新-第2章-计算机图形系统.ppt

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1、计算机图形学,Computer Graphics,第二章 目录 第二章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统（GKS）简介 2.6 通用图形软件简介,2.1 计算机图形系统的组成 一. 图形系统的结构 由硬件和软件两部分组成。,第二章 计算机图形系统,第二章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统（GKS）简介 2.6 通用图形软件简介,二.图形系统的基本功能及其硬件性能要求

2、,计算机图形系统至少应具有以下五个方面基本功能: 1.计算功能 （1）形体设计和分析方法的程序库，描述形体的图形数据库。 （2）坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序库的数据库。 （3）曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库。 2.存储功能 在计算机内存储器和外存储器中，应能存放各种形体的几何数据及形体之间相互关系，可实现对有关数据的实时检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。,3.输入功能 由图形输入设备将所设计的图形形体的几何参数（例如大小、位置等）和各种绘图命令输入到图形系统中。 4.输出功能 图形系统应有文字、图形、图像信息输出功能。在显示屏幕上显示设计过程当前的状态以及经过图形

3、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。 5.对话功能 可通过显示器或其他人机交互设备直接进行人机通信，对计算结果和图形，利用定位、拾取等手段进行修改，同时对设计者或操作员执行的错误给予必要的提示和帮助。,二.图形系统的基本功能及其硬件性能要求,为了实现以上功能，对图形系统的硬件性能要求是： 1.处理速度 图形系统的处理速度既与图形系统硬件有关，也与图形软件的图形处理算法有关。 2.存储容量 存储容量包括三部分：内存储容量、显存、外部存储容量和显示缓冲区容量。 3. 处理精度 处理精度主要是指图形采集输入质量和显示输出质量：这里主要指图形分辨率、图形色彩的显

4、示等。而且很大一部分与所采用的图形处理软件有关。,三.图形系统分类及硬件工作平台要求,1.计算机图形系统的分类 根据其硬件配置和信息传递方式分为: (1) 脱机绘图系统,将输入图形数据在主机内进行处理,将图形处理后的图形数据送入中间介质,用磁盘或磁带控制绘图输出机输出图形,脱机绘图系统是将图形数据和图形输出分别进行处理，避免计算机处于等待状态，加快计算机的工作效率。,(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

5、。,(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。用户对所显示图形还可用定位、拾取和描绘等设备进行编辑和标注等。,2.计算机图形系统的硬件工作平台,目前，计算机图形系统的硬件平台有如下几种:,(1).微型计算机（简称微机） 随着微型计算机性能进一步提高，用微型计算机实现三维形体的设计及显示能力在不断提高。,(2).工作站 实际上是一类超级微型计算机，该系统主要用于工程设计，为研究、开发提供一整套软硬件工作环境支持。工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理、灵活的窗口及网络管理功能的交互式计算机系统。美国的SUN、SGI、HP、DEC、IBM等公司均生产此

6、类产品。,(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.计算机图形系统的硬件工作平台,(5).计算机网络 计算机网络是指将

7、上述四类计算机平台，或者其中某一类通过某种互联技术彼此连接，按照某种通信协议进行数据传输、数据共享、数据处理的多机工作环境。 它的特点是多种计算机相连，可以充分发挥各个机器的性能和特点，以达到很高的性能价格比。 网络图形系统要考虑的关键问题是网络服务器的性能，图形数据的通信、传输、共享以及图形资源的利用问题。,2.计算机图形系统的硬件工作平台,第二章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统（GKS）简介 2.6 通用图形软件简介,1. CRT单色显示原理,电子枪,灯丝加热阴极，阴极表面

8、向外发射自由电子，控制栅控制自由电子是否向荧光屏发出,电子流在到达屏幕的途中，被加速、聚焦成很窄的电子束,由偏转系统产生电子束的偏转电场（或磁场），使电子束左右、上下偏转,在指定时刻在屏幕指定位置上产生亮点,余辉时间：电子束离开光点后光点保持的时间。,屏幕刷新：荧光亮度随着时间按指数衰减，整个画面 必须在每一秒钟内重复显示许多次，人们 才能看到一个稳定而不闪烁的图形，因此 必须重复地使荧光质发光，即驱使电子束 迅速回到同一点。,要保持一幅画面的稳定性，若余辉时间越短，则所需的屏幕输刷新率越高。影响刷新率的最主要因素是显示器的带宽。,荧光粉的质量直接影响到CRT成像效果。,1. CRT单色显示原

