广工数媒计算机图形学之2计算机图形系统

发射显示器是将电能转换为光能，最终显示出图形图案， 典型设备是等离子显示器、薄膜光电显示器以及发光二极 管等。
广东工业大学机电学院图学与数字媒体工程系
计算机图形学基础 — 计算机图形系统及图形硬件
计算机图形系统的结构 ——图形显示设备 平板显示器——液晶显示器（Liquid Crystal Display， LCD） 液晶是一类有机化合物，在一定的温度下不但有象液体 那样的流动性，而且具有象晶体那样的各向异性。液晶 于1888年被发现，1963年制成液晶温度计；此后以液晶 光电效应为原理的液晶显示器迅速发展，目前液晶显示 器已经得到非常广泛地应用。
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计算机图形系统的结构 ——图形显示设备 平板显示器（Flat_Panel Display）：
平板显示器与CRT相比较一个显著的优势是轻和薄，其 它的特点是低电压、数字化。 平板显示器一般分两大类：非发射显示器和发射显示器。 非发射显示器利用光学效应，将太阳或来自其他光源的光 转换为图形图案，典型设备是液晶显示器。
在内的混合气体充入两块玻璃板之间的区域，其中一块 玻璃板上构造有一系列垂直方向的导电带，另一块玻璃 板上则构造有一组水平方向的导电带。在成对的水平和 垂直导电带上施加点火电压，导致两导电带交叉点处的 气体进入电子和离子的辉光放电等离子区。导电带的交 叉点就是屏幕显示的象素点。
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计算机图形系统的结构 ——图形显示设备 彩色CRT显示器技术评定指标 为使颜色正确，图形图像的影像轮廓清晰，对荫罩式彩色 显示器有色纯、会聚和白平衡三方面的技术要求。 色纯——三支电子枪必须准确击中各自对应的荧光点，不 能误击，以保证屏幕上显示出来的光点色彩纯正。 会聚——不论电子束扫描到哪一个位置，三支电子束都应 准确地通过同一个荫罩小孔，并准确地轰击同一个点三角 形。会聚性越好，三色重叠越好，影像越清晰。 白平衡——白色和灰色的正确重现，称为白平衡。白平衡 是保证色彩重现的先决条件。
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计算机图形系统的结构 ——图形软件 常用图形开发平台的比较
平台 实现层次 语言 应用领域
OpenGL
ACIS DirectX
底层（显卡）
C/C++
三维设计软件
三维造型和显示 三维游戏
底层（操作系统） C/C++ 底层（操作系统） C++
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计算机图形系统的结构 ——图形显示设备 CRT（阴极射线管Cathode Ray Tube）显示器工作原理
CRT是一种真空器件，它由电子枪内的电磁场产生阴极射线，通过聚焦 系统，使射线汇聚成电子束；通过偏转系统改变电子束的方向，使其射 向涂有荧光层的显示屏幕上的指定位置，在该位置上产生一个亮点。
压来改变液晶的光学特性，从而造成对入射光的调节， 使通过液晶材料的透射光或反射光受所加电压的控制， 达到显示图形图像的目的。
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计算机图形系统的结构 ——图形显示设备 平板显示器——等离子显示器（Plasma Panel） 等离子体显示板也称为气体放电显示器。将包含有氖气
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计算机图形系统的结构 根据基本功能的要求，一个交互式计算机图形系统应包 括图形软件和图形硬件两大部分。 1. 图形软件
图形软件分为图形应用数据结构、图形应用软件和图形 支撑软件三部分。三部分都处于计算机系统之内并与外 部的图形设备进行接口。
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计算机图形系统基本功能框架图
图形输出设备 输出 显示器 交互 计算 输入 图形输入设备 存储 数据库
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计算机图形系统的功能 一个交互式计算机图形系统应该具有计算、存储、对话、输 入和输出等五个方面的功能。 1. 计算功能 应包括形体的设计、分析的方法的程序库和有关描述形体 的图形数据库。数据库中应有坐标的几何变换，曲线、曲 面的生成，图形交点的计算以及性能检验等功能。 2. 存储功能 在计算机的内存、外存中要存放图形数据，尤其是要存放 图形数据之间的相互关系。可根据用户的要求实现信息的 实时检索，图形的变更、增添和删除等处理。
三部分互相联系、互相调用、互相支持，形成图形系统 的软件部分。
