栅扫描显示器
黑白光栅显示器的逻辑框图如上：对一 个1024×1024象素组成的黑白单灰度显 示器所需要的最小缓存为220，并在一个 位面上。一个位面的缓存只能存储黑白 图形。
2019/7/6
计算机图形学
23
灰度光栅扫描显示器
在光栅图形显示器中需要足够的位面和 帧缓存结合起来才能反映图形的颜色和 灰度等级。如下图是一个具有N位面灰度 等级的帧缓存。显示器上每个象素的亮 度是由N位面中对应的每个象素位置的内 容控制的。该存储器的中的二进制的数 被翻译成灰度等级，范围是0到2N-1之间。
2019/7/6
计算机图形学
28
视频控制器
作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一 对应，负责刷新
逻辑结构
普通显卡=视频控制器+显存
2019/7/6
计算机图形学
29
显示处理器
低档图形显示系统，扫描转换工作直接由CPU
来完成。这时候是不需要显示处理器的。 对较复杂的待显示图形的扫描转换，需 要用到显示处理器。
2019/7/6
计算机图形学
11
工作原理
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，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所 有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解 释执行(刷新)， →驱动电子枪在屏幕上绘图。
VF 第02章 Visual FoxPro 9.0基础知识
2.1.5 辅助设计工具
章节目录
3. 生成器
同步实验
课堂练习
Visual FoxPro 9.0提供了10种生成器，生成器一般 附属于设计器。它能在Visual FoxPro应用程序的构件 中生成并加入某类控件、设置选中对象的属性，有助 于简化创建和修改用户界面的设计过程。
2.2 Visual FoxPro 9.0语言基础
同步实验
课堂练习
为完成不同的任务，需要使用不同的设计器。设计 器为用户提供友好的图形界面，用户可以通过设计器 方便地设计、开发出应用程序所需的各类文件。
2.1.5 辅助设计工具
章节目录
2. Wizard（向导）
同步实验
课堂练习
Visual FoxPro有20多种向导工具。从创建表、视图 、查询等数据文件，到建立报表、标签、表单等文档 ，直至创建Visual FoxPro的应用程序、SQL服务器上 的数据库等操作，都可以选择Tools菜单→Wizard选 项，再选择使用相应的向导工具来完成。
课堂练习
2.2.3 常量与变量
章节目录
3）内存变量的属性显示
同步实验
课堂练习
格式：DISPLAY|LIST MEMORY [ LIKE FileSkeleton ][TO PRINTER [PROMPT]|TO FILE FileName>]
功能：显示当前内存中与FileSkeleton 匹配的内存 变量和数组的名称、作用范围、数据类型和值。
15/73
2013-7-20
2.1.4 项目管理器
章节目录
同步实验
课堂练习
项目管理是组织和管理用户项目文件的常用工具。 在开发一个软件项目的过程中往往会产生大量的、各 种类型的文件，通过使用项目管理器，用直观的、可 视化的方法对表、数据库、表单、菜单、类、程序和 其他文件进行分类管理，并提供将项目编译成可独立 运行的.APP或.EXE文件的工具等。
图形与系统知识点总结
图形与系统知识点总结图形与系统是计算机科学领域中的重要部分，它涉及了诸多基础概念和技术，对于计算机科学的理论和实践都有着重要的影响。
本文将对图形与系统的相关知识点进行总结和归纳，以帮助读者更好地理解和掌握这一领域的知识。
一、图形学基础1.1 图形学的概念图形学是研究如何使用计算机来生成和处理图像的学科，它涉及了计算机图形学、图像处理、计算机视觉等多个领域。
图形学的研究对象包括代数几何、光学原理、视觉感知、图像处理技术等内容。
1.2 图形学的发展历程图形学作为一门学科，其发展历程可以追溯到20世纪60年代，最初的研究对象是如何使用计算机生成和显示简单的几何图形。
