第1章計算機圖形學

計算機圖形學2012-9-612012-2013（1）教學要求了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬件技術(shù)；了解圖形學的基本問題，掌握圖形學的基本概念、方法與算法；對與圖形相關(guān)的應用及當前的研究熱點有一個初步認識；具有一定實踐體會和基本的編程能力。2013-2-1622012-2013（2）教材與參考書教材張怡芳、李繼芳、柴本成：計算機圖形學基礎(chǔ)及應用實例,機械工業(yè)出版社,2007.10。主要參考書陳傳波,陸楓.計算機圖形學基礎(chǔ).電子工業(yè)出版社,2002.和青芳:計算機圖形學原理及算法教程,清華大學出版社,2006.杜曉增:計算機圖形學基礎(chǔ),機械工業(yè)出版社,2004楊欽等:計算機圖形學,清華大學出版社,2005唐榮錫等:計算機圖形學教程（修訂版）,科學出版社,2000孫家廣:計算機圖形學基礎(chǔ)教程,清華大學出版社,2005潘云鶴:計算機圖形學－原理、方法及應用,高等教育出版社,2004。2013-2-1632012-2013（2）學習目的掌握基本理論知識，為進一步的學習或研究打下良好的基礎(chǔ)；掌握基本圖形生成算法掌握圖形二維、三維變換算法掌握二維圖形圖形裁剪算法了解圖形學前沿的研究與應用；了解圖形設(shè)備及交互技術(shù)。2013-2-1642012-2013（2）圖形學概述“圖形”是人類最早的文明體現(xiàn)。它和文字、聲音等一樣，是承載信息進行交流的重要媒體。是一切設(shè)計工作的核心內(nèi)容之一。圖形學作為一門科學，歷來是人們重要的學習和研究內(nèi)容。2013-2-1652012-2013（2）緒論計算機圖形學及其相關(guān)概念計算機圖形學研究對象計算機圖形學的發(fā)展歷史計算機圖形學的應用計算機圖形系統(tǒng)第1章計算機圖形學概述2013-2-1662012-2013（2）計算機圖形學計算機圖形學（CG，ComputerGraphics）是研究如何從真實的或虛擬的物體出發(fā)，為其在計算機內(nèi)建立起相應的模型，并用畫面描繪出來。通俗地講，就是應用計算機技術(shù)進行圖形的生成、處理和輸出。國際標準化組織(ISO)的定義：

計算機圖形學是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學科。它是建立在傳統(tǒng)的圖學理論、應用數(shù)學和計算機科學基礎(chǔ)上的一門邊緣學科。IEEE的定義：Computergraphicsistheartorscienceofproducinggraphicalimageswiththeaidofcomputer2013-2-1672012-2013（2）計算機圖形學的研究對象計算機圖形學的研究對象是圖形

通常意義

圖形是指能夠在人的視覺系統(tǒng)中形成視覺印象的客觀對象。它既包括了各種照片、圖片、圖案、圖像以及圖形實體；包括了由函數(shù)式、代數(shù)方程和表達式所描述的圖形。2013-2-1682012-2013（2）計算機圖形學的研究對象圖形與圖像的區(qū)別

表示方法不同—主要區(qū)別

圖形是用矢量表示的；圖像是用點陣表示的。矢量

點陣（圖形掃描轉(zhuǎn)換）；點陣矢量（圖像識別和處理）點陣圖放大后的點陣圖矢量圖放大后的矢量圖2013-2-1692012-2013（2）計算機圖形學的研究對象構(gòu)成圖形的要素幾何要素是刻畫形狀的點、線、面、體等的要素；非幾何要素是反映物體本身固有屬性，如表面屬性或材質(zhì)的明暗、灰度、色彩（顏色信息）等。例一幅黑白照片上的圖像是由不同灰度的點構(gòu)成的；方程x2+y2=r2所確定的圖形則是由具有一定信息并滿足該方程的點所構(gòu)成的。2013-2-16102012-2013（2）計算機圖形學的研究對象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。2013-2-16112012-2013（2）計算機圖形學的相關(guān)學科圖像處理如：CT掃描、X射線探傷等。主要涉及圖形的增強、分割、去噪、重組、特征提取和存儲等。

模式識別如：郵政分檢設(shè)備、地形地貌識別等計算幾何研究如何方便、靈活、有效地建立幾何形體的數(shù)學模型，以及在計算機中更好地存儲數(shù)據(jù)。和管理這些模型。2013-2-16122012-2013（2）計算機圖形學的相關(guān)學科圖形顯示對象模型（計算機圖形學）圖像生成圖像變換（圖像處理）模型變換（計算幾何）

模型（特征）提取

(計算機視覺,模式識別)2013-2-16132012-2013（2）圖形學、圖像處理、模式識別的異同2013-2-16142012-2013（2）計算機中圖形的表示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(diào)圖形由哪些點組成，并具有什么灰度或色彩。參數(shù)法是以計算機中所記錄圖形的形狀參數(shù)與屬性參數(shù)來表示圖形的一種方法。形狀參數(shù)可以是形狀的方程系數(shù)、線段的起點和終點對等幾何屬性的描述；屬性參數(shù)則描述灰度、色彩、線型等非幾何屬性。通常把參數(shù)法描述的圖形叫做圖形（Graphics）把點陣法描述的圖形叫做圖像（Image）2013-2-16152012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史最早的計算機僅僅是用來進行科學計算，利用計算機進行圖形處理的工程應用，應歸功于美國的戰(zhàn)術(shù)防空系統(tǒng)SAGE(SemiAutomaticGroundEnvironment)。二次世界大戰(zhàn)剛一結(jié)束，美國國防部就開始籌劃如何預防遠程轟炸機攜帶核彈頭突然襲擊美國本土的問題，最后決定建立一個實時信息控制系統(tǒng)，以便監(jiān)視北美的整個空域和地域，使空軍總部的指揮員能清晰地看到空中的目標和地面機場的動態(tài)，及時準確地指揮作戰(zhàn)。2013-2-16162012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史具體的部署是研制計算機通信網(wǎng)和在全國部署一百多個圖形工作站，利用19英寸陰極射線管(CRT)顯示各個軍區(qū)的地理邊界、雷達搜索目標的位置和航跡、攔截點的位置以及計算機生成的其他信息。指揮員可以用光筆(當時稱為光槍)指點屏幕上的某一目標，詢問進一步的細節(jié)或向計算機發(fā)送其他指令。2013-2-16172012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史許多公司參與研制了SAGE系統(tǒng)，整個技術(shù)方案由麻省理工學院(MIT)林肯實驗室負責。SAGE系統(tǒng)1957年投入使用，二十世紀60年代中期逐漸淘汰，整個計劃并未最終完成。但這一嘗試為交互式計算機圖形顯示技術(shù)的發(fā)展無疑起到了巨大的帶頭作用。

2013-2-16182012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史醞釀期（20世紀50年代）萌芽期（20世紀60年代）廣泛應用期（20世紀70年代）飛速發(fā)展期（20世紀80年代）提高增強期（20世紀90年代）2013-2-16192012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史醞釀期（20世紀50年代）在SAGE計劃的推動下，