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计算机图形系统的结构 ——图形软件 图形应用数据结构：
图形应用数据结构对应一组图形数据文件，其中存放将 要生成的图形对象的全部描述信息。
包括确定物体形状、位置、大小的几何信息；与图形构 成有关的拓扑信息（如点、线、面之间的相互关系）； 与图形显示有关的属性信息（如颜色、线型、明暗、纹 理等）……
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计算机图形系统的结构 ——图形显示设备
图形显示设备的发展：
60年代中期，随机扫描显示器 60年代后期，存储管式显示器 70年代中期，光栅扫描图形显示器。 目前常用的图形显示器有：CRT（阴极射线管）显 示器、液晶显示器、等离子显示器和激光显示器。
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计算机图形系统的功能 3.交互功能 用户通过图形显示器和图形输入设备进行人机通信的方式。 用户通过显示屏观察设计结果，通过鼠标、键盘等输入设 备编辑、修改图形，等等 4.输入功能 将设计过程中图形的形状、大小和颜色属性等必要的参数 和命令输入到计算机中。 5.输出功能 包括显示输出和打印输出图形、数据，还包括将设计文件 保存到外存储器中。
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计算机图形系统的结构 ——图形显示设备 平板显示器——等离子显示器（Plasma Panel） 图形的定义存储在刷新缓冲器中，点火电压以每秒60次
的速率刷新各个象素位置，象素之间的分割是由导电带 的电场提供的。彩色和多灰度等级的等离子显示器是近 几年才研制成功的，目前等离子体显示板已能达到 2048x2048的高分辨率。
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Hale Waihona Puke 计算机图形系统的结构 ——图形显示设备 彩色CRT显示器工作原理 彩色CRT显示器主要组成部分： 三色荧光屏 三支电子枪 荫罩板
彩色CRT显像管工作原理示意图
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计算机图形系统的结构 ——图形硬件
计算机图形硬件包括具有高性能、高速度、大存储量的 计算机系统，常规外围设备，以及图形输入输出设备。 图形输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、光笔、 数据手套等。输出设备包括图形显示器、图形硬拷贝设 备（打印机、绘图仪等）。
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计算机图形系统的结构 ——图形软件 常用的图形支撑软件包括：OpenGL，ACIS，DirectX。 ACIS是用C++构造的图形系统开发平台，它包括一系列的 C++函数和类（包括数据成员和方法）。开发者可以利用 这些功能开发面向终端用户的三维造型系统。 DirectX，（Direct eXtension）是由微软公司创建的多媒 体编程接口，由C++编程语言实现。DirectX具有加强3d图 形和声音效果的功能，并提供设计人员一个共同的硬件驱 动标准，让游戏开发者不必为每一品牌的硬件来写不同的 驱动程序，也降低用户安装及设置硬件的复杂度。
液晶显示的机理是通过能阻塞或传递光的液晶材料，传 递来自环境的或系统内部光源的偏振光。
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计算机图形系统的结构 ——图形显示设备 平板显示器——液晶显示器（Liquid Crystal Display， LCD） 与普通CRT、发光二极管等显示器件不同，液晶显示器件 本身并不发光，而是利用液晶的光电效应，通过施加电
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计算机图形系统的结构 ——图形软件 图形应用软件：
图形应用软件是解决某种应用问题的图形软件，是图形 系统的核心部分，包括各种图形生成技术，是图形技术 在各种不同应用的抽象。 如AutoCAD、Photoshop、 CorelDRAW 、3DSMax、 Flash等
计算机图形学基础 计算机图形系统
及图形硬件
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计算机图形学基础 — 计算机图形系统及图形硬件
计算机图形学的基本任务是研究如何利用计算机来处理图 形 。计算机图形系统必须包含以下几个方面的任务：
如何用适当的硬件来实现图形处理功能；
如何设计好的图形软件； 图形处理所需要的数学处理方法和算法； 如何解决实际应用中的图形处理问题； 因此，计算机图形系统是计算机硬件、图形输入输出设备、 计算机系统软件和图形软件的集合。