《02-计算机图形学基础(第二版)PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《02-计算机图形学基础(第二版)PPT课件（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二章 计算机图形系统及图形硬件计算机图形系统及图形硬件p计算机图形系统计算机图形系统p图形输入设备图形输入设备p图形显示设备图形显示设备p显示子系统显示子系统p图形硬拷贝设备图形硬拷贝设备pOpenGL图形软件包图形软件包2021/7/2212.1 计算机图形系统计算机图形系统p计算机图形系统的功能计算机图形系统的功能p计算机图形系统的结构计算机图形系统的结构2021/7/222计算机图形系统的功能计算机图形系统的功能图图2.1 计算机图形系统的功能计算机图形系统的功能2021/7/223计算机图形系统的结构计算机图形系统的结构图图2.2 计算机图形系统的结构计算机图形系统的结构202
2、1/7/2242.2 图形输入设备图形输入设备o键盘（键盘（keyboard） 键键盘盘能能用用来来进进行行屏屏幕幕坐坐标标的的输输入入、菜菜单单选选择择、图图形形功功能能选选择择，以以及及输输入入那那些些如如辅辅助助图形显示的图片标记等非图形数据。图形显示的图片标记等非图形数据。2021/7/225图形输入设备图形输入设备o鼠标器（鼠标器（mouse） 当当推推动动鼠鼠标标器器在在平平面面上上移移动动时时，鼠鼠标标将将记记录录移移动动的的方方向向和和距距离离，这这个个方方向向和和距距离离被被传传送送给计算机，转换成对应的光标的位移。给计算机，转换成对应的光标的位移。2021/7/226图形输
3、入设备图形输入设备o光笔光笔(light pen)图图2.3 光笔的结构光笔的结构2021/7/227图形输入设备图形输入设备o触摸屏触摸屏(touch screen) 当当用用手手指指或或者者小小杆杆触触摸摸屏屏幕幕时时，触触点点位位置置便便以以光光学学的的（红红外外线线式式触触摸摸屏屏）、电电子子的的（电电阻阻式式触触摸摸屏屏和和电电容容式式触触摸摸屏屏）或或声声音音的的（声声音音探测式）方式记录下来。探测式）方式记录下来。2021/7/228图形输入设备图形输入设备o操纵杆操纵杆(joystick) 操操纵纵杆杆是是由由一一根根小小的的垂垂直直杠杠杆杆组组成成的的可可摇摇动动装装置置，该
4、该杠杠杆杆装装配配在在一一个个其其四四周周可可移移动动的的底底座上用来控制屏幕光标。座上用来控制屏幕光标。2021/7/229图形输入设备图形输入设备o跟踪球跟踪球（Trackball）和空间球（）和空间球（Spaceball）图图2.4 跟踪球跟踪球图图2.5 空间球空间球2021/7/2210图形输入设备图形输入设备o数据手套数据手套(Data Glove) 是是一一种种戴戴在在手手上上的的传传感感器器，可可以以用用来来抓抓住住“虚虚拟拟对对象象”，它它由由一一系系列列检检测测手手和和手手指指运运动动的的传传感感器器构构成成，用用来来提提供供关关于于手手的的位位置置和和方方向向的信息。的信
5、息。2021/7/2211图形输入设备图形输入设备o数字化仪数字化仪(Digitizer) 用用于于在在二二维维或或三三维维的的图图形形对对象象上上扫扫描描，以以输输入入一一系系列列二二维维或或三三维维的的坐坐标标值值。这这些些坐坐标标值值代代表表的的坐坐标标点点，在在系系统统中中将将以以直直线线段段或或曲曲线线段段连接，以逼近图形对象的描绘曲线或表面形状。连接，以逼近图形对象的描绘曲线或表面形状。2021/7/2212图形输入设备图形输入设备o图像扫描仪图像扫描仪(Scaner) 图图像像扫扫描描仪仪可可直直接接把把图图纸纸、图图表表、照照片片、广广告告画画等等输输入入到到计计算算机机中中，
6、在在将将它它们们传传过过一一个个光光学学扫扫描描机机构构时时，灰灰度度或或彩彩色色等等级级被被记记录录下下来来，并按图像方式进行存储。并按图像方式进行存储。2021/7/2213图形输入设备图形输入设备o声频输入系统声频输入系统o视频输入系统视频输入系统2021/7/22142.3 图形显示设备图形显示设备o阴极射线管阴极射线管o彩色阴极射线管彩色阴极射线管oCRT图形显示器图形显示器o平板显示器平板显示器o三维观察设备三维观察设备2021/7/2215阴极射线管（阴极射线管（CRT）oCRT（Cathode Ray Tube）是是一一种种真真空空器器件件，它它利利用用电电磁磁场场产产生生高高
