计算机图形学第二章图形设备与系统.pptx
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计算机图形学 第二章 图形设备与系统
2021/1/20
几个概念
点距 相邻象素点之间的距离，与分辨率指标相关。
显示速度 指显示字符、图形特别是动态图像的速度，与显
示器的分辨率及扫描频率有关。可用最大带宽 （水平象素数 × 垂直象素数 × 最大帧频）来 表示。
2021/1/20
几个概念
色彩与亮度等级 亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度变
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。
2021/1/20
聚焦系统
保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。
加速电极
加正的高压电（几万伏），使电子束高速 运动。
2021/1/20
偏转系统
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
2021/1/20
真彩系统
球面显示器与柱面显示器 普通的显象管采用的都是点状影孔板显象 管，显象管的表面呈略微凸起的球面状， 故称之为“球面管”。而柱面显象管采用 荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略 微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的， 呈圆柱状，故称之为“柱面管” 常用的点状影孔板显象管有日本索尼公司 的特丽珑管（Trinitron）和三菱公司的钻 石珑管（Diamondtron）
2021/1/20
电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线；
每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
调节各电子枪 发生的电子束中 所含电子的数目， 即可控制各色光 点亮度。
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强
度有256个等级，则显示器能同时显
示256*256*256=16M种颜色，称为
高速电子束
2021/1/20
几个概念
点距 相邻象素点之间的距离，与分辨率指标相关。
显示速度 指显示字符、图形特别是动态图像的速度，与显
示器的分辨率及扫描频率有关。可用最大带宽 （水平象素数 × 垂直象素数 × 最大帧频）来 表示。
2021/1/20
几个概念
色彩与亮度等级 亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度变
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。
2021/1/20
聚焦系统
保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。
加速电极
加正的高压电（几万伏），使电子束高速 运动。
2021/1/20
偏转系统
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
2021/1/20
真彩系统
球面显示器与柱面显示器 普通的显象管采用的都是点状影孔板显象 管，显象管的表面呈略微凸起的球面状， 故称之为“球面管”。而柱面显象管采用 荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略 微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的， 呈圆柱状，故称之为“柱面管” 常用的点状影孔板显象管有日本索尼公司 的特丽珑管（Trinitron）和三菱公司的钻 石珑管（Diamondtron）
2021/1/20
电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线；
每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
调节各电子枪 发生的电子束中 所含电子的数目， 即可控制各色光 点亮度。
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强
度有256个等级，则显示器能同时显
示256*256*256=16M种颜色，称为
高速电子束
2021/1/20
计算机图形系统(2)
(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
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。
(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ห้องสมุดไป่ตู้还可用定位、拾 取和描绘等设备进行编辑和标注等。
2.存储管式显示系统
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。
★3.光栅扫描式显示系统
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
2.计算机图形系统的硬件工作平台
(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。
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。在绿色荧光粉层上再沉积一层红色荧光粉。 提高加速电压后，电子束 速度增加，穿透绿色荧光 层，显示绿色 电子束速度较低时，轰击荧光屏 的能量只能使表层红色荧光粉受 激励，产生红色亮点
