第二章计算机图形学交互技术
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图形输入设备（2）
✓ 数据手套(Data glove) ✓ 可测量出手的位置和形状，从而实现环境中的虚拟手及其 对虚拟物体的操纵 ✓ 数据手套通过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、 弧度传感器，确定手及关节的位置和方向
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（3）
✓ 头盔式显示器 ✓ 将观察者的头部位置及运动方向 告诉计算机，计算机就可以调整 观察者所看到的视景，使得呈现 图像更趋于真实感，绝大多数头 盔式显示器使用两个显示器 ✓ 利用特殊光学设备对图像进行处 理，使图像看上去立体感更强 ✓ 把用户的视觉、听觉和其他感觉 封装起来，产生一种身在虚拟环 境中的错觉
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（7）
✓美术家数字化仪
✓带压力传感器，无绳触笔 ✓通过控制笔的压力绘制不同风格的画
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
图形输出设备
✓阴极射线管显示器（CRT： Cathode Ray Tube ） ✓单色CRT ✓彩色CRT
✓液晶显示器（LCD） ✓绘图仪，打印机 ✓双监视器图形工作站 ✓MediaWall多屏幕系统——监视器阵列
✓ 图形处理器：俗称显卡
✓ CGA EGA VGA ✓ TVGA SVGA XGA SXGA
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
✓ 显示主芯片
✓ 显卡的核心，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
✓ 显存
✓ Personel Computer图形处理系统 ✓ workstation图形处理系统
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备的发展
✓ 第一阶段 ✓ 控制开关、穿孔纸等
✓ 第二阶段 ✓ 键盘、光笔
✓ 第三阶段 ✓ 二维定位设备，如鼠标、坐标数字化仪、跟踪球、触摸屏、 操纵杆、扫描仪等
✓ 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，就像计算机的内存与CPU一样
✓ 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
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
帧缓冲存储器（Frame Buffer）
✓ 这是实体图形输入的一个颠峰之作 第二章计算机图形学交互技术
Βιβλιοθήκη Baidu
2 图形输入设备
图形输入设备（5）
✓ 数码相机
✓ 图形输入的一个特殊领域：真实物体三维信息输入
✓ 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，需要采集实物 表面各个点的位置信息
✓ 保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息，并在计算 机中产生这些艺术品的三维模型
✓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，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
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
图形处理器
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
荧光屏
✓余辉时间：持续发光时间，从电子束离开某点后，该点的亮度 值衰减到初始值所需要的时间 ✓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
某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率 =1秒/荧光物质的持续发光时间
第二章计算机图形学交互技 术
1 概述
交互式计算机图形系统的组成
通
图形输入设备
图
用
形
外
显
部
示
设
终
备
图形输出设备
端
第二章计算机图形学交互技术
1 概述
交互式计算机图形处理系统
✓ Computer + 人 = 交互式 ✓ 要求主机性能更高（强大的浮点运算 能力），速度更快，存储容量更大， 外设种类更齐全 ✓ 图形加速卡，大屏幕显示器
✓ 也称刷新存储器(Refreshing Buffer),简称帧缓冲器，俗称显 存,用于存储屏幕上像素的颜色值
帧缓存可以是专用的存储器 也可是系统内存中的一块固定 区域
✓帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同 ✓单元与像素一一对应 ✓各单元的数值决定了其对应像素的颜色 ✓显示颜色的种类与帧缓第存二章中计算每机图个形单学交元互技的术位数有关
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（6）
✓ 三维数字化仪
✓ 电磁感应原理 ✓ 由一块数据板和一根触笔组成 ✓ 数据板中布满了金属栅格，当触笔移动时，
其正下方的金属栅格上就会产生相应的感 应电流 ✓ 根据已产生电流的金属栅格的位置，就可 以判断出触笔当前的几何位置 ✓ 许多数字化仪提供了多种压感电流，用不 同压力就会有不同的信息传向计算机
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
✓ 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30人 工作小组于1998～1999年对文艺复 兴时代的雕刻大师米开朗基罗的众 多艺术品进行扫描，保存其形状和 面片信息，为此专门设计了一套硬 件和软件系统
✓ 扫描数据量惊人，光大卫像就有20 亿个多边形和7000张彩色图像，总 共需要72G的磁盘容量
✓ 第四阶段 ✓ 三维输入设备（如三维鼠标、空间球、数据手套等） ✓ 智能人机接口：用户的手势、表情、语音等
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（1）
✓三维鼠标和空间球：根据球在不同方向受到的推或 拉的压力来实现定位和选择
空间球 三维鼠标
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（4）
✓ 图像扫描仪（Image Scanner）
✓ 滚筒式扫描仪 ✓由电子分色机发展而来，用光电倍增管作为颜色感受器， 将光信号转换为电信号 ✓扫描图像质量相对较高，可扫描幅面更大
✓ 平板式扫描仪 ✓采用电荷耦合器件CCD （Charge Coupled Device） ✓通过由透镜和反射镜组成的光学系统，将图像数据传送 到光敏CCD芯片上，采用半导体芯片捕获图像数据