随着计算机技术的发展，图形学的研究内容也不断拓展，逐渐涉及到几何建模、光线追踪、动画等领域。
1.3 图形学的应用领域图形学的应用领域非常广泛，包括电子游戏、电影动画、虚拟现实、工业设计等方面。
图形学技术的不断进步也推动了这些领域的发展，为人们提供了更加丰富多彩的视觉体验。
1.4 图形学的基本概念在学习图形学时，需要了解一些基本概念，包括二维图形、三维图形、坐标系、变换、渲染等内容。
这些基本概念是理解和掌握图形学技术的基础。
1.5 图形学的相关技术和算法图形学涉及了许多重要的技术和算法，如光栅化、多边形填充、纹理映射、光照模型、阴影算法、图像合成等。
这些技术和算法是实现图形学效果的重要手段。
二、计算机系统基础2.1 计算机系统的组成计算机系统是由硬件和软件两个部分组成，硬件包括中央处理器、存储器、输入设备、输出设备等，软件包括操作系统、应用程序、编程语言等。
2.2 计算机系统的工作原理计算机系统是通过执行指令来完成各种计算和处理任务的，其工作原理包括指令执行流程、数据传输过程、存储器访问方式等内容。
2.3 计算机系统的性能评价计算机系统的性能评价是通过各种指标来衡量的，包括速度、容量、可靠性、成本等方面。
对计算机系统性能的评价可以帮助人们选择和设计合适的计算机系统。
远程图形终端系统综述
增 加 ，同 时 图 形 界 面 信 息 的状 态 维 护 和 压 缩 传 输 又 引 入 了新
系统 。 相对 于通常的 Ｃｉ ｔ ｅ ｅ 系统 ， ｌｎ－ ｒ ｒ ｅ Ｓｖ 这类 系统的客户 端一
般都比较简单 ， 只提供 图形 、 图像和文本等 的显 示输 出 以及用
户输入 的功能， 而将其 它功能和应 用程序本 身的运行 放在服 务器端完成 。 因此， 这类 系统通 常只需要 维护服务器 端 ， 很大
（ ｅ ａｔ ｎ ｏ ｏ ｕｅ ｃ ｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ ｓ ｇ ｕ ｎｖｒｉ ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈ ａ Ｄ ｐｒ ｔ ｆ ｍｐ ｔ Ｓ ｉ ｃ ｄＴ ｃｎ ｌｇ，Ｔｉ ｈ ａ ｉｅｓｙ Ｂ ｉｎ ０ ０４ Ｃ ｉ ） ｍｅ Ｃ ｒ ｅ ａ ｎ Ｕ ｔ ｊ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｗ ｉ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｏ ｕｅ ｎ ｅｗｏｋ ， ｒ ｍｏｅｄ ｓ ｌｙ ｓ ｓｅ ｅ ａ ｏｅａ ｄｍｏ ｅｉ ｏｔ ｔａ ｏ ｖ ｎｅ ｔ ｓｒ ｃ ： ｔ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｃ ｍｐ ｔｒａ ｄｎ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔ ｉｐａ ｙ ｔｍｓｂ ｃ ｍｅｍ ｒ ｒ ｍｐ ｒａ ｓａｃ ｎ ｅ ｉｎ ｈ ｎ ｎ
ｄｓ ｌｙ ｓ ｓ ｍｓｇｅ ｔ ｆ ｃｓｗｈ ｌ ｅ ｏ ａ ｃ ｆｔｅ ｅｒｍｏｅａ ｐｉａｉｎ ｓ ｓｅ ． Ｔ ｅｐ ｏ ｌｍｓｔａ ｈ ｕｄｂ ｏ ｓｄ ｒｄ ａ ｄ ｉｐａ ｙ ｔ ｒａｌ ａ ｅ ｔ ｏｅｐ ｒ ｒ ｎ ｅｏ ｓ ｅ ｔ ｐ ｌ ｔ ｙ ｔｍｓ ｅ ｙ ｆ ｍ ｈ ｃ ｏ ｈ ｒｂｅ ｔｓ ｏ ｌ ｅｃ ｎ ｉｅｅ ｈ ｎ ｓ ｌｅ ｎｄ ｓ ｎｎ ｄｄ ｖ ｌｐ ｇｏ ｍｏｅｄｓ ｌｙ ｓ ｓ ｍｓｗｅｅｄｓｕ ｓｄ Ｔ ｅ ｏ ａ ＇ ｒｍｏｅｄｓ ｌｙ ｓ ｓ ｍ ｓ ｒ ｅ ｉｗｅ ｙ ｏｖ ｄｉ ｅｉ ｉｇａ ｅ ｅｏ ｉ ｆ ｅ ｔ ｉｐａ ｙ ｔ ｒ ｉｃ ｓｅ ． ｈ ｎｔｄ ｙｓ ｅ ｔ ｉｐａ ｙ ｔ ｅｒｖｅ ｄｂ ｇ ｎ ｎ ｒ ｅ ｅ ｗｅ ｓｍｍａｉｉｇｔ ｅｒ ｅ ｃ ｎ ｌｇｅ ｆ ｅ ｔ ｉｐａ ｄ ， ｕ ｄ ｔ ｃ ａ ｉｍ， ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ， ｃ ｃ ｅｄ ｓｇ ｄｅ ａｕ ｔｏ ． Ｆ ｎ ｌ ｕ ｒｚｎ ｉ ｙｔ ｈ ｏｏ ｉｓｏ ｍｏｅｄ ｓ ｌｙｍｏ ｅ ｈ ｋ ｅ ｒ ｐ ａｅｍｅ ｈ ｓ ｎ ｏ ｒｓｉｎ ａ ｈ ｅ ｉｎａ ｖ ｌａｉｎ ｎ ｉａｌ ｙ
