交互式计算机图形处理系统培训课件.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第二章 交互式计算机图形处理系统,计算机学院苏小红,/10/1,1,交互式计算机图形处理系统培训课件,第1页,交互式计算机图形处理系统,Computer+,人,=,交互式,Personel Computer,图形处理系统,workstation,图形处理系统,要求主机性能更高（强大浮点运算能力），速度更加快，存放容量更大，外设种类更齐全,图形加速卡，大屏幕显示器,/10/1,2,交互式计算机图形处理系统培训课件,第2页,硬件发展,图形输入设备发展,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,第四阶段：三维输入设备（如三维鼠标、空间球、数据手套、数据衣），用户手势、表情等,/10/1,3,交互式计算机图形处理系统培训课件,第3页,图形输出(显示、打印）设备,阴极射线管显示器（,CRT,）,液晶显示器（,LCD,）,绘图仪,打印机,/10/1,4,交互式计算机图形处理系统培训课件,第4页,未来显示器,发光聚合物技术,坚不可摧；柔韧性好，能够卷起来,显示画面含有没有与伦比清楚度,真正平面直角,采取空气等离子体技术,空气等离子体可想象成一个个微型霓虹灯，红绿蓝三种不一样颜色像素,显示器薄，挂在墙上,无锯齿现象，分辨率好,无需刷新缓存重量轻，无辐射,价格贵,/10/1,5,交互式计算机图形处理系统培训课件,第5页,CRT显示器分类,阴极射线管（,CRT）（Cathode Ray Tube）,单色,CRT,彩色,CRT,/10/1,6,交互式计算机图形处理系统培训课件,第6页,阴极射线管(,CRT),组成：包含电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏,工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏,转系统，轰击到荧光屏不一样部位，被其内表面,荧光物质吸收，发光产生可见图形。,结构,/10/1,7,交互式计算机图形处理系统培训课件,第7页,荧光屏,荧光物质：吸收电子束而发光,余辉时间：连续发光时间，电子束离开某点后，该点亮度值衰减到初始值,刷新频率：每秒钟重绘屏幕次数,像素(,Pixel)：,组成屏幕（图像）最小元素,分辨率(,Resolution)：,在假定 屏幕尺寸一定情况下，可用整个屏幕所能容纳,像素个数描述，如640*480，800*600，1024*768，,1280*1024等等,某种,CRT,产生稳定图像所需要最小刷新频率,=1秒/荧光物质连续发光时间（,Hz,）,/10/1,8,交互式计算机图形处理系统培训课件,第8页,彩色,CRT,渗透型,惯用于随机扫描显示器,射线穿透法,多枪型,惯用于光栅扫描显示器,影孔板法（阴罩法）,彩色阴极射线管,/10/1,9,交互式计算机图形处理系统培训课件,第9页,射线穿透法（,beam penetration,）,原理：,两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，不一样速度电子束穿透荧光层深浅，决定所产生颜色,应用：,主要用于画线显示器,优点：,成本低,缺点：,只能产生有限几个颜色,/10/1,10,交互式计算机图形处理系统培训课件,第10页,影孔板法,原理：影孔板被安装在荧光屏内表面，用于准确定位像素位置,影孔板类型,点状影孔板,代表：大多数球面与柱面显像管,栅格式影孔板,代表：,Sony,Trinitron,与,Mitsubishi,Diamondtron,显像管,沟槽式影孔板,代表：,LG,Flatron,显像管,/10/1,11,交互式计算机图形处理系统培训课件,第11页,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,假如每支电子枪发出电子束强度有256个等级，则显示器能同时显示256*256*256=16,M,种颜色，称为真彩色系统,/10/1,12,交互式计算机图形处理系统培训课件,第12页,CRT,显示器分类,直视存放管式（,Direct-View Storage