計算機圖形學(xué)課程教學(xué)課件全冊教學(xué)課件匯總

1、授課人：XX XX 計算機圖形學(xué)XX學(xué)院 XX 專業(yè)【全套課件】2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院2主要參考書謝步瀛，計算機繪圖教程，上海同濟大學(xué)出版社，1995倪明田、吳良芝，計算機圖形學(xué)，北京大學(xué)出版社，1999.11陳傳波，陸楓，計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)，電子工業(yè)出版社，2002 （教材）Donald Hearn, M. Pauline Baker. “Computer Graphics: C version”. Prentice-Hall Inc, 1997James D. Foley, etc. “Introduction to Computer Graphics”. Addison-Wes

2、ley publishing Company, 1996計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院3平時與考試要求：不遲到上課不說話多提問題與建議課下多討論，理論聯(lián)系實際考試（成績分布）：1、期末考試-40%2、平 時-30%3、上機作業(yè)-30%2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院4第一章 緒論什么是計算機圖形學(xué)？計算機圖形學(xué)是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理、顯示的學(xué)科。計算機圖形學(xué)計算機科學(xué)中，最為活躍、得到廣泛應(yīng)用的分支之一2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院51.1 計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)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(guān)原理與算法

3、，構(gòu)成了計算機圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容。圖形硬件、圖形標準、圖形交互技術(shù)、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，以及科學(xué)計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實等。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院6圖形：計算機圖形學(xué)的研究對象能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對象（廣義的概念）包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等圖形的要素幾何要素：刻畫形狀的點、線、面、體等幾何要素非幾何要素：反映物體表面屬性或材質(zhì)的明暗,灰度,色彩等2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院7研究的對象計算機中表示圖形的方法a11a12a13a14a15a21a22a23a24a2

4、5a31a32a33a34a35a41a42a43a44a45a51a52a53a54a55灰度或顏色信息55圖象0 xy直線的參數(shù)方程：ax+by+c=0計算機圖形學(xué)所研究圖形的定義：從客觀世界中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形。參數(shù)表示形狀參數(shù)+屬性參數(shù)簡稱為圖形或叫矢量圖形或參數(shù)圖形點陣表示枚舉出圖形中所有的點簡稱為圖像（數(shù)字圖像）或叫點陣圖或位圖圖像2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院8圖形與圖象圖象純指計算機內(nèi)以位圖(Bitmap)形式存在的灰度信息。圖形含有幾何屬性，更強調(diào)場景的幾何表示，是由場景的幾何模型和景物的物理屬性共同組成的。圖形主要分為兩類基于線條信息表示明暗圖(Sha

5、ding)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院9數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模型圖像生成（計算機圖形學(xué)）模型（特征）提?。ㄓ嬎銠C視覺，模式識別）模型變換（計算幾何）圖像變換（圖像處理）與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系圖形學(xué)：研究模型及數(shù)據(jù)的建立和由模型生成圖像的過程和方法；計算機視覺：研究如何用計算機來模擬生物外顯或宏觀視覺功能圖像處理：研究客觀世界中的各種數(shù)字化圖像的采集、去噪、壓縮、增強、銳化、復(fù)原及重建等；計算幾何：在數(shù)據(jù)和模型域中研究幾何形體的計算機表示和分析的綜合技術(shù)；模式識別：研究如何從圖形中提取數(shù)據(jù)及模型，是圖形學(xué)研究的逆過程；2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院101.2 計算機圖形學(xué)的發(fā)展1、發(fā)展歷程開創(chuàng)階段（

6、50年代60年代）1950年，MIT采用原理類似于示波器陰極射線管（CRT）作為旋風(fēng)一號的圖形顯示器。1958年，滾筒式繪圖儀和平板式繪圖儀研制成功。50年代末，SAGE空中防御指揮系統(tǒng)采用光筆作為輸入設(shè)備，標志著交互式圖形技術(shù)的誕生。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院11迅速發(fā)展階段（60年代初60年代末）1962年，MIT林肯實驗室的I. E. Sutherland(圖形學(xué)之父)發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個人機交互通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文1962年，雷諾汽車公司的工程師Pierre Bzier 提出Bzier曲線、曲面的理論1964年MIT的教授Steven A. Coons

7、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(gòu)造曲面。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院12降低成本階段（60年代末70年代初）存儲管顯示器出現(xiàn)，大大降低圖形硬件系統(tǒng)成本。70年代初，出現(xiàn)一批通用的、可移植的軟件系統(tǒng)。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院13發(fā)展成熟階段（70年代初80年代初）光柵掃描顯示器得到推廣。出現(xiàn)許多新型的圖形輸入設(shè)備，如各類圖形輸入板，坐標數(shù)字化儀，跟蹤球，鼠標器等。GKS、PHIGS等國際標準的建立。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院14光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生圖形軟件標準化1974年，ACM SIGGRAPH

8、的與ACM成立圖形標準化委員會，制定“核心圖形系統(tǒng)”（Core Graphics System）ISO發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGS2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院15真實感圖形學(xué)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(shù)英國劍橋大學(xué)CAD小組的Build系統(tǒng)美國羅徹斯特大學(xué)的PADL-1系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院16 推廣應(yīng)用階段（80年代中90年代中）圖形工作站的出現(xiàn)，如Apollo, Sun, HP等

