第一章計算機圖形學概述李健陜西科技大學電信學院計算機系lijianjsj@

2/4/20231本講的主要內容1.1計算機圖形學的基本概念1.2計算機圖形學的發展歷史1.3計算機圖形學的應用1.4計算機圖形學的熱點技術1.5圖形設備1.6關于該課程的學習2/4/20232計算機圖形學是研究怎樣利用計算機來顯示、生成和處理圖形的原理、方法和技術的一門學科。IEEE定義：Computergraphicsistheartorscienceofproducinggraphicalimageswiththeaidofcomputer.計算機圖形學是計算機科學中最為活躍、得到廣泛應用的分支之一。什么是計算機圖形學？2/4/20233圖形：計算機圖形學的研究對象通常意義下的圖形：能夠在人的視覺系統中形成視覺印象的客觀對象都稱為圖形。如：

(1)自然景物

(2)照片和圖片

(3)工程圖、設計圖和方框圖

(4)人工美術繪畫、雕塑品

(5)用數學方法描述的圖形（包括幾何圖形、代數方程、分析表達式或列表所確定的圖形）2/4/20234圖形：計算機圖形學的研究對象計算機圖形學中的圖形概念:是指由點、線、面、體等幾何要素和明暗、灰度（亮度）、色彩等非幾何要素構成的，從現實世界中抽象出來的帶有灰度、色彩及形狀的圖或形。2/4/20235圖形：計算機圖形學的研究對象兩類圖形要素：

1.幾何要素：點，線，面，體等；

2.非幾何要素：明暗，灰度，色彩等計算機圖形學中所研究的圖形：從客觀世界物體中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形。2/4/20236計算機中表示圖形的方法圖形的兩種表示方法：點陣法是用具有顏色信息的點陣來表示圖形的一種方法，它強調圖形由哪些點組成，并具有什么灰度或色彩。參數法是以計算機中所記錄圖形的形狀參數與屬性參數來表示圖形的一種方法。圖形（Graphics）通常把參數法描述的圖形圖象（Image）把點陣法描述的圖形叫做點陣表示2/4/20237

計算機圖形學的研究內容如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法，構成了計算機圖形學的主要研究內容。包括：圖形硬件、圖形標準、圖形交互技術、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示算法，科學計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現實等。2/4/20238歸納為：圖形的輸入如何開發利用圖形輸入設備及軟件將圖形輸入到計算機中去，以便作各種處理。圖形的處理包括對圖形進行變換(幾何變換，投影變換)和運算（集合運算），著色，形變等……圖形的輸出如何將圖形特定的表示形式轉換成圖形輸出系統便于接受的表示形式，并將圖形在顯示屏、打印機繪圖機等輸出設備上輸出。2/4/20239本課程不會講到…任何軟件的應用，包括Photoshop,CorelDraw,Flash,etc3DSMAX,Maya,etcAutoCAD,etc藝術設計游戲設計OpenGL&DirectX的開發圖像、視頻處理2/4/202310計算機圖形學與相關學科數字圖像數據模型圖像生成（計算機圖形學）模型（特征）提取（計算機視覺，模式識別）圖像變換（圖像處理）模型變換（計算幾何）計算幾何：研究幾何形體在計算機中的表示；分析、研究怎樣建立幾何形體的數學模型；研究曲線、曲面的表示、生成、拼接。圖像處理：研究如何對數字圖像做各種變換以方便處理；如何濾波；如何壓縮圖像數據；圖像邊緣提取，特征增強。計算機視覺：圖形學的逆過程，分析和識別輸入的圖像并從中提取二維或三維的數據模型（特征）。如手寫體識別、機器視覺。發展特點:交叉、界線模糊、相互滲透2/4/202311計算機圖形學2/4/202312圖像處理原圖片2/4/202313計算幾何2/4/202314計算機視覺2/4/202315浙江大學工程及計算機圖學所與計算機圖形學相關的學科

圖像信號CG計算機視覺和模式識別特征數據、結構數據數字圖象處理試圖從非圖象形式的數據描述來生成（逼真的）圖象旨在對圖象進行各種加工以改善圖象的視覺效果研究用計算機來模擬生物外顯或宏觀視覺功能的科學和技術分析、研究怎樣靈活方便地建立幾何形體的數學模型，提高算法效率，在計算機內更好地存儲和管理這些模型等。研究曲線、曲面的表示、生成、拼接、數據擬合CAD/CAGD…2/4/2023161.2