9、理,举例说明余辉时间、画面切换和刷新频率三者之间的区别和联系,电视 （刷新率低，与其电路相关）,由于影片播放时画面经常切换，一般采用短余辉的荧光粉,若采用长余辉的荧光粉，则会使上一帧图像余辉保留时间过长而出现拖尾和花屏（马赛克）现象,电脑 （刷新率高）,由于电脑画面一般较为稳定，同一帧画面停留时间较长，所以采用与电视相比较长余辉的荧光粉,如果一帧电脑画面停留时间很长，那么需要保证一定的刷新频率才能使该画面不闪烁不变暗,什么是灰度？,灰度就是亮度，简单说就是色彩的深浅程度，在黑白两色中，灰度体现于黑与白的中间状态，也就是灰色。,纯黑 (用0表示),纯白 (用15表示),假设总共有16种灰度也就是

10、16种亮度,随箭头越来越亮,那么在彩色变换中同样有灰度的概念，例如R、G、B三种原色，每种原色都有一个灰度值,若一种原色有16种灰度，那么该原色要占4位，256种灰度，那么该原色要占8位,R、G、B三种原色若各有4位，则总共可显示的彩色数目为212种，也即是161616种,两点提示：,（1）彩色图片的色彩变换也叫灰度变换或者色阶变换，R、G、B三种原色按任何比例增强再混合。,（2）在ACDSee或PhotoShop等图片工具栏中选择灰度一项，实际上就是将彩色图像转换为只有黑白两色的灰度图像，但和黑白图像还是不同。,多级灰度,一幅（彩色）图片中，由于各部分的颜色细节不同因而导致各部分的灰度等级不

11、同，这种现象我们称之为“多级灰度”。,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,通过改变电子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合成不同的颜色，因此，可显示红、橙、黄、绿四种颜色。,(2).荫罩式彩色CRT,显示的色彩要比穿透式彩色CRT宽广得多,在荧光屏内壁上分别由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的荧光粉涂成百万个荧光粉点，按RGB顺序分行交替排列成三角形状且相距很近,它们发出三种色彩时分辨不清三种原色，而形成一种颜色,荫罩的金属板，板上按三角形状钻有4050

12、万小圆孔,前罩式CRT管内按三角形排列安装三个电子枪，发射三条电子束，它们由一个共同偏转系统控制,三条电子束聚焦于荫罩板上的小孔中且相距很近,荫罩的作用是使三条电子束分离开来，分别轰击到三种颜色的荧光点上,调节各个电子枪的电流强度，就可改变相应颜色荧光点的亮度，即合成色中所占比例，达到改变成色的色彩,二. 图形显示系统的类型,根据其电子束轰击屏幕的方式和组成结构可分为三种：随机扫描式显示系统、存储管式显示系统和光栅扫描式显示系统。,技术指标： 分辨率的高低：现在一般在10241024以上 显示图形的颜色的种数 ：现在一般为真彩色32位,1.随机扫描式显示系统,要显示的图形由计算机处理成为显示器

13、的显示指令（或称显示文件）,图形控制器取出缓冲存储器或固定存储器中的显示指令，依次执行,由管头控制电路使电子束以按所要的亮度偏转到指定位置，从而得到图形,利用电子束在荧光屏上扫描的轨迹画图,显示指令中的亮度、位移量等数字信息经过线产生器的处理转换为控制电子束产生偏转和明暗的物理量，也就是电流和电压,固定存储器中则存放各种常用字符、数字等的显示指令,显示指令经接口电路送到显示器的缓冲存储器,为了获得稳定的画面，必须不断地重复扫描显示文件（即刷新），速度通常为每秒重复扫描2550次，即每秒2550帧左右,优点： 能实时地进行数字视频转换，实现动态显示，易于修改，交互性好 扫描速度快，线条质量高，图

14、形清晰，图线光滑。 缺点： 不能产生多级灰度的真实感显示，图形的复杂程度受显示器扫描速度的限制 价格贵，目前很少使用。,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 一个可编地址点直接画到另一个可编地址点。,光栅扫描式显示器： 画点设备，可以看作是一个点阵单元发生器， 并可控制每个点阵单元亮度，可以生成多种

