1、關于圖形系統及圖形硬件第一張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月22.1 計算機圖形系統計算機圖形系統的功能計算機圖形系統的結構第二張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月3計算機圖形系統的功能圖2.1 計算機圖形系統的功能第三張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月4計算機圖形系統的結構圖2.2 計算機圖形系統的結構第四張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月52.2 圖形輸入設備鍵盤（keyboard） 鍵盤能用來進行屏幕坐標的輸入、菜單選擇、圖形功能選擇，以及輸入那些如輔助圖形顯示的圖片標記等非圖形數據。第五張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月6圖形輸入設備鼠標器（mou

2、se） 當推動鼠標器在平面上移動時，鼠標將記錄移動的方向和距離，這個方向和距離被傳送給計算機，轉換成對應的光標的位移。第六張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月7圖形輸入設備光筆(light pen)圖2.3 光筆的結構第七張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月8圖形輸入設備觸摸屏(touch screen) 當用手指或者小桿觸摸屏幕時，觸點位置便以光學的（紅外線式觸摸屏）、電子的（電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏）或聲音的（聲音探測式）方式記錄下來。第八張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月9圖形輸入設備操縱桿(joystick) 操縱桿是由一根小的垂直杠桿組成的可搖動裝置，該杠桿裝配

3、在一個其四周可移動的底座上用來控制屏幕光標。第九張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月10圖形輸入設備跟蹤球（Trackball）和空間球（Spaceball）圖2.4 跟蹤球圖2.5 空間球第十張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月11圖形輸入設備數據手套(Data Glove) 是一種戴在手上的傳感器，可以用來抓住“虛擬對象”，它由一系列檢測手和手指運動的傳感器構成，用來提供關于手的位置和方向的信息。第十一張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月12圖形輸入設備數字化儀(Digitizer) 用于在二維或三維的圖形對象上掃描，以輸入一系列二維或三維的坐標值。這些坐標值代表的坐標點

4、，在系統中將以直線段或曲線段連接，以逼近圖形對象的描繪曲線或表面形狀。第十二張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月13圖形輸入設備圖像掃描儀(Scaner) 圖像掃描儀可直接把圖紙、圖表、照片、廣告畫等輸入到計算機中，在將它們傳過一個光學掃描機構時，灰度或彩色等級被記錄下來，并按圖像方式進行存儲。第十三張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月14圖形輸入設備聲頻輸入系統視頻輸入系統第十四張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月152.3 圖形顯示設備陰極射線管彩色陰極射線管CRT圖形顯示器平板顯示器三維觀察設備第十五張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月16陰極射線管（CRT）CR

5、T（Cathode Ray Tube）是一種真空器件，它利用電磁場產生高速的、經過聚焦的電子束，偏轉到屏幕的不同位置轟擊屏幕表面的熒光材料而產生可見圖形。CRT從結構上分為：電子槍、偏轉系統、熒光屏。第十六張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月17陰極射線管（CRT）電子槍偏轉系統熒光屏圖2.6 CRT的結構第十七張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月18陰極射線管（CRT）電子槍：產生一個沿管軸（Z軸）方向前進的高速的細電子束轟擊熒光屏。具有足夠的電流強度。電流的大小和有無必須是可控的。具有很高的速度。在熒光屏上應能聚焦很小的光亮，以保證顯示器有足夠的分辨率。第十八張，PPT共九十二

6、頁，創作于2022年6月19陰極射線管（CRT）圖2.7 CRT電子槍的結構第十九張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月20陰極射線管（CRT）偏轉系統 為了在熒光屏上顯示圖形及字符，必須用電子束偏轉掃描來實現。圖2.8 磁偏轉第二十張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月21陰極射線管（CRT）枕形失真當偏轉線圈的匝數一定時，偏轉電流I與偏轉角的正弦成正比。只有在偏轉角很小時，偏轉角與偏轉電流之間才成直線性關系。由于熒光屏四角距中心最遠，偏轉角較大，同樣的偏轉電流增量所造成的偏轉距離增量最大。第二十一張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月22陰極射線管（CRT）圖2.9 枕形失真與

7、桶形失真枕形失真的校正將產生偏轉磁場的鋸齒形電流預先產生一些失真；將偏轉磁場做成略有不均勻性，接近管軸中央處略強，周圍略弱。第二十二張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月23陰極射線管（CRT）圖2.10 電偏轉第二十三張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月24陰極射線管（CRT）熒光屏（Phosphor Screen）熒光屏是用熒光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用沉積法涂敷熒光粉。玻璃底壁要求無氣泡，表面光學拋光。熒光粉的性能要求是：發光顏色滿足標準白色、發光效率高、余輝時間合適以及壽命長等。第二十四張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月25三基色原則主要結構：三色熒光屏、三支電子