9、。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院17算法方面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，實現(xiàn)Whitted模型1984年，美國Cornell大學(xué)和日本廣島大學(xué)的學(xué)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(xué)中Greenberg - Nishita圖形硬件和各個分支均在這個時期飛速發(fā)展2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院18 目前（九十年代中至今）微機和軟件系統(tǒng)的普及使得圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。圖形學(xué)已經(jīng)同模式識別、人工智能、數(shù)據(jù)庫等眾多領(lǐng)域結(jié)合，形成一些交叉學(xué)科，如工程數(shù)據(jù)庫、多媒體等。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院19小結(jié)五

10、十年代MIT 旋風(fēng)一號，計算機驅(qū)動CRT+照相機，SAGE(交互式圖形技術(shù)誕生)六十年代隨機掃描顯示器，圖形學(xué)之父六十年代至七十年代初存儲管顯示器，應(yīng)用的軟件包光柵掃描顯示器，新型的圖形輸入設(shè)備，圖形語言標準八十年代至九十年代初圖形工作站(Apollo,Sun,Hp)時間特 征九十年代至今微機，交叉學(xué)科（多媒體等）六十年代至七十年代初2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院20 圖形顯示設(shè)備的發(fā)展隨機掃描顯示器存儲管式顯示器刷新式光柵掃描顯示器2、硬設(shè)備的發(fā)展2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院21圖形輸入設(shè)備的發(fā)展第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等第二階段：鍵盤第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標、光筆、圖形

11、輸入板、觸摸屏等等，語音第四階段：三維輸入設(shè)備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢、表情等等第五階段：用戶的思維2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院222022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院233、圖形軟件的發(fā)展圖形軟件的發(fā)展及軟件標準的形成發(fā)展歷程諸侯割據(jù)標準討論標準形成兩類標準官方標準（標準組織制定的標準）：GKS(Graphical Kernel System)，PHIGS(Programmers Hierarchical Interactive Graphics System)工業(yè)標準（事實上的標準）：SGI等公司的OpenGL，微軟公司的DirectX，X財團的Xlib，Adobe公

12、司的PostScript等等2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院241、管理、科學(xué)技術(shù)繪制數(shù)學(xué)、物理以及經(jīng)濟函數(shù)的二維及三維圖形：直方圖、線條圖、扇形圖、進程圖. 特點：簡潔、直觀 數(shù)據(jù)的模型和趨勢。1.3 計算機圖形學(xué)的應(yīng)用2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院252、計算機輔助設(shè)計Computer-Aided Design應(yīng)用領(lǐng)域：飛機、輪船、汽車外形，大規(guī)模集成電路，建筑，服裝，玩具優(yōu)點：設(shè)計周期短，成本低，質(zhì)量高2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院263、制圖學(xué)以高精度的地理或其他自然現(xiàn)象的圖形 紙或膠片上。包括地圖、地質(zhì)圖、油層圖、海圖、氣象、人口密度圖.2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院2

13、74、動畫制作用計算機可以產(chǎn)生完整的動畫效果，可用于藝術(shù)創(chuàng)作，模擬真實的環(huán)境，或進行飛機、駕駛等訓(xùn)練。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院285、模擬數(shù)學(xué)圖形科學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型(液體流動、相對論、核反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)、生理系統(tǒng)與器官以及有負載時結(jié)構(gòu)的變形等)DNA柱體皮膚結(jié)構(gòu)：真皮， 上皮及附屬結(jié)構(gòu)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院296、過程控制利用交互式圖形生成技術(shù)形成的人機交互系統(tǒng)，實現(xiàn)人與控制或管理對象之間的相互作用。如工廠中的設(shè)備、工序控制，機場與鐵路的調(diào)度等。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院307、藝術(shù)與教育教學(xué)活動蟬（線框圖）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院318、辦公自動化在辦公

14、室中，用圖形方式顯示并交換文件、報表、圖例和其它信息，并在輸出設(shè)備上輸出、保存起來。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院321.4 計算機圖形系統(tǒng)1、一般工作過程計算機圖形系統(tǒng)是一個由軟、硬相互結(jié)合的有機整體。系統(tǒng)在工作時，由主機執(zhí)行應(yīng)用程序，通過圖形輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)庫或交互裝置讀取數(shù)據(jù)，按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織起來，不斷調(diào)用事先存儲好的圖形顯示子程序，將處理后得到的數(shù)據(jù)送往顯示處理器，從圖形顯示器或其它輸出設(shè)備輸出圖形。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院332、基本任務(wù)計算機圖形學(xué)的基本任務(wù)：研究如何用計算機來處理圖形1、如何用適當?shù)挠布韺崿F(xiàn)圖形處理功能；2、如何設(shè)計好的圖形軟件；3、圖形處理所需的

15、數(shù)學(xué)處理方法和算法；4、如何解決實際應(yīng)用中的圖形處理問題。計算機圖形系統(tǒng)：計算機硬件+圖形輸入輸出設(shè)備 +計算機系統(tǒng)軟件+圖形軟件2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院343、基本組成系統(tǒng)硬件顯示處理器：重復(fù)解釋、執(zhí)行D.F. 刷新處理器：存放顯示文件 交互裝置：人機交互工具 硬拷貝裝置：實現(xiàn)圖形永久性輸出的裝置 本地計算機: 生成顯示文件 圖形互換 主機:語言的解釋或編譯，數(shù)據(jù)庫管理等2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院35系統(tǒng)硬件示意圖基本組成交互裝置顯示器顯示處理器本地計算機主機硬拷貝裝置刷新存儲器2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院36基本組成系統(tǒng)軟件應(yīng)用程序: 需要執(zhí)行的指令序列 應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)