系统 。 相对 于通常的 Ｃｉ ｔ ｅ ｅ 系统 ， ｌｎ－ ｒ ｒ ｅ Ｓｖ 这类 系统的客户 端一
般都比较简单 ， 只提供 图形 、 图像和文本等 的显 示输 出 以及用
户输入 的功能， 而将其 它功能和应 用程序本 身的运行 放在服 务器端完成 。 因此， 这类 系统通 常只需要 维护服务器 端 ， 很大
（ ｅ ａｔ ｎ ｏ ｏ ｕｅ ｃ ｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ ｓ ｇ ｕ ｎｖｒｉ ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈ ａ Ｄ ｐｒ ｔ ｆ ｍｐ ｔ Ｓ ｉ ｃ ｄＴ ｃｎ ｌｇ，Ｔｉ ｈ ａ ｉｅｓｙ Ｂ ｉｎ ０ ０４ Ｃ ｉ ） ｍｅ Ｃ ｒ ｅ ａ ｎ Ｕ ｔ ｊ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｗ ｉ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｏ ｕｅ ｎ ｅｗｏｋ ， ｒ ｍｏｅｄ ｓ ｌｙ ｓ ｓｅ ｅ ａ ｏｅａ ｄｍｏ ｅｉ ｏｔ ｔａ ｏ ｖ ｎｅ ｔ ｓｒ ｃ ： ｔ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｃ ｍｐ ｔｒａ ｄｎ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔ ｉｐａ ｙ ｔｍｓｂ ｃ ｍｅｍ ｒ ｒ ｍｐ ｒａ ｓａｃ ｎ ｅ ｉｎ ｈ ｎ ｎ
ｄｓ ｌｙ ｓ ｓ ｍｓｇｅ ｔ ｆ ｃｓｗｈ ｌ ｅ ｏ ａ ｃ ｆｔｅ ｅｒｍｏｅａ ｐｉａｉｎ ｓ ｓｅ ． Ｔ ｅｐ ｏ ｌｍｓｔａ ｈ ｕｄｂ ｏ ｓｄ ｒｄ ａ ｄ ｉｐａ ｙ ｔ ｒａｌ ａ ｅ ｔ ｏｅｐ ｒ ｒ ｎ ｅｏ ｓ ｅ ｔ ｐ ｌ ｔ ｙ ｔｍｓ ｅ ｙ ｆ ｍ ｈ ｃ ｏ ｈ ｒｂｅ ｔｓ ｏ ｌ ｅｃ ｎ ｉｅｅ ｈ ｎ ｓ ｌｅ ｎｄ ｓ ｎｎ ｄｄ ｖ ｌｐ ｇｏ ｍｏｅｄｓ ｌｙ ｓ ｓ ｍｓｗｅｅｄｓｕ ｓｄ Ｔ ｅ ｏ ａ ＇ ｒｍｏｅｄｓ ｌｙ ｓ ｓ ｍ ｓ ｒ ｅ ｉｗｅ ｙ ｏｖ ｄｉ ｅｉ ｉｇａ ｅ ｅｏ ｉ ｆ ｅ ｔ ｉｐａ ｙ ｔ ｒ ｉｃ ｓｅ ． ｈ ｎｔｄ ｙｓ ｅ ｔ ｉｐａ ｙ ｔ ｅｒｖｅ ｄｂ ｇ ｎ ｎ ｒ ｅ ｅ ｗｅ ｓｍｍａｉｉｇｔ ｅｒ ｅ ｃ ｎ ｌｇｅ ｆ ｅ ｔ ｉｐａ ｄ ， ｕ ｄ ｔ ｃ ａ ｉｍ， ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ， ｃ ｃ ｅｄ ｓｇ ｄｅ ａｕ ｔｏ ． Ｆ ｎ ｌ ｕ ｒｚｎ ｉ ｙｔ ｈ ｏｏ ｉｓｏ ｍｏｅｄ ｓ ｌｙｍｏ ｅ ｈ ｋ ｅ ｒ ｐ ａｅｍｅ ｈ ｓ ｎ ｏ ｒｓｉｎ ａ ｈ ｅ ｉｎａ ｖ ｌａｉｎ ｎ ｉａｌ ｙ
图形系统综述PPT演示文稿
2020/10/26
11
Focusing system & Deflection System
聚焦系统作用？ 偏转系统作用？
2020/10/26
12
Phosphor-coated screen（荧光屏）
荧光质两种状态: 受激态和基本态
Persistence(余辉): 定义为荧光质从发光开始到 衰减到最大亮度的10%的这段时间。
2020/10/26
13
Persistence(余辉):is defined as the time it takes the emitted light from the screen to decay to one-tenth of its original intensity.