1950年，美國麻省理工學院(MIT)研制了旋風I號(WhirlwindI)計算機及其顯示器。該顯示器用一個類似于示波器的陰極射線管(CRT)來顯示一些簡單的圖形。1958年，美國CALCOMP公司將聯(lián)機的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒式繪圖儀，GERBER公司則把數(shù)控機床發(fā)展成平板式繪圖儀。整個五十年代大多采用電子管計算機，用機器語言編程。計算機仍以科學計算為主，為之配置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能，計算機圖形學處于被動式的圖形處理階段。2013-2-16202012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史萌芽期（20世紀60年代）1962年，第一臺光筆交互式圖形顯示器在麻省理工學院MIT林肯實驗室研制成功。此時，Ivan.E.Sutherland發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個人—機通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文，首次提出了計算機圖形學、交互技術(shù)、分層存儲符號的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想，為計算機圖形學的發(fā)展和應用奠定了理論基礎(chǔ)。2013-2-16212012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史萌芽期（20世紀60年代）1964年，Coons提出了用小塊曲面片組合表示自由型曲面時使曲面片在邊界上達到任意高次連續(xù)階的理論方法；法國的P.Bézier

提出了自由型曲線、曲面設(shè)計的理論方法。這些方法得到了工業(yè)界和學術(shù)界的極大推崇，分別稱之為Coons曲面和Bézier

方法。Coons和Bézier

并列被稱為現(xiàn)代計算機輔助幾何設(shè)計技術(shù)的奠基人。2013-2-16222012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史萌芽期（20世紀60年代）在美國工業(yè)界，研制交互式圖形顯示器的工作亦在平行開展。1964年，IBM推出了自主設(shè)計的圖形顯示設(shè)備IBM2250顯示器。這是IBM計算機正式提供工業(yè)界使用的第一代刷新式隨機掃描圖形終端，它使用光筆作為交互輸入手段,并配有一組32個功能鍵，以便調(diào)用程序中的相應模塊。通用汽車公司研制了多路分時圖形控制臺，實現(xiàn)了各階段的汽車設(shè)計。2013-2-16232012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史廣泛應用期（20世紀70年代）1970年，美國Applicon公司第一個推出完整的CAD系統(tǒng)。此間，出現(xiàn)了廉價的固體電路隨機存儲器、產(chǎn)生逼真圖形的光柵掃描顯示器、光筆、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入輸出設(shè)備，如美國Tektronix公司發(fā)展的基于存儲管技術(shù)的4006、4010、4012、4016等圖形終端，其分辨率可達4096×3072，而價格還不到IBM2250的一半。因此，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的商品化CAD/CAM系統(tǒng)。2013-2-16242012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史廣泛應用期（20世紀70年代）1974年，美國洛克希德飛機公司完成了一個用于飛機設(shè)計的交互式圖形處理系統(tǒng)，即CAD/CAM，自進入市場以來，已成為IBM主機上目前應用最廣的CAD/CAM軟件之一。整個70年代，CAD/CAM技術(shù)的應用已相當廣泛，許多功能強大的大型系統(tǒng)軟件相繼面世，如英國飛機公司的CONSURF系統(tǒng)、Renault公司的UNISURF系統(tǒng)、Rochester大學的PADL系統(tǒng)、Cambridge大學的BUILD系統(tǒng)、北海道大學的TIPS系統(tǒng)等。到70年代末，美國CAD工作站的安裝數(shù)量已超過12000臺，使用人數(shù)超過2.5萬。2013-2-16252012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史廣泛應用期（20世紀70年代）計算機圖形處理技術(shù)進入實用化階段。區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念及算法；真實感圖形學和實體造型技術(shù)；但由于圖形設(shè)備昂貴、功能簡單、基于圖形的應用軟件缺乏等原因，計算機圖形學還是一個較小的學科領(lǐng)域。

2013-2-16262012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史飛速發(fā)展期（20世紀80年代）圖形系統(tǒng)和CAD/CAM工作站的銷售量與日俱增。1981年美國實際安裝CAD系統(tǒng)5000套，1983年超過12000套，1988年發(fā)展到63000套。這一時期的顯著特點是：①個人機出現(xiàn)；②新的幾何造型方法NURBS的研究有了長足的發(fā)展；③幾何造型方法的研究由曲線曲面的表示方法轉(zhuǎn)向幾何特性分析、幾何處理和設(shè)計方法；2013-2-16272012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史飛速發(fā)展期（20世紀80年代）這一時期的顯著特點是：④基于個人計算機的CAD/CAM系統(tǒng)開始商品化并廣為流行；⑤CAD/CAM技術(shù)從大中型企業(yè)向小企業(yè)擴展，從發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展，從用于產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展到用于工程設(shè)計及其他非加工工業(yè)領(lǐng)域；⑥CAD/CAM系統(tǒng)軟件的功能日趨完善，大型軟件不斷涌現(xiàn)，如法國達索公司的CATIA系統(tǒng)、美國SDRC公司的I-DEAS系統(tǒng)、PTC公司的Pro/Engineer系統(tǒng)、EDI公司的UGII等。2013-2-16282012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史提高增強期（20世紀90年代）圖形接口、圖形功能、數(shù)據(jù)交換、形狀定義日趨標準化自1977年由SIGGRAPH的特別興趣小組GSPC推出CORE圖形標準以來，又出現(xiàn)了許多新的圖形標準，如，計算機圖形接口標準CGI、計算機圖形元文件標準CGM、計算機圖形核心系統(tǒng)GKS、工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準STEP、開放式圖庫OpenGL、數(shù)據(jù)交換接口DXF等。這些標準有些是面向圖形設(shè)備的驅(qū)動程序包，有些是面向用戶的圖形程序包，有些是面向不同CAD系統(tǒng)的文檔規(guī)范。這些標準的制訂和采用為CAD技術(shù)的推廣和移植，以及資源信息共享起到了重要作用。2013-2-16292012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史提高增強期（20世紀90年代）圖形應用系統(tǒng)的集成化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由過去的單一功能變成綜合功能；有關(guān)的軟件和算法不斷固化；多處理機、并行處理技術(shù)用于圖形應用系統(tǒng)中，使工作速度成倍增加；網(wǎng)絡技術(shù)在圖形應用系統(tǒng)中被普遍采用，使近程和遠程的資源即時共享；多媒體技術(shù)廣泛應用。2013-2-16302012-2013（2）計算機圖形學的發(fā)展歷史提高增強期（20世紀90年代）圖形應用系統(tǒng)的智能化人工智能、專家系統(tǒng)和知識工程技術(shù)在圖形應用系統(tǒng)中的應用，大大提高了圖形應用系統(tǒng)的自動化程度。計算機圖形學向著標準化、集成化和智能化方向發(fā)展。2013-2-16312012-2013（2）計算機圖形學的研究內(nèi)容計算機圖形學是一門交叉性學科，它的主要核心技術(shù)是如何建立所處理對象的模型并生成該對象的圖形。其主要研究內(nèi)容大體上可以概括為以下幾個方面：2013-2-16322012-2013（2）計算機圖形學的研究內(nèi)容幾何模型構(gòu)造技術(shù)(GeometricModeling)例如，各種不同類型幾何模型(二維、三維、分維)的構(gòu)造方法及性能分析，曲線曲面的表示與處理，專用與通用模型構(gòu)造系統(tǒng)的研究等等。圖形生成技術(shù)(ImageSynthesis)例如，線段、圓弧、字符、區(qū)域填充的生成算法；隱藏線/隱藏面消除、光照明模型、濃淡處理(Shading)、紋理(Texture)、陰影、灰度與色彩等各種真實感圖形生成技術(shù)。2013-2-16332012-2013（2）計算機圖形學的研究內(nèi)容圖形編輯與處理技術(shù)例如，圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、投影、裁剪等各種幾何變換操作的方法及其軟件或硬件實現(xiàn)技術(shù)。圖形信息的存儲、檢索與交換技術(shù)例如，圖形信息的各種機內(nèi)外表示方法、組織形式、存取技術(shù)、圖形數(shù)據(jù)庫的管理、圖形信息的通信等。2013-2-16342012-2013（2）計算機圖形學的研究內(nèi)容人機交互與用戶接口技術(shù)例如新型定位設(shè)備、選擇設(shè)備等的研發(fā)；各種交互技術(shù)如構(gòu)造技術(shù)、命令技術(shù)、選擇技術(shù)、響應技術(shù)等的研究，以及用戶模型、命令語言、反饋方法、窗口系統(tǒng)等用戶接口技術(shù)的研究等。動畫技術(shù)研究實現(xiàn)高速動畫的各種軟、硬件方法，開發(fā)工具，動畫語言等。2013-2-16352012-2013（2）計算機圖形學的研究內(nèi)容圖形標準與圖形軟件包的研究開發(fā)如制訂一系列圖形國際標準，使其能滿足多方面圖形應用軟件開發(fā)工作的需要，并使圖形應用軟件擺脫對硬件的依賴性，允許在不同系統(tǒng)之間方便地進行移植。圖形輸出設(shè)備與輸出技術(shù)如各種圖形顯示器邏輯結(jié)構(gòu)的研究，實現(xiàn)高速圖形功能的專用芯片、圖形硬拷貝設(shè)備的研發(fā).2013-2-16362012-2013（2）計算機圖形學的應用近60年來，“計算機圖形學”得到了廣泛的應用和飛速的發(fā)展。目前，其主要的應用領(lǐng)域有：計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）動畫制作與系統(tǒng)模擬科學計算可視化事務管理與辦公自動化