第二章 计算机图形系统及硬件基础 计算机图形学ppt课件
– 点状影孔板工作原理 • 红、绿、兰三基色 • 三色荧光点（很小并充分靠近--〉像素） • 三支电子枪
电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线； 每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
点状影孔板式彩色CRT显色原理
º ì
 Ì
À ¼
ñ Õ Ò ¤
« ¹ Ó â Æ Á RGB
栅格式彩色CRT显色原理
彩色光栅扫描显示器
• 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。
彩色显示器的色彩是发出不同颜色的荧光物质进行组合而得到的， 每个像素由三个荧光点组成，这三个荧光点分别为发红、绿和蓝色 光的三种荧光物质，有三支电子枪分别与这三个荧光点相对应。因 为荧光点非常小而且充分靠近，所以我们看到的是具有它们混合颜 色的一个光点，即像素。
• 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就会增大。 到达屏幕最边缘的偏转角度被称为最大偏转角
• CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
– 刷新频率
• 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的过程 • 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示 • 隔行扫描与逐行扫描
¨Ã É è Ï ß
0 1 2 3 4 5 6
– 走向平面的显像管 • 球面显象管： – 表面：球面的一部分 – 时间：~90年代初 • 柱面显象管： – 表面：柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有弯曲 – 时间：90年代中期 – 代表：Sony公司的Trinitron，Mitsubishi公司的 Diamondtron • 平面直角显象管 – 表面：球面的一部分，类似于平面 – 时间：90年代中后期 – 现在市场上的主流显象管 • 纯平显象管 – 表面：纯平面 – 时间：90年代后期 – 代表：Sony公司的FD Trinitron，Mitsubishi公司的 Diamondtron，Samsung公司的DanyFlat，LG公司的 Flatron – 今后的主流显象管
精品课件-计算机图形学(张宁蓉)-第2章
第 2 章 计算机图形系统 (5) 对话功能: 用户可通过图形显示器及其他人机交互设备 直接进行人机通信, 可以通过显示器观察设计结果和图形, 用选 择拾取设备对不满意部分作出修改。 系统还可追溯以前的工 作步骤, 对用户操作执行的错误给予必要的提示和跟踪。
第 2 章 计算机图形系统 3. 1) 该系统以大型机为主机, 具有容量庞大的存储器和极强的计 算机功能。 系统配有若干台功能较强的高分辨率图形显示器, 高速度、 高精度、 大幅面的绘图机, 大幅面的数字化仪及硬 拷贝机。 该系统所用软件往往是自行开发的(尚无通用的)且 仅限内部使用。
(2) 存储功能: 图形数据库可以存放各种图形的几何数据及 图形之间的相互关系, 并能快速、 方便地实现对图形的删除、 增加、 修改等操作。
第 2 章 计算机图形系统 (3) 输入功能: 通过图形输入设备可将基本的图形数据(如 点、 线等)和各种绘图命令输入到计算机中, 从而构造更复杂的 几何图形。 (4) 输出功能: 图形数据经过计算后可在显示器上显示当前 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。
第 2 章 计算机图形系统 第2章 计算机图形系统
2.1 计算机图形系统的组成、 功能及分类 2.2 图形设备 2.3 图形软件
第 2 章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成、 功能及分类
1. 计算机图形系统应由硬件设备及相应的程序系统(即软件)两 部分组成。 严格说来, 用户也是系统的组成部分。 交互系统是人与计 算机及图形设备协调运行的系统, 并且人始终处于主导地位。
第 2 章 计算机图形系统 键盘上通常有上百个按键, 每个按键负责一个功能, 当用户 按下其中一个键时, 键盘中的编码器能够迅速将此按键所对应的 编码通过接口电路输送到计算机的键盘缓冲器中, 由CPU进 行识别处理。 当用户按下某个键时, 它会通过导电塑胶将线路 板上的这个按键排线接通以产生信号, 产生的信号会迅速通过键 盘接口传送到CPU中。
计算机图形学PPT课件
1．键盘和鼠标 2．数字化仪 3．光笔 4．跟踪球和空间球 5．触摸板 6．扫描仪
第2章 图形系统
第2章 图形系统
2.3 图形软件系统
2.3.1 图形软件的层次
1．零级图形软件 2．一级图形软件 3．二级图形软件 4．三级图形软件
第2章 图形系统
2.3.2 图形软件标准
1．核心图形系统CGS 2．计算机图形核心系统GKS 3．程序员层次交互式图形系统PHIGS 4．图形库GL
电子束穿透法 荫罩法
第2章 图形系统
3．随机扫描显示器
工作原理： 要显示的图形的定义是存放在刷新缓存的一组画线命令， 有时刷新缓存称为显示文件存储器。为了显示指定的图形，系 统周期性地按显示文件存储器中的一组命令，由显示控制器控 制电子束的偏移，依次画出其组成线条，从而在屏幕上产生图 形；当所有画线命令处理完后，系统周期地返回到该刷新缓存 的第一条画线命令。
第2章 图形系统
1
第2章 图形系统
2.1 图形系统的组成
计算机图形系统由计算机硬件系统和软件系统两 部分组成。严格说来，使用系统的人也是这个系统的 组成部分。
