第2章计算机图形系统.ppt

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1、1 第二章第二章 计算机图形系统计算机图形系统 2.1 2.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 2.2 2.2 计算机图形显示器计算机图形显示器 2.3 2.3 计算机图形输入设备计算机图形输入设备 2.4 2.4 计算机图形输出设备计算机图形输出设备 2.5 2.5 图形核心系统（图形核心系统（GKSGKS）简介简介 2.6 2.6 通用图形软件简介通用图形软件简介 22.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 一一.图形系统的结构图形系统的结构 由由硬件硬件和和软件软件两部分组成。两部分组成。第二章第二章 计算机图形系统计算机图形系统 第二章第二章 计算机图形系统计算机图形

2、系统 2.1 2.1 计算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 2.2 2.2 计算机图形显示器计算机图形显示器2.3 2.3 计算机图形输入设备计算机图形输入设备2.4 2.4 计算机图形输出设备计算机图形输出设备2.5 2.5 图形核心系统（图形核心系统（GKSGKS）简介简介 2.6 2.6 通用图形软件简介通用图形软件简介 3二二.图形系统的基本功能及其硬件性能要求图形系统的基本功能及其硬件性能要求 计算机图形系统至少应具有以下五个方面基本功能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）形体设计和分析方法的程序

3、库，描述形体的图形数据库。库。（2）坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序库的）坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序库的数据库。数据库。（3）曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库。）曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库。2.存储功能存储功能 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。检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。43.输入功能输入功能 由图形输入设备将所设计的图形形体的几何参

4、数（例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。如大小、位置等）和各种绘图命令输入到图形系统中。4.输出功能输出功能 图形系统应有文字、图形、图像信息输出功能。在显图形系统应有文字、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编辑后的示屏幕上显示设计过程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。出，以便长期保存。5.对话功能对话功能 可通过显示器或其他人机交互设备直接进行人机可通过显示器或其他人机交互设备直接进行

5、人机通信，对计算结果和图形，利用定位、拾取等手段进行修通信，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。帮助。5 为了实现以上功能，对图形系统的硬件性能要求是：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。图形软件的图形处理算法有关。2存储容量存储容量 存储容量包括三部分：内存储容量、外部存储容量存储容量包括三部分：内存储容量、外部存储容量和显示缓冲区容

6、量。和显示缓冲区容量。3.处理精度处理精度 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、图形色彩的显示等。而且量：这里主要指图形分辨率、图形色彩的显示等。而且很大一部分与所采用的图形处理软件有关。很大一部分与所采用的图形处理软件有关。6三三.图形系统分类及硬件工作平台要求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根据其硬件配置和信息传递方式分为:(1).脱机绘图系统脱机绘图系统 将输入图形将输入图形数据在主机数据在主机内进行处理内进行处理将图形处理后将图形处

7、理后的图形数据送的图形数据送入中间介质入中间介质用磁盘或磁带用磁盘或磁带控制绘图输出控制绘图输出机输出图形机输出图形 脱机绘图系统是将图形数据和图形输出分别进行处理，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。避免计算机处于等待状态，加快计算机的工作效率。7(2)联机绘图系统联机绘图系统将输入图形将输入图形数据在主机数据在主机内进行处理内进行处理计算机将图形处计算机将图形处理信息直接送给理信息直接送给绘图机输出图形绘图机输出图形 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

8、是机械速度，这样造成了时间缩短了。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。计算机对绘图机等待，降低了计算机工作效率。8(3)交互式绘图系统交互式绘图系统绘图系统将处理结果输出到图形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位、拾取和描绘等设备进行编辑和标注等和标注等 92.计算机图形系统的硬件工作平台计算机图形系统的硬件工作平台 目前，计算机图形系统的目前，计算机图形系统的硬件平台硬件平台有如下几种有如下几种:(1).微型计算机（简称

9、微机）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现三维形体的设计及显示能力在不断提高。(2).工作站工作站 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。设计，为研究、开发提供一整套软硬件工作环境支持。工作站是工作站是具有高速的科学计算具有高速的科学计算、丰富的图形处理丰富的图形处理、灵活灵活的窗口的窗口及及网络管理功能网络管理功能的的交互式计算机系统交互式计算机系统。美国的。美国的SUN、SGI、

10、HP、DEC、IBM等公司的产品均属此类。等公司的产品均属此类。10(3).中、小型计算机中、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。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，要求机器有和数据的处理量是很大的，要求机器有极高的处理速度极高的处理速度和和极大的存储容量极大的存储容量。(4).大型机大型机 以大型计算机为基础，具有以大型计算机为基础，具有容量庞大的存储器容量庞大的存储器和和极强极强的计算功能的计算功能,大量的显示终端大量的显示终端及及高精度、