計算機圖形學的發展歷史50年代1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學院（MIT）旋風I號（WhirlwindI）計算機的附件誕生了，它類似于示波器的CRT來顯示簡單圖形。--CRT的出現為計算機生成和顯示圖形提供了可能1958年，美國Calcomp公司由聯機的數字記錄儀發展成滾筒式繪圖儀，GerBer公司把數控機床發展成為平板式繪圖儀50年代末期，MIT的林肯實驗室在“旋風”計算機上開發SAGE空中防御體系，通過光筆在屏幕上指點與系統交互。--標志著交互式圖形技術的誕生2/4/20231760年代1962年，雷諾汽車公司的工程師PierreBézier

提出Bézier曲線、曲面的理論1963年，MIT林肯實驗室的IvanSutherland發表了題為“Sketchpad：一個人機交互通信的圖形系統”的博士論文，提出了基本交互技術、圖元分層表示概念及數據結構。確定了交互圖形學作為一個學科分支的地位。Sutherland本人也被公認為圖形學之父。

1964年MIT的教授StevenA.Coons提出了超限插值的新思想，通過插值四條任意的邊界曲線來構造曲面。2/4/20231870年代光柵圖形學迅速發展區域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應算法紛紛誕生圖形軟件標準化1974年，ACMSIGGRAPH的與“與機器無關的圖形技術”的工作會議ACM成立圖形標準化委員會，制定“核心圖形系統”（CoreGraphicsSystem）ISO發布CGI、CGM、GKS、PHIGS等標準。2/4/202319真實感圖形學1970年，Bouknight提出了第一個光反射模型1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，被稱為Gourand明暗處理1975年，Phong提出了著名的簡單光照模型-Phong模型實體造型技術英國劍橋大學CAD小組的Build系統美國羅徹斯特大學的PADL-1系統2/4/20232080年代1980年Whitted提出了一個光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例。1984年，美國Cornell大學和日本廣島大學的學者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計算機圖形學中，提出基于輻射度的圖形繪制方法。圖形硬件和各個分支均在這個時期飛速發展2/4/202321提高增強期（90年代）

90年代：微機和軟件系統的普及使得圖形學的應用領域日益廣泛。標準化、集成化、智能化多媒體技術、人工智能、科學計算可視化、虛擬現實三維造型技術總體特征：技術發展、需求驅動2/4/202322小知識：IvanSutherland1938年5月16日，出生于美國內布拉斯加州。在MIT導師Shannon的指導下，進行了圖形編程的開發，作為他博士研究的一部分。作為著名的科學家，ClaudeShannon以前是不會和一個研究生共同工作的。Sutherland的計算機編程，被稱為Sketchpad，是第一個可以在顯示屏幕上直接構造圖形圖像的系統，不用再通過鍵盤向計算機輸入代碼和公式。1964年成為ARPA的信息處理技術辦公室主任。1966年到哈佛大學擔任電子工程專業的副教授。在哈佛，Sutherland開始研究通過把用戶放入計算機生成的三維世界中進一步集成人腦與計算機的可能性。這一方案的實現是通過在戴在用戶頭上的雙目眼鏡內的小計算機屏幕上放映圖像而完成的——這就是第一臺頭盔式顯示器。2/4/202323小知識：IvanSutherland1968年，猶他大學電子工程教授。同時創立了Evans&Sutherland，如今已成為業內的主導設計者和制造商。1975年，離開猶他大學和Evans&Sutherland，返回加州理工學院擔任計算機科學系的系主任。1980年離開加州理工，建立了Sutherland,Sproull,andAssociates，一個顧問和資本投資公司，即現今Sun微系統實驗室的五家伙伴公司之一。1988年獲得A.M.圖靈獎（A.M.TuringAward）。Sketchpad，1963