16、構(gòu)/模型:全面描述對象的特點 圖形系統(tǒng): 完成實際功能,是與硬件的接口 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院37數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/模型應(yīng)用程序圖形系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)提取數(shù)據(jù)子程序調(diào)用描述物體的機和特征基本組成系統(tǒng)軟件示意圖2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院384、計算機圖形系統(tǒng)的功能圖形輸出設(shè)備輸出計算輸入圖形輸入設(shè)備交互存貯顯示器數(shù)據(jù)庫2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院39第二章 圖形設(shè)備提出問題：計算機圖形學(xué)包括哪些外部設(shè)備?圖形輸入設(shè)備：概念、特點圖形顯示設(shè)備：概念、結(jié)構(gòu)原理、工作方式、特點*圖形硬拷貝設(shè)備：概念、特點2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院402.1 圖形輸入設(shè)備1、鍵盤（Keyboard）

17、2、鼠標（Mouse）3、光筆（Light Pen）4、觸摸屏（Touch Screen）5、操縱桿（Joystick）6、跟蹤球(Trackball)和空間球(Spaceball)7、數(shù)據(jù)手套（Data Glove）8、數(shù)字化儀（Digitizer）9、圖像掃描儀（Scanner）10、聲頻輸入系統(tǒng)11、視頻輸入系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院41功能：文本串輸入、數(shù)據(jù)輸入和命令輸入特點：1）便于屏幕坐標輸入； 2）便于菜單選擇； 3）便于圖形操作。光標控制鍵功能鍵數(shù)字鍵盤其它類型的光標定位設(shè)備：跟蹤球 操縱桿 無線鍵盤 有線鍵盤1、鍵盤（Keyboard）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)

18、計學(xué)院42按測量位移： 鼠標底部的轉(zhuǎn)輪或滾輪記錄移動總量和方向 光學(xué)感應(yīng)器檢測鼠標運動按使用鍵數(shù)： MS型（Microsoft Mouse Mode）-雙鍵 PC型（Mouse System Mode） -三鍵基本工作原理： 機械位移-電脈沖-數(shù)字信號-控制光標移動安裝：連接USB口三鍵 二鍵 無線2、鼠標器（Mouse）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院43一種檢測裝置，靠檢測熒光屏上的發(fā)光點來選擇屏幕的位置坐標。功能：定位、拾取、筆劃跟蹤。3、光筆（Light Pen）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院44以手指觸摸的方式選擇屏幕位置。紅外線式觸摸屏 光學(xué)電阻式觸摸屏 電子電容式觸摸屏 電

19、子聲波（聲音探測式）觸摸屏 聲音4、觸摸屏（Touch Screen）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院45由一根小的垂直杠桿組成的可搖動裝置，裝配在四周可移動的底座上用來控制屏幕光標。另：壓力檢測操縱桿 手柄不可移動， 壓力 - 位移5、操縱桿（Joystick）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院46跟蹤球：二維空間球：三維6、跟蹤球(Trackball)和 空間球(Spaceball)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院47戴在手上的傳感器，可以用來抓住“虛擬對象”可測量出手的位置和形狀，從而實現(xiàn)環(huán)境中的虛擬手及其對虛擬物體的操縱。數(shù)據(jù)手套通過手指上的彎曲、扭曲傳感器和手掌上的彎度、弧度傳感

20、器，確定手及關(guān)節(jié)的位置和方向。7、數(shù)據(jù)手套（Data Glove）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院48是一種把圖形變成一種計算機能接收的數(shù)字形式的專用設(shè)備。1）工作原理：電磁感應(yīng)技術(shù)；2）性能指標：最大有效幅面；數(shù)字化速率；最高分辨率。3）工作方式：點方式、連續(xù)方式（流方式）、相對坐標方式8、數(shù)字化儀（Digitizer）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院49用來在所作的畫或?qū)ο笊蠏呙?，并輸入一組坐標位置，相互以直線段連接，以逼近曲線或表面形狀。幅面： A0 A1 A4分辨率： 300dpi1000dpi（Dot per Inch）支持顏色（灰度等級）：4、8、24位面顏色評價指標支持的顏色

21、： 單色 彩色固態(tài)器件： 電荷耦合 MOS電路 緊貼型掃描寬度和操作方式： 大型 臺式 手動分類9、圖象掃描儀（Scanner）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院50也稱聲音輸入系統(tǒng)，在某些圖形工作站中，采用話音識別器作為輸入設(shè)備，以接收操作者的命令。 例：IBM公司的Viavoice語音識別系統(tǒng)聲音詞典話音識別器計算機話音頻率頻率模式匹配匹配結(jié)果10、聲頻輸入系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院51電視信號計算機數(shù)字信號視頻信號采集板視頻信號電視天線攝像機錄像機視頻信號輸入卡視頻信號處理裝置視頻信號數(shù)據(jù)信號處理芯片（DSP）11、視頻輸入系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院52用于虛擬現(xiàn)

22、實環(huán)境的顯示器類型頭盔式顯示器(Head Mounted Display，HMD)空間沉浸式顯示器(SID,如洞穴式和園頂式)顯示硬件頭盔式顯示器將觀察者的頭部位置及運動方向告訴計算機，計算機就可以調(diào)整觀察者所看到的圖景，使得呈現(xiàn)圖像更趨于真實感絕大多數(shù)頭盔式顯示器使用兩個顯示器利用特殊光學(xué)設(shè)備對圖像進行處理，使圖像看上去立體感更強把用戶的視覺、聽覺和其他感覺封裝起來，產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的錯覺。其他圖形輸入設(shè)備2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院532022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院54數(shù)據(jù)衣也是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中用的人機交互設(shè)備一件虛擬現(xiàn)實的數(shù)據(jù)緊身服可使你有在水中或泥沼中游泳的感覺 2022