▪ Refresh CRT: 采用电子束周期性地回到同一点 的方式来保持图象的CRT。
2020/10/26
17
显示纵横比Aspect ratio
Def. 在屏幕的两个方向产生相等长度的线 段所需的垂直点数和水平点数之比。 如：3/4表示？
也可以解释为水平点数和垂直点数的比值 如：640X480, 800X600,1024X768
2020/10/26
18
Raster-Scan Displays 光栅扫描显示设备
2020/10/26
9
由于荧光屏发射的光会很快衰减，要保持 显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电 子束，在某处反复重画图像。在屏幕上重 复画图的这个频率就叫做刷新频率。
2020/10/26
10
Electron Gun
++++++++++++
第2章图形系统
• 液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特 性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序， 使光线容易通过；不通电时，排列则变得混 乱，阻止光线通过。
2/21/2020
HPU
33
LCD显示器基本原理
• 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display) 是由六层薄板组成的平板式显示器
观 察 方 向
2/21/2020
HPU
25
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，因此，可显示红、橙、黄、绿四种 颜色。
2/21/2020
HPU
13
操纵杆
操纵杆、跟踪球 跟踪球
2/21/2020
HPU
14
图形硬件
• 常用的图形输出设备分为两类： 1. 失量型 失量型设备的作画机构随着图形的输出形状而移动 并成像。如笔式绘图仪 。 2. 光栅扫描型 光栅扫描型设备的作画机构按光栅矩阵方式扫描整 张图面，并按输出内容对图形成像。如喷墨式绘图 仪。
交人 互 式 计 算 计算机系统 机 图 形 系 图形设备 统
2/21/2020
HPU
3
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
2/21/2020
HPU
33
LCD显示器基本原理
• 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display) 是由六层薄板组成的平板式显示器
观 察 方 向
2/21/2020
HPU
25
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，因此，可显示红、橙、黄、绿四种 颜色。
2/21/2020
HPU
13
操纵杆
操纵杆、跟踪球 跟踪球
2/21/2020
HPU
14
图形硬件
• 常用的图形输出设备分为两类： 1. 失量型 失量型设备的作画机构随着图形的输出形状而移动 并成像。如笔式绘图仪 。 2. 光栅扫描型 光栅扫描型设备的作画机构按光栅矩阵方式扫描整 张图面，并按输出内容对图形成像。如喷墨式绘图 仪。
交人 互 式 计 算 计算机系统 机 图 形 系 图形设备 统
2/21/2020
HPU
3
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
UML系统建模基础教程课后习题答案
UML 系统建模基础教程课后答案第一章面向对象设计与UML1．填空题（1）UML（2）封装继承多态（3）继承（4）瀑布模型喷泉模型基于组件的开发模型XP 开发模型2. 选择题（1）C（2）A B C D（3）A B C D（4）A B C（5）A1.试述对象和类的关系。
（1）类是具有相同或相似结构、操作和约束规则的对象组成的集合，而对象是某一类的具体化实例，每一个类都是具有某些共同特征的对象的抽象。
类与对象的关系就如模具和铸件的关系，类的实例化结果就是对象，而对一类对象的抽象就是类.类描述了一组有相同特性和相同行为的对象。
第二章UML 通用知识点综述（1）依赖泛化关联实现（2）视图图模型元素（3）实现视图部署视图（4）构造型标记值约束（5）规格说明修饰通用划分2. 选择题（1）D（2）C（3）A（4）A B（5）D（6）1）在UML 中面向对象的事物有哪几种？在UML 中，定义了四种基本的面向对象的事物，分别是结构事物、行为事物、分组事物和注释事物等。
（7）2）请说出构件的种类。
构件种类有：源代码构件、二进制构件和可执行构件。
（8）3）请说出试图有哪些种类。
在UML 中主要包括的视图为静态视图、用例视图、交互视图、实现视图、状态机视图、活动视图、部署视图和模型管理视图。
（9）4）请说出视图和图的关系。
视图和图是包含和被包含的关系。
在每一种视图中都包含一种或多种图。
（10）5）请简述UML 的通用机制。
UML 提供了一些通用的公共机制，使用这些通用的公共机制（通用机制）能够使UML 在各种图中添加适当的描述信息，从而完善UML 的语义表达。
通常，使用模型元素的基本功能不能够完善的表达所要描述的实际信息，这些通用机制可以有效地帮助表达，帮助我们进行有效的UML 建模。
UML 提供的这些通用机制，贯穿于整个建模过程的方方面面。
前面我们提到，UML 的通用机制包括规格说明、修饰和通用划分三个方面。
第三章Rational 统一过程（11）1 ）角色活动产物工作流（12）2 ）逻辑视图过程视图物理视图开发视图用例视图（13）3）设计开发验证（14）4 ）二维（15）5）周期迭代过程里程碑（16） A B C D（17） A C D（18） A C D（19） A B C（20） A B C D（21）1 ）请描述迭代过程有几个阶段。
计算机图形学_PPT完整版
图形软件主要类型
3. 专用图形软件包 针对某一种设备或应用，设计/配置专用的图形 生成语言或函数集，例如： 场景描述：Open Inventor 建立虚拟世界的三维模型：VRML 生成三维Web显示：Java3D 创建Java applet中的二维场景：Java 2D 生成各种光照模型下的场景：Renderman Interface（Pixar）……
图元的绘制、显示过程
顶点
法向量、颜色、纹理…
像素
图元操作、像素操作 光栅化（扫描转换）
像素信息 帧缓存 显示器
调用底层函数，如 setPixel (x,y)；将当 前像素颜色设定值存 入帧缓存的整数坐标 位置（x,y）处。
图元描述与操作