頭盔式顯示器，1967“達摩克利斯之劍”2/4/202324ACMSIGGRAPH會議小知識全稱：美國計算機協會圖形學專業委員會，“theSpecialInterestGrouponComputerGraphicsandInteractiveTechniques”60年代中期，由Brown大學的教授AndriesvanDam(Andy)和IBM公司的SamMatsa發起1974年，在Colorado大學召開了第一屆SIGGRAPH年會，并取得了巨大的成功每年只錄取大約80篇論文，而參加人數達幾萬人開設大量的相關課程，進行研究和應用培訓2/4/202325硬件的發展圖形顯示器的發展60年代中期：畫線顯示器（亦稱矢量顯示器）。需要不停的刷新，設備昂貴，限制普及。60年代末，存儲管式顯示器70年代初，刷新式光柵掃描顯示器出現，大大地推動了交互式圖形技術的發展。以點陣形式表示圖形，使用專用的緩沖區存放點陣，由視頻控制器負責刷新掃描2/4/202326硬件的發展

打印設備的發展EpsonLX-800(1980s)EPSONStylusPhoto950(2005)1959年，美國Calcomp公司研制出的世界上第一臺滾筒式繪圖機，使計算機輔助繪圖儀開始代替人工繪圖。PloterHP3500CP2/4/202327圖形輸入設備的發展第一階段：控制開關、穿孔紙等等第二階段：鍵盤第三階段：二維定位設備，如鼠標、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，第四階段：三維輸入設備（如空間球、數據手套、數據衣），用戶的手勢、語音表情等等第五階段：用戶的思維？？？（萌芽已經產生了！！）2/4/202328計算機圖形學的發展硬設備的發展2/4/202329硬件的發展

“大腦芯片”解碼意念信號美國布朗大學在一名嚴重癱瘓的男子的大腦中植入了一枚電子芯片，當他想要移動他的胳膊的時候，芯片就把信號轉送給電腦，電腦就在顯示屏上移動光標。試驗中，從頸部以下完全癱瘓的這名病人能夠做一些簡單的事情，比如控制電視無需將芯片植入大腦感應帽便可讀出人的思想美國紐約大學的研究人員發明“感應帽”，即在一個頭盔上安裝64個電極，這些電極可以從大腦皮層靈敏地捕捉到大腦發出的信號。已有4名試驗者在經過一段時間訓練后可以通過思想來操縱電腦顯示器的光標。2/4/202330圖形軟件發展及軟件標準形成

三種類型的計算機圖形軟件系統：用某種語言寫成的子程序包(圖形庫)GKS(GraphicsKernelSystem)PHIGS(Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicssystem)GL，DirectXDraw&DirectX3D便于移植和推廣、但執行速度相對較慢，效率低

擴充計算機語言，使其具有圖形生成和處理的功能TurboPascal、TurboC，AutoLisp等。簡練、緊湊、執行速度快，但不可移植專用圖形系統：效率高，但系統開發量大，可移植性差2/4/202331通用的、與設備無關的圖形包，圖形標準GKS(GraphicsKernelSystem)，第一個官方標準，1977PHIGS(Programmer’s

HerarchicalInteractiveGraphicssystem),1988一些非官方圖形軟件，廣泛應用于工業界，成為事實上的標準DirectX(MS)OpenGL(SGI)Xlib(X-Window系統)Adobe公司Postscript趨勢:開放式、高效率2/4/2023321.3計算機圖形學的應用計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）CAD/CAM是計算機圖形學在工業界最廣泛、最活躍的應用領域飛機、汽車、船舶的外形的設計發電廠、化工廠等的布局土木工程、建筑物的設計電子線路、電子器件的設計2/4/202333波音公司的CAD案例波音飛機的設計：龐大的波音777飛機有300萬個部件，其設計過程卻沒有使用過一張圖紙，也沒有做任何1比1模型，全部都在電腦系統中模擬完成。專業人員可在計算機網絡上進行三維模擬設計。利用數字軟件，波音777的300萬個零部件的尺寸和形狀數據在工作開始時就被存入了數據庫。設計人員在需要時，可隨時從部件數據庫中尋找匹配的部件，無需重新設計。據計算，應用這樣的方法可使飛機設計效率提高約3倍。2/4/202334圖形用戶界面人機界面（HCI）：介于人與計算機之間，人與機器的通信。用戶接口是人們使用計算機的第一觀感。一個友好的圖形化的用戶界面能夠大大提高軟件的易用性發展：由指示燈和機械開關組成的操縱界面由終端和鍵盤組成的字符界面（80年代）由多種輸入設備和光柵圖形顯示設備構