23、/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院552.2 圖形顯示設(shè)備圖形輸出設(shè)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(shè)備2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院56陰極射線管CRT（Cathode Ray Tube）是一種真空器件，它利用電磁場產(chǎn)生高速的、經(jīng)過聚焦的電子束，偏轉(zhuǎn)到屏幕的不同位置轟擊屏幕表面的熒光材料而產(chǎn)生可見圖形。1、陰極射線管2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院57從外形上看，CRT為：管頸部分、錐體部分、屏幕部分 從結(jié)構(gòu)上看，CRT為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院5

24、8 電子槍功能：要求：結(jié)構(gòu)：a.具有足夠的電流強度。b.電流的大小和有無必須是可控的。c.具有很高的速度。d.在熒光屏上應(yīng)能聚焦很小的光亮，以保證顯示器有足夠的分辨率。陰極柵極（調(diào)制極，控制極）陽極（加速極、聚焦極）產(chǎn)生一個沿管軸（Z軸）方向前進的細電子束轟擊熒光屏2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院59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(jù)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(tǒng)：是一個電透鏡，能使眾多的電子聚集于一點加速陽極：使電子達到轟擊激發(fā)熒光屏應(yīng)有的速度。最

25、后由磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)來達到指定位置2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院60 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：控制靜電場或磁場，使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，最終能到達屏幕的任意位置電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)失真問題？2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院61電子束要到達屏幕的邊緣時，偏轉(zhuǎn)角度就會增大。到達屏幕最邊緣的偏轉(zhuǎn)角度被稱為最大偏轉(zhuǎn)角CRT顯示器屏幕越大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(wěn)定顯示隔行掃描與逐行掃描2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院62 熒光屏對熒光粉的性能要求是：發(fā)光顏色滿足標準白色、發(fā)光效率高、余輝時間合適以及壽命長等。 CRT熒光屏（Phosphor Screen）是

26、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(xué)拋光。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院63 熒光物質(zhì)：吸收電子束而發(fā)光余輝時間：持續(xù)發(fā)光時間，電子束離開某點后，該點的亮度值衰減到初始值刷新(Refresh)：為了讓熒光物質(zhì)保持一個穩(wěn)定的亮度值刷新頻率：每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)像素(Pixel)：構(gòu)成屏幕（圖像）的最小元素分辨率(Resolution)：CRT在水平或豎直方向單位長度上能識別的最大像素個數(shù) 單位通常為dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情況下，也可用整個屏幕所能容納的像素個數(shù)描述 如640*480，800*600，1024*

27、768，1280*1024等等某種CRT產(chǎn)生穩(wěn)定圖像所需要的最小刷新頻率=1秒/熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時間（例如）=1000/40=25Hz2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院64技術(shù)指標：1、分辨率：一個陰極射線管在水平和垂直方向單位長度上能識別的最大光點數(shù)。取決：1）CRT熒光屏所用熒光物質(zhì)的類型、聚焦和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)；2）表示象素位置的計算機字長；3）存儲象素信息的介質(zhì)；4）模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度和速度。2、顯示速度：每秒顯示矢量線段的條數(shù)。取決：1）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的速度；2）CRT矢量發(fā)生器的速度；3）計算機發(fā)送顯示命令的速度。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院65彩色陰極射線管產(chǎn)生彩色的常用方法：射線穿透法、

28、影孔板法射線穿透法原理應(yīng)用：畫線顯示器優(yōu)點：成本低缺點：只等產(chǎn)生有限幾種顏色電子束熒光涂層產(chǎn)生顏色低速電子束較低速電子束較高速電子束高速電子束2、彩色陰極射線管當圖形彩色轉(zhuǎn)換速度很快時，相應(yīng)的高壓轉(zhuǎn)換速度亦迅速，這要求： 轉(zhuǎn)換速度 精度 功耗2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院66影孔板法原理：影孔板被安裝在熒光屏的內(nèi)表面，用于精確定位像素的位置外層玻璃熒光涂層影孔板2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院67影孔板的類型點狀影孔板（蔭罩式） 代表：球面顯像管柵格式影孔板（蔭柵式） 代表：柱面顯像管 日本索尼公司的特麗瓏管（Trinitron） 三菱公司的鉆石瓏管（Diamondtron） 溝槽式影孔

29、板 代表：LG的Flatron顯像管2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院68點狀影孔板（蔭罩法）工作原理紅、綠、蘭三基色三色熒光點三個電子槍如果每個電子槍有256個等級，則顯示器能同時顯示256*256*256=16M種顏色，稱為真彩系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院69蔭罩式顯示器的缺點：球面熒光屏，幾何失真大三角形的熒光點排列造成即使點很密很細也不會特別清晰最近幾年蔭柵式顯示器逐漸流行起來 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院70原理的區(qū)別 光線的選擇方式和熒光點的排列不同 蔭柵式顯象管的優(yōu)點亮度更高，色彩也更鮮艷 柱面和平面顯示器 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院713、CRT圖形顯示

