第二章图形系统综述

• 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
• 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。
–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
图形系统标准化
• GKS （2D,3D) • PHIGS • OpenGL • 其他
Initial Graphics Exchange System
百度文库
应用系统
数据库 IGES,STEP
Standard for the Exchange
I
ofProduct model Data
GKS, PHIGS, OpenGL
• 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
• 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、
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
• 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
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
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
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
• 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。
谢谢！
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
✓ 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。
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
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 输入程序
图形标准的作用位置
图形系统的标准化 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)