成的圖形用戶界面（90年代）VR技術（發展方向）2/4/202335圖形學已經全面融入HCI的方方面面，很多軟件幾乎可以不看任何說明書，而根據它的圖形、或動畫界面的指示進行操作，現代計算機界面是建立在以前的計算機圖形學研究基礎上的。目前幾個大的軟件公司都在研究下一代用戶界面，開發面向主流應用的、自然、高效多通道的用戶界面。研究多通道語義模型、多通道整合算法及其軟件結構和界面范式是當前用戶界面和接口方面研究的主流方向，而圖形學在其中起主導作用。2/4/202336地理信息系統（GIS）建立在地理圖形之上的關于各種資源的綜合信息管理系統1998年，美國前副總統戈爾提出數字地球概念。以地形數據作為載體，全球信息化.軍事，政府決策，旅游，資源調查2/4/202337美國UCLA城市仿真小組：虛擬洛杉磯深圳規劃國土局：虛擬深圳2/4/202338VRSystemGISInternetDigitalEarthGISdatabaseTexturefileDEMserverCADsystem模型導入

ODBC

格式轉化文件訪問ISAPI大壩水系紋理地形

DataSourcesConnectorLayer2/4/202339計算機藝術二維交互式繪圖：Coreldraw,Photoshop相片真實感模擬與自然物體仿真技術三維建模和渲染軟件包：3DSMAX,Maya分形藝術2/4/202340早期：簡單的二維交互式繪圖(PhotoShop,Flash,CorelDraw)優點：提供多種風格的畫筆畫刷提供多種多樣的紋理貼圖，甚至能對圖象進行霧化，變形等操作可以任意修改，取消敗筆不足：無法達到傳統繪畫中風格化的藝術效果很難得到有素描效果、油畫效果的藝術品2/4/202341非真實感繪制（NPR，Non-PhotorealisticRendering）用于模擬藝術效果，研究方法有別于真實感圖形學鋼筆素描的生成鋼筆素描產生于中世紀，從19世紀開始成為一門藝術，20世紀90年代開始研究用計算機模擬。GeorgesWinkenbach繪制的壺和碗(Siggraph’96)Salisbury繪制的茶壺(Siggraph’97)2/4/202342Salisbury繪制的熊(Siggraph’97)OliverDeussen繪制的素描樹(Siggraph’2000)2/4/202343中國國畫與書法的生成2/4/202344科學計算可視化海量的數據使得人們對數據的分析和處理變得越來越難，用圖形來表示數據的迫切性與日俱增1986年，美國科學基金會（NSF）專門召開了一次研討會，會上提出了“科學計算可視化（VisualizationinScientificComputing）”科學計算可視化廣泛應用于醫學、流體力學、有限元分析、氣象分析當中。2/4/202345在醫學領域，可視化有著廣闊的發展前途是機械手術和遠程手術的基礎將醫用CT掃描的數據轉化為三維圖象，幫助醫生判別病人體內的患處由CT數據產生在人體內漫游的圖象可視化的前沿與難點可視化硬件的研究實時的三維體繪制體內組織的識別分割——Segmentation2/4/202346VirtualReality（虛擬現實、靈境）用計算機技術來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發，利用自然的技能和某些設備對這一生成的虛擬世界客體進行瀏覽和交互考察。2/4/202347在線虛擬現實VRMLQuickTimeVR2/4/2023481.4計算機圖形學的熱點技術真實感圖形實時繪制自然景物仿真計算機動畫造型技術2/4/202349真實感圖形實時繪制計算機中重現真實世界的場景叫做真實感繪制。真實感繪制的主要任務是模擬真實物體的物理屬性，簡單的說就是物體的形狀，光學性質，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置，遮擋關系等等。