几何图元由一组顶点（Vertex）描述 这一组顶点可以是一个或是多个。每个顶点信息二维或 三维，使用 2~4 个坐标。顶点信息由位置坐标、颜色 值、法向量、纹理坐标等组成。 图元操作： 几何变换、光照、反走样、消隐、像素操作等，然后准 备进行光栅化处理。 扫描转换或光栅化（Rasterization ） 将对象的数学描述、颜色信息转换成像素信息（像素段 写入帧缓存），送到屏幕显示。
应用程序
图形应用程序
图形语言连接 外部应用 数据库 内部应用 数据库 API GKS/GKS 3D PHIGS OpenGL
图形编程软件包，如OpenGL、 VRML、Java2D、Java3D……
GKSM
图形设备驱动程序，如显卡驱动、 打印机/绘图仪驱动…… 支持图形处理的操作系统,如 Macintosh、Windows、Unix、 Linux 、各种嵌入式OS…… 图形输
计算机图形软件的标准化意义
可移植性 通用、与设备无关 推动、促进计算机图形学的推广、应用 资源信息共享
计算机图形学第二章计算机图形系统概述
平板显示器___非发射显示器
非发射显示器(Nonemissive displays)
原理：将太阳光或其他光源的光转换为图形 模式，通过能阻塞或传递光的液晶材料，传 递来自周围的或内部光源的偏振光
类型：液晶显示器(LCD)
平板显示器___非发射显示器
立体显示
为观察者的每只眼睛给出不同的视图来 提供三维效果，从而场景带有深度
视频监视器 绘图仪
其他输出设备
设备坐标系
图形功能
图形的基本构造块称为图形输出图元(graphics output primitives)：包括字符串和几何成分， 如点、直线、曲线、填充区域(多边形、圆等)以 及彩色阵列定义的形状。
属性是输出图元的特性。属性描述一个特定图元 是怎样显示的，包括强度和彩色设定，线型、文 本类型，以及填充模式
立体显示
主动式立体显示系统
立体显示
被动立体显示系统示意图
图形系统的硬件工作平台类型
微机 工作站 中小型机 大型机 计算机网络
IBM Z900大型机1套，价值1500万美金
图形输入输出设备
一、图形输入设备 1、向量型图形输入设备
采取跟踪轨迹，记录坐标点的方法输入图形。主要 输入的数据形式为直线或折线构成的图形构成的图 形学数据。 ➢ 数字化板 ➢ 鼠标器 ➢ 光笔
CRT显示器
• 屏幕的刷新
电子束周期性地回到同一点的方式来保 持图象。
显示器的基本概念及技术指标
显示器的基本概念及技术指标
显示器的扫描频率，也叫刷新率 分为：
➢ 行频 ➢ 场频
显示器的基本概念及技术指标
行频(水平扫描频率)
电子枪每秒在屏幕上扫描过的水平线数
单位: KHz
第1讲计算机图形系统概述
电子枪
灯丝，阴极和控制栅组成
灯丝：产生热量 阴极：由灯丝加热发出电子束 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负
电的电子束的强弱。通过调节负电压高低来控制电子数 量，即控制荧光屏上相应点的亮度
聚焦系统及加速电极
聚焦系统
通过电场和磁场控制电子束“变细”，保证亮点足够小， 提高分辨率
电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分 对应的显示器为画线设备
逻辑部件
刷新存储器(Refreshing Buffer) 显示处理器（DPU:Display Processing Unit）
刷新(Refresh)：
为了让荧光物质保持 一个稳定的亮度值
刷新频率：
每秒钟重绘屏幕的次数
观 察 方 向
液晶显示器（LCD）
液晶显示器（LCD）
液晶显示器（LCD）
眼镜型液晶显示屏☺
计算机图形系统的组成 图形硬件设备
输入设备 输出设备
图形硬件显示系统
图形软件系统
图形显示系统
组成（光栅式）
显示设备：显示器 显示处理器
图形处理功能
视频控制器：
控制显示设备 通过访问帧缓冲来刷新屏幕
平板型显示器：液晶、等离子
特点：器件薄，适合便携 缺点：亮度和对比度相对较低、色彩不够鲜艳，
价格偏高
阴极射线管（CRT）
工作原理
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，从而产生可见图形
主要组成部分
电子枪 聚焦系统 加速电极 偏转系统 荧光屏
加速电极
加正的高压电（几万伏） 使电子束高速运动
偏转系统及荧光屏
偏转系统
第二章图形系统综述
2019/12/6
35
电子渗透法
工作原理：在屏幕上涂上多层不同的荧光粉。发 射颜色由电子束在荧光粉中的穿透深度决定。一 般涂两层荧光质，通常红色或绿色荧光质涂于CRT 屏幕的内层，显示的色彩取决于电子束穿入荧光 层的深度。
电子束
2019/12/6
36
summary
随机扫描显示器产生彩色的廉价方法 仅能获得4种颜色（红绿黄橙） 图片质量差
解： 1024x768x24bits=1024x768x3bytes
16 colors? 256 colors? 16位色？ 1024x768x4bits, 1024x768x1bytes, 1024x768x16bits
2019/12/6
28
适用范围
适于逼真显示包含细微阴影和色彩模式 的场景
帧频--每秒钟重复绘制显示画面的次数，即重绘 率，以Hz为单位，垂直扫描频率；v
点频--单位时间内在每条扫描线上显示的频点数 总和，以MHz为单位。
2019/12/6
21
Flicker闪烁
Definition ：电子束击打荧光物质不及 时，到亮度消失后再刷新，就会产生闪 烁现象。
How to eliminate?如何消除？ 延长余辉
2019/12/6
14
光点概念
CRT 屏幕上受激荧 光点的能量分布图
Def. 光点
电子束打在显示器的荧光 屏，显示器能够显示的最小 发光点 -- 硬件最小图象点
光点物理直径
光点亮度下降到最大亮度 的60%处的直径
2019/12/6
15
Resolution屏幕分辨率
Def. CRT上无覆盖显示的最大光点数 表示方法：
图形系统的组成PPT课件
图2-16光栅扫描示意图
mxn
2021/6/5
29
第29页/共73页
工作原理：光栅扫描是控制电子束按某种光栅形状 进行的顺序扫描，而字符、图象是靠Z轴信号控制辉 亮来形成的。
视频信号
z
辉亮放大器
CRT
水平同步 垂直同步
水平振荡 垂直振荡
水平驱动 垂直驱动
x 水平输出
高压 y
垂直输出
2021/6/5
• Mouse/Trackball - A two degrees of freedom device controlled by rolling a ball. - Provides relative movement information.