15、灰度和 颜色，色彩连续变化具有真实感的图形。,（1）光栅扫描式显示系统组成,把计算机送来的图形（如画线、画多边形、画填充区域或写字符等）基本画图命令扫描转换成为相应的点阵，即位图（bitmap),点阵的每一点与屏幕像素一一对应，点阵中每个元素就是像素值，通常用112位二进制数值来表示灰度或色彩。 位映射（bit mapping）技术：由若干位数据来对应屏幕上一点的光栅图形显示技术,将屏幕上显示图形的映像（Image），即位图放入显示存储器中。,所以显示存储器又叫位存储器，通常称之为帧缓冲器（Frame Buffer）,为了使CRT屏幕上的图形能持续地进行显示，显示存储器的内容需要不断地读出并送

16、到监视器，使得画面能以一定的频率刷新,显示存储器的分页处理:显示存储器中同时存放多幅画面，这时存储区划分成若干页，每一页存放一幅位图。物理屏幕当前正在显示的页称为可见页（Visual Page）。主机每次只能向一个页进行读写操作，这个页就称作活动页（Active Page）。,存储器的页面可以比屏幕位图大得多，这样屏幕只能显示画面的一部分，通过上下左右移屏功能，用户可以看到显示存储器中的整个画面。,（1）光栅扫描式显示器组成,用来定义像素的颜色。又称为调色板。,彩色表的目的是为了不使显示存储器容量增大，而能显示更多的颜色，例如：显示器要控制三种原色，即R(红）、G(绿)、B(蓝)，为了使三种原

17、色按不同的比例合成各种颜色，每种颜色要有不同的灰度，如果每个像素各个原色要16种灰度，于是每个原色要占4位，则每个像素要12位，于是显示存储器容量就要很大，彩色表可解决此问题。,采用彩色表时，显示存储器的像素值不再是直接送到监视器中的颜色值，而仅是颜色的一个索引（Color Index），即彩色表的地址，用八位表示一个像素值，如编号69（01000101）为彩色表对应地址,从彩色表对应地址项中读出R、G、B三种颜色分量（即颜色号的定义值）然后送监视器,例如：彩色表的字长为 12bit（R、G、B各 4bit），这意味着最多可定义2124096种不同颜色,彩色表结构,为什么说彩色表的使用节省了存

18、储容量？,彩色表的地址数目是由像素值的位长来决定的，也就是彩色素的多少，也即是一屏能显示颜色数目的多少，例如像素值有8位，那么彩色表的地址彩色素数目一屏能显示的颜色数256,像素值的位长与彩色表的字长（也即是R/G/B三种原色的总位长）无关，例如像素值的位长为8，R/G/B三种原色各有16（256）种灰度，那么彩色表的字长为12（24），该显示系统所能显示的颜色总数为4096（16777216）种，但是每屏最多能显示的颜色数目只有28256种。,CRT 控制器,使电子束不断地自上而下、自左面右进行屏幕扫描，形成光栅（Raster），产生水平和垂直同步信号送往CRT。,CRT监视器,供显示图形用

19、。,（2）光栅扫描显示器的工作原理,图形生成器根据主机发送来的画图命令转换成相应点阵,点阵存入到显示存储器中,显示存储器中生成所显示画面位图,CRT控制器产生水平和垂直同步信号送到监视器，使CRT电子束不断地自上而下、自左向右进行扫描，形成光栅；,同时根据电子束在屏幕上的行列位置，不断地读出显示存储器中对应位置像素值。,彩色表中对应值控制R、G、B电子束，在屏幕对应点生成需要像素值。,为了使屏面显示画面不产生闪烁，上述过程要反复进行，一般要求CRT的帧频为5060帧秒。,显示器的光栅扫描方式一般有两种,消隐,按照0，2，4，6的顺序扫描完偶数行，开始扫描奇数行。,按照1，3，5，7的顺序扫描完

20、奇数行，整个屏幕扫描完毕。,从0行光栅（偶数行）开始，逐行下扫，直到屏幕底部,隔行扫描、非隔行扫描,扫描第0行光栅,消隐,回扫线是被消隐的,（3）光栅扫描式显示器主要性能参数,显示分辨率,颜色或亮度等级数目,其他,画图速度,三. 显示配置,显示器和显示卡两方面内容,显示器就是监视器（CRT）,显示器控制适配器，它是将显示存储器、CRT控制器制作在一块芯片上,从显示标准的角度来说，每一种标准都包含有一种或多种显示模式，而每一种显示模式都规定了模式的“类型”、“字符尺寸”、“字符格式”、“屏幕分辨率”、“色彩”等指标。,两种显示模式类型，即图形模式和文本模式。,1.图形模式,在图形模式下，把字符也