7、速速的的、经经过过聚聚焦焦的的电电子子束束，偏偏转转到到屏屏幕幕的的不不同同位位置置轰轰击击屏屏幕幕表表面面的的荧荧光光材材料而产生可见图形。料而产生可见图形。oCRT从从结结构构上上分分为为：电电子子枪枪、偏偏转转系系统统、荧荧光光屏。屏。2021/7/2216阴极射线管（阴极射线管（CRT）电子枪电子枪偏转系统偏转系统荧光屏荧光屏图图2.6 CRT的结构的结构2021/7/2217阴极射线管（阴极射线管（CRT）o电电子子枪枪：产产生生一一个个沿沿管管轴轴（Z轴轴）方方向向前前进进的的高高速的细电子束轰击荧光屏。速的细电子束轰击荧光屏。n具有足够的电流强度。具有足够的电流强度。n电流的大小
8、和有无必须是可控的。电流的大小和有无必须是可控的。n具有很高的速度。具有很高的速度。n在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显示器有足够的分辨率。示器有足够的分辨率。2021/7/2218阴极射线管（阴极射线管（CRT）图图2.7 CRT电子枪的结构电子枪的结构2021/7/2219阴极射线管（阴极射线管（CRT）o偏转系统偏转系统 为为了了在在荧荧光光屏屏上上显显示示图图形形及及字字符符，必必须须用用电电子子束束偏偏转转扫描来实现。扫描来实现。图图2.8 磁偏转磁偏转2021/7/2220阴极射线管（阴极射线管（CRT）o枕形失真枕形失真n当当偏偏转转线线
9、圈圈的的匝匝数数一一定定时时，偏偏转转电电流流I与与偏偏转转角角的的正正弦弦成成正正比比。只只有有在在偏偏转转角角很很小小时时，偏转角与偏转电流之间才成直线性关系。偏转角与偏转电流之间才成直线性关系。n由由于于荧荧光光屏屏四四角角距距中中心心最最远远，偏偏转转角角较较大大，同同样样的的偏偏转转电电流流增增量量所所造造成成的的偏偏转转距距离离增增量量最大。最大。2021/7/2221阴极射线管（阴极射线管（CRT）图图2.9 枕形失真与桶形失真枕形失真与桶形失真o枕形失真的校正枕形失真的校正n将将产产生生偏偏转转磁磁场场的的锯锯齿齿形形电流预先产生一些失真；电流预先产生一些失真；n将将偏偏转转磁
10、磁场场做做成成略略有有不不均均匀匀性性，接接近近管管轴轴中中央央处处略略强，周围略弱。强，周围略弱。2021/7/2222阴极射线管（阴极射线管（CRT）图图2.10 电偏转电偏转2021/7/2223阴极射线管（阴极射线管（CRT）o荧光屏荧光屏（Phosphor Screen）n荧荧光光屏屏是是用用荧荧光光粉粉涂涂敷敷在在玻玻璃璃底底壁壁上上制制成成的的，常常用用沉沉积积法法涂涂敷敷荧荧光光粉粉。玻玻璃璃底底壁壁要要求求无无气气泡，表面光学抛光。泡，表面光学抛光。n荧荧光光粉粉的的性性能能要要求求是是：发发光光颜颜色色满满足足标标准准白白色色、发发光光效效率率高高、余余辉辉时时间间合合适适
11、以以及及寿寿命命长长等。等。2021/7/2224o三基色原则三基色原则o主要结构：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩板主要结构：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩板彩色阴极射线管彩色阴极射线管荫罩式荫罩式图图2.11 三色荧光屏三色荧光屏2021/7/2225彩色阴极射线管彩色阴极射线管荫罩式荫罩式图图2.12 三支电子枪三支电子枪2021/7/2226彩色阴极射线管彩色阴极射线管荫罩式荫罩式图图2.13 荫罩荫罩2021/7/2227o为了避免混色，荧光点的面积比电子束截面要大些。为了避免混色，荧光点的面积比电子束截面要大些。o只有只有15%左右的电子到达屏幕。左右的电子到达屏幕。o荫罩吸收大量电子，
12、容易发热变形。荫罩吸收大量电子，容易发热变形。o管管子子的的亮亮度度低低，要要提提高高管管子子的的亮亮度度，则则需需提提高高第第二二阳阳极极的的高压。高压。图图2.14 原理图原理图2021/7/2228彩色阴极射线管彩色阴极射线管荫罩式荫罩式图图2.15 黑底荫罩管黑底荫罩管2021/7/2229CRT图形显示器图形显示器p随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器p直视存储管图形显示器直视存储管图形显示器p光栅扫描的图形显示器光栅扫描的图形显示器2021/7/2230o向向 量量 （ vector） 显显 示示 器器 、 笔笔 划划 （ Stroke writing）显示器。显示器。o随机扫