8、槍、蔭罩板彩色陰極射線管蔭罩式圖2.11 三色熒光屏第二十五張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月26彩色陰極射線管蔭罩式圖2.12 三支電子槍第二十六張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月27彩色陰極射線管蔭罩式圖2.13 蔭罩第二十七張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月28為了避免混色，熒光點的面積比電子束截面要大些。只有15%左右的電子到達屏幕。蔭罩吸收大量電子，容易發熱變形。管子的亮度低，要提高管子的亮度，則需提高第二陽極的高壓。圖2.14 原理圖第二十八張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月29彩色陰極射線管蔭罩式圖2.15 黑底蔭罩管第二十九張，PPT共九十二頁，

9、創作于2022年6月30CRT圖形顯示器隨機掃描的圖形顯示器直視存儲管圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器第三十張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月31向量（vector）顯示器、筆劃（Stroke writing）顯示器。隨機掃描（random-scan）的圖形顯示器中電子束的定位和偏轉具有隨機性，即電子束的掃描軌跡隨顯示內容而變化，只在需要的地方掃描，而不必全屏掃描。 隨機掃描的圖形顯示器第三十一張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月32隨機掃描的圖形顯示器圖2.16 隨機掃描圖形顯示器的工作原理第三十二張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月33無冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵

10、系統更高的分辨率、生成光滑線條；不能顯示逼真場景、和電視標準不一致、驅動系統也較復雜。隨機掃描的圖形顯示器第三十三張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月34直視存儲管DVST（direct-view storage tube）從表面上看直視存儲管的特性極象一個有長余輝的熒光屏，一條線一旦畫在屏幕上，在一小時之內都將是可見的。 直視存儲管圖形顯示器第三十四張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月35直視存儲管圖形顯示器圖2.17 直視存儲管圖形顯示器的工作原理工作原理第三十五張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月36無需刷新；很復雜的圖形都可以在極高的分辨率下無閃爍地顯示；成本較低；不

11、能顯示彩色；不能局部修改；擦除和重畫過程可能持續較長時間。直視存儲管圖形顯示器第三十六張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月37光柵掃描圖形顯示器圖2.18 光柵掃描原理水平掃描（顯示）水平回掃（消隱）垂直回掃（消隱）第三十七張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月工作原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵形狀進行的順序掃描，而字符、圖像是靠Z軸信號控制輝亮來形成的。圖2.19 光柵掃描圖形顯示器的工作原理第三十八張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月39刷新緩沖存儲器（refresh buffer）或稱幀緩沖存儲器（frame buffer）。像素（pixel或pel，是pictur

12、e element的簡寫）。像素信息從應用程序轉換并放入幀緩沖區的過程稱之為掃描轉換過程。光柵掃描圖形顯示器第三十九張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月40低電壓、輕小型、數字化顯示器件。平板顯示器（flat-panel display）的分類：非發射顯示器（none-emissive display）發射顯示器（emissive display）平板顯示器（flat-panel display）第四十張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月41液晶顯示器等離子體顯示板（Plasma Panel）薄片光電顯示器（Thin-Film Electroluminescent Display）

13、發光二極管（Liquid-Emitting Diode, LED）平板顯示器（flat-panel display）第四十一張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月42液晶分子的排列在微弱的外部電場、磁場或者應力、溫度變化等作用下非常容易改變。當液晶分子的某種排列狀態在電場作用下變為另一種狀態時，液晶的光學性質隨之改變，這種產生光被電場調制的現象稱為液晶的電光效應。液晶顯示器原理第四十二張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月43圖2.20 液晶顯示原理液晶顯示器原理液晶顯示的機理是通過能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來自周圍的或內部光源的偏振光。第四十三張，PPT共九十二頁，創作于2022

14、年6月44NW（Normal White）型的LCD：在液晶面板不施加電壓時，我們所看到的面板是透光的畫面，也就是亮的畫面。NB（Normal Black）型的LCD：當對液晶面板不施加電壓時，面板無法透光。液晶顯示器類型第四十四張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月45液晶顯示器彩色液晶顯示器利用在一側的玻璃基板上加上一個彩色濾光片（CF，Color Filter）實現彩色。彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍色小點，每個小點有各自不同的灰度，相鄰的一組RGB小點構成一個基本的彩色顯示單元，即一個像素。第四十五張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月46液晶顯示器彩色圖2.21 彩色濾光片

