交互式图形系统概述

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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。
OS图形扩展 图形BIOS程序 图形语言语句 图形子程序库 图形软件包
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图形输入设备 图形输出设备 图形显示设备
● 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
• 输出图元(output primitive)：
– 图形的基本构造模块为构造图形提供了基本工具。它们包 括几何图形、字符串和由彩色阵列定义的形状。
• 属性定义(attribute)：
– 属性描述一个输出图元的特性，包括强度、色彩，线型、 文本类型、区域填充模式等，来为独立的图元或成组图元 设置属性。
图 形
系
统
– 它涉及对象的定义和表示、对象建模和处理技术和算法等
一系列问题。这也是目前计算机图形学学科研究的主体。
图形软件 图形硬件
图形应用数据结构 图形应用软件 图形支撑软件 图形计算机平台 图形输入输出设备
图形数据文件 图形基元模型 字模/字体库 图案/实例模型 几何描述数据
图形处理软件 图形生成软件 图形用户接口 图形辅助控制 图形工具软件
– 属性数据：描述构成图元外观(线型、线宽、颜色、表面纹 理等)及应用中材料、加工要求等其它一些非几何数据。
• 对象描述模型的核心是对象几何性质，即：几何模型。
• 形状、大小、位置和结构 – 几何模型通常是非几何信息的载体。
线架模型
● 图形系统组成 ● 对象描述模型
◘ 线架模型 ◘ 曲面模型 ◘ 实体模型
• 几何变换(geometric transformation)：
– 改变场景中一个对象的大小、位置或方向。类似的建模变 换利用建模坐标给出的对象描述来构成场景。
● 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
● 图形支撑软件 ● 图形的表示 ● 图形的分类 ● 图形坐标系统
• 线模型(Wire-frame Model)：
– 以形体边界面上的一组轮廓线来表示形体
• 使用直线、折线和曲线等来描述对象的几何形状。
• 优点：简单、容易理解、处理速度快。
• 缺点：该模型信息不完整，线模型表示的形体可能产
生二义性。
• 输入功能：
– 用于控制和处理来自如鼠标、数据板或操纵杆等交互设备 的数据流。
• 控制操作(control operation)：
– 图形软件包包含许多事务性任务，如清除显示屏和初始化 参数。
对象描述模型
● 图形系统组成 ● 对象描述模型
◘ 线架模型 ◘ 曲面模型 ◘ 实体模型
● 图形支撑软件 ● 图形的表示 ● 图形的分类 ● 图形坐标系统
– 只是反映对象的轮廓线构成：线模型与形体之间
不是一一对应的。
– 没有形体的表面信息：它仅仅通过给定的轮廓线
约束所表示形体的边界面，而轮廓线之间及形体
的表面可任意变化。
(b)
(c)
正立方体
(a)
斜立方体
(d)
(e)
曲面模型
● 图形系统组成 ● 对象描述模型
◘ 线架模型 ◘ 曲面模型 ◘ 实体模型
● 图形支撑软件 ● 图形的表示 ● 图形的分类 ● 图形坐标系统
• 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，
图形系统功能描述
• 观察变换(viewing transformation)：
– 用来指定一种观察和视图在输出显示区域出现的范围。 – 在世界坐标系给定图形的图元和属性定义，图形软件包将
该图形的选定视图投影到输出设备。
• 对象定义：
– 每个结构定义着该图形的一个逻辑部件。图形可以划分成 一 些 单 元 部 分 称 结 构 (structure)或 段 (segment) 或对象 (object)，这与所用的软件包有关。有几个对象的场景可 为每个独立对象定义单独的命名结构。
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Leabharlann Baidu
◘ 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
图形标准平台
输入输出设备
☆输入设备 ☆输出设备 ☆其它设备
输入/输出设备
● 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 显示屏 ● 图形坐标系统
交互
图形系统的功能构成
图形输出设备
输出
计算 输入
存储
图形输入设备
图形系统的逻辑构成
• 交互式图形系统在概念上由四个主要组成部分：
– 对象描述模型、图形应用软件、图形支撑软件、图形输 入/输出设备。 核心应用功能
对象描述模型
☆线框模型 ☆表面模型 ☆实体模型
数据模型库
图形应用软件
☆应用模型 ☆应用处理 ☆其它处理
图形支撑软件
☆ GKS、PHIGS ☆ CGI、CGM ☆ OpenGL(SGI) ☆ DirectX ☆ X-Windows ☆ Postscript