✓ 数据手套(Data glove) ✓ 可测量出手的位置和形状，从而实现环境中的虚拟手及其 对虚拟物体的操纵 ✓ 数据手套通过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、 弧度传感器，确定手及关节的位置和方向
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（3）
✓ 头盔式显示器 ✓ 将观察者的头部位置及运动方向 告诉计算机，计算机就可以调整 观察者所看到的视景，使得呈现 图像更趋于真实感，绝大多数头 盔式显示器使用两个显示器 ✓ 利用特殊光学设备对图像进行处 理，使图像看上去立体感更强 ✓ 把用户的视觉、听觉和其他感觉 封装起来，产生一种身在虚拟环 境中的错觉
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（7）
✓美术家数字化仪
✓带压力传感器，无绳触笔 ✓通过控制笔的压力绘制不同风格的画
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
图形输出设备
✓阴极射线管显示器（CRT： Cathode Ray Tube ） ✓单色CRT ✓彩色CRT
✓液晶显示器（LCD） ✓绘图仪，打印机 ✓双监视器图形工作站 ✓MediaWall多屏幕系统——监视器阵列
✓ 图形处理器：俗称显卡
✓ CGA EGA VGA ✓ TVGA SVGA XGA SXGA
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
✓ 显示主芯片
✓ 显卡的核心，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
✓ 显存
✓ Personel Computer图形处理系统 ✓ workstation图形处理系统
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备的发展
✓ 第一阶段 ✓ 控制开关、穿孔纸等
✓ 第二阶段 ✓ 键盘、光笔
✓ 第三阶段 ✓ 二维定位设备，如鼠标、坐标数字化仪、跟踪球、触摸屏、 操纵杆、扫描仪等
✓ 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，就像计算机的内存与CPU一样
✓ 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
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
帧缓冲存储器（Frame Buffer）
✓ 这是实体图形输入的一个颠峰之作 第二章计算机图形学交互技术
Βιβλιοθήκη Baidu
2 图形输入设备
图形输入设备（5）
✓ 数码相机
✓ 图形输入的一个特殊领域：真实物体三维信息输入
✓ 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，需要采集实物 表面各个点的位置信息
✓ 保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息，并在计算 机中产生这些艺术品的三维模型
✓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，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
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
图形处理器
第二章计算机图形学交互技术
3 图形输出设备
荧光屏
✓余辉时间：持续发光时间，从电子束离开某点后，该点的亮度 值衰减到初始值所需要的时间 ✓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
某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率 =1秒/荧光物质的持续发光时间
第二章计算机图形学交互技 术
1 概述
交互式计算机图形系统的组成
通
图形输入设备
图
用
形
外
显
部
示
设
终
备
图形输出设备
端
第二章计算机图形学交互技术
1 概述
交互式计算机图形处理系统
✓ Computer + 人 = 交互式 ✓ 要求主机性能更高（强大的浮点运算 能力），速度更快，存储容量更大， 外设种类更齐全 ✓ 图形加速卡，大屏幕显示器
✓ 也称刷新存储器(Refreshing Buffer),简称帧缓冲器，俗称显 存,用于存储屏幕上像素的颜色值
帧缓存可以是专用的存储器 也可是系统内存中的一块固定 区域
✓帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同 ✓单元与像素一一对应 ✓各单元的数值决定了其对应像素的颜色 ✓显示颜色的种类与帧缓第存二章中计算每机图个形单学交元互技的术位数有关
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（6）
✓ 三维数字化仪
✓ 电磁感应原理 ✓ 由一块数据板和一根触笔组成 ✓ 数据板中布满了金属栅格，当触笔移动时，
其正下方的金属栅格上就会产生相应的感 应电流 ✓ 根据已产生电流的金属栅格的位置，就可 以判断出触笔当前的几何位置 ✓ 许多数字化仪提供了多种压感电流，用不 同压力就会有不同的信息传向计算机
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
✓ 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30人 工作小组于1998～1999年对文艺复 兴时代的雕刻大师米开朗基罗的众 多艺术品进行扫描，保存其形状和 面片信息，为此专门设计了一套硬 件和软件系统
✓ 扫描数据量惊人，光大卫像就有20 亿个多边形和7000张彩色图像，总 共需要72G的磁盘容量
✓ 第四阶段 ✓ 三维输入设备（如三维鼠标、空间球、数据手套等） ✓ 智能人机接口：用户的手势、表情、语音等
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（1）
✓三维鼠标和空间球：根据球在不同方向受到的推或 拉的压力来实现定位和选择
空间球 三维鼠标
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
第二章计算机图形学交互技术
2 图形输入设备
图形输入设备（4）
✓ 图像扫描仪（Image Scanner）
✓ 滚筒式扫描仪 ✓由电子分色机发展而来，用光电倍增管作为颜色感受器， 将光信号转换为电信号 ✓扫描图像质量相对较高，可扫描幅面更大
✓ 平板式扫描仪 ✓采用电荷耦合器件CCD （Charge Coupled Device） ✓通过由透镜和反射镜组成的光学系统，将图像数据传送 到光敏CCD芯片上，采用半导体芯片捕获图像数据