計算機輔助教學計算機仿真虛擬現(xiàn)實2013-2-16372012-2013（2）計算機圖形學研究內(nèi)容及趨勢幾何造型技術(shù)圖形生成技術(shù)

圖形處理技術(shù)圖形信息的存儲、檢索與交換技術(shù)人機交互技術(shù)動畫技術(shù)圖形輸入輸出技術(shù)圖形標準與圖形軟件包的研究與開發(fā)研究趨勢：向著標準化、集成化、智能化發(fā)展，多媒體技術(shù)、人工智能、專家系統(tǒng)與計算機圖形學相結(jié)合。2013-2-16382012-2013（2）計算機圖形技術(shù)的應用1.計算機輔助設(shè)計與制造(CAD／CAM)

這是計算機圖形學在工業(yè)界應用的最重要領(lǐng)域，現(xiàn)在幾乎所有的產(chǎn)品都是用計算機來設(shè)計。利用計算機圖形學的基本原理和方法開發(fā)出CAD/CAM集成的商品化軟件系統(tǒng)，廣泛地應用于建筑設(shè)計、機械產(chǎn)品設(shè)計，大到飛機、汽車、船舶的外形設(shè)計，小到傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在一個統(tǒng)一的環(huán)境中完成加工工藝計劃、工具定義和編程任務。2013-2-16392012-2013（2）計算機圖形學的應用計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）CAD是通過交互式的圖形設(shè)備對部件進行設(shè)計、描述，產(chǎn)生工程略圖（線框圖）或者更接近實際物體的透視圖等，通過迅速地將各種修改信息進行組合，用戶可以自由、靈活地對圖形進行實驗性改動和形體顯示。CAD被用來進行建筑工程、機械結(jié)構(gòu)及大規(guī)模集成電路等的設(shè)計。2013-2-16402012-2013（2）計算機圖形學的應用計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）

CAM技術(shù)在各種工業(yè)制造業(yè)中得到廣泛的應用。利用實體的邊界模型來模擬各個獨立的零部件，然后采用系統(tǒng)集成的方式再（擬合）組裝到一起，從而構(gòu)成并顯示整個設(shè)計實體。CAD/CAM系統(tǒng)已迅速取代繪圖板加丁字尺的傳統(tǒng)設(shè)計方法，頻繁地應用于汽車、飛機、輪船、宇宙飛船、集成電路、大樓、紡織品和許許多多其他產(chǎn)品的設(shè)計中，擔負起繁重的日常繪圖任務以及總體方案的優(yōu)化和細節(jié)設(shè)計工作。2013-2-16412012-2013（2）奧迪效果圖和線框圖

CAD/CAM2013-2-16422012-2013（2）波音737

CAD/CAM2013-2-16432012-2013（2）

CAD/CAM2013-2-16442012-2013（2）用AutoCAD軟件制作

三維實體模型(學生作品)2013-2-16452012-2013（2）用AutoCAD軟件制作

三維模型2013-2-16462012-2013（2）2.電子出版及辦公室自動化

繪制各種圖形,如統(tǒng)計數(shù)據(jù)的二維和三維圖形、直方圖、圓餅圖、線條圖、扇形圖等,還可繪制工作進程圖、庫存、生產(chǎn)進程圖、生產(chǎn)調(diào)度圖以及大量的其它圖形。隨著圖、聲、文結(jié)合的多媒體技術(shù)的發(fā)展,配合迅速發(fā)展的計算機網(wǎng)絡,可視電話、電視會議、遠程診斷以及文字、圖表等的編輯和硬拷貝正在家庭、辦公室普及。

2013-2-16472012-2013（2）3.計算機動畫、娛樂及藝術(shù)

由于計算機圖形系統(tǒng)的硬件速度提高，軟件功能增強，利用圖形工作站和高檔微機來制作計算機動畫、廣告、電視、電影、游戲等已經(jīng)相當普遍，有影片還獲得了奧斯卡獎。將計算機圖形學與人工智能技術(shù)結(jié)合起來，可構(gòu)造出豐富多彩的藝術(shù)圖像，如各種圖案、花紋、工藝外形設(shè)計及傳統(tǒng)的油畫、中國國畫和書法等，利用專家系統(tǒng)中設(shè)定的規(guī)則，可以構(gòu)造出形狀各異的美術(shù)圖案，生成盆景和書法等。2013-2-16482012-2013（2）圖形技術(shù)在電影中的應用（1/4）1977StarWars因其特殊效果獲得了Oscar1978Superman因其特殊效果獲得了Oscar.2013-2-16492012-2013（2）1995QuakeReleasedbyIdSoftwareToyStory成為第一部全三維計算機動畫特點的電影；圖形技術(shù)在電影中的應用（2/4）2013-2-16502012-2013（2）圖形技術(shù)在電影中的應用（3/4）2000SonyPlaystationIIWalkingwithDinosaursDisney’sShrek2013-2-16512012-2013（2）計算機動畫（4/4）2013-2-16522012-2013（2）計算機藝術(shù)2013-2-16532012-2013（2）計算機藝術(shù)2013-2-16542012-2013（2）計算機藝術(shù)2013-2-16552012-2013（2）分形藝術(shù)2013-2-16562012-2013（2）2013-2-16572012-2013（2）4.地形地貌及地理信息系統(tǒng)