研究內容：光照模型：簡單光照模型；局部光照模型；整體光照模型繪制方法：光線跟蹤；輻射度2/4/202350物體網格模型的面片簡化：對網格面片表示的模型，在一定誤差的精度范圍內，刪除點、邊、面，從而簡化所繪制場景的復雜層度，加快圖形繪制速度基于圖象的繪制(IBR，ImageBasedRendering)：完全摒棄傳統的先建模，然后確定光源的繪制的方法。它直接從一系列已知的圖象中生成未知視角的圖象，適用于野外極其復雜場景的生成和漫游。真實感圖形實時繪制2/4/202351自然景物的模擬野外場景遠遠復雜于室內場景，繪制難度更大，方法更趨多樣化主要繪制山、水、云、樹、草、火等等繪制火的粒子系統（ParticleSystem），基于生理模型的繪制植物的方法，繪制云的細胞自動機方法等2/4/202352由清華大學自然景物平臺生成的野外場景日本YoshinoriDobashi等人繪制的真實感云2/4/202353Xfrog3.0生成的挪威云杉2/4/202354計算機動畫計算機動畫近十多年來取得了很大的發展，已滲透到人們生活的各個角落商業廣告、影視特技/片頭、動畫片教育、軍事、飛行模擬等分類二維動畫 圖象變形形狀混合三維動畫關鍵幀動畫變形物體的動畫過程動畫關節動畫與人體動畫2/4/202355基于特征的圖象變形2/4/202356Pixal3DBirdTheIncredibles2/4/202357造型技術規則形體：歐氏幾何方法不規則形體：分形幾何方法粒子系統紋理映射實體造型基于物理的造型基于圖像的造型2/4/2023582/4/2023592/4/2023602/4/2023611.5 圖形設備圖形顯示設備圖形輸出包括圖形的顯示和圖形的繪制，圖形顯示指的是在屏幕上輸出圖形圖形繪制通常指把圖形畫在紙上，也稱硬拷貝，打印機和繪圖儀是兩種最常用的硬拷貝設備2/4/202362彩色CRT顯示器CRT（CRTCathode－RayTube，陰極射線管）組成電子槍聚焦系統加速系統磁偏轉系統2/4/202363CRT顯示器的簡易結構圖燈絲(加熱)陰極(產生電子束)控制柵(調整強度)聚焦系統加速電極(高壓包)偏轉板水平偏轉垂直偏轉電子束熒光圖層2/4/202364顯示器工作原理高速的電子束由電子槍發出，經過聚焦系統、加速系統和磁偏轉系統就會到達熒光屏的特定位置。由于熒光物質在高速電子的轟擊下會發生電子躍遷，即電子吸收到能量從低能態變為高能態。由于高能態很不穩定，在很短的時間內熒光物質的電子會從高能態重新回到低能態，這時將發出熒光，屏幕上的那一點就會亮了由于余暉時間有限，所以要保持顯示一幅穩定的畫面，必須不斷地發射電子束。2/4/202365電平控制器(控制柵)是用來控制電子束的強弱的，當加上正電壓時，電子束就會大量通過，將會在屏幕上形成較亮的點，當控制電平加上負電壓時，依據所加電壓的大小，電子束被部分或全部阻截，通過的電子很少，屏幕上的點也就比較暗。聚焦系統是一個電透鏡，能使眾多的電子聚集于一點。加速電極使電子達到轟擊激發熒光屏應有的速度。最后由磁偏轉系統來達到指定位置。2/4/202366偏轉系統控制電子束，使其在熒光屏的適當位置繪圖。要到達屏幕的邊緣時，偏轉角度就會增大。到達屏幕最邊緣的偏轉角度被稱為最大偏轉角CRT顯示器屏幕越大，要求最大偏轉角越大，則整個顯象管就越長刷新頻率刷新一次是指電子束從上到下掃描一次的過程刷新頻率高到一定值后，圖象才能穩定顯示2/4/202367電子束掃描過程示意圖掃描線垂直回掃2/4/202368隔行掃描與逐行掃描有些掃描速度較慢的顯示器，為了能得到好的顯示效果，采用一種叫隔行掃描的技術。首先從第0行開始，每隔一行掃描，將偶數行都掃描完畢垂直回掃后，電子束從第1行開始掃描所有奇數行。