2021/6/5
4
第4页/共73页
2D图形输入设备
• Joystick - Controlled by potentiometers. - Provides relative movement information.
2021/6/5
10
第10页/共73页
2021/6/5
11
第11页/共73页
More Image Capture Devices
• Thermal imaging
• Non visible images
• IR is mapped to visible range
• Ultrasound
• High frequency
• Six degrees of freedom sphere (three rotation/translation)
• Haptic Devices
• Six degrees of freedom with Force Feedback
mxn
2021/6/5
29
第29页/共73页
工作原理：光栅扫描是控制电子束按某种光栅形状 进行的顺序扫描，而字符、图象是靠Z轴信号控制辉 亮来形成的。
视频信号
z
辉亮放大器
CRT
水平同步 垂直同步
水平振荡 垂直振荡
水平驱动 垂直驱动
x 水平输出
高压 y
垂直输出
2021/6/5
• Mouse/Trackball - A two degrees of freedom device controlled by rolling a ball. - Provides relative movement information.
2021/6/5
4
第4页/共73页
2D图形输入设备
• Joystick - Controlled by potentiometers. - Provides relative movement information.
2021/6/5
10
第10页/共73页
2021/6/5
11
第11页/共73页
More Image Capture Devices
• Thermal imaging
• Non visible images
• IR is mapped to visible range
• Ultrasound
• High frequency
• Six degrees of freedom sphere (three rotation/translation)
• Haptic Devices
• Six degrees of freedom with Force Feedback
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 工作原理 • 显示文件 • 画线指令 • 刷新周期 • 缺点：划线长度受限 • 优点：分辨率高，线平滑
随机扫描系统 Random-scan
• CRT电子束在图形部分移动,逐条线划. • CPU--显示文件--DPU--SCREEN
• 显示指令 • 显示文件 • 图形的显示 • 字符发生器
I/O设备
color
lookup
lookup
table)
table
每一个象素点有多少种颜色可以选择？
屏幕上可以同时出现多少种颜色？
屏幕
(x,y)
显示控制器 display controller
• 光栅扫描图形系统结构
CPU memory Frame Buf. Video controller
BUS I/O设备
视频控制器的刷新操作
光栅扫描生成器
y (x,y)
x 寄存器
y 寄存器
颜色 数据
x 屏幕坐标系
存储器地址
像素寄存器
强度
帧缓存
光栅扫描显示处理器
• 显示处理器 Displays Processor 独立的CPU 任务:扫描转换 Scan conversion 计算、绘图
随机扫描显示器 Random scan displays
• 平板显示器
–液晶显示器 To 17 –等离子体显示器 to 21
• 三维观察设备 To 26
CRT电子枪原理
CRT工作原理
刷新式CRT工作原理
构造
阴极：灯丝 控制栅极：控制电子发出的多少 聚焦系统 加速阳极 XY向偏转系统 荧光屏：荧光物质点阵，象素 工作过程
受控电子束，在聚焦系统、加速系统、
• 基本图形软件实现方法
–图形软件包 –修改高级语言 –专用高级图形语言
• 图形软件标准
图形网络
• 图形服务器( Graphics Server) 监视器、处理器、输入设备
• 客户端（Client）
• 客户端运行图形应用程序将结果通过网络传送 至图形服务器上显示。
可移植性的四个方面
• 应用程序在不同系统间的可移植性; • 应用程序和图形设备的可移植性; • 图形数据的可移植性; • 程序员的可移植性。
图形系统标准化
• GKS （2D,3D) • PHIGS • OpenGL • 其他
Initial Graphics Exchange System
应用系统
数据库 IGES,STEP
Standard for the Exchange
I
ofProduct model Data
GKS, PHIGS, OpenGL
• 图形的层次模型 • 层次结构描述文件 • 元素及属性 其他标准
CGI
CGM Computer Graphics Metafile
OpenGL 与其他系统的接口
• 与Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP 系统接口
• OpenGL for ＭＳWindows 图形库 OpenGL图形库一共有100多个函数。
第二章图形系统综述
应用程序系统