應用計算機圖形生成技術(shù)產(chǎn)生高精度的地理圖形或自然資源的圖形是另一個重要的應用領(lǐng)域，包括地理圖、地形圖、礦藏分布圖、海洋地理圖、氣象氣流圖、植物分布圖以及其他各類等高線、等位面圖等。建立在地理圖形基礎(chǔ)之上的地理信息管理系統(tǒng)GIS（GeographicInformationSystem）已經(jīng)在許多國家中得到廣泛的應用。廣泛應用于農(nóng)林、地質(zhì)、旅游、交通、測繪、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境保護、資源開發(fā)和災害監(jiān)測以及各種與地理空間有關(guān)的行業(yè)部門。2013-2-16582012-2013（2）2013-2-16592012-2013（2）計算機仿真日本YoshinoriDobashi等人繪制的真實感云由清華大學自然景物平臺生成的野外場景用3DMAX與Photoshop制作

室內(nèi)裝潢設(shè)計效果圖(學生作品)2013-2-16602012-2013（2）Firstbump-mappedimages(Blinn1978)Earlytexture-mappedimage(Catmull1974)Firstdistributedraytracedimage(Cook1984)Firstraytracedimage(Whitted1980)真實感圖形2013-2-16612012-2013（2）科學可視化2013-2-16622012-2013（2）虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）2013-2-16632012-2013（2）緒論計算機圖形系統(tǒng)計算機圖形系統(tǒng)的組成計算機圖形系統(tǒng)的功能常用的圖形設(shè)備圖形軟件2013-2-16642012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成計算機圖形系統(tǒng)是指用來生成、處理和顯示圖形的一整套硬件和軟件。應用模型應用程序圖形系統(tǒng)軟件部分硬件部分圖形設(shè)備2013-2-16652012-2013（2）

計算機圖形系統(tǒng)處理流程2013-2-16662012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成計算機圖形系統(tǒng)硬件計算機平臺圖形輸入設(shè)備圖形輸出設(shè)備軟件系統(tǒng)軟件圖形軟件2013-2-16672012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成硬件計算機平臺能夠完成對圖形的描述、建立、修改等各種計算，并能對圖形實現(xiàn)有效的存儲。如，大型計算機、小型計算機、微型計算機、工作站等。這些計算機具有性能高，速度快，存儲容量大，外設(shè)齊全等特點。在這些計算機中，許多外設(shè)（顯卡）增加了固化的圖形處理功能，可以接受高級的繪圖命令，實現(xiàn)圖形的緩沖，還可以實現(xiàn)大部分圖形函數(shù)的功能。圖形輸入設(shè)備圖形輸出設(shè)備2013-2-16682012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成硬件計算機平臺圖形輸入設(shè)備將圖形輸入到計算機中進行處理的硬件設(shè)備。鼠標，鍵盤，光筆，掃描儀等。圖形輸出設(shè)備包括圖形顯示設(shè)備和圖形繪制設(shè)備。圖形顯示設(shè)備：用于在屏幕上輸出圖形。如CRT、LCD等。圖形繪制設(shè)備：用于把圖形畫在紙上，也稱為硬拷貝。如繪圖儀，打印機等。2013-2-16692012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成軟件系統(tǒng)軟件是指由一組控制計算機系統(tǒng)并管理其資源的程序組成。如操作系統(tǒng)（DOS，Linux，Unix，WindowsXP，Windows7等）圖形軟件包括圖形應用模型、圖形應用軟件、圖形支撐軟件三部分。2013-2-16702012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成軟件圖形軟件圖形應用模型（Applicationmodel）圖形應用模型（應用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）實質(zhì)上是一些數(shù)據(jù)文件，其中保存著要生成其圖形的那個（些）對象的全部描述信息。這些信息包括：定義對象所有組成部分形狀和大小的幾何信息以及有關(guān)的拓撲信息；用于說明與該對象圖形有關(guān)的屬性信息，如色彩、紋理、表面性質(zhì)，以及實際問題還需要涉及的其它非幾何數(shù)據(jù)，如材料、單價、加工要求等。它們通常存放在數(shù)據(jù)庫中。2013-2-16712012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成軟件圖形軟件圖形應用模型（Applicationmodel）能夠正確表達一個對象的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和行為的所有描述信息，稱為對象的模型。計算機圖形學感興趣的主要是對象的幾何性質(zhì)（形狀、大小、位置、結(jié)構(gòu)等），用于刻畫被處理對象幾何性質(zhì)的描述信息就構(gòu)成了對象的幾何模型。常用的幾何模型有線框模型(WireframeModel)、面模型(SurfaceModel)、體模型(SolidModel)和分形模型(FractalModel)，它們用來表示三維空間中的物體。2013-2-16722012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成軟件圖形軟件圖形應用軟件圖形應用軟件是圖形系統(tǒng)中的核心部分，包括了各種圖形生成和處理技術(shù)，是圖形技術(shù)在各種不同應用中的抽象。如，圖形處理軟件（PhotoShop），圖形生成軟件（3DMax，AutoCAD等）2013-2-16732012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成軟件圖形軟件圖形應用軟件主要功能有：