這樣的技術相當于將掃描頻率加倍，比如逐行掃描30Hz人們會覺得閃爍，但是同樣的掃描頻率，如果用隔行掃描技術人們就不會覺得閃爍。掃描線垂直回掃2/4/202369熒光屏是最終顯示圖形的部件。電子束打在熒光屏上，產生光點。電子束的強弱決定了光點的亮度。CRT在水平方向和垂直方向上能識別的最大光點數稱為分辨率。光點也稱為像素(Pixel)。常見的分辨率有640×480,1024×768,1024*1024,1280*1024等。2/4/202370彩色CRT顯示器早期：射線穿透法影孔板法彩色CRT顯示器的熒光屏上涂有三種熒光物質，它們分別能發紅、綠、蘭三種顏色的光。而電子槍也發出三束電子束來激發這三種物質，中間通過一個控制柵格來決定三束電子到達的位置。三束電子經過蔭罩的選擇，分別到達三個熒光點的位置。通過控制三個電子束的強弱就能控制屏幕上點的顏色。2/4/202371蔭罩式彩色CRT顯色原理2/4/202372三束電子經過蔭罩的選擇，分別到達三個熒光點的位置。通過控制三個電子束的強弱控制屏幕上點的顏色。如將紅、綠兩個電子槍關了，屏幕上就只顯示蘭色了。如果每一個電子槍都有256級（8位）的強度控制，那么這個顯象管所能產生的顏色就是我們平時所說的24位真彩色了。VC編程中的顏色控制“0xFF8800”2/4/202373平面顯示器熒光屏為完全平面，大大提高了圖形的顯示質量。由于玻璃的折射，屏幕會產生內凹的現象，但是通過一定的補償技術，就能產生真正平面的感覺。由于平面顯示器的高清晰度、低失真以及對人眼的低傷害，已經越來越得到人們的喜愛。2/4/202374LCD顯示器CRT固有的物理結構限制了它向更廣的顯示領域發展屏幕的加大必然導致顯象管的加長，顯示器的體積必然要加大，在使用時候就會受到空間的限制CRT顯示器是利用電子槍發射電子束來產生圖像，容易受電磁波干擾長期電磁輻射會對人們健康產生不良影響LCD顯示器的優點外觀小巧精致，厚度只有6.5~8cm左右。不會產生CRT那樣的因為刷新頻率低而出現的閃爍現象工作電壓低，功耗小，節約能源沒有電磁輻射，對人體健康沒有任何影響2/4/202375兩款LCD(SONY)2/4/202376LCD顯示器基本原理液晶是一種介于液體和固體之間的特殊物質，它具有液體的流態性質和固體的光學性質。當液晶受到電壓的影響時，就會改變它的物理性質而發生形變，此時通過它的光的折射角度就會發生變化，而產生色彩。液晶屏幕后面有一個背光，這個光源先穿過第一層偏光板，再來到液晶體上，而當光線透過液晶體時，就會產生光線的色澤改變，從液晶體射出來的光線，還得必須經過一塊彩色濾光片以及第二塊偏光板。2/4/202377液晶顯示有主動式和被動式兩種被動式液晶屏幕有STN（SuperTN超扭曲向列LCD）和DSTN（DoublelayerSuperTN雙層超扭曲向列LCD）等最流行的主動式液晶屏幕是TFT（ThinFilmTransistor薄膜晶體管）主動式液晶顯示器使用了FET場效晶體管以及共通電極，這樣可以讓液晶體在下一次的電壓改變前一直保持電位狀態。這樣主動式液晶顯示器就不會產生在被動式液晶顯示器中常見的鬼影、或是畫面延遲的殘像等2/4/202378LCD顯示器的基本指標可視角度視線與屏幕中心法向成一定角度時，人們就不能清晰地看到屏幕圖象，而那個能看到清晰圖象的最大角度被我們稱為可視角度。一般所說的可視角度是指左右兩邊的最大角度相加。工業上有CR10（ContrastRatio）、CR5兩種標準來判斷液晶顯示器的可視角度。點距與分辨率液晶屏幕的點距就是兩個液晶顆粒（光點）之間的距離，一般0.28~0.32mm就能得到較好的顯示效果通常所說的液晶顯示器的分辨率是指其真實分辨率，表示水平方向的像素點數與垂直方向的像素點數的乘積2/4/202379圖形處理器(GPU)圖形處理器是圖形系統結構的重要元件，是連接計算機和顯示終端的紐帶。