Tubes,）,利用管子本身存放信息，类似于一个长余辉,CRT,，无须刷新,刷新式,随机扫描式（,Random-Scan,）,光栅扫描式（,Raster-Scan,）,/10/1,13,交互式计算机图形处理系统培训课件,第13页,随机扫描显示系统,特点,数据表示：矢量表示，只有端点信息，无线段中间点,扫描方式：电子束像一支快速移动画笔，可随意移动，只扫描荧屏上要显示部分，与示波器工作原理类似,显示图形：几何属性（,geometric attribute,）为主，线架图,优点：扫描速度快，分辨率高，线条质量好，易修改，交互性好，动态性能好,缺点：价格贵，只能显示线画图形，应用于军事、,CAD,领域,/10/1,14,交互式计算机图形处理系统培训课件,第14页,光栅扫描显示系统,特点：,数据表示：像素矩阵,扫描方式：从上到下，从左到右，与电视工作原理类似,显示图形：几何属性,+,视觉属性（,Visual attribute,），真实感图形,/10/1,15,交互式计算机图形处理系统培训课件,第15页,显示器分辨率,电子束按固定扫描次序扫描,N,条扫描线，每条,扫描线有,M,个像素，,M*N,显示器分辨率。,帧,/10/1,16,交互式计算机图形处理系统培训课件,第16页,绘图仪,printer,Computer,DPU,输入设备,视频控制器,display,逻辑部件：,帧缓冲存放器（,Frame Buffer),视频控制器（,Video Controller),显示处理器（,Display Processing Uuit,，简称,DPU）,CRT,/10/1,17,交互式计算机图形处理系统培训课件,第17页,帧缓冲存放器（,Frame Buffer),作用：存放屏幕上像素颜色值,也称刷新存放器(,Refreshing Buffer),简称帧缓冲器，俗称,显存,帧缓存中单元数目与显示器上像素数目相同,单元与像素一一对应,各单元数值决定了其对应像素颜色。,显示颜色种类与帧缓存中每个单元位数相关。,/10/1,18,交互式计算机图形处理系统培训课件,第18页,位面（,bit plane,）技术,把显存分成若干色平面，各平面上相同位置每一位和屏幕上一个像素对应，同一像素点在各位面占同一地址，不一样位面上同一像素地址中内容决定像素颜色。,色平面越多，可表示色彩越丰富。,增加一个位面，色彩就增加一倍，而存放器写操作程序无需重新计算新地址，程序兼容性好。,/10/1,19,交互式计算机图形处理系统培训课件,第19页,N,位存放器,电子枪,CRT,光栅,有,N,个位面帧缓存,2,N,DAC,0,1,0,0,0,1,02,N-1,灰度等级,存放器,蓝色枪,帧缓存,DAC,0,0,0,1,CRT,光栅,0,1,DAC,DAC,红色枪,绿色枪,/10/1,20,交互式计算机图形处理系统培训课件,第20页,若有24个位面（每种基色8个位面）则可同时显示,(2,8,),3,=2,24,=16777216,种颜色（24位真彩色）。,红绿蓝三个位面，组合成,8,种颜色,增加一个亮度位面，形成,16,种颜色,红,绿,蓝,Black,0,0,0,Blue,0,0,1,Green,0,1,0,Cyan,0,1,1,Red,1,0,0,Magenta,1,0,1,Yellow,1,1,0,White,1,1,1,/10/1,21,交互式计算机图形处理系统培训课件,第21页,显存容量问题,分辨率,M*N、,颜色个数,K,与,显存容量,V,关系,/10/1,22,交互式计算机图形处理系统培训课件,第22页,显存容量问题,若存放器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用颜色种数成反比关系。,1024*768真彩模式需要3,M,字节显存,高分辨率和真彩要求有大显存；,处理方法：采取查色表(,Look-up Table）,/10/1,23,交互式计算机图形处理系统培训课件,第23页,查色表（,LUT,）,是一维线性表，其每一项内容对应一个颜色，,它长度由帧缓存单元位数决定,目标：在帧缓存单元位数不增加情况下，含有,大范围内挑选颜色能力,。,颜色信息在帧缓存中两种存放方式：,颜色值直接存放在帧缓存中。,把颜色码放在一个独立表中，帧缓存存放是颜色表中各项索引值，索引色。,单色系统：查色表固化,彩显：可修改、创建查色表。,/10/1,24,交互式计算机图形处理系统培训课件,第24页,带宽,T,与分辨率、帧频（刷新频率）,F,关系,带宽问题,高分辨率和高刷新频率要求高带宽,处理方法：,隔行扫描,带宽问题,/10/1,25,交互式计算机图形处理系统培训课件,第25页,隔行扫描（,Interlaced scan,）,工作原理,场频,：=帧频*,2,一帧完整画面分成,两场,，即奇数场与偶数场,优点,：,降低了闪烁效应；,只需逐行二分之一时间即可显示一屏画面，降低了对扫描频率要求，也降低了成本；,帧缓存中数据量比逐行扫描少二分之一，降低了视频控制器存取帧缓存速度及传输带宽要求。