应用操作
应用程序
应用数据
命令接收 与解释
用户接口
接口数据
显示处理
图形输入
图形软件
图形输出
输入驱动
操作系统
输出驱动
图形输入设备
图形输出设备
图形系统 操作系统
视频显示设备
• CRT (Cathod-Ray Tube)显示器 To 8-9
–随机扫描显示器: Vector / Random Display to 15 –存储管显示器--- Storage Tube Display To 6 –光栅扫描显示器---Raster Display to 17
高性能图形显示卡 E&S Tornado
• 分辨率最高到1920 x 1200 (24位显示缓存，24位Z-缓存）
• 双屏模式 2048 x 768 • 3D矢量 5M/s • 3D三角形 5M/s • 纹理填充 100M像素/s
图形软件
• 分类：
–基本图形软件---支撑软件 –应用图形软件---专用软件
• 图段 Segment
–可见性、醒目性、优先性、可检测性、图段变换
逻辑输入设备
• 定位设备 Locater • 笔画设备 Stroke • 定值设备 Valuator • 选择设备 Choice • 拾取设备 Pick • 字符串设备 String
PHIGS(PHIGS +)
Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System
图形系统
CGI
设备 驱动
设备 驱动
设备 驱动
元文件 输出程序
CGM
元文件 输统的标准化 GKS-Graphics Kernal System
• 工作站
–输出型，输入型，输入/输出型，元文件输出，元文件输入， 图段存储器工作站
• 坐标系
–建模坐标系 MC（Modeling Coordinates） –世界坐标系 WC(World Coordinates) –观察和投影坐标系（Viewing Coordinates) –规范化设备坐标系NDC(Normalized Device Coordinate) –设备坐标系DC(Device Coordinate)
–CPU-显示处理器-显示缓存-视頻控制器-屏幕
• 帧缓存 Frame Buffer • 颜色的数据表示
–位，RGB模型 黑白系统（1 bit 二值系统） 单色灰度系统 （多位 8bit 256级） RGB三色系统
–位平面 –组织方式
– 彩色表 Color Table –光栅操作 读、写、复制
RGB 100 010 001
• 坐标变换
–规范化坐标变换 WC
NDC
–工作站坐标变换 NDC
DC
–建模变换和投影变换
• 图形输出原语
–折线 Polyline
–多点标记 Polymarker
–文字 Text
–填充区 Fill Area
–单元阵列 Cell Array
–广义图元 Generalized Drawing Primitive
偏转系统作用下轰击荧光屏发光
• 余辉时间 从发光到亮度衰减成1/10的时间 • 刷新 30帧（1/30秒） • 分辩率( resolution) Pixel 图2.5
彩色CRT监视器
• 彩色荧光层 • 荫罩法
RGB三支电子枪 荫罩 帧缓存 调色板
光栅扫描系统
• 原理
Raster Scan Display
谢谢！
✓ 其中核心函数有115个，它们是最基本的函数，其前缀 是gl，
✓ OpenGL实用库（OpenGL utility library，GLU）的函数 功能更高一些，如绘制复杂的曲线曲面、高级坐标变换、 多边形分割等，共有43个，前缀为glu；
✓ OpenGL辅助库（OpenGL auxiliarylibrary，GLAUX）的 函数是一些特殊的函数，包括简单的窗口管理、输入事 件处理、某些复杂三维物体绘制等函数，共有31个，前 缀为aux。
帧缓存的概念
屏幕
768
(x,y)
1 0 1 0 1 1 01
像素寄存器
(x,y)
位平面
1024
Frame Buffer
每一个象素点有多少种颜色可以选择？ 屏幕上可以同时出现多少种颜色？
28 0 0 0 1 0 1 0 0
RG B
0
20
768
(x,y)
？
1024
255
24 bit
颜色查找表（color
随机扫描系统 Random-scan
• CRT电子束在图形部分移动,逐条线划. • CPU--显示文件--DPU--SCREEN
• 显示指令 • 显示文件 • 图形的显示 • 字符发生器
I/O设备
color
lookup
lookup
table)
table
每一个象素点有多少种颜色可以选择？
屏幕上可以同时出现多少种颜色？
屏幕
(x,y)
显示控制器 display controller
• 光栅扫描图形系统结构
CPU memory Frame Buf. Video controller
BUS I/O设备
视频控制器的刷新操作
光栅扫描生成器
y (x,y)
x 寄存器
y 寄存器
颜色 数据
x 屏幕坐标系
存储器地址
像素寄存器
强度
帧缓存
光栅扫描显示处理器
• 显示处理器 Displays Processor 独立的CPU 任务:扫描转换 Scan conversion 计算、绘图
随机扫描显示器 Random scan displays
• 平板显示器
–液晶显示器 To 17 –等离子体显示器 to 21
• 三维观察设备 To 26
CRT电子枪原理
CRT工作原理
刷新式CRT工作原理
构造
阴极：灯丝 控制栅极：控制电子发出的多少 聚焦系统 加速阳极 XY向偏转系统 荧光屏：荧光物质点阵，象素 工作过程
受控电子束，在聚焦系统、加速系统、