30、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2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院72隨機掃描的圖形顯示器向量（vector）顯示器筆劃（Stroke writing）顯示器特點數(shù)據(jù)表示：矢量表示，只有端點信息，無線段中間點掃描方式：電子束像一支快速移動的畫筆，可隨意移動，只掃描熒屏上要顯示的部分，與示波器工作原理類似顯示圖形：幾何屬性(geometric attribute)為主，線架圖優(yōu)點：掃描速度快，分辨率高，線條質(zhì)量好，易修改，交互性好，動態(tài)性能好缺點：價格貴，只能顯示線畫圖形，應(yīng)用于軍事、CAD領(lǐng)域；不能顯示逼真場景、和電視標準不一致、驅(qū)動系統(tǒng)也較復(fù)雜2022/8/3湖

31、北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院73直視存儲管圖形顯示器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(nèi)都將是可見的。特點：無需刷新很復(fù)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能顯示彩色不能局部修改擦除和重畫過程對復(fù)雜圖形來講，可能要幾秒鐘DVST（direct-view storage tube）簡單，便宜，分辨率高，失真小，慢速顯示，難于局部刷新。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院74工作原理：寫電子槍：將圖形信息“寫在”存儲柵的柵格上；讀出電子槍：發(fā)出連續(xù)電子流將存儲柵網(wǎng)格上的圖形“重寫”在屏幕上；存儲柵：由細網(wǎng)柵格組成，柵格上涂有絕緣材料，柵網(wǎng)裝在靠近

32、屏幕的后方，其上有由電子槍畫出的正電荷圖形；收集柵：使讀出的電子流均勻，并以垂直方向接近屏幕。在有圖形的地方，這些低速電子受存儲柵上正電荷的吸引，從而加速穿過存儲柵并轟擊屏幕上的熒光材料而發(fā)光。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院75光柵掃描的圖形顯示器電子束橫向掃描屏幕，一次一行，從頂?shù)降醉槾芜M行。當電子束橫向沿每一行移動時，電子束的強度不斷變化來建立亮點的圖案。 技術(shù)指標：刷新速率： 每秒60到80幀，即60Hz或80Hz。水平回掃（horizontal retrace），行掃描垂直回掃（verticle retrace），場掃描逐行掃描和隔行（interlaced）掃描： 隔行掃描技術(shù)主要

33、用于較慢的刷新速率，以避免閃爍2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院76場頻= 幀頻 * 2一幀130秒，一場160秒幀頻30HZ ，場頻60HZ一幀完整的畫面分成兩場，即奇數(shù)場與偶數(shù)場優(yōu)點：降低了閃爍效應(yīng)；只需逐行的一半時間即可顯示一屏畫面，降低了對掃描頻率的要求，也降低了成本；幀緩存中數(shù)據(jù)量比逐行掃描少一半，降低了視頻控制器存取幀緩存的速度及傳輸帶寬的要求。 隔行掃描（Interlaced scan）工作原理2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院77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、圖象是靠Z軸信號控制輝亮來形成的。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院78繪圖儀pri

34、nterComputerDPU輸入設(shè)備視頻控制器display顯示處理器控制圖形的顯示邏輯部件：幀緩沖存儲器（Frame Buffer)視頻控制器（Video Controller)顯示處理器（Display Processing Uuit，簡稱DPU）CRT計算機圖形處理系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院79工作原理應(yīng)用程序發(fā)出繪圖命令，解析成顯示處理器可接受命令格式，存放在刷新存儲器中。刷新存儲器中所有的繪圖命令組成一個顯示文件，由顯示處理器負責(zé)解釋執(zhí)行(刷新)， 驅(qū)動電子槍在屏幕上繪圖。修改圖形，實際是修改顯示文件中的某些繪圖命令。 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院80特點： 刷新

35、緩沖存儲器（refresh buffer）或稱幀緩沖存儲器（frame buffer） 象素（pixel或pel，是picture element的簡寫） 象素信息從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過程稱之為掃描轉(zhuǎn)換過程走樣 畫點設(shè)備，畫線是近似的，有階梯效果，線的亮度不均勻； 需大容量幀存； 便于表現(xiàn)實體圖形2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院81CRT固有的物理結(jié)構(gòu)限制了它向更廣的顯示領(lǐng)域發(fā)展屏幕的加大必然導(dǎo)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(fā)射電子束來產(chǎn)生圖像，容易受電磁波干擾長期電磁輻射會對人們健康產(chǎn)生不良影響2022/8/3湖北大學(xué)

36、 數(shù)計學(xué)院824、 平板顯示器平板顯示器特點：低電壓、輕小型、數(shù)字化非發(fā)射顯示器： 液晶顯示器發(fā)射顯示器： 等離子體顯示器 薄片光電顯示器 發(fā)光二極管顯示器 激光顯示器2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院83非發(fā)射顯示器：液晶顯示器x1y1-v+v根據(jù)液晶顯示器件所顯示的光的類型:1、透射型LCD:光源位于液晶顯示板之后；2、反射型LCD:光源位于液晶顯示板之前；3、投影型LCD:將液晶顯示板作為幻燈片。反射層水平網(wǎng)格線水平極板液晶層垂直網(wǎng)格線垂直極板x1-vy1+v2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院84LCD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(zhì)，它具有液體的流態(tài)性質(zhì)和固體的光學(xué)