21、看成图形，用点阵（位图）来表示，直接存放在显示存储器中。,优点:字符的显示位置可以以像素为单位任意定位，也可以随意改变单个字符的大小、方向或字符串走向，但编辑修改操作比较麻烦。,2.文本模式,显示存储器中存放的是字符编码（ASCII码或汉字代码）及属性（加亮、闪烁、下横线等），其字符点阵信息存放在一个只读存储器中（称为字符发生器或字库）。,优点:处理速度快，但是字符是由固定区域内的像素所组成。,屏幕、字符格式、字符尺寸与分辨率关系,字符尺寸:是指这个固定字符区的大小，它是由行和列两个方向上像素点的个数来决定的,914,每行 9个像素点,每列14个像素点,字符格式:是指显示屏幕上字符显示的分辨率

22、，它是用每行可显示的字符数乘每列可显示的字符数来表示的,8025,每行可显示80个字符,每列可显示25个字符,即有25行,常见显示标准,MDA(Monachronme Display Adapter) 单色显示标准 “文本”模式“类型”，“字符格式”如8025，“字符尺寸”为914，“屏幕分辨率”为720350，彩色数目只有黑白两种； CGA（Color Graphics Adapter） 彩色图形标准 包括四种“文本”模式“类型”和三种“图形”模式“类型”，最高“屏幕分辨率”为 640200，“色彩数目”最多为16色；,注意这里所指的“色彩数目” 的含义,EGA（Enhanced Graph

23、ics Adapter） 增强型图形标准 含有MDA、CGA的模式“类型”外，增加了四种“文本”模式“类型”和四种“图形”模式“类型”，其中一种为单色。它的最高“屏幕分辨率”为640350“色彩数目”最多为16色； VGA（Video Graphics Array） 视频图形阵列标准 最高“屏幕分辨率”为640480，“色彩数目”最多可达 256色。 书上还列出其他显示标准，请自己看。,三. 其它显示器,（LiquidCrystal Display）LCD,1.液晶显示器,2.等离子显示器,3.电子发光显示器,（Plasma Display Panel）PDP,第二章 计算机图形系统 2.1

24、计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统（GKS）简介 2.6 通用图形软件简介,2.3 计算机图形输入设备,一. 键盘,二. 鼠标,一机械式鼠标器,二光电式鼠标器,三光机式鼠标器,233 光笔,一种检测装置,功能一般有两种：拾取和跟踪,使用时要有相应的软件配合。,234 数字化仪和图形输入板,数字化仪,数字化仪时常用来摘取放在它上面的工程图上的大量点，经数字化后存储起来，以此作为图形输入一种手段。 工作原理：数字化仪平板实际上就是一个XY直角坐标系，它上面的任何一点都对应于一个坐标值（x，y），当游标器移动到

25、平板上某一位置时，按一下游标器上的开关，便可获得这一位置的坐标值，并自动地把这个坐标值（x，y）送到计算机内。,只要将画有此曲线的图纸贴在数字化仪的平板上，并移动游标器到各个点A i（i1，2，6）每次按下游标器上的开关，便把这些点的坐标（x i，y i）自动地送到计算机内,234 数字化仪和图形输入板,图形输入板则更多用于交互设计，使用时大多划出一个台板图形区，其余部分放置菜单，称为菜单区。,图形区,菜单区,台板图形区与显示屏之间存在着一种映射关系,234 数字化仪和图形输入板,图形输入板的使用方式有三种： （1）图形变成数字化信息。 （2）拾取台板菜单区中的菜单项，即取出拾取点的坐标，算出

26、该菜单项的代码并转入相应程序运行。 （3）选择输出坐标数据的方式，共有四种方式。第一种为点方式，即先拾取一个点，接着输出该点的坐标；第二种称连续方式，即随着定位工具的移动，连续输出点的坐标；第三种称开关连续方式，即当定位工具移动且同时按下开关时才能连续输出点的坐标；第四种称增量方式，这时拾取点的坐标以相对于上次拾取点的增量坐标形式输出。以上四种方式可通过选择图形输入板上的有关按钮来决定。,234 数字化仪和图形输入板,235 操纵杆、跟踪球,操纵杆,跟踪球,236 图形扫描仪,直接把图形（工程图纸）和图像（如照片、广告画）扫描输入到计算机中，以像素信息进行存储表示的设备。,按所支持的颜色分：