,/10/1,26,交互式计算机图形处理系统培训课件,第26页,视频控制器（显示控制器）,作用：,制图形显示，建立帧缓存与屏幕像素之间一一对应关系，负责按固定刷新频率和扫描次序,刷新,屏幕图形,/10/1,27,交互式计算机图形处理系统培训课件,第27页,显示处理器,显示处理器,Display Processing Uuit,，简称,DPU,作用：,代替,CPU,完成部分图形处理功效，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等,/10/1,28,交互式计算机图形处理系统培训课件,第28页,光栅显示系统特点,优点：,成本低,易于绘制填充图形,灰度和色彩丰富，图像逼真,能够和电视机兼容,刷新频率一定，与图形复杂程度无关,缺点：,需要扫描转换,扫描转换速度偏低，交互操作响应慢,分辨率偏低，有阶梯效应,/10/1,29,交互式计算机图形处理系统培训课件,第29页,图形软件发展及软件标准形成,三种类型计算机图形软件系统：,(1)用某种语言写成子程序包,如:,GKS(Graphics Kernel System),PHIGS(Programmer,sHerarchical Iuteractive Graphics system),GL,便于移植和推广、但执行速度相对较慢，效率低,(2）扩充计算机语言，使其含有图形生成和处理功效,如：,Turbo C，AutoLisp,等。,简练、紧凑、执行速度快，但不可移植,（3）专用图形系统：效率高，但系统开发量大，可移植性差。,/10/1,30,交互式计算机图形处理系统培训课件,第30页,通用、与设备无关图形标准,GKS(Graphics Kernel System)(,第一个官方标准，1977),PHIGS(Programmer,s Herarchical Iuteractive Graphics system),一些非官方图形软件，广泛应用于工业界，成为实际上标准,DirectX (MS),Xlib(X-Window,系统),OpenGL(SGI),Adobe,企业,Postscript,/10/1,31,交互式计算机图形处理系统培训课件,第31页,开放式三维图形软件包,OpenGL,OpenGL,是近几年发展起来一个性能卓越三维图形标准，它是在,SGI,等多家世界闻名计算机企业提倡下，以,SGI,GL,三维图形库为基础制订一个通用共享开放式三维图形标准。,当前，包含,Microsoft,、,SGI,、,IBM,、,SUN,、,HP,等大企业都采取了,OpenGL,做为三维图形标准，许多软件厂商也纷纷以,OpenGL,为基础开发出自己产品。,其中比较著名产品包含：动画制作软件,Softimage,和,3D Studio MAX,、仿真软件,Open Inventor,、,VR,软件,World Tool Kit,、,CAM,软件,ProEngineer,、,GIS,软件,ARC/INFO,等等。,/10/1,32,交互式计算机图形处理系统培训课件,第32页,OpenGL,优越性,独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发应用程序能够十分方便地在各种平台间移植；,可与,Visual C+,紧密接口，便于实现机械手相关计算和图形算法，可确保算法正确性和可靠性；,使用简便，效率高。,/10/1,33,交互式计算机图形处理系统培训课件,第33页,OpenGL,图形库功效,一共有,100,多个函数。其中关键函数有,115,个,除了提供基本点、线、多边形绘制函数外，还提供了复杂三维物体（球、锥、多面体、茶壶等）以及复杂曲线和曲面（如,Bezier,、,NURBS,等曲线或曲面）绘制函数。,基本几何变换和投影变换。,颜色模式设置,光照和材质设置,纹理映射功效,位图显示和图象增强：反走样,(Antialiasing),和雾,(fog),特殊图象效果处理,双缓存,(Double Buffering),动画：双缓存即前台缓存和后台缓存，即后台缓存计算场景、生成画面，前台缓存显示后台缓存已画好画面。,/10/1,34,交互式计算机图形处理系统培训课件,第34页,