37、性質(zhì)。當液晶受到電壓的影響時，就會改變它的物理性質(zhì)而發(fā)生形變，此時通過它的光的折射角度就會發(fā)生變化，而產(chǎn)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(chǎn)生光線的色澤改變，從液晶體射出來的光線，還得必須經(jīng)過一塊彩色濾光片以及第二塊偏光板由于兩塊偏光板的偏振方向成90度，再加上電壓的變化和一些其他裝置，就能顯示我們想要的顏色了2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院85LCD顯示器的優(yōu)點外觀小巧精致，厚度只有6.58cm左右。不會產(chǎn)生CRT那樣的因為刷新頻率低而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象工作電壓低，功耗小，節(jié)約能源沒有電磁輻射，對人體健康沒有任何影響2022/8

38、/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院86LCD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(yè)上有CR10（Contrast Ratio）、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0.280.32mm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(shù)與垂直方向的像素點數(shù)的乘積2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院87由一個細小氖泡矩陣組成，由于氖泡有兩種狀態(tài)：開啟(點燃)

39、、關(guān)閉(熄滅)，且狀態(tài)可保持。分為1）前層：垂直導(dǎo)線2）中層：細小氖泡3）后層：水平導(dǎo)線水平網(wǎng)格線（Y向地址）玻璃極板單元垂直網(wǎng)格線（X向地址）觀察方向空氣等離子體顯示器2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院88特點顯示屏薄，掛在墻上無鋸齒現(xiàn)象，分辨率好無需刷新緩存，重量輕，無輻射價格貴2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院89薄片光電顯示器玻璃板間填充的是熒光物（如鋅的硫化物同錳的膠狀物）。缺點：功耗大，難以達到好的彩色和灰度等級顯示原理：1、足夠高的電壓加到一對交叉電極；2、交叉電極間的熒光物成為導(dǎo)體；3、錳原子吸收電能；4、錳原子釋放能量成為發(fā)光點。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院90發(fā)光二極

40、管顯示器采用二極管激發(fā)發(fā)光來顯示圖象。缺點：暖色效應(yīng)由于藍色光波長很短，藍色發(fā)光管的成本較高2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院91激光顯示器原理：1、利用激光束形成圖案；2、通過機電控制的鏡面形成反射；3、用另一光源把圖象投向屏幕。優(yōu)點：在非常短的時間顯示復(fù)雜圖象缺點：不能擦除，只能在下一幀重繪2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院92 行式打印機 撞擊式 打印機 點陣式打印機 連續(xù)式 壓電式機械動作 噴墨打印機 氣泡式 非撞擊式 隨機式 靜電式 打印機 固體式（最好） 感光鼓 激光打印機 上粉盒 打底電暈絲 轉(zhuǎn)移電暈絲）1、打印機2.3 圖形硬拷貝設(shè)備2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院93(1)

41、 靜電繪圖儀工作原理：首先在白紙帶上那些要上墨的部分加上負電荷，然后在紙的上方流過帶正電荷的黑墨，這些微粒將附著在帶負電荷的紙上形成圖形。分辨率：每英寸800點。2、繪圖儀2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院94（2）筆式繪圖儀工作原理：是一種隨機的、快速的繪圖設(shè)備。它可在一張紙上隨機的、向量式地移動繪圖筆，產(chǎn)生輸出圖形。當繪制直線時，筆尖首先定位在線段地起點，落筆后自動以直線方式移到線段地終點，然后抬筆并自動移動到另一直線的起點，準備繪制下一條直線。分類：平板式繪圖儀：在一塊平板上畫圖，繪圖筆分別有x，y兩個方向進行移動；滾筒繪圖儀：在一塊圓筒上作圖，畫紙在一個方向上（如x方向）滾動，而繪圖筆

42、在另一個方向上（如y方向）進行移動；2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院95主要性能指標：1）最大繪圖幅面；2）繪圖速度和精度；3）優(yōu)化繪圖；4）繪圖所用的語言。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院962.4 圖形顯示子系統(tǒng)簡單的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)幀緩存為系統(tǒng)內(nèi)存任一塊區(qū)域視頻控制器能直接存取該區(qū)域以刷新屏幕幀緩存可以是專用的存儲器也可是系統(tǒng)內(nèi)存中的一塊固定區(qū)域較為典型的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院972022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院98俗稱顯卡CGA EGA VGA TVGA SVGA XGA SXGA工作原理顯示主芯片顯卡的核心，俗稱GPU 代替CPU

43、完成部分圖形處理功能，掃描轉(zhuǎn)換、幾何變換、裁剪、光柵操作、紋理映射等等各圖形函數(shù)基本上都集成在這里顯存存儲將要顯示的圖形信息保存圖形運算的中間數(shù)據(jù)它與顯示主芯片的關(guān)系，就像計算機的內(nèi)存之于CPU一樣 RAMDAC視頻存儲數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器在視頻處理中，把二進制的數(shù)字轉(zhuǎn)換成為和顯示器相適應(yīng)的模擬信號 早期沒有圖形處理器2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院99PC圖形顯示卡2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院100作用：存儲屏幕上像素的顏色值也稱刷新存儲器(Refreshing Buffer)簡稱幀緩沖器，俗稱顯存幀緩存中單元數(shù)目與顯示器上像素的數(shù)目相同單元與像素一一對應(yīng)各單元的數(shù)值決定了其對應(yīng)像素的顏色