①根據(jù)從圖形輸入設(shè)備經(jīng)由圖形支撐軟件送來的命令和數(shù)據(jù)，構(gòu)造或修改被處理對象的模型。②從應用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中取出該對象的幾何數(shù)據(jù)及有關(guān)屬性數(shù)據(jù)，按照應用的要求進行種種處理，然后使用圖形支撐軟件所提供的各種功能，生成該對象的圖形并在圖形輸出設(shè)備上輸出。③還具有與圖形顯示無直接關(guān)系的其它處理功能，如性能模擬、分析計算、后處理、用戶接口、系統(tǒng)維護等。2013-2-16742012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成軟件圖形軟件圖形支撐軟件圖形支撐軟件通常由一組公用的圖形子程序所組成，它擴展了系統(tǒng)中原有高級語言和操作系統(tǒng)的圖形處理功能。如，OS圖形擴展件，圖形BIOS程序，語言圖形語句，圖形子程序庫，圖形軟件包等。特別是采用標準圖形軟件如PHIGS+、GKS、CGI、OpenGL等后，圖形應用軟件的開發(fā)具有以下三方面的優(yōu)點：2013-2-16752012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成軟件圖形軟件圖形支撐軟件與設(shè)備無關(guān)在標準圖形軟件基礎(chǔ)上開發(fā)的各種圖形應用軟件，不必關(guān)心具體設(shè)備的物理性能和參數(shù)，可在不同的硬件系統(tǒng)之間方便地進行移植和運行。與應用無關(guān)標準圖形軟件的各種圖形輸入、輸出處理功能，綜合考慮了多種應用的不同要求，因此具有很好的適用性。開發(fā)起點高標準圖形軟件提供了多種圖形輸出原語(GraphicsOutputPrimitives)，如線段、圓弧、曲線、折線、填充區(qū)域、圖像、文本等，能夠處理各種類型圖形輸入設(shè)備的操作，可允許對圖形分段、進行變換，因此圖形應用軟件的開發(fā)起點高。2013-2-16762012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的組成例如：計算機硬件采用PC、操作系統(tǒng)采用windows7，圖形輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、光筆、觸摸屏等，圖形輸出設(shè)備有CRT、LCD等，安裝3DMAX圖形軟件。2013-2-16772012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)應具有計算、存儲、交互（對話）、輸入和輸出等五個方面的功能：計算功能計算機圖形系統(tǒng)應能實現(xiàn)設(shè)計過程中所需要的計算、變換和分析功能。如直線、曲線、曲面等幾何因素的生成，坐標的幾何變換，線段和形體間的求交、剪裁計算以及光、色模型的建立等，這需要計算機圖形系統(tǒng)具有快速計算的能力。存儲功能對話功能輸入功能輸出功能2013-2-16782012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)應具有計算、存儲、交互（對話）、輸入和輸出等五個方面的功能：計算功能存儲功能計算機圖形系統(tǒng)的內(nèi)、外存要能存放圖形數(shù)據(jù)，尤其是形體幾何元素（點、線、面）之間的連接關(guān)系，以及各種屬性信息。并可根據(jù)設(shè)計人員的需求對有關(guān)信息進行實時檢索、變換、增加、刪除、修改等操作。對話功能輸入功能輸出功能2013-2-16792012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)應具有計算、存儲、交互（對話）、輸入和輸出等五個方面的功能：計算功能存儲功能對話功能計算機圖形系統(tǒng)應能通過圖形顯示器或其他人－機交互設(shè)備直接與用戶進行通信。用戶可以利用定位、拾取等手段，輸入或獲取各種參數(shù)。同時，計算機圖形系統(tǒng)應能領(lǐng)會人的意圖，接受各種命令，實現(xiàn)圖形的增加、刪除、修改等操作。并且，用戶可以通過顯示器直接觀察到設(shè)計的結(jié)果，并可以對不滿意的地方進行修改。輸入功能輸出功能2013-2-16802012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)應具有計算、存儲、交互（對話）、輸入和輸出等五個方面的功能：計算功能存儲功能對話功能輸入功能計算機圖形系統(tǒng)可以通過圖形輸入設(shè)備將圖形設(shè)計和繪制過程中所需的定位、定形尺寸，以及必要的參數(shù)和命令輸入計算機中去，從而來構(gòu)造更復雜的幾何圖形。輸出功能2013-2-16812012-2013（2）計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)應具有計算、存儲、交互（對話）、輸入和輸出等五個方面的功能：計算功能存儲功能對話功能輸入功能輸出功能計算機圖形系統(tǒng)應能在屏幕上顯示出設(shè)計過程的當前狀態(tài)，以及經(jīng)過增加、刪除、修改后的設(shè)計結(jié)果。在得到滿意的設(shè)計結(jié)果時，或有其他的輸出要求，則可以通過繪圖儀、打印機等設(shè)備實現(xiàn)硬拷貝輸出，以便長期保存。2013-2-16822012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備鍵盤（Keyboard）

它是計算機的一種最基本的輸入設(shè)備。最早從打字機演變而來，在發(fā)展的過程中，鍵盤的按鍵構(gòu)造也不斷發(fā)展，由開始的機械式到改進為電容式和薄膜式。隨著鍵盤技術(shù)的成熟，還出現(xiàn)了無線鍵盤，帶手寫板的鍵盤等等。鍵盤能用來進行屏幕坐標的輸入、菜單選擇、圖形功能選擇，以及那些如輔助圖形顯示的圖片標記等非圖形數(shù)據(jù)的輸入。2013-2-16832012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備鼠標器（Mouse）鼠標是計算機的主要輸入設(shè)備，它的發(fā)展經(jīng)歷了機械式鼠標、光學機械式鼠標、老式光電式鼠標和新型光電式鼠標階段。新型光電式鼠標比起老式光電式鼠標最大的優(yōu)點是不需要在特殊的鼠標光電板上操作。現(xiàn)在還出現(xiàn)了利用紅外線和無線電技術(shù)進行通訊的無線鼠標，無線鼠標更靈活自由。當在平面上移動鼠標器時，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(zhuǎn)換成對應的光標的位移。2013-2-16842012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備鼠標器（Mouse）機械式鼠標

內(nèi)有一個橡膠球，緊貼著橡膠球的有兩個互相垂直的傳動軸，軸上有一個光柵輪，光柵輪的兩邊對應著有發(fā)光二極管和光敏三極管。工作原理

當鼠標在平面上移動時，橡膠球也依靠摩擦力而隨之移動，與橡膠球相連的機械裝置就能探測出鼠標移動的方向和距離。將這些信息輸入到計算機后，就可控制屏幕上光標的位置。

2013-2-16852012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備鼠標器（Mouse）

老式光電式鼠標由發(fā)光二極管、光敏晶體管和光電板等構(gòu)成。工作原理：根據(jù)光電效應原理，在鼠標底部有一對發(fā)光二級管，當鼠標移動時，光敏三極管通過接收發(fā)光二極管照射到光電板反射的光進行工作，光電板上印有許許多多黑白相間的小格子，光照到黑色的格子上，由于光被黑色吸收，所以光敏三極管接收不到反射光；相反，若照到白色的格子上，光敏三極管可以收到反射光，如此往復，就能探測出鼠標移動的方向和距離。2013-2-16862012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備鼠標器（Mouse）