11、大幅面的硬拷贝高精度、大幅面的硬拷贝设备设备。还往往拥有自行开发的、功能齐全的应用软件系。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（统。例如，美国第三大汽车公司（CHRYSLER汽车公司汽车公司）就拥有庞大的计算机系统来进行计算机辅助设计、实）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。管理、生产过程控制等。11(5)计算机网络计算机网络 计算机网络是指将上述四类计算机平台，或者其计算机网络是指将上述四类计算机平台，或者其中某一类通过某种互联技术

12、彼此连接，按照某种通信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协议进行数据传输、数据共享、数据处理的多机工作环境。环境。它的它的特点特点是多种计算机相连，可以充分发挥各个是多种计算机相连，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。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网络图形系统要考虑的关键问题关键问题是是网络服务器的网络服务器的性能性能，图形数据的通信、传输、共享以及图形资源的图形数据的通信、传输、共享以及图形资源的利用利用问题。问题。12第二章第二章 计算机图形系统计算机图形系统 2.1 2.1 计

13、算机图形系统的组成计算机图形系统的组成 2.2 2.2 计算机图形显示器计算机图形显示器 2.3 2.3 计算机图形输入设备计算机图形输入设备 2.4 2.4 计算机图形输出设备计算机图形输出设备 2.5 2.5 图形核心系统（图形核心系统（GKSGKS）简介简介 2.6 2.6 通用图形软件简介通用图形软件简介 2.2 2.2 计算机图形显示器计算机图形显示器 显示器是图形系统中必备的输出设备，目前，图形显示器是图形系统中必备的输出设备，目前，图形显示器占统治地位仍是阴极射线管（显示器占统治地位仍是阴极射线管（CRTCathod Ray Tube）显示器。此外，还有液晶显示器和等离子板显示显

14、示器。此外，还有液晶显示器和等离子板显示器等。器等。一一.CRTCRT显示器工作原理显示器工作原理 CRT显示器其分辨率好，可靠性高，速度快。为了显示器其分辨率好，可靠性高，速度快。为了不影响主机的数据处理能力，不影响主机的数据处理能力，CRT显示器作为计算机的显示器作为计算机的外围设备而独立存在，它有自己的控制电路，专门负责外围设备而独立存在，它有自己的控制电路，专门负责屏幕编辑功能，并有标准的串行接口与主机连接。屏幕编辑功能，并有标准的串行接口与主机连接。131.CRT1.CRT单色显示原理单色显示原理 电子枪电子枪灯丝加热阴极，阴灯丝加热阴极，阴极表面向外发射自极表面向外发射自由电子，控

15、制栅控由电子，控制栅控制自由电子是否向制自由电子是否向荧光屏发出荧光屏发出 电子流在到达屏幕的电子流在到达屏幕的途中，被加速、聚焦途中，被加速、聚焦成很窄的电子束成很窄的电子束由偏转系统产生电子由偏转系统产生电子束的偏转电场（或磁束的偏转电场（或磁场），使电子束左右场），使电子束左右、上下偏转、上下偏转 在指定时刻在屏在指定时刻在屏幕指定位置上产幕指定位置上产生亮点生亮点 14余辉时间余辉时间：电子束离开光点后光点保持的时间。电子束离开光点后光点保持的时间。屏幕刷新屏幕刷新：荧光亮度随着时间按指数衰减，整个画面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，人们必须在每一

16、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，即使电子束迅必须重复地使荧光质发光，即使电子束迅 速回到同一点速回到同一点余辉时间越短，所需屏幕输刷新率越高余辉时间越短，所需屏幕输刷新率越高荧光粉的质量直接影响到荧光粉的质量直接影响到CRTCRT成像效果成像效果。152.2.CRTCRT彩色显示原理彩色显示原理 (1).(1).穿透式彩色穿透式彩色CRTCRT 采用了多层不同的荧光粉。在绿色荧光粉层上再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。沉积一层红色荧光粉。提高加速电压后，提高加速电压后，电子束速度增加，电子束速度增加，穿透绿色荧光层，穿透绿色荧光层，显示绿色显示绿色电子束速度较低时，轰电子束速度较低时，轰击荧光屏的能量只能使击荧光屏的能量只能使表层红色荧光粉受激励表层红色荧光粉受激励，产生红色亮点，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，合层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，