2.1.1 图形系统的功能
1．计算功能 2．存储功能 3．对话功能 4．输入功能 5．输出功能
第2章 图形系统
第2章 图形系统
2.1.2 图形系统的分类
7．等离子显示器 8．图形处理器
2.2.2 图形绘制设备
1．绘图仪
笔式绘图仪 静电绘图仪
2．打印机
点阵式打印机 喷墨打印机 激光打印机
3．摄像机
第2章 图形系统
4．颜色模型
RGB颜色模型 CMY颜色模型 HSL颜色模型 YUV颜色模型
第2章 图形系统
第2章 图形系统
2.3 图形软件系统
2.3.1 图形软件的层次
1．零级图形软件 2．一级图形软件 3．二级图形软件 4．三级图形软件
第2章 图形系统
2.3.2 图形软件标准
1．核心图形系统CGS 2．计算机图形核心系统GKS 3．程序员层次交互式图形系统PHIGS 4．图形库GL
电子束穿透法 荫罩法
第2章 图形系统
3．随机扫描显示器
工作原理： 要显示的图形的定义是存放在刷新缓存的一组画线命令， 有时刷新缓存称为显示文件存储器。为了显示指定的图形，系 统周期性地按显示文件存储器中的一组命令，由显示控制器控 制电子束的偏移，依次画出其组成线条，从而在屏幕上产生图 形；当所有画线命令处理完后，系统周期地返回到该刷新缓存 的第一条画线命令。
第2章 图形系统
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第2章 图形系统
2.1 图形系统的组成
计算机图形系统由计算机硬件系统和软件系统两 部分组成。严格说来，使用系统的人也是这个系统的 组成部分。
2.1.1 图形系统的功能
1．计算功能 2．存储功能 3．对话功能 4．输入功能 5．输出功能
第2章 图形系统
第2章 图形系统
2.1.2 图形系统的分类
7．等离子显示器 8．图形处理器
2.2.2 图形绘制设备
1．绘图仪
笔式绘图仪 静电绘图仪
2．打印机
点阵式打印机 喷墨打印机 激光打印机
3．摄像机
第2章 图形系统
4．颜色模型
RGB颜色模型 CMY颜色模型 HSL颜色模型 YUV颜色模型
chap2计算机图形系统及图形硬件PPT课件
分电偏转和磁偏 转两种。
偏转线圈 磁场
荧光屏
图2.13 磁偏转
222
阴极射线管（CRT）
枕形失真 当偏转线圈的匝数一定时，偏转电流I与偏 转角的正弦成正比。只有在偏转角很小时， 偏转角与偏转电流之间才成直线性关系。 由于荧光屏四角距中心最远，偏转角较大， 同样的偏转电流增量所造成的偏转距离增量 最大。
随机扫描（random-scan）的图形显示器中电 子束的定位和偏转具有随机性，即电子束的扫 描轨迹随显示内容而变化，只在需要的地方扫 描，而不必全屏扫描。
无冗余扫描、速度快、图像清晰、比光栅系统 更高的分辨率、生成光滑线条；
适用计算机图形处理，不能显示有阴影场景。
333
随机扫描的图形显示器
G
B
R
G
B
R
B
R
黑底管特点： 1.荧光小点面积缩小 ， 并被石墨包围，则不 易发生混合； 2.荫 罩 小 孔的 直 径 可 以放大，亮度增加。
图2.17 黑底荫罩管
331
CRT图形显示器
随机扫描的图形显示器 直视存储管图形显示器 光栅扫描的图形显示器
332
随机扫描的图形显示器
向 量 （ vector ） 显 示 器 、 笔 划 （ Stroke writing）显示器。
4
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 存贮
输入
图形输入设备
数据库
图2.1 计算机图形系统的5个功能
5
计算机图形系统的结构
图形应用数据结构
图形软件
图形应用软件
图
形
图形支撑软件
系
统
图形硬件
图形计算机平台
偏转线圈 磁场
荧光屏
图2.13 磁偏转
222
阴极射线管（CRT）
枕形失真 当偏转线圈的匝数一定时，偏转电流I与偏 转角的正弦成正比。只有在偏转角很小时， 偏转角与偏转电流之间才成直线性关系。 由于荧光屏四角距中心最远，偏转角较大， 同样的偏转电流增量所造成的偏转距离增量 最大。
随机扫描（random-scan）的图形显示器中电 子束的定位和偏转具有随机性，即电子束的扫 描轨迹随显示内容而变化，只在需要的地方扫 描，而不必全屏扫描。
无冗余扫描、速度快、图像清晰、比光栅系统 更高的分辨率、生成光滑线条；
适用计算机图形处理，不能显示有阴影场景。
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随机扫描的图形显示器
G
B
R
G
B
R
B
R
黑底管特点： 1.荧光小点面积缩小 ， 并被石墨包围，则不 易发生混合； 2.荫 罩 小 孔的 直 径 可 以放大，亮度增加。
图2.17 黑底荫罩管
331
CRT图形显示器
随机扫描的图形显示器 直视存储管图形显示器 光栅扫描的图形显示器
332
随机扫描的图形显示器
向 量 （ vector ） 显 示 器 、 笔 划 （ Stroke writing）显示器。
4
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 存贮
输入
图形输入设备
数据库
图2.1 计算机图形系统的5个功能
5
计算机图形系统的结构
图形应用数据结构
图形软件
图形应用软件
图
形
图形支撑软件
系
统
图形硬件
图形计算机平台
图形设备与系统课件
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
2.1.2 彩色阴极射线管
产生彩色的常用方法： 射线穿透法 影孔板法
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
2.1.2 彩色阴极射线管-射线穿透法
• 原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两 种发光物质，电子束轰击穿透荧光层的深