新式光電式鼠標由發(fā)光二極管、固定夾、光學透鏡組件、光學傳感器、接口控制器芯片以及微動開關(guān)6部分元器件構(gòu)成。工作原理：在光電鼠標內(nèi)部有一個發(fā)光二極管，通過該發(fā)光二極管發(fā)出的光線，照亮光電鼠標底部表面。然后將光電鼠標底部表面反射回的一部分光線，經(jīng)過一組光學透鏡，傳輸?shù)揭粋€光感應器件（微成像器）內(nèi)成像。這樣，當光電鼠標移動時，其移動軌跡便會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最后利用光電鼠標內(nèi)部的一塊專用圖像分析芯片（DSP，即數(shù)字微處理器）對移動軌跡上攝取的一系列圖像進行分析處理，通過對這些圖像上特征點位置的變化進行分析，來判斷鼠標的移動方向和移動距離，從而完成光標的定位。2013-2-16872012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備光筆（LightPen）光筆是一種檢測裝置，它靠檢測熒光屏上的發(fā)光點來選擇屏幕的位置坐標。光筆有三個基本功能：定位：確定點的位置。拾?。菏沁x中顯示器上已顯示的圖形或字符以便作進一步的加工處理。筆劃跟蹤：用光筆拖動光標實現(xiàn)定位，可用于圖形編輯。2013-2-16882012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備觸摸屏（TouchScreen）允許用手指觸摸顯示屏幕的位置進行選擇。分類：光學觸摸屏（紅外線式觸摸屏）電子觸摸屏（電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏）聲音觸摸屏（聲音探測式）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。2013-2-16892012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備坐標數(shù)字化儀（Digitizer）是一種把圖形轉(zhuǎn)變成計算機能接受的數(shù)字形式的專用設(shè)備。有電磁感應式、靜電耦合式、超聲式三種。組成圖板：圖板內(nèi)部布有金屬柵格，用于對圖形進行數(shù)字化。定位器：提供圖形的位置信息。2013-2-16902012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備坐標數(shù)字化儀（Digitizer）工作原理（電磁感應式）電磁感應式目前常用的形式，采用電磁感應技術(shù)。通常在一塊布滿金屬柵格的絕緣平面板上放置一個可移動的定位設(shè)備，當有電流通過該定位設(shè)備上的電感線圈時，就會產(chǎn)生磁場，從而使其正下方的金屬柵格上產(chǎn)生相應的感應電流。根據(jù)已產(chǎn)生電流的金屬柵格的位置，就可以判斷出定位設(shè)備當前所處的幾何位置。將這種位置信息以坐標的形式傳送給計算機，就實現(xiàn)了數(shù)字化的功能。2013-2-16912012-2013（2）常用的圖形輸入設(shè)備圖像掃描儀（Scanner）可直接把圖紙、圖表、照片、廣告畫等經(jīng)過掃描輸入到計算機中，并以像素信息進行存儲。工作原理

用光源照射原稿，反射光線經(jīng)過一組光學鏡頭射到感光器件上。由于原稿的色彩不同，所以感光器件上的感光是不同的，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，最終將數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)輸入到計算機中。2013-2-16922012-2013（2）第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等第二階段：鍵盤第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標、光筆、圖形輸入板、觸摸屏、語音等等第四階段：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、表情等第五階段：用戶的思維

圖形輸入設(shè)備的發(fā)展2013-2-16932012-2013（2）2013-2-16942012-2013（2）常用的圖形設(shè)備高質(zhì)量的計算機圖形離不開高性能的計算機圖形硬件設(shè)備。常用的圖形設(shè)備分為：圖形輸入設(shè)備圖形輸出設(shè)備2013-2-16952012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備圖形顯示器圖形顯示器是最常見的圖形輸出設(shè)備。在LCD、PDP等顯示器出現(xiàn)之前，絕大多數(shù)圖形顯示設(shè)備是基于陰極射線管CRT（Cathode－RayTube）的監(jiān)視器。CRT主要由電子槍、聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏五部分組成。2013-2-16962012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備CRT顯示器的結(jié)構(gòu)圖2013-2-16972012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備陰極控制柵極聚焦系統(tǒng)垂直偏轉(zhuǎn)水平偏轉(zhuǎn)電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)CRT顯示器的結(jié)構(gòu)圖2013-2-16982012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備圖形顯示器CRT工作原理由燈絲、陰極和控制柵極所組成的電子槍（利用電磁場原理）產(chǎn)生電子束，通過聚焦系統(tǒng)、加速系統(tǒng)和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，電子束受控偏轉(zhuǎn)到屏幕上的不同位置，來轟擊屏幕表面的熒光涂層而產(chǎn)生亮點，出現(xiàn)一系列亮點就可以組成所需的圖形。這些亮點，是屏幕上可以控制的最小單元，被稱作像素(pixel)，它是組成圖形的基本元素，一般叫作“點”。2013-2-16992012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備圖形顯示器由于熒光涂層發(fā)出的光亮度隨著時間按指數(shù)級衰減，因而必須采用某種方法來保持屏幕圖像。CRT顯示器依據(jù)其可分為：存儲式CRT顯示器刷新式CRT顯示器隨機掃描顯示器光柵掃描顯示器2013-2-161002012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備存儲式顯示器保持屏幕圖像的一種方法是把圖形信息存儲在CRT內(nèi)，基于此的顯示器稱為存儲式CRT顯示器，亦稱作直視存儲管(DVST)。直視存儲管通過緊貼屏幕熒光層后的電荷分布來存儲圖形信息，因此使用兩支電子槍，一支是基本槍（寫入槍），用來存儲圖形，另一支是泛流槍（讀電子槍），保持圖形顯示。2013-2-161012012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備存儲式顯示器工作方式

