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1、计算机图形学,Computer Graphics,主讲教师：孙海军 天津商业大学 信息工程学院,计算机图形学王汝传等 编著 人民邮电出版社,第二章 计算机图形系统 2.1 计算机图形系统的组成 2.2 计算机图形显示器 2.3 计算机图形输入设备 2.4 计算机图形输出设备 2.5 计算机图形系统软件,2.1.1 图形系统的结构由硬件和软件两部分组成,2.1 计算机图形系统的组成,2.1.2 图形系统的基本功能及其硬件性能要求,一、计算机图形系统的基本功能 1. 计算功能图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换；曲线、曲面生成和图形相互关系的检测。 2. 存储功能在计算机内存储器和外存储器中，
2、应能存放各种形体的几何数据及形体之间相互关系，以实现对有关数据的实时检索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。,3. 输入功能图形形体的几何参数（例如大小、位置等）和各种绘图命令的输入。 4. 输出功能文字、图形、图像信息输出功能；显示设计过程当前的状态以及图形编辑后的结果；通过绘图仪、打印机等设备实现硬拷贝输出。 5. 对话功能可通过人机交互设备进行对话；对计算结果和图形进行修改；对设计者或操作员出现的错误给予必要的提示和帮助。,二、图形系统的硬件性能要求计算机图形系统与一般计算机系统相比，要求主机性能更高，速度更快，存储容量更大，外设种类更齐全。 1. 处理速度一般计算机系统的应用侧重于
3、整数运算，浮点运算较少，CPU的浮点运算能力要求较低。图形运算要求CPU有强大的浮点运算能力,2. 图形显示一般计算机系统的应用主要侧重于字符显示，不需要专业图形加速卡和大屏幕显示器。图形显示要求有功能强大的显示能力，包括要配备专业3D图形加速卡和大屏幕显示器图形加速卡目前已发展成为可与中央处理器（CPU）相提并论的图形处理器（GPU）。GPU的出现使得CPU的负担大大减轻，显示速度和质量明显提高。,3. 存储容量,硬盘、光盘、U盘,外存,内存,CPU,容量小、成本高,容量大、成本低,速度高,速度低,速度极高,CRT显示器的组成,其主要组成部分如下： 阴极 当它被加热时，发射电子 控制栅 控制
4、电子束偏转的方向和运动速度 加速结构 用以产生高速的电子束 聚焦系统 保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成点 偏转系统 控制电子束在屏幕上的运动轨迹 荧光屏 当它被电子轰击时，发出亮光所有部件都封闭在一个真空的圆锥形玻璃壳内,CRT单色显示原理,灯丝加热阴极，阴极发射电子，控制栅控制电子的通过,电子流被加速、聚焦成很窄的电子束,偏转电场（或磁场）使电子束左右、上下偏转,在指定时刻、指定位置上产生亮点,余辉时间电子束离开光点后光点保持的时间。屏幕刷新荧光亮度随着时间迅速衰减，为了使人们看到一个稳定而不闪烁的图形，整个画面必须在每一秒钟内重复显示许多次。要保持一幅画面的稳定性，若余辉时间越短，则所需的屏
5、幕刷新率越高。液晶显示器的光点可以一直保持原来的色彩和亮度，恒定发光，所以刷新率可以相对低一些。,CRT单色显示原理,余辉时间、画面切换和刷新频率三者之间的关系,电视 （刷新率低）,由于影片播放时画面经常切换，一般采用短余辉的荧光粉,若采用长余辉的荧光粉，会使上一帧图像余辉保留时间过长而出现拖尾和马赛克现象,电脑 （刷新率高）,由于电脑画面一般较为稳定，同一帧画面停留时间较长，所以采用长余辉的荧光粉,如果一帧画面停留时间很长，那么需要一定的刷新频率才能使该画面不闪烁、不变暗,为什么在电视上看的电脑屏幕会闪 当物体在人眼前消失后，人眼仍能继续保留其0.1-0.4秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂
6、留现象。 电脑上的画面是靠快速的刷新形成的，由于视觉暂留现象人的眼睛看不出图像的更替。而电视是靠摄像机快速连续的摄像而形成，所以它可以拍到电脑的刷新状况。 电视（摄像机)的频率一般是50Hz，电脑CRT屏幕一般是75Hz，二者刷新频率不同，之间也没有倍数关系。 如果电视里的电脑是液晶显示器的话就不会闪了。,液晶(Liquid- Crystal)于1888 年被被奥地利 的植物学家 Friedrich Reinitzer 所 发现,二、液晶显示器(LiquidCrystal Display, 简称LCD),液晶显示器显示原理 将液晶置于两片导电玻璃之间 靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子做旋转
7、排列 产生透光度的差别，用以控制光源透射或遮蔽 进而产生明暗、颜色，将影像显示出来。,LCD性能 参数,响应时间:指LCD显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或者由亮转暗的反应时间。通常都是以毫秒(ms)来计算，响应时间越小越好。,坏点:是指在液晶面板上不能正常显示的像素点，包括：坏点、亮点与暗点。坏点是判断LCD显示器优劣的主要依据，坏点越少越好。关于LCD显示器坏点有A、B、C三级标准，A级质量最好。如我国的标准是3个坏点以下为A级。,几个性能 参数,显示器的尺寸：LCD显示器的尺寸就是它实际的屏幕尺寸，也就是最大的可视尺寸。如果同是一台17英寸的显示器，CRT显示器的显示区域
8、为15.35英寸，而液晶显示器的则为17英寸。,分辨率： 对于CRT显示器而言，只要调整电子束的偏转电压，就可以改变不同的分辨率。LCD显示器由于像素间距已经固定，所以支持的显示模式不多。LCD显示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在该分辨率下，液晶显示器才能显示最佳效果。,三、等离子显示器(Plasma Display Panel, 简称PDP),等离子显示器是在两张超薄的玻璃板之间注入混合气体，并施加电压，利用荧光粉发光成像。 与CRT相比：PDP具有分辨率高、屏幕大、超薄、色彩丰富、鲜艳的特点。 与LCD相比： PDP具有亮度高、对比度高、可视角度大、响应时间快、颜色鲜艳和接口丰富等特点。,
9、等离子显示器PDP与液晶显示器LCD之间的比较,PK,等离子电视(PDP)和液晶电视(LCD)都属于平板电视，它们就像双胞胎，虽然表面上相像，但本质却有很大差别。,其中两者的最大的区别在于使用的面板不同，也就是说它们的成像原理不一样。,等离子电视依靠高电压来激活显像单元中的特殊气体，使它产生紫外线来激发磷光物质发光,LCD通过电流改变晶体管内晶体的结构，使它显像,1. 等离子电视在视角方面要好于液晶电视，当然等离子电视也不是“没有视角问题”。,2. 对于客厅、卧房用的电视机，很少会在超过120度的角度去看电视，所以从这个角度来说，关于视角的问题并不重要。,关于 视角,关于 制造成本,LCD与P
10、DP生产制造工艺有迥然不同的差异,LCD面板的制造至少需要6570道制程，而且成品的合格率较低；,生产线更新较快，使整个产业在成本竞争上相当激烈。,PDP面板的生产仅需约2530道制程，且成品合格率较高。,PDP由于采用高压制程，面板须承受高压负载，在设计上要求较高。,几种显示技术的比较如表所示:,2.3 计算机图形输入设备,常用的图形输入设备： 键盘 鼠标 光笔 触摸屏 电阻式和电容式、红外线式 、声表面波式等 扫描仪: 扫描仪通过光电转换、点阵采样的方式，将一幅画面变为数字图像。,2.4 计算机图形输出设备,显示器、绘图仪、打印机,把由计算机生成的图形输出到图纸（或其它介质）上的硬拷贝设备