浅，决定所产生的颜色
荧光涂层 电子束
计算机图形学
2.1 图形显示器
2.1.1 阴极射线管 2.1.2 彩色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法
2.1.3 随机扫描显示系统 2.1.4 光栅扫描系统
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
阴极射线管（CRT)
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) –组成：包括电子枪、加速结构、聚焦 系统、偏转系统、荧光屏
第二章 图形设备与系统
2.1 图形显示设备 2.2 图形系统及其标准
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
图形输出设备
• 图形输出
– 图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图 形显示指的是在屏幕上输出图形
– 图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷 贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝 设备
Graphics Lab.PKU
荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光
持续发光时间：电子束离开某点后，该点的 亮度值衰减到初始值1/10所需的时间 刷新频率：每秒钟重绘小刷新频率
=1秒/荧光物质的持续发光时间。
例如：一种荧光物质持续发光时间40毫秒， 刷新频率为1000/40=25帧/秒，发光时间短，适用 于动态图形显示。发光时间长，适用于静态图形 显示。
计算机图形学课件chapter2
可以分成以下6类逻辑输入设备： • 定位(locator): 指定一个坐标点。对应的物理设
备有鼠标器、键盘、数字化仪、触摸屏等。 • 笔划(stroke): 指示一个坐标点系列, 如指定一条
曲线的控制点等。主要物理设备有数字化仪。 • 送值(valuator): 输入一个数值。最常用的物理设
备是键盘的数字键。
• 电子触摸屏有电阻式和电容式。
• 电阻式触摸屏感应器是一块覆盖电阻性栅格的 玻璃,再在上面蒙上一层涂有导电涂层并有特殊 模压凸缘的聚脂薄膜。物体的触摸导致导电层 接触,这引起沿电阻板的电压降, 该压降转换为 所选屏幕位置的坐标值。
• 电容式触摸屏感应器是块透明的玻璃, 表面有导 电涂层, 其上覆盖一层保护性玻璃外层。它工作 时在感应器边缘的电极产生分布的电压场, 16
12
2）鼠标器(Mouse)
• 鼠标是一种较小的手握设备。移动鼠标器可以驱 动屏幕光标, 配合鼠标器上的几个按钮完成定位、 拾取、选择等功能。
• 鼠标器的工作原理: 鼠标底部的转球可用来记录移动方向和偏移量。 机械鼠标是将转球的运动转换成数字信号; 光电鼠标通常需要一个特殊的垫板,其上有水平 线和垂直线的网格, 光学感应器检测跨越网格线 的移动量。
• 一个计算机图形系统是有关硬件和软件的集合。 • 硬件设备包含:
交互设备; 输入输出设备; 存储设备 对系统要求: 运算速度(GHz), 内存(GB), 外存 (TB)
3
2.1.1计算机图形系统的结构
键盘； 鼠标； 扫描仪
显示器
输入
对话 计算 存储
输出
打印机、 绘图机
功能
数据库
图2.1 图形系统的结构示意图
用手指或其它导电体触摸导电涂层时, 电容改 变, 电压场变化, 控制器检测这些变化, 从而确 定触摸的位置。 • 在光学触摸屏中, 沿一块玻璃板的水平方向和 垂直方向, 产生红外线。触摸屏幕引起射线被 手指遮挡反射到发射器。接触点的屏幕位置由 射线从发送到反射回发射器的时间间隔计算。 • 在声波触摸屏中,沿屏幕水平方向和垂直方向, 产生高频声波。触摸屏幕引起声波有一部分被 手指反射到发射器。接触点的屏幕位置由每个 波从发送到反射回发射器的时间间隔计算。
备有鼠标器、键盘、数字化仪、触摸屏等。 • 笔划(stroke): 指示一个坐标点系列, 如指定一条
曲线的控制点等。主要物理设备有数字化仪。 • 送值(valuator): 输入一个数值。最常用的物理设
备是键盘的数字键。
• 电子触摸屏有电阻式和电容式。
• 电阻式触摸屏感应器是一块覆盖电阻性栅格的 玻璃,再在上面蒙上一层涂有导电涂层并有特殊 模压凸缘的聚脂薄膜。物体的触摸导致导电层 接触,这引起沿电阻板的电压降, 该压降转换为 所选屏幕位置的坐标值。
• 电容式触摸屏感应器是块透明的玻璃, 表面有导 电涂层, 其上覆盖一层保护性玻璃外层。它工作 时在感应器边缘的电极产生分布的电压场, 16
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2）鼠标器(Mouse)
• 鼠标是一种较小的手握设备。移动鼠标器可以驱 动屏幕光标, 配合鼠标器上的几个按钮完成定位、 拾取、选择等功能。
• 鼠标器的工作原理: 鼠标底部的转球可用来记录移动方向和偏移量。 机械鼠标是将转球的运动转换成数字信号; 光电鼠标通常需要一个特殊的垫板,其上有水平 线和垂直线的网格, 光学感应器检测跨越网格线 的移动量。
• 一个计算机图形系统是有关硬件和软件的集合。 • 硬件设备包含:
交互设备; 输入输出设备; 存储设备 对系统要求: 运算速度(GHz), 内存(GB), 外存 (TB)
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2.1.1计算机图形系统的结构
键盘； 鼠标； 扫描仪
显示器
输入
对话 计算 存储
输出
打印机、 绘图机
功能
数据库
图2.1 图形系统的结构示意图