在存儲管式顯示器中，電子束不是直接打在熒光屏上，而是先用“寫入槍”將圖形信息寫在一個細網(wǎng)柵格上（稱存儲柵），這是一個正電荷圖形。

柵格上涂有絕緣材料，裝在靠近屏幕的后面。

然后，利用一個獨立的“讀出電子槍”（也稱泛流槍），發(fā)出連續(xù)低能電子流，把存儲柵上的圖形“重寫”到屏幕上。2013-2-161022012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備存儲式顯示器工作原理2013-2-161032012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備存儲式顯示器優(yōu)點顯示圖形的質(zhì)量高，即使很復雜的圖形都可在極高分辨率下無閃爍顯示。缺點不能顯示彩色圖形，而且圖形不能部分擦除。要擦除圖形的一部分必須擦除整個屏幕，然后重畫修改后的圖形。擦除和重畫過程對于復雜圖形來講，可能需要數(shù)秒鐘。因此，DVST系統(tǒng)多數(shù)已被光柵系統(tǒng)所代替。2013-2-161042012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備刷新式CRT顯示器保持屏幕圖形的方法快速控制電子束反復重畫圖形，這就是刷新式CRT顯示器。根據(jù)人類眼睛的生理特征，每秒鐘重復30～60次，就可感覺不到畫面的閃爍。因此，要想觀察到一幅穩(wěn)定發(fā)光的畫面，刷新式CRT顯示器必須每秒重復執(zhí)行顯示文件30次或更多次。采用刷新式顯示器可迅速改變畫面的內(nèi)容。通過主機改變顯示文件中的某些顯示命令，在下一個刷新周期執(zhí)行后，就可得到修改后的畫面。因此，刷新式CRT顯示器是實現(xiàn)交互計算機圖形顯示和動畫顯示的重要設(shè)備。2013-2-161052012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備刷新式CRT顯示器分為兩類：光柵掃描顯示器隨機掃描線顯示器2013-2-161062012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備刷新式CRT顯示器光柵掃描式顯示器隨機掃描式圖形顯示器和存儲管式圖形顯示器都是畫線式設(shè)備，在屏幕上顯示一條直線是通過從屏幕上的一個可編地址點像素點直接畫到另一個可編地址點像素點來完成。光柵掃描式顯示器則是畫點式設(shè)備。它通過逐行水平掃描，控制顯示不同像素點的不同亮度或色彩，以組成點陣圖形，也稱為“位圖”。2013-2-161072012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備光柵掃描式顯示器工作原理在光柵掃描顯示器中，電子束依照固定的掃描線和規(guī)定的掃描順序自上而下、從左到右順次進行。電子束先從屏幕左上角開始，向右掃描一條水平線(稱為行)，然后迅速回掃到左邊偏下一點的位置，再掃描第二行。照此固定的路徑及順序掃描下去，直到最后一行，即完成整個屏幕的掃描。這個掃描過程所產(chǎn)生的圖像稱為一幀，然后電子束迅速回掃到左上角，開始下一幀的掃描。光柵掃描顯示器的刷新周期是按每秒60～80幀的速率進行的，每幀由固定數(shù)目的行(掃描線)，每行由固定數(shù)目的獨立點(像素點)組成，屏幕上呈現(xiàn)出由固定數(shù)目掃描線組成的光柵。2013-2-161082012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備光柵掃描式顯示器顯然，光柵掃描顯示器的掃描線越多，每條掃描線上的像素點越多，則顯示的圖形質(zhì)量越高。2013-2-161092012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備光柵掃描式顯示器衡量光柵掃描顯示器質(zhì)量高低的一個技術(shù)指標就是分辨率,它通常用屏幕上掃描線數(shù)和每一掃描線上的像素點數(shù)來定義，一般采用256×300到1280×1024不等。高質(zhì)量的顯示器用到更高的分辨率，高分辨率系統(tǒng)常常稱為高清晰度系統(tǒng)(HDS)。電子束在每一像素點的強度范圍依賴于光柵系統(tǒng)的功能。在簡單的黑白系統(tǒng)中，每個像素點或亮或暗，因此每個像素點只需一位(bit)來控制其亮度。作為二值系統(tǒng)，值1表示該像素點處的電子束開通，而值0表明電子束關(guān)閉。要顯示彩色并且強度可變，就需附加位。在高質(zhì)量系統(tǒng)中，每個像素可多達24位。2013-2-161102012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備光柵掃描式顯示器有些光柵掃描顯示器采用了電視系統(tǒng)的隔行掃描方式。這種方式的好處在于用逐行掃描所需時間的一半，就可看到整個畫面。隔行掃描技術(shù)主要用于較慢的刷新速率。在繪制圖形時，光柵掃描式顯示器只能用盡可能靠近圖形的像素點集來近似表示圖形，因而會產(chǎn)生失真。這種失真，稱為走樣。三角形的掃描轉(zhuǎn)換示意圖2013-2-161112012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備隨機掃描顯示器（又稱矢量顯示器）工作原理在隨機掃描顯示器中，電子束像一支快速移動的畫筆，實際勾畫出要顯示的圖形。電子束根據(jù)需要可在屏幕任意方向上連續(xù)掃描，即電子束的掃描軌跡隨顯示內(nèi)容而變化，只在需要的地方掃描，而不必全屏掃描。沒有固定的掃描線和規(guī)定的掃描順序的限制，故稱為隨機掃描。由于隨機掃描顯示器繪制的圖形只能是單線條圖形，不能顯示逼真的有陰影的場景，因此隨機掃描顯示器也稱為矢量顯示器或筆跡顯示器。1232013-2-161122012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備隨機掃描顯示器（又稱矢量顯示器）工作原理隨機掃描顯示器的刷新率取決于被顯示的線數(shù)，一般設(shè)計成每秒30～60次畫出圖形的所有線條。高性能的隨機掃描系統(tǒng)以這樣的刷新率能處理大約100,000條短線條。工作過程

從顯示文件存儲器中取出畫線指令或顯示字符指令、方式指令（如高度、線型等），送到顯示控制器，由顯示控制器控制電子束的偏轉(zhuǎn)，轟擊熒光屏上的熒光材料，從而出現(xiàn)一條發(fā)亮的圖形軌跡。為了使出現(xiàn)在屏幕上的圖形穩(wěn)定而不出現(xiàn)閃爍，這個過程需要以每秒至少30次的頻率重復進行。2013-2-161132012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備隨機掃描顯示器（又稱矢量顯示器）顯示圖形

幾何屬性（GeometricAttribute）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用于軍事、CAD領(lǐng)域。2013-2-161142012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備彩色CRT顯示器刷新式CRT利用能發(fā)射不同顏色光的熒光層的組合來顯示彩色圖形。組合不同熒光層的發(fā)射光，便能生成一定范圍的彩色。用CRT產(chǎn)生彩色顯示有兩種基本技術(shù)電子束穿透法蔭罩法2013-2-161152012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備彩色CRT顯示器電子束穿透法隨機掃描顯示器采用電子束穿透法顯示彩色圖形。工作原理將兩層熒光涂層，通常一紅一綠涂在CRT屏幕內(nèi)層。顯示的顏色取決于電子束穿透熒光層的深度，慢的電子束只激活外層的紅色層。非?？斓碾娮邮┩讣t色層并激活里面的綠色層，中速的電子束通過紅、綠發(fā)光的組合，生成另外兩種顏色：橙色和黃色。電子束穿透法是隨機掃描顯示器生成彩色的廉價途徑，但只有四種顏色且圖形的質(zhì)量較低。2013-2-161162012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備彩色CRT顯示器蔭罩法光柵掃描顯示器利用蔭罩法顯示彩色。工作原理在每個像素位置，蔭罩CRT有三個熒光彩色點(點三角形)：一個熒光點發(fā)射紅光(R),另一個發(fā)射綠光(G)，第三個發(fā)射蘭光(B)。這種CRT有三支電子槍，與每個彩色點一一對應，而緊靠熒光涂層的蔭罩上分布著一系列孔，與熒光點對齊。當三支電子束通過蔭罩上的孔，激活一個點三角時，便在屏幕上顯示一個小的彩色亮點。這樣的彩色系統(tǒng)稱為RGB顯示器。因為它能生成的彩色范圍比電子束穿透法寬廣的多，所以被廣泛采用。2013-2-161172012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備彩色CRT顯示器蔭罩法電子槍蔭罩屏幕調(diào)節(jié)各電子槍發(fā)生的電子束中所含電子的數(shù)目，即可控制各色光點亮度。如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強度有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)2013-2-161182012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備圖形顯示器LCD顯示器（LiquidCrystalDisplay）目前，CRT顯示器技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，顯示質(zhì)量也越來越好，但由于它是利用電子槍發(fā)射電子束來產(chǎn)生圖像，所以，會產(chǎn)生輻射和電磁波干擾，長期使用會對人們的健康產(chǎn)生不良影響。在這種情況下，人們推出了液晶顯示器LCD。它比CRT輕、薄并節(jié)省能耗。2013-2-161192012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備圖形顯示器LCD顯示器（LiquidCrystalDisplay）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。LCD顯示器有6層薄板（平板式顯示器），第3層為液晶層（長晶線）。2013-2-161202012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備圖形顯示器LCD顯示器（LiquidCrystalDisplay）工作原理液晶屏幕背后有一個背光源，該光源發(fā)出的光先穿過第一層偏光板，再射到液晶上。而當光線透過液晶體時，就會產(chǎn)生光線的色澤改變。從液晶體射出的光線，還必須經(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°角，因此再加上電壓的變化和一些其他裝置，液晶顯示器就能顯示需要的顏色了。2013-2-161212012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備圖形顯示器LCD顯示器（LiquidCrystalDisplay）優(yōu)點外觀小巧精致，厚度只有6.5~8cm左右液晶象素總是發(fā)光，只有加上不發(fā)光的電壓時該點才變黑，不會產(chǎn)生閃爍現(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