11、。,笔绘式喷墨式静电式,平台式 滚筒式 平面电机式 小型式,绘图仪,3D打印机 是一种快速成形的机器，它能根据计算机里的3D模型，用粉末状金属或塑料等可粘合材料进行多层叠加，通过“打印”一层层的粘合材料来制造三维的物体。 在飞机、核电等行业使用的高端精密机械装备上，传统的焊接和零部件加固的方法使部件之间的连接并不牢固，但使用3D打印技术，生产出来的产品是自然无缝连接，结构之间的稳固性和连接强度要远高于传统方法。 在太空、航天等领域有特殊的应用价值。,2.5 计算机图形系统软件,计算机图形系统的软件包括系统软件和应用软件两方面。系统软件又分为操作系统和程序设计语言。,个人计算机的操作系统大多采用
12、底层的DOS和上层的Windows，它们都是Microsoft公司的产品。目前DOS和Windows已合二为一，成为不可分割的一个整体。,Windows操作系统的版本,从Windows 1.0到Windows 8 ，微软历经29年，成为占绝对主导地位的PC操作系统厂商 1985 Windows 1.0 微软发布的第一个Windows版本 Windows 1.0很简单，是一款基于DOS操作系统的软件，是第一代GUI系统。 1987 Windows 2.0 引入高速缓存技术 Windows 2.0修正了部分缺陷，改进了图形功能。,28,Windows操作系统,1988 Windows 2.1 微软
13、加快了Windows的发布速度，在Windows 2.0发布次年发布了Windows 2.1，仅有一些小改进。 1990 Windows 3.0 Windows 3.0有重大改进，集成有更好的图形用户界面，以及控制面板、文件管理器。 Windows 3.0首次推出中文版。 1992 Windows 3.1 Windows 3.1的功能得到了进一步改进，拥有更好的多任务功能和个性化选项。,29,Windows操作系统,1995 Windows 95 (Windows 4.0 ) Windows 95采用全新的开始菜单外观，更好的音质、图形和通信，成为世界上最畅销的软件之一。 可以独立引导启动。
14、1998 Windows 98 (Windows 4.1 ) Windows 98也是微软最成功和最灵活的Windows版本之一。 整合Internet访问技术。,30,Windows操作系统,2000 Windows 2000 (Windows NT 5.0) Windows 2000的目的是影响消费者的习惯，但效果不佳。 2001 Windows XP (Windows NT 5.1) XP，是英文Experience（体验）的缩写。 对用户最友好、图形效果最逼真的版本之一。 Windows XP是在Windows 2000基础上开发，90的源代码与Windows 2000相同,31,Wi
15、ndows操作系统,2006 Windows Vista (Windows NT 6.0) Vista的中文意思“远景、展望” 尽管具有全新的透明外观，但没有受到用户追捧，原因在于缺陷、病毒和其他问题。 2009 Windows 7.0 (Windows NT 6.1) 是最畅销的Windows版本 比Vista更受欢迎 微软在Windows 7中取得的一个里程碑是向用户提供了专业和经典的外观,32,Windows操作系统,2012 Windows 8.0 (Windows NT 6.2) 2012年10月23日，全球首发 Windows 8在用户界面方面（Metro）已经超越了之前所有的Wi
16、ndows版本。 Windows 8是首款针对触控设备和平板电脑优化的Windows版本。,33,Windows操作系统,Windows 8 新特性 平板模式 Win 8兼容移动终端能同时应用于PC和平板电脑 触摸界面 支持用户使用各种触摸指令来操作系统和应用 原生支持USB 3.0 数据传输速度理论可达5Gbit/s 快速启动 引入全新开机和关机模式，可做到“瞬间开机” 支持人脸识别 能够识别计算机用户并为其自动登录系统 自带虚拟光驱、支持声控功能,34,Windows操作系统,Windows 9 Windows 9最早会在2014年11月与大家见面 正式发布要等到2015年 Windows 9 会是一款革命性的操作系统 它将延续Windows 8的辉煌，把Metro发挥得淋漓尽致 Windows 9 有可能将和平板与手机整合,