用手指或其它导电体触摸导电涂层时, 电容改 变, 电压场变化, 控制器检测这些变化, 从而确 定触摸的位置。 • 在光学触摸屏中, 沿一块玻璃板的水平方向和 垂直方向, 产生红外线。触摸屏幕引起射线被 手指遮挡反射到发射器。接触点的屏幕位置由 射线从发送到反射回发射器的时间间隔计算。 • 在声波触摸屏中,沿屏幕水平方向和垂直方向, 产生高频声波。触摸屏幕引起声波有一部分被 手指反射到发射器。接触点的屏幕位置由每个 波从发送到反射回发射器的时间间隔计算。
精品课件-计算机图形学-第2章 交互式图形系统
第 2 章 交互式图形系统
图 2.9 数据手套
第 2 章 交互式图形系统
9. 扫描仪 从专业工具变为家用电脑外设的最典型代表, 要数图形扫描仪。 图形扫描仪是直接把图形和图像扫描 到计算机中以像素信息进行存储的设备。 现在市面上能 见到的一般是36位或48位真彩色扫描仪, 绝大多数采用 的 固 态 器 件 是 电 荷 耦 合 器 件 (CCD-Charge Coupled Device)。 图2.10是常用图形扫描仪的模块框图。
常见的触摸屏有以下四种类型: (1) 电阻触摸屏。 (2) 光学触摸屏。 (3) 声学触摸屏。 (4) 电容触摸屏。
第 2 章 交互式图形系统
5. 数字化仪 数字化仪是一种把图形转变成计算机能接收 的数字形式的专用设备, 其基本工作原理是采用电磁感 应技术。 它通常由一块数据板和一根触笔组成。 数据 板中布满了金属栅格, 当触笔在数据板上移动时, 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。 图2.6所示的是几种常见的数字化仪。
第 2 章 交互式图形系统
图 2.2 鼠标器
第 2 章 交互式图形系统
鼠标器按其测量位移的方式可分为三大类: 1) 光电式鼠标 2) 光机式鼠标 3) 机械式鼠标
第 2 章 交互式图形系统
2. 键盘 图形学系统中的键盘中有ASCII编码键、 命 令控制键和功能键, 用以实现图形操作的某一特定功能。 字母数字键盘用作录入文本串; 键盘也能用来进行屏幕 坐标的输入、 菜单选择或图形功能选择; 功能键允许用 户以击键方式输入常用的操作命令; 而光标控制键可用 来选择被显示的对象或通过定位屏幕光标来确定坐标位 置; 数字键盘常常用来快速输入数值数据。 另外, 某些键盘上还包含了其它类型的光标定 位设备, 如跟踪球和操纵杆。 常见的标准键盘如图2.3 所示。
计算机图形学第二章.ppt
GKS
-- 提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的 功能接口。
-- 与语言无关。 -- GKS提供了一个称为元文件的顺序文件接口 -- 应用程序的所有图形资源由GKS控制（通过
GKS元文件-GKSM） -- GKSM用于:图形信息存档；系统传送图形信息；
在GKS应用程序间传送图形信息； 与图形信息相关的非图形信息的存储和复用。
计算机图形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,…) 计算机图形接口(CGI).设备驱动程序。
面向应用软件的标准：
程序员层次交互式图形系统（PHIGS）,GL (图形程序 包)
（三维）图形核心系统（3D-)GKS
面向图形应用系统中工程和产品数据模型 及其文件格式：
基本图形转换规范（IGES） 产品数据转换规范（STEP）
单色系统：查色表固化 彩显：可修改、创建查色表。
2.1.4 光栅扫描的显示系统 彩显：
•带宽T与分辨率、帧频F的关系
T MNF
带宽问题 –高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽 --依然是个问题！ –解决方法：隔行扫描（现在已经基本不用，主流 显示器都采用逐行扫描方式） –隔行扫描的：把一帧分两场，即奇数场与偶数场 –场频：==2*帧频
2.1.1 阴极射线管 电子枪
电灯丝，阴极和控制栅组成。 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。
2.1.1 阴极射线管 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，提高分辩率
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
计算机图形学教案第2章图形设备幻灯片
是一种戴在手上的传感器，它能给出用户所有 手指关节的角度变化，来自手套的输入，可用 来给虚拟场景中的对象定位或操纵该场景。
■数字化仪(digitizer)
用于跟踪输入图形的坐标值 模-数转换
■图象扫描仪(scaner)
可直接把图形图象输入到计算机中。通过光 学扫描机构将灰度或彩色等级记录下来，并按图 象方式进展存储。
■声频输入系统
也称为声音输入系统，在某些图形工作站中， 采用话音识别器作为输入设备，以接收操作者 的命令。
■视频输入系统
视频信号采集板〔卡〕、视频信号输入卡、视 频信号处理装置
视霸卡〔video blunster〕
2.2 图形显示设备
常见图形显示设备： 阴极射线管
阴极射线管CRT 彩色阴极射线管
触钮开关
导线
透镜组
光 孔
笔体
光导纤维
图2-2 光笔的结构
■触摸屏(touch screen)
以手指触摸方式 选择屏幕位置
■操纵杆( joystick) 以杆的移动选择位置
■跟踪球〔trackball〕 通过球的旋转移动光 标
■空间球〔spacegall〕 由受压方向获得方向 数据
■数据手套(data glove)
文本方式：用字符数的乘积表示 40 ×25 80 ×25
图形方式：用象素点的乘积表示
存储分辨率 帧缓冲区的大小，一般用缓冲区 的字节数表示。
■象素与帧缓存 屏幕上一个象素点对应帧缓存中的一组信息。 两种对应方法： 组合象素法〔 Packed Pixel Method 〕 颜色位面法〔 Color Plane Method 〕