15、排列方式第四十六張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月47液晶顯示器分類扭曲向列型（TN，Twisted Nematic）超扭曲向列型（STN，Super TN）雙層超扭曲向列型（DSTN，Dual Scan TN）薄膜晶體管型（TFT，Thin Film Transistor）第四十七張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月48等離子體顯示板圖2.22 等離子體顯示板的基本結構第四十八張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月49薄片光電顯示器圖2.23 薄片光電顯示器的基本結構第四十九張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月50發光二極管（LED）發光二極管采用二極管激發發光來顯示

16、圖像。二極管以矩陣排列形成顯示器的像素位置。圖形的定義存儲在刷新緩沖器中。信息從刷新緩沖器讀出，并轉換為電壓施于二極管，在顯示器上產生發光圖案。第五十張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月51從變焦距的柔性震動鏡面反射CRT圖像三維觀察設備圖2.24 采用震動鏡面的三維顯示系統第五十一張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月52顯示具立體感的視圖利用不同的刷新周期交替地顯示兩視圖；將屏幕分半；使用頭盔式結構。三維觀察設備第五十二張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月532.4 顯示子系統光柵掃描圖形顯示子系統的結構繪制流水線相關概念第五十三張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月5

17、4光柵掃描圖形顯示子系統的結構圖2.25 簡單的光柵圖形顯示子系統第五十四張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月55圖2.26 常用的光柵圖形顯示子系統光柵掃描圖形顯示子系統的結構第五十五張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月56圖2.27 發展的光柵圖形顯示子系統光柵掃描圖形顯示子系統的結構第五十六張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月57幀緩沖存儲器：用來存儲像素顏色（灰度）值的存儲器。雙緩存：一個緩存用來刷新的同時，另一個寫入數據信息，爾后這兩個緩存可互換角色。這種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動畫流暢而沒有滑動感。光柵掃描圖形顯示子系統的結構第五十七張，PPT共九十二頁，

18、創作于2022年6月58顯示控制器（Display Controller），又稱視頻控制器（Video Controller），主要功能是依據設定的顯示工作方式，自主地、反復不斷地讀取幀緩存中的圖像點陣（包括圖形、字符文本）數據，將它們轉換成R、G、B三色信號并配以同步信號送至顯示器，即可刷新屏幕。光柵掃描圖形顯示子系統的結構第五十八張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月59顯示處理器（Display Processor），又稱圖形控制器（Graphics Controller）或顯示協處理器（Display Coprocessor），它把CPU從圖形顯示處理的事務中解脫出來，其主要任務是

19、掃描轉換待顯示的圖形以及某些附加的操作等。光柵掃描圖形顯示子系統的結構第五十九張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月60圖形子系統的圖形繪制功能常常采用流水線（Pipeline）結構繪制，或者稱為管線繪制。繪制流水線的基本結構從概念上包括三個階段應用程序階段幾何階段光柵階段繪制流水線第六十張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月61繪制流水線圖2.28 繪制流水線的結構第六十一張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月62分辨率像素與幀緩存顏色查找表顯示長寬比屏幕坐標系相關概念第六十二張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月63光點一般是指電子束打在顯示器的熒光屏上，顯示器能夠顯示的最

20、小的發光點。像素點是指圖形顯示在屏幕上時候，按當前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點。相關概念分辨率第六十三張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月64屏幕分辨率，也稱為光柵分辨率，它決定了顯示系統最大可能的分辨率，任何顯示控制器所提供的分辨率也不能超過這個物理分辨率。通常用水平方向上的光點數與垂直方向上的光點數的乘積來表示。相關概念分辨率第六十四張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月65顯示分辨率是計算機顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，實際應用中簡稱為顯示模式。對于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上所能顯示的字符總數的乘積表示。對于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能

21、顯示的象素點總數的乘積表示。顯示分辨率不同，它所對應的象素點大小也不同。相關概念分辨率第六十五張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月66圖形的存儲分辨率是指幀緩沖區的大小，一般用緩沖區的字節數表示。存儲分辨率不僅與顯示分辨率有關，還與像素點的色彩有關。幀緩存大小的計算：x方向的像素點數y方向的像素點數log2n/8（BYTE） 其中：n為顏色數或灰度等級數相關概念分辨率第六十六張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月67屏幕分辨率決定了所能顯示的最高分辨率。顯示分辨率和存儲分辨率對所能顯示的圖形分辨率有控制作用。顯示器中的分辨率 帶寬 = A*水平像素點數*垂直像素點數*刷新頻率 A常取