27、单色扫描仪和彩色扫描仪 按所采用的固态器件分: 电荷耦合器件（CCD）扫描仪、MOS电路扫描仪和紧贴型扫描仪等； 按扫描宽度和操作方式分: 大型扫描仪、台式扫描仪和手动式扫描仪,图形扫描基本过程(CCD扫描仪）,扫描光源通过待扫描材料,再经一组镜面反射到CCD,由CCD转换产生图像数据，然后，传输给计算机主机,经过适当的软件处理，以图像数据文件的形式存储或使用。,分辨率：在原稿的单位长度（英寸）上取样的点数，单位是dpi（dot per inch）一般在300dpi-1000dpi,扫描仪的性能指标,支持颜色、灰度等级：目前有4位、8位和22位面颜色、灰度等级的扫描仪。,扫描图形分辨率越高，所

28、需的 储空间就越大。,扫描仪支持的颜色、灰度层次越多，图像的数字化表示就越准确，但同时意味着表示一个像素的位数增加了，因而也增加了存储空间。,2.4 计算机图形输出设备,第二章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统（GKS）简介 2.6 通用图形软件简介,显示器、绘图仪、打印机,一. 绘图仪,把由计算机生成的图形输出到图纸（或其它介质）上的硬拷贝设备。,笔绘式 喷墨式 静电式,1.笔式绘图仪,矢量型设备，绘图笔相对纸作随机移动。,在笔式绘图机上，一个电脉冲通过驱动电机与传动机构使画笔

29、移动的距离称为步距（或称脉冲当量）,步距减小，画出的图就越精细。,(1).平台式绘图机,图纸静止不动,导轨做X方向运动,笔架做Y方向运动,机械传动,(2).滚筒式绘图机,绘图纸卷在滚筒上，笔和纸都是运动的。,(3).平面电机式绘图机,采用平面电机驱动，可以取消导轨、横梁及传动机构 。,(4).小型绘图机,结构简单,原理大致与平台式绘图机相同,笔式绘图机的主要技术指标,绘图速度 步距 绘图精度 功能,包括绘图幅面大小（A0，A1，A3等），画笔数量，以及其他辅助功能（如插补功能、由线拟合功能等）,二、喷墨式绘图仪,喷墨装置多数情况是安装在类似打印机的机头上，纸则绕在滚筒上并使之快速旋转，喷墨头则

30、在滚筒上缓慢运动，并且把青色、品红、黄色，有时是黑色墨喷到纸上。,三、静电绘图仪,绘图分两步： （1）用静电构造一个不可见潜影 （2）喷上调色剂着色处理进行显影,242 打印机,针点式打印机 激光打印机,细针与色带作为打印装置,利用静电作用,利用喷射墨计作为打印装置,2.5 图形核心系统（GKS）简介,Graphics Kernel System，一种已经被ISO接受的国际图形标准,一. GKS的功能,提供了各种物理的图形输入、输出设备（图 形显示器、绘图机。图形输入板等）和应用 软件之间的接口。 提供了与各种高级语言的接口。,第二章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成 2.2 计算

31、机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统（GKS）简介 2.6 通用图形软件简介,二. GKS的基本概念,1.工作站,由一个操作员操纵使用的一组图形输入输出设备,是一个逻辑上的概念,一个工作站允许有多个输入设备，但只能有一个输出设备。典型的工作站由一个键盘、一个鼠标器和一台图形显示器组成,分为输出型、输入型、输入输出型（交互式工作站）、元文件输出工作站、元文件输入工作站和图段存储器工作站六种类型。,2.坐标与坐标变换,GKS有三种不同的坐标系,供应用程序使用的实际世界坐标系统（World Coordinate System，简称 WC） 各工作