• 基本图形软件实现方法
–图形软件包 –修改高级语言 –专用高级图形语言
• 图形软件标准
图形网络
• 图形服务器( Graphics Server) 监视器、处理器、输入设备
• 客户端（Client）
• 客户端运行图形应用程序将结果通过网络传送 至图形服务器上显示。
可移植性的四个方面
• 应用程序在不同系统间的可移植性; • 应用程序和图形设备的可移植性; • 图形数据的可移植性; • 程序员的可移植性。
图形系统标准化
• GKS （2D,3D) • PHIGS • OpenGL • 其他
Initial Graphics Exchange System
应用系统
数据库 IGES,STEP
Standard for the Exchange
I
ofProduct model Data
GKS, PHIGS, OpenGL
• 图形的层次模型 • 层次结构描述文件 • 元素及属性 其他标准
CGI
CGM Computer Graphics Metafile
OpenGL 与其他系统的接口
• 与Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP 系统接口
• OpenGL for ＭＳWindows 图形库 OpenGL图形库一共有100多个函数。
第二章图形系统综述
应用程序系统
应用操作
应用程序
应用数据
命令接收 与解释
用户接口
接口数据
显示处理
图形输入
图形软件
图形输出
输入驱动
操作系统
输出驱动
图形输入设备
图形输出设备
图形系统 操作系统
视频显示设备
• CRT (Cathod-Ray Tube)显示器 To 8-9
–随机扫描显示器: Vector / Random Display to 15 –存储管显示器--- Storage Tube Display To 6 –光栅扫描显示器---Raster Display to 17
高性能图形显示卡 E&S Tornado
• 分辨率最高到1920 x 1200 (24位显示缓存，24位Z-缓存）
• 双屏模式 2048 x 768 • 3D矢量 5M/s • 3D三角形 5M/s • 纹理填充 100M像素/s
图形软件
• 分类：
–基本图形软件---支撑软件 –应用图形软件---专用软件
• 图段 Segment
–可见性、醒目性、优先性、可检测性、图段变换
逻辑输入设备
• 定位设备 Locater • 笔画设备 Stroke • 定值设备 Valuator • 选择设备 Choice • 拾取设备 Pick • 字符串设备 String
PHIGS(PHIGS +)
Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System
图形系统
CGI
设备 驱动
设备 驱动
设备 驱动
元文件 输出程序
CGM
元文件 输统的标准化 GKS-Graphics Kernal System
• 工作站
–输出型，输入型，输入/输出型，元文件输出，元文件输入， 图段存储器工作站
• 坐标系
–建模坐标系 MC（Modeling Coordinates） –世界坐标系 WC(World Coordinates) –观察和投影坐标系（Viewing Coordinates) –规范化设备坐标系NDC(Normalized Device Coordinate) –设备坐标系DC(Device Coordinate)
–CPU-显示处理器-显示缓存-视頻控制器-屏幕
• 帧缓存 Frame Buffer • 颜色的数据表示
–位，RGB模型 黑白系统（1 bit 二值系统） 单色灰度系统 （多位 8bit 256级） RGB三色系统
–位平面 –组织方式
– 彩色表 Color Table –光栅操作 读、写、复制
RGB 100 010 001
• 坐标变换
–规范化坐标变换 WC
NDC
–工作站坐标变换 NDC
DC
–建模变换和投影变换
• 图形输出原语
–折线 Polyline
–多点标记 Polymarker
–文字 Text
–填充区 Fill Area
–单元阵列 Cell Array
–广义图元 Generalized Drawing Primitive
偏转系统作用下轰击荧光屏发光
• 余辉时间 从发光到亮度衰减成1/10的时间 • 刷新 30帧（1/30秒） • 分辩率( resolution) Pixel 图2.5
彩色CRT监视器
• 彩色荧光层 • 荫罩法
RGB三支电子枪 荫罩 帧缓存 调色板
光栅扫描系统
• 原理
Raster Scan Display
谢谢！
✓ 其中核心函数有115个，它们是最基本的函数，其前缀 是gl，
✓ OpenGL实用库（OpenGL utility library，GLU）的函数 功能更高一些，如绘制复杂的曲线曲面、高级坐标变换、 多边形分割等，共有43个，前缀为glu；
✓ OpenGL辅助库（OpenGL auxiliarylibrary，GLAUX）的 函数是一些特殊的函数，包括简单的窗口管理、输入事 件处理、某些复杂三维物体绘制等函数，共有31个，前 缀为aux。
帧缓存的概念
屏幕
768
(x,y)
1 0 1 0 1 1 01
像素寄存器
(x,y)
位平面
1024
Frame Buffer
每一个象素点有多少种颜色可以选择？ 屏幕上可以同时出现多少种颜色？
28 0 0 0 1 0 1 0 0
RG B
0
20
768
(x,y)
？
1024
255
24 bit
颜色查找表（color