2013-2-161222012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備打印機使用較多的有點陣式打印機：屬于擊打式打印機。噴墨打印機：屬于非擊打式打印機激光打印機：屬于非擊打式打印機

2013-2-161232012-2013（2）筆式繪圖機分為：平臺式繪圖機滾筒式繪圖機兩種繪圖機的工作原理，都是利用電脈沖控制繪圖筆相對于圖紙的運動來形成繪圖路線。常用的圖形輸出設(shè)備2013-2-161242012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備筆式繪圖機平臺式繪圖機工作方式

在一塊繪圖板上繪圖時，繪圖筆分別由x和y兩個方向進行步進驅(qū)動，任何圖線都是由這兩方向的不同步進數(shù)合成的。不同型號的平臺式繪圖機的構(gòu)造略有不同。特點:平臺式繪圖機的圖紙固定不動，只有繪圖筆運動，來形成繪圖路線；2013-2-161252012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備筆式繪圖機滾筒式繪圖機工作方式

在一塊繪圖板上繪圖時，圖紙隨滾筒在一個方向上（如x方向）移動，而繪圖筆在另一個方向（如y方向）上移動，這樣，由紙和筆分別在x和y方向上運動，完成各種圖形的繪制功能。特點滾筒式繪圖機的圖紙和筆雙方都運動，由合成運動形成繪圖路線。2013-2-161262012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備筆式繪圖機繪圖筆的運動由六種基本動作所組成：＋Ｘ方向上的移動－Ｘ方向上的移動＋Ｙ方向上的移動－Ｙ方向上的移動抬筆落筆因此，任何繪圖路線都只能由這四個方向的基本運動組成。2013-2-161272012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備筆式繪圖機在繪圖機上，線條由鋸齒形折線組成。2013-2-161282012-2013（2）常用的圖形輸出設(shè)備筆式繪圖機在繪圖機上，線條由鋸齒形折線組成。2013-2-161292012-2013（2）

圖形軟件的層次結(jié)構(gòu)及功能圖形軟件及圖形軟件標準2013-2-161302012-2013（2）

圖形軟件的層次結(jié)構(gòu)及功能設(shè)備驅(qū)動程序圖形軟件包圖元輸出：生成圖元圖元輸入：根據(jù)交互設(shè)備，獲得數(shù)據(jù)源圖元屬性：圖元的亮度、顏色、線型、填充圖案，…圖形結(jié)構(gòu)：對圖元的操作圖形變換：幾何變換和取景變換一般控制圖形軟件及圖形軟件標準2013-2-161312012-2013（2）

圖形標準的制定是為了在不同的計算機系統(tǒng)和外設(shè)之間進行圖形應用軟件的移植。為了實現(xiàn)這些可移植性,有三個接口必須實現(xiàn)統(tǒng)一標準。應用接口:應用程序與圖形軟件的接口,它隔離了應用程序與處理圖形的實際物理設(shè)備的聯(lián)系,從而保證了應用程序在不同系統(tǒng)之間的可移植性。虛擬圖形設(shè)備接口:圖形軟件與圖形外部設(shè)備之間的接口,保證了圖形軟件與圖形外部設(shè)備的無關(guān)性。數(shù)據(jù)接口:規(guī)定了記錄圖形信息的數(shù)據(jù)文件的格式,使得軟件與軟件之間可以交換圖形數(shù)據(jù)。圖形軟件及圖形軟件標準2013-2-161322012-2013（2）

圖形標準的產(chǎn)生與發(fā)展歷史

圖形標準的產(chǎn)生始于1974年，在美國國家標準化委員會(AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI)舉行的主題為“與機器無關(guān)的圖形技術(shù)”工作會議上，提出了制定有關(guān)標準的基本原則。在1977年，美國計算機協(xié)會計算機圖形學專業(yè)組(AssociationalforComputingMachinery，簡稱ACM，SpecialInterestGrouponGraphics，簡稱SIGGRAPH)提出了三維核心圖形系統(tǒng)(3DCoreGraphicsSystem)的圖形軟件標準，在1979又推出了該圖形軟件標準的改進版本。圖形軟件及圖形軟件標準2013-2-161332012-2013（2）

圖形標準的產(chǎn)生與發(fā)展歷史在1985年國際標準化組織(InternationalStandardOrganization，簡稱ISO)批準了第一個圖形軟件標準GKS(GraphicalKernelSystem)，這是一個二維圖形軟件包，是以3DCore為藍本。在1988年它的三維擴充GKS-3D被ISO批準為三維圖形軟件標準。與此同時，PHIGS(Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem)程序員層次交互式圖形系統(tǒng)也被ISO批準為三維圖形軟件標準。隨后，ISO又發(fā)布了計算機圖形接口標準CGI(ComputerGraphicsInterface)和計算機圖形元文件標準CGM(ComputerGraphicsMetafile)。圖形軟件及圖形軟件標準2013-2-161342012-2013（2）

圖形軟件標準CORE圖形標準GKS圖形核心系統(tǒng)PHIGS程序員層次結(jié)構(gòu)交互式圖形標準圖形設(shè)備接口標準CGI圖形數(shù)據(jù)接口標準CGMIGES圖形軟件及圖形軟件標準2013-2-161352012-2013（2）圖形軟件及圖形軟件標準應用程序圖形系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動元文件輸出程序數(shù)據(jù)庫IGES,STEPGKS,GKS-3D,PHIGS,OpenGLCGICGM輸入設(shè)備輸出設(shè)備′存儲設(shè)備設(shè)備驅(qū)動設(shè)備驅(qū)動元文件輸入程序2013-2-161362012-2013（2）

DXF(DrawingeXchangeFile)圖形交換格式:是Autodesk公司用于描述AutoCAD圖形的文件。

CGM(ComputerGraphicMetafile)計算機圖形元文件:規(guī)定了生成與設(shè)備無關(guān)的圖形定義、存取、傳送圖形數(shù)據(jù)的格式。它提供了把不同圖形系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖形集成到一起的一種手段，適用于各種設(shè)備、應用程序。IGES(IntialGraphicsExchangeSpecification)初始圖形交換文件是用于不同CAD/CAM系統(tǒng)間或同一CAD/CAM系統(tǒng)內(nèi)部不同模塊間交換圖形信息，在1982年成為ANSI標準。IGES圖形交換標準以幾何信息描述為中心，可描述的幾何模型有線框模型、面模型、實體模型等。圖形軟件及圖形軟件標準2013-2-161372012-2013（2）

STEP(StandardfortheExchangeofProductmodelData)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準是為了克服IGES存在的問題(