图 2-14 随 机 扫 描 显 示 器 的 逻 辑 框 图
■直视存储管图形显示器 象一个有长余辉的荧光屏，一条线一旦画在屏
■数字化仪(digitizer)
用于跟踪输入图形的坐标值 模-数转换
■图象扫描仪(scaner)
可直接把图形图象输入到计算机中。通过光 学扫描机构将灰度或彩色等级记录下来，并按图 象方式进展存储。
■声频输入系统
也称为声音输入系统，在某些图形工作站中， 采用话音识别器作为输入设备，以接收操作者 的命令。
■视频输入系统
视频信号采集板〔卡〕、视频信号输入卡、视 频信号处理装置
视霸卡〔video blunster〕
2.2 图形显示设备
常见图形显示设备： 阴极射线管
阴极射线管CRT 彩色阴极射线管
触钮开关
导线
透镜组
光 孔
笔体
光导纤维
图2-2 光笔的结构
■触摸屏(touch screen)
以手指触摸方式 选择屏幕位置
■操纵杆( joystick) 以杆的移动选择位置
■跟踪球〔trackball〕 通过球的旋转移动光 标
■空间球〔spacegall〕 由受压方向获得方向 数据
■数据手套(data glove)
文本方式：用字符数的乘积表示 40 ×25 80 ×25
图形方式：用象素点的乘积表示
存储分辨率 帧缓冲区的大小，一般用缓冲区 的字节数表示。
■象素与帧缓存 屏幕上一个象素点对应帧缓存中的一组信息。 两种对应方法： 组合象素法〔 Packed Pixel Method 〕 颜色位面法〔 Color Plane Method 〕
图 2-14 随 机 扫 描 显 示 器 的 逻 辑 框 图
■直视存储管图形显示器 象一个有长余辉的荧光屏，一条线一旦画在屏
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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
2.1.1 阴极射线管 2.1.2 彩色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法
2.1.3 随机扫描显示系 统
2.1.4 光栅扫描系统
2020/8/24
阴极射线管（CRT)
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) –组成：包括电子枪、加速结构、聚焦 系统、偏转系统、荧光屏
2020/8/24
第二章 图形设备与系统
2.1 图形显示设备 2.2 图形系统及其标准
2020/8/24
2.1 图形设备
图形显示设备
图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图 形显示指的是在屏幕上输出图形
图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷 贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝 设备
2020/8/24
2.1 图形显示器
特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的 部分。 逻辑部件：刷新存储器(Refreshing Buffer),显示处
理器（DPU:Display Processing Uuit）和CRT
2020/8/24
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。
就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的 指标，显示器长短与此有关 CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
2020/8/24
荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光 持续发光时间：电子束离开某点后，该点的 亮度值衰减到初始值1/10所需的时间 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
2020/8/24
电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线；
每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
调节各电子枪 发生的电子束中 所含电子的数目， 即可控制各色光 点亮度。
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强
度有256个等级，则显示器能同时显
示256*256*256=16M种颜色，称为
2020/8/24
要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发 射电子束
刷新频率 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的 过程 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显 示
2020/8/24
电子枪
电灯丝，阴极和控制栅组成。 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
2020/8/24
红 绿兰
荫栅
荧光屏 RGB
2020/8/24
荫栅式彩色CRT显色原理
0.25mm
G B R G B R G GB
d=0.28mm
0.31mm
点距为.25的柱 面显示器
0.22mm
点距为.28的球 面显示器
柱面和球面显示器点距定义示意图
2020/8/24
2.1.3 随机扫描的显示系统
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。