44、顯示顏色的種類與幀緩存中每個單元的位數(shù)有關(guān)幀緩沖存儲器（Frame Buffer)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院101作用：控制圖形的顯示，建立幀緩存與屏幕像素之間的一一對應(yīng)關(guān)系，負責(zé)按固定刷新頻率和掃描順序刷新屏幕圖形邏輯結(jié)構(gòu)工作原理刷新周期開始，光柵掃描發(fā)生器置X地址寄存器為0，置Y地址寄存器為N-1，首先取出對應(yīng)像素（0，N-1）的幀緩存單元的數(shù)值, 放入像素值寄存器，用來控制像素的顏色，然后X的地址寄存器的地址加一，如此重復(fù)，直到該掃描線上的最后一個像素。視頻控制器（顯示控制器）2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院102 分辨率 800*600 1024*768 象素與幀緩存 x方向

45、的象素點數(shù)*y方向的象素點數(shù)*log2n/8 顏色插找表 顯示長寬比 屏幕坐標系相關(guān)概念2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院103 光點： 象素點：屏幕分辨率顯示分辨率存儲分辨率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小的發(fā)光點。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。光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率（物理分辨率）。表示：水平方向上的光點數(shù)*垂直方向上的光點數(shù)顯示控制器能夠提供的顯示模式分辨率（簡稱顯示模式）。表示：文本顯示方式：水平方向的字符總數(shù)*垂直方向的字符總數(shù)圖形顯示方式：水平方向的象素點數(shù)*垂直方向的象素點數(shù)表示：緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)。存儲

46、分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與象素點的色彩有關(guān)。計算：x方向的象素點數(shù)*y方向的象素點數(shù)*log2n/8 （其中：n為顏色數(shù)或灰度等級數(shù)） 分辨率2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院104 象素與幀緩存屏幕上一個象素點對應(yīng)幀緩存中的一組信息。 組合象素法（Packed Pixel Method） 顏色位面法（Color Plane Method）幀緩存被分成若干獨立的存儲區(qū)域，每一個區(qū)域稱為一個位面（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。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院105例：如果分辨率為1024*76

47、8，請計算幀緩存，以及能同時顯示的顏色數(shù)。計算： 幀緩存 = x方向的象素點數(shù)*y方向的象素點數(shù)*log2n/8 = 1024*768*24/8 顏色數(shù) = 2242022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院106 顏色查找表顏色查找表也稱調(diào)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(yīng)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。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院107例：如果分辨率為1024*768，請計算幀緩存，總的顏色數(shù)以及能同時顯示的顏色數(shù)。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院108 顯示長寬比要求：在屏幕兩個方向上相同象素點數(shù)產(chǎn)生同樣長

48、度的線段，以使圖形不至發(fā)生畸變。例如：當屏幕顯像管的長寬比等于 4:3 時，（水平方向上的光點數(shù):垂直方向上的光點數(shù)）也應(yīng)盡量滿足這個比例。顯示長寬比：水平點數(shù)與垂直點數(shù)之比。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院109 屏幕坐標系2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院110第三章 基本圖形生成算法光柵掃描特點： * 數(shù)據(jù)量大 快的要求 * 顯示的離散化 準的要求 * 獨立的圖形顯示處理器 快速，實時硬件處理的掃描轉(zhuǎn)換CPU系統(tǒng)總線顯示處理器系統(tǒng)存儲器顯示處理器存儲器幀緩存視頻控制器I/O設(shè)備監(jiān)視器1、光柵掃描圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院111任務(wù)：進行掃描轉(zhuǎn)換(Scan Conv

49、ersion)掃描轉(zhuǎn)換：將應(yīng)用程序給出的圖形定義數(shù)字化為一組像素強度值，并放到幀緩存器掃描轉(zhuǎn)換的工作內(nèi)容：基本圖形的生成字符的生成填充、裁剪線型的處理彩色處理某些變換和管理2、圖形顯示處理器 (加速引擎)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院112為描述對象、構(gòu)造場景或完成圖形變換，需要不同的坐標系！1. 建模坐標系定義對象2. 世界坐標系定義對象與外界環(huán)境的關(guān)系3. 設(shè)備坐標系 定義圖形顯示的位置、大小4. 規(guī)范化坐標 為保證互換性（與設(shè)備無關(guān)）而定義的輔助坐標3、坐標系統(tǒng)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院113建模坐標Modeling CoordinateLocal CoordinateMas

50、ter Coordinate世界坐標World Coordinate繪圖儀其它輸出設(shè)備設(shè)備坐標Device CoordinateScreen Coordinate111規(guī)范化坐標NormalizedCoordinate2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院1143.1 直線的掃描轉(zhuǎn)換光柵掃描顯示下畫直線存在的問題：(1) 顯示速度問題： 例：分辨率：1024768， 24Bit 彩色， 幀存容量：10247683 2,359,296 Byte 刷新率 85Hz: 85 2,359,296 200,540,160 (Byte / S) 存儲器讀出時間：5nS(2) 顯示質(zhì)量問題：階梯狀線的粗細不一線

51、的亮度差異2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院115直線的繪制要求：1.直線要直2.直線的端點要準確，即無定向性和斷裂情況3.直線的亮度、色澤要均勻4.畫線的速度要快5.要求直線具有不同的色澤、亮度、線型等解決的問題：給定直線兩端點P0(x0,y0)和P1(x1,y1)，畫出該直線。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院1163.1.1 數(shù)值微分法(DDA法)直線的微分方程：DDA算法原理： =1/max(|x|,|y|) 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院117max(|x|,|y|)=|x|，即|k|1的情況：max(|x|,|y|)=|y|，此時|k|1：2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院11