32、站物理设备使用的设备坐标系（Device Coordinate System，简称DC） GKS内部使用的规范设备坐标系（Normalized Device Coordinate；简称NDC）,三个坐标系都是二维坐标系,两种坐标变换,三. GKS图形输出原语,GKS可以输出一些最基本的几何元素如线段、标记、填充封闭区域、文字、符号等。通常二维物体的形状及其相应的画面都可以由这些基本的图形元素来构成。,应用程序是通过调用GKS的输出图元功能子程序的方式输出图元的。,GKS的六种图形输出原语 （见书P41）,GKS不仅使用必要的坐标数据来规定上述各种图元的位置、大小及形状、而且可以通过各种属性来指

33、出其外貌，从而使应用程序能很方便地生成符合实际使用要求的多姿多彩的图形。 输出图元属性（见书P42）,四. GKS图形输入设备,六种不同的逻辑输入设备： 定位设备 笔画设备 拣取设备 选择设备 数值输入设备 字符串输入设备,2.6 通用图形软件简介,一、通用图形软件的分类,图形软件的内容非常丰富，它包括二维图形的生成、图形变换、几何交切、裁剪，平面图形的布尔运算，三维图形的生成、变换、隐藏线的消除，三维剪裁，立体造型等。,图形程序包：如PLOT-10、CALCOMP等绘制软件 基本图形资源软件：如GKS及PHIGS标准的软件包，还有SGI公司研发的图形标准库OpenGL。 以及二维、三维交互图

34、形软件，几何造型软件，动画技术软件等,第二章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 图形核心系统（GKS）简介 2.6 通用图形软件简介,CADAM（Computer-graphics Augmented Design And Manufacture，计算机图形增广设计和制造） CATIA（ Computer-graphics Aided Three-demensional Interactive Application，计算机辅助三维交互应用） CAEDS（Compute Aided Engin

35、eering Design Systems，计算机辅助工程设计系统） GKS（Graphics Kernel System，图形核心系统） CBDS2（Circuit Board Design System 2，电路板设计系统2） PADL（Pat and Assembly Descriptiion Language，零件和部件描述语言）,二、典型图形软件一览,详见课本P47,习题,P50: 第4、5、6、7题,计算机图形学补充内容,液晶显示器 等离子显示器 两种显示器之间的对比,液晶(Liquid- Crystal)于1888 年被被奥地利 的植物学家 Friedrich Reinitzer

36、 所 发现,液晶显示器(LiquidCrystal Display, 简称LCD),液晶显示器(LiquidCrystal Display, 简称LCD),按照 分子 的排 列方,式液 晶的 分类 情况,液晶显示器（LiquidCrystal Display）LCD,介电系数：是液 晶受电场的影响 决定液晶分子 转向的特性,折射系数：是光 线穿透液晶时影 响光线行进路线 的重要参数,液晶显示器就是利用 液晶本身的这些特性， 适当的利用电压， 来控制液晶分子的转 动，进而影响光线的 行进方向，来形成不 同的灰阶，作为显示 影像的工具。,液晶特性,13万美元，160颗钻石打造最昂贵的液晶电视,液晶

37、显示器(LiquidCrystal Display, 简称LCD) 实物图片,笔记本电脑液晶显示器 桌面计算机液晶显示器 电视液晶显示器,就使用范围而言：,液晶显示器(LiquidCrystal Display, 简称LCD) 分类,液晶显示 器(LCD) 原理综述,液晶显示器(LCD/Liquid Crystal Display）的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应；,两片玻璃基板上装有配向膜，液晶沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度，液晶分子将成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板随液晶做90度扭转；,此时

38、光线通过下方偏光板，液晶面板呈白色，玻璃基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向被下方偏光板遮蔽并被吸收，液晶面板显示黑色；,液晶显示器便是根据此电压有无，使面板达到显示效果。LCD的分类：被动矩阵式LCD在亮度及可视角方面受到较大的限制，反映速度慢；目前应用比较广泛的主动矩阵式LCD，也称TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶体管LCD)。,该电场效应控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像；,液晶显示器原理分解,液晶显示器示意图,液晶显示器(LiquidCrystal D

39、isplay,简称LCD),没有增加电压,晶粒以螺旋形式排列，使所穿过的极化光的极化方向偏转90度（由配向膜决定）,增加电压,增加电压后，所有的晶粒在电场力作用下呈线性按同一方向排列，并失去极化作用,液晶显示器(LiquidCrystal Display,简称LCD),液晶显示器(LiquidCrystal Display,简称LCD),液晶显示器发展历史,扭曲向列型 (TN Twisted Nematic),超扭曲向列 型(STN Super TN),双层超扭曲 向列型(DSTN Dual Scan Tortuosity Nomograph),薄膜晶体管 型(TFT Thin Film Tr