2020/8/24
聚焦系统
保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。
加速电极
加正的高压电（几万伏），使电子束高速 运动。
2020/8/24
偏转系统
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
阴极射线管(CRT)
工作原理 高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系 统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光 屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子 的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到 能量从低能态变为高能态。由于高能态很 不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子 会从高能态重新回到低能态，这时将发出 荧光，屏幕上的那一点就会亮了
2020/8/24
真彩系统
球面显示器与柱面显示器 普通的显象管采用的都是点状影孔板显象 管，显象管的表面呈略微凸起的球面状， 故称之为“球面管”。而柱面显象管采用 荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略 微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的， 呈圆柱状，故称之为“柱面管” 常用的点状影孔板显象管有日本索尼公司 的特丽珑管（Trinitron）和三菱公司的钻 石珑管（Diamondtron）
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
2020/8/24
2.1.4 光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统
特点：光栅扫描 扫描线 帧 水平回扫期 垂直回扫期
2020/8/24
2.1.2 彩色阴极射线管
产生彩色的常用方法： 射线穿透法 影孔板法
2020/8/24
2.1.2 彩色阴极射线管-射线穿透法
• 原理：两层荧光涂层，红色光和绿 色光两种发光物质，电子束轰击穿
透荧光层的深浅，决定所产生的颜 色
荧光涂层 产生颜色
低速电子束
电子束
较低速电子束 较高速电子束
栅格式影孔板 代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi 的Diamondtron显像管
沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
2020/8/24
2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法
点状影孔板工作原理 红、绿、兰三基色 三色荧光点（很小并充分靠近--〉像素） 三支电子枪
高速电子束
2020/8/24
彩色阴极射线管-射线穿透法
应用：主要用于画线显示器 优点：成本低 缺点：只能产生有限几种颜色
2020/8/24
2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法
影孔板法
原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面， 用于精确定位像素的位置
影孔板
外层玻璃
2020/8/24
荧光涂层
影孔板的类型 点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管
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
2.1.1 阴极射线管 2.1.2 彩色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法
2.1.3 随机扫描显示系 统
2.1.4 光栅扫描系统
2020/8/24
阴极射线管（CRT)
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) –组成：包括电子枪、加速结构、聚焦 系统、偏转系统、荧光屏
2020/8/24
第二章 图形设备与系统
2.1 图形显示设备 2.2 图形系统及其标准
2020/8/24
2.1 图形设备
图形显示设备
图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图 形显示指的是在屏幕上输出图形
图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷 贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝 设备
2020/8/24
2.1 图形显示器
特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的 部分。 逻辑部件：刷新存储器(Refreshing Buffer),显示处
理器（DPU:Display Processing Uuit）和CRT
2020/8/24
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。
就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的 指标，显示器长短与此有关 CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
2020/8/24
荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光 持续发光时间：电子束离开某点后，该点的 亮度值衰减到初始值1/10所需的时间 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
2020/8/24
电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线；
每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
调节各电子枪 发生的电子束中 所含电子的数目， 即可控制各色光 点亮度。
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强
度有256个等级，则显示器能同时显
示256*256*256=16M种颜色，称为
2020/8/24
要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发 射电子束
刷新频率 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的 过程 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显 示
2020/8/24
电子枪
电灯丝，阴极和控制栅组成。 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
2020/8/24
红 绿兰
荫栅
荧光屏 RGB
2020/8/24
荫栅式彩色CRT显色原理
0.25mm
G B R G B R G GB
d=0.28mm
0.31mm
点距为.25的柱 面显示器
0.22mm
点距为.28的球 面显示器
柱面和球面显示器点距定义示意图
2020/8/24
2.1.3 随机扫描的显示系统
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。
2020/8/24
聚焦系统
保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。
加速电极
加正的高压电（几万伏），使电子束高速 运动。
2020/8/24
偏转系统
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
阴极射线管(CRT)
工作原理 高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系 统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光 屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子 的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到 能量从低能态变为高能态。由于高能态很 不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子 会从高能态重新回到低能态，这时将发出 荧光，屏幕上的那一点就会亮了
2020/8/24
真彩系统
球面显示器与柱面显示器 普通的显象管采用的都是点状影孔板显象 管，显象管的表面呈略微凸起的球面状， 故称之为“球面管”。而柱面显象管采用 荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略 微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的， 呈圆柱状，故称之为“柱面管” 常用的点状影孔板显象管有日本索尼公司 的特丽珑管（Trinitron）和三菱公司的钻 石珑管（Diamondtron）
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
2020/8/24
2.1.4 光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统
特点：光栅扫描 扫描线 帧 水平回扫期 垂直回扫期
2020/8/24
2.1.2 彩色阴极射线管
产生彩色的常用方法： 射线穿透法 影孔板法
2020/8/24
2.1.2 彩色阴极射线管-射线穿透法
• 原理：两层荧光涂层，红色光和绿 色光两种发光物质，电子束轰击穿
透荧光层的深浅，决定所产生的颜 色
荧光涂层 产生颜色
低速电子束
电子束
较低速电子束 较高速电子束
栅格式影孔板 代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi 的Diamondtron显像管
沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
2020/8/24
2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法
点状影孔板工作原理 红、绿、兰三基色 三色荧光点（很小并充分靠近--〉像素） 三支电子枪
高速电子束
2020/8/24
彩色阴极射线管-射线穿透法
应用：主要用于画线显示器 优点：成本低 缺点：只能产生有限几种颜色
2020/8/24
2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法
影孔板法
原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面， 用于精确定位像素的位置
影孔板
外层玻璃
2020/8/24
荧光涂层
影孔板的类型 点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管