52、8注意：round(x)=(int)(x+0.5)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院119Void DDAline(int x0,int y0,int x1,int y1) int dx,dy,eps1,k; float x,y,xIncre,yIncre; dx=x1-x0; dy=y1-y0; x=x0; y=y0; If (abs(dx)abs(dy) eps1=abs(dx); else eps1=abs(dy); xIncre=(float)dy/(float)eps1; yIncre=(float)dy/(float)eps1; for (k=0;k=eps1;k+) putpix

53、el(int)(x+0.5),(int)(y+0.5); x+=xIncre; y+=yIncre; 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院120特點：增量算法直觀、易實現(xiàn)缺點：浮點運算、取整廢時，且不利于硬件實現(xiàn)。不利于用硬件實現(xiàn) 。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院121例：畫直線段x int(y+0.5) y+0.5000100.4+0.5210.8+0.5311.2+0.5421.6+0.5522.0+0.5注：網(wǎng)格點表示象素2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院1223.1.2 中點畫線法算法顯然可得出如下結(jié)論：若M在Q的下方，選Pu，否則選Pd原理：假定直線斜率K1，且已確定點亮象素點P（

54、Xp ,Yp ）M為中點，Q為交點現(xiàn)需確定下一個點亮的象素。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院123算法實現(xiàn)： 假設(shè)直線的起點、終點分別為：（X0,Y0),(X1,Y1) 該直線方程可表示為： F(x,y)=a*x+b*y+c （1） 其中： a=Y0-Y1, b=X1-X0, c=X0*Y1-X1*Y0 當： F(Xt,Yt) = 0 (Xt,Yt) 在直線上 F(Xt,Yt) 0 (Xt,Yt) 在直線上方2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院1242022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院125 因此：將中點M坐標代入（1）式，并判斷其符號即可確定象素點的選取。構(gòu)造如下判別式： d = F(M) =

55、F(Xi+1,Yi+0.5) =a(Xi+1)+b(Yi+0.5)+c 由上式可看出，d是x,y線性函數(shù)，可推導(dǎo)d的增量公式2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院126當d 0 時， 取象素Pu，此時再下一個象素的判別式為：d= F(Xi+2,Yi+1.5) = a(Xi+2)+b(Yi+1.5)+c = a(Xi+1)+b(Yi+0.5)+c +a +b = d + a + b;誤差項的遞推d= 0時，取象素Pd，此時再下一個象素的判別式為：d= F(Xi+2,Yi+0.5) = a(Xi+2)+b(Yi+0.5)+c = a(Xi+1)+b(Yi+0.5)+c +a = d + a;誤差項的遞

56、推d0：2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院128d的初始值可按下式計算： d0 = F(X0+1,Y0+0.5) = a(X0+1)+b(Y0+0.5)+c = F(X0,Y0)+a+0.5b = a+0.5b 由于只用d 的符號作判斷，為了只包含整數(shù)運算, 可取2d代替 d，這樣可得如下中點算法程序：2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院129 MidpointLine(X0,Y0,X1,Y1,Color) int X0,Y0,X1,Y1,Color; int a,b,d1,d2,d,x,y; a=Y0-Y1; b=X1-X0; d=a+a+b; d1=a+a; d2=a+b+a+b; x=X0

57、; y=Y0; drawpixle(x,y,Color); while(xX1) if(d0) x+; y+; d+=d2; 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院130 else x+; d += d1; drawpixle(x,y,Color); /*while*/ /*MidPointLine*/ 習(xí)題： 按照中點劃線算法，確定直線（0，0）（5，3）的點亮象素。列出計算過程，并列出所選象素坐標。 2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院131例：用中點畫線法 ixiyid1001210-33213431-154252022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院1323.1.3 Bresenham畫線算法基本

58、原理：(假定直線段的0k1)2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院133假定直線斜率,0k1 時 d=d-1 ;當d0.5，則(x,y)更新為(x+1,y+1)，同時將d更新為d-1；否則(x,y)更新為(x+1,y)。5.當直線沒有畫完時，重復(fù)步驟3和4。否則結(jié)束。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院135改進1：令e=d-0.5e初= -0.5，每走一步有e=e+k。if (e0) then e=e-12022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院136算法步驟為：1.輸入直線的兩端點P0(x0,y0)和P1(x1,y1)。2.計算初始值x、y、e=-0.5、x=x0、y=y0。3.繪制點(x,y)。4.e

59、更新為e+k，判斷e的符號。若e0，則(x,y)更新為(x+1,y+1)，同時將e更新為e-1；否則(x,y)更新為(x+1,y)。5.當直線沒有畫完時，重復(fù)步驟3和4。否則結(jié)束。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院137改進2：用2ex來替換ee初= -x，每走一步有e=e+2y。if (e0) then e=e-2x2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院138算法步驟：1. 輸入直線的兩端點P0(x0,y0)和P1(x1,y1)。2. 計算初始值x、y、e=-x、x=x0、y=y0。3. 繪制點(x,y)。4. e更新為e+2y，判斷e的符號。若e0，則(x,y)更新為(x+1,y+1)，同時將

60、e更新為e-2x；否則(x,y)更新為(x+1,y)。5. 當直線沒有畫完時，重復(fù)步驟3和4。否則結(jié)束。2022/8/3湖北大學(xué) 數(shù)計學(xué)院139程序如下： BresenhamLine(x0,y0,x1,y1,color) int x0,y0,x1,y1,color; int x,y,dx,dy; float k,e; int e; dx = x1-x0; dy = y1-y0; k = dy/dx; e = -0.5; x=x0; y=y0; e = -dx; for( i=0; i=0) y+; e=e-1; e = e - 2*dx; Bresenham 畫線例直線端點為(20,10)和（