40、ansistor),薄膜晶体管型（TFTThin Film Transistor）,工作原理建立在TN-LCD基础上。利用薄膜晶体管来产生电压，以控制液晶转向的显示器，就叫做TFT LCD。 在光源设计上，TFT的显示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路径不是像TN液晶那样的从上至下，而是从下向上，这样的作法是在液晶的背部设置了类似日光灯的光管。,液晶显示器(LiquidCrystal Display, 简称LCD),TFT液晶显示器原理图,液晶显示器(LiquidCrystal Display, 简称LCD),几个性能指标,显示器的尺寸,响应 时间,分辨率,亮度,屏幕 坏点,LCD显示器的

41、尺寸就是它实际的屏幕尺寸，也就是最大的可视尺寸。如果同是一台17英寸的显示器，CRT显示器的显示区域为15.35英寸，而液晶显示器的则为17英寸。,LCD显示器显示器的分辨率有别于CRT显示器的分辨率，对于CRT显示器而言，只要调整电子束的偏转电压，就可以改变不同的分辨率。但LCD显示器由于像素间距已经固定，所以支持的显示模式不像CRT显示器那么多。LCD显示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在该分辨率下，液晶显示器才能显示最佳效果。譬如目前15英寸LCD显示器的最佳分辨率为1024768，1719英寸的LCD显示器最佳分辨率通常为12801024 。,亮度的单位是坎德拉每平米，即cd/m2或称n

42、its。当然亮度值越大时，图像的显示效果就越清晰，能看到的细节也就越多了。在LCD显示器中亮度往往和它的背板光源有关。背板光源越亮，整个液晶显示器的亮度也会随之提高。不过，LCD显示器的背光源的寿命也是有限的，长时间使用会导致亮度的逐渐下降。,液晶显示器(LiquidCrystal Display, 简称LCD),几个性能 参数,响应时间指的是LCD显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或者是由亮转暗的反应时间。通常都是以毫秒(ms)来计算，响应时间越小越好。,所谓坏点，其实是指在液晶面板上不能正常显示的像素点(坏点、亮点与暗点)统称。其中亮点是指在全黑底色背景下显示出会发亮的色点。

43、暗点是指在全白底色背景下显示出的非发亮色点，以及在其它颜色背景下显示出的其它色点。 坏点也是判断LCD显示器优劣的主要依据，坏点越少越好。关于LCD显示器坏点有A、B、C三级标准，A级质量最好。如我国的标准是3个坏点以下为A级合格，日本标准是3个坏点以下为A级合格，韩国标准是5个坏点以下为A级合格。,液晶显示器(LiquidCrystal Display, 简称LCD),应用领域,通信领域 （如移动电话、 无线电话、 传真机）,计测领域 （如工业用仪表、 机器）,通信领域 （如移动电话、 无线电话、 传真机）,通信领域 （如移动电话、 无线电话、 传真机）,。,液晶显示器(LiquidCrys

44、tal Display, 简称LCD),总之，等离子屏幕的彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。,等离子显示器(Plasma Display Panel, 简称PDP),等离子显示器一般由三层玻璃板组成，第一层里面涂有导电材料。,中间层是灯泡阵列，也就是离子管，里面充满惰性气体，当加有电压时，等离子气体激发出紫外线去激发荧光粉发光。,第三层表面涂有导电材料的水平条。要点亮某个地址的灯泡，开始要在相应行上加较高的电压，等该灯泡点亮后，可用低电压维持氖气灯泡的亮度。,关掉某个灯泡，只要将相应的电压降低。灯泡开关的周期时间是15ms，通过改变控制电压，可以使等离

45、子板显示不同灰度的图形。,原,理,等离子显示器三层结构示意图,等离子显示器(Plasma Display Panel, 简称PDP),等离子显示器(Plasma Display Panel, 简称PDP),特点,(1)亮度、高对比度。 据计算等离子电视对比度达到500:1，完全能满足眼睛的需求；亮度达到330/850尼特（cd/m2），比普通电视的250尼特（cd/m2）高很多，因此，其色极还原性非常好。 (2)纯平面图像无扭曲。 PDP的RGB发光栅格在平面中呈均匀分布，这样就使得PDP的图像即使在边缘也没有扭曲现像出现。而在纯平CRT彩电中，由于在边缘的扫描速度不均匀，很难控制到不失真的水