早期的圖形處理器只包含簡單的存儲器和幀緩沖區，它們實際上只起了一個圖形的存儲和傳遞作用，一切操作都必須有CPU來控制。現在的圖形處理器不單單存儲圖形，而且能完成大部分圖形函數，專業的圖形卡已經具有很強的3D處理能力，大大減輕了CPU的負擔，提高了顯示質量和顯示速度。RADEONX800制作工藝：0.13Micron晶體管：160Million2/4/202380圖形處理器的組成顯示主芯片顯卡的核心，俗稱GPU，它的主要任務是對系統輸入的視頻信息進行構建和渲染顯示緩存用來存儲將要顯示的圖形信息以及保存圖形運算的中間數據顯存的大小和速度直接影響著主芯片性能的發揮數字模擬轉換器（RAMDAC）它的作用就是把二進制的數字轉換成為和顯示器相適應的模擬信號2/4/202381幀緩存(!)存儲將要顯示的圖形信息：屏幕每象素的色彩不同的顯示器設置，幀緩存不同屏幕幀緩存記錄屏幕每象素的色彩周期性讀取(按刷新率)計算OS應用程序2/4/202382幀緩存(!)雙幀緩存：用于計算密集的情況(如實時三維游戲)2/4/202383圖形輸入設備最常用的圖形輸入設備就是基本的計算機輸入設備——鍵盤和鼠標光筆是一種能檢測出計算機熒光屏發出熒光的筆式裝置，它對電子束打到特定象素點時熒光涂層瞬時發射的突發光敏感。光筆并未消失，但由于其精度低、操作容易疲勞、不能檢測屏幕黑暗區域，因此它不再普及。2/4/202384圖形輸入設備跟蹤球和空間球都是根據球在不同方向受到的推或拉的壓力來實現定位和選擇。數據手套則是通過傳感器和天線來獲得和發送手指的位置和方向的信息。這幾種輸入設備在虛擬現實場景的構造和漫游中特別有用。2/4/202385數字化儀是一種把圖形轉變成計算機能接收的數字形式專用設備基本工作原理是采用電磁感應技術。由一塊數據板和一根觸筆組成。數據板中布滿了金屬柵格，當觸筆在數據板上移動時，其正下方的金屬柵格上就會產生相應的感應電流。根據已產生電流的金屬柵格的位置，就可以判斷出觸筆當前的幾何位置。2/4/202386掃描儀圖形掃描儀是直接把圖形和圖象掃描到計算機中以象素信息進行存儲的設備絕大多數是采用的固態器件是電荷耦合器件（CCD,ChargeCoupledDevice）工作原理用光源照射原稿，投射光線經過一組光學鏡頭射到CCD器件上，得到元件的顏色信息，再經過模/數轉換器，圖象數據暫存器等輸入到計算機2/4/202387掃描儀的模塊框圖2/4/202388真實物體的三維信息的輸入在實際的生產過程中，許多零件和樣板要進行大規模的生產就必須在計算機中生成三維實體模型，有時這個模型要通過已有的實物零件得到，這時候就需要一種設備來采集實物表面各個點的位置信息一般的方法是通過激光掃描來實現，現在國外已經有許多這樣的商業儀器這項技術的一個應用就是掃描保存古代名貴的雕塑和其它藝術品的三維信息2/4/202389美國斯坦福大學計算機系的著名圖形學專家MarcLevoy曾經帶領他的30人的工作小組（包括美國斯坦福大學及美國華盛頓大學的教師和學生）于1998～1999學年專門在意大利對文藝復興時代的雕刻大師米開朗基羅的眾多藝術品進行掃描，保存其形狀和面片信息。采用專門的硬件和軟件系統。數據量：大衛像（theDavid）就有20億個多邊形和7000張彩色圖象，總共需要72G的磁盤容量。這次工作可以說是實體圖形輸入的一個顛峰之作。2/4/202390數字化米開朗基羅計劃:大型雕塑的三維掃描記錄了十個米開朗基羅完成的大型雕塑的三維模型。2/4/202391敦煌佛像雕塑的三維掃描和記錄2/4/202392圖形學的特點：1.

drivenbyrealrequirement；2.

drivenewapplications；3.

“steal”knowledgefromotherfi