22、1.344相關概念分辨率第六十七張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月68屏幕上一個象素點就對應幀緩存中的一組信息。組合像素法（Packed Pixel Method）顏色位面法（Color Plane Method）相關概念像素與幀緩存第六十八張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月69在組合像素法中，一個圖形象素點的全部信息被編碼成一個數據字節，按照一定方式存儲到幀緩存中，編碼字節的長度與點的屬性（如顏色、灰度等）有關。相關概念像素與幀緩存圖2.29 組合象素法第六十九張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月70在顏色位面法中，幀緩存被分成若干獨立的存儲區域，每一個區域稱為一個位面

23、（Bit Plane），每個位面控制一種顏色或者灰度，每一個圖形象素點在每個位面中占一位，通過幾個位面中的同一位組合成一個象素。相關概念像素與幀緩存圖2.30 顏色位面法第七十張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月圖2.31 具有24位面彩色幀緩存的顯示器第七十一張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月72顏色查找表也稱調色板，是由高速的隨機存儲器組成，用來儲存表達象素色彩的代碼。此時幀緩沖存儲器中每一象素對應單元的代碼不再代表該象素的色彩值，而是作為查色表的地址索引。相關概念顏色查找表第七十二張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月圖2.32 具有24位面彩色幀緩存和10位顏色查找表

24、的顯示器第七十三張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月74顯示長寬比，即水平點數與垂直點數之比。要求在屏幕兩個方向上相同像素點數產生同樣長度的線段，以使圖形不至發生畸變。相關概念顯示長寬比第七十四張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月75相關概念屏幕坐標系圖2.33 不同顯示器的坐標第七十五張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月762.5 圖形硬拷貝設備打印機繪圖儀第七十六張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月77打印機打印機是畫點設備。擊式打印機主要指針式打印機，它隔著色帶將某種點陣圖案壓在紙上。非撞擊式打印機包括激光打印機、噴墨打印機、熱轉印打印機、染料熱升華打印機和靜電打

25、印機等。第七十七張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月78繪圖儀筆式繪圖儀（Pen Plotter）是畫線設備。筆式繪圖儀可分為平板式繪圖儀（Flatbed Plotter）和滾筒式繪圖儀（Drum Plotter）第七十八張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月792.6 OpenGL圖形軟件包OpenGL的主要功能OpenGL的繪制流程OpenGL的基本語法OpenGL的程序實例第七十九張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月80OpenGL圖形軟件包OpenGL是SGI（Silicon Graphics Inc.）公司對IRIS GL進行改進，擴展可移植性，形成的一個跨平臺開放式

26、圖形編程接口。目前，OpenGL標準由1992年成立的獨立財團OpenGL Architecture Review Board（ARB）以投票方式產生，并制成規范文檔公布。第八十張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月81OpenGL的主要功能模型繪制模型觀察顏色模式光照應用圖像效果增強位圖和圖像處理第八十一張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月82OpenGL的主要功能紋理映射實時動畫交互技術第八十二張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月83OpenGL的繪制流程工作方式圖2.34 OpenGL圖形處理系統在計算機系統中的層次結構一個完整的窗口系統的OpenGL圖形處理系統的結構為

27、：最底層為圖形硬件，第二層為操作系統，第三層為窗口系統，第四層為OpenGL，最上面的層為應用軟件。第八十三張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月84OpenGL的繪制流程流水線圖2.35 一條簡化的OpenGL繪制流水線OpenGL命令將被放在一個命令緩沖區中，這樣命令緩沖區中包含了大量的命令、頂點數據和紋理數據。當緩沖區被清空時，緩沖區中的命令和數據都將傳遞給流水線的下一個階段。第八十四張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月85OpenGL的基本語法相關庫OpenGL核心庫：glOpenGL實用程序庫： gluOpenGL編程輔助庫：auxOpenGL實用程序工具包（OpenGL

28、utility toolkit，GLUT）：glutWindows專用庫：wgl第八十五張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月86OpenGL的基本語法命名規則OpenGL函數都遵循一個命名約定，即采用以下格式： 例如函數glColor3f()，gl表示這個函數來自庫gl.h，color表示該函數用于顏色設定，3f表示這個函數采用了三個浮點數參數。第八十六張，PPT共九十二頁，創作于2022年6月87OpenGL的基本語法數據類型OpenGL數據類型內部表示法定義為C類型C字面值后綴GLbyte8位整數signed charBGLshort16位整數shortSGLint，GLsizei32位整數longLGLfloat，GLclampf32位浮點數floatFGLdouble，G