46、平。 (3)超薄设计、超宽视角。 等离子电视整机厚度大大低于传统的CRT彩电和投影类彩电。PDP402等离子电视的机身厚离仅为7.8厘米。另外PDP402等离子电视是自发光器件，其视角与CRT传统彩电具有相同的水平。,等离子显示器(Plasma Display Panel, 简称PDP),目前世界上最大 的等离子电视，103英寸,除此以外，两者还各有特点，如等离子电视在同等尺寸下比液晶电视便宜，而液晶电视在节电性能与显示分辨率方面具有优势。,等离子显示器PDP与液晶显示器LCD之间的比较,PK,1,等离子电视(PDP)和液晶电视(LCD)都属于平板电视，它们就像双胞胎，虽然表面上十分相像，但本

47、质上却有很大差别。,2,其中两者的最大的区别在于使用的面板不同，也就是说它们的成像原理大不一样。,3,等离子电视是依靠高电压来激活显像单元中的特殊气体，使它产生紫外线来激发磷光物质发光。,4,而LCD电视则是通过电流来改变液晶面板上的薄膜型晶体管内晶体的结构，使它显像。,5,生产液晶电视的企业往往宣称在清晰度上要高等离子电视一筹，并声称目前等离子电视宣称的最高物理分辨力不过10241024，而几乎所有的液晶电视都可以达到1024768的高分辨力，最高的已达19201080。确实，市场销售的等离子电视的物理分辨力大部分只有852480，只有少数等离子电视的物理分辨力达到1024768。,关于清晰

48、度,但决定平板电视清晰度不只是屏的物理分辨力，电路对高清信号处理的好坏也直接影响清晰度，单纯从屏的物理分辨力来判断还不够充分。所以，液晶电视生产企业单纯从屏的物理分辨力攻击等离子电视不够科学。,1. 无论液晶电视怎样辩解，等离子电视在视角方面要好于液晶电视，当然等离子电视也不是“没有视角问题”。,2. 对于客厅、卧房用的电视机，很少有人会在超过120度的角度去看电视，所以从这个角度来说，双方关于视角的攻击没有必要。,4. 但如果从画质来说， 模拟的图像让人感觉 平滑，而数字图像让 人感觉跳跃。,3. 等离子电视生产企业攻击液晶电视显示的图像是模拟的，而等离子电视则是全数字的。,关于 视角,关于

49、 模数,关于 制造成本,LCD与PDP生产制造工艺有迥然不同的差异,对TFT LCD而言，一块面板的制造至少需要6570道制程，而且成品的合格率较低；,在制程上，由于材料上所占的比例较高，所以设备投资需很大的投入，这是TFT LCD的劣势所在。,在设备更新上，由于市场的迅速发展追求，往往在上一个生产线投资尚未完全回收之际，却又要投入下一代生产线的投入，才能满足市场的需求，使整个产业在成本竞争上相当激烈。,至于PDP，与TFT LCD的制程相比，其生产仅需约2530道制程，且成品合格率较高，这成为PDP在价格竞争上所具备的优势。,目前使用的PDP由于采用高压制程，所以面板必须能够承受高压电路的负

50、载，在设计上要求较高。,PDP属于自发光，所以具有亮度高、宽视角、响应时间快的特点，在这一点LCD是无法媲美的。,响应速度曾是液晶电视的软肋，近期虽然在技术上已有很大改进，但有时也被生产等离子电视的企业作为攻击液晶电视的对象。有企业宣称，他们的液晶电视响应时间已降低到8毫秒，但实际上，市场上销售的液晶电视响应时间大部分在12毫秒左右。即使已宣称响应时间降到8毫秒的液晶电视，在播放快速运动图像时仍有拖尾现象，因为企业所宣称的8毫秒响应时间是在播放静止图像的情况下测算的。,关于响应速度,对于一个快速运动的黑色图像或者白色图像，液晶电视都有轻微拖尾现象，但这并不表示，等离子电视在这方面就完美无缺，对于快速运动的白色物体，等离子电视同样会有轻度的拖尾现象，只是当快速运动的物体换成黑色，就不会再有拖尾现象发生。,谢谢大家！,