13、描（随机扫描（random-scan）的图形显示器中电的图形显示器中电子束的定位和偏转具有随机性，即电子束的扫子束的定位和偏转具有随机性，即电子束的扫描轨迹随显示内容而变化，只在需要的地方扫描轨迹随显示内容而变化，只在需要的地方扫描，而不必全屏扫描。描，而不必全屏扫描。 随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器2021/7/2231随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器图图2.16 随机扫描图形显示器的工作原理随机扫描图形显示器的工作原理2021/7/2232p无无冗冗余余扫扫描描、速速度度快快、图图像像清清晰晰、比比光光栅栅系系统统更高的分辨率、生成光滑线条；更高的分辨率、生成光滑线条；p
14、不不能能显显示示逼逼真真场场景景、和和电电视视标标准准不不一一致致、驱驱动动系统也较复杂。系统也较复杂。随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器2021/7/2233o直直 视视 存存 储储 管管 DVST（ direct-view storage tube）从从表表面面上上看看直直视视存存储储管管的的特特性性极极象象一一个个有有长长余余辉辉的的荧荧光光屏屏，一一条条线线一一旦旦画画在在屏屏幕幕上上，在一小时之内都将是可见的。在一小时之内都将是可见的。 直视存储管图形显示器直视存储管图形显示器2021/7/2234直视存储管图形显示器直视存储管图形显示器图图2.17 直视存储管图形显示器的工作
15、原理直视存储管图形显示器的工作原理工作原理工作原理2021/7/2235o无需刷新；无需刷新；o很很复复杂杂的的图图形形都都可可以以在在极极高高的的分分辨辨率率下下无无闪闪烁烁地显示；地显示；o成本较低；成本较低；o不能显示彩色；不能显示彩色；o不能局部修改；不能局部修改；o擦除和重画过程可能持续较长时间。擦除和重画过程可能持续较长时间。直视存储管图形显示器直视存储管图形显示器2021/7/2236光栅扫描图形显示器光栅扫描图形显示器图图2.18 光栅扫描原理光栅扫描原理水平扫描（显示）水平扫描（显示）水平回扫（消隐）水平回扫（消隐）垂直回扫（消隐）垂直回扫（消隐）2021/7/2237工工作
16、作原原理理：光光栅栅扫扫描描是是控控制制电电子子束束按按某某种种光光栅栅形形状状进进行行的的顺顺序序扫扫描描，而而字字符符、图图像像是是靠靠Z轴轴信信号号控控制制辉辉亮亮来形成的。来形成的。图图2.19 光栅扫描图形显示器的工作原理光栅扫描图形显示器的工作原理2021/7/2238o刷刷新新缓缓冲冲存存储储器器（refresh buffer）或或称称帧帧缓缓冲冲存储器（存储器（frame buffer）。o像素像素（pixel或或pel，是是picture element的简写）。的简写）。o像像素素信信息息从从应应用用程程序序转转换换并并放放入入帧帧缓缓冲冲区区的的过过程称之为程称之为扫描转
17、换过程扫描转换过程。光栅扫描图形显示器光栅扫描图形显示器2021/7/2239低电压、轻小型、数字化显示器件。低电压、轻小型、数字化显示器件。平板显示器（平板显示器（flat-panel display）的分类：的分类：o非发射显示器（非发射显示器（none-emissive display）o发射显示器（发射显示器（emissive display）平板显示器平板显示器（flat-panel display）2021/7/2240o液晶显示器液晶显示器o等离子体显示板（等离子体显示板（Plasma Panel）o薄薄片片光光电电显显示示器器（Thin-Film Electroluminesc
18、ent Display）o发光二极管（发光二极管（Liquid-Emitting Diode, LED）平板显示器平板显示器（flat-panel display）2021/7/2241o液液晶晶分分子子的的排排列列在在微微弱弱的的外外部部电电场场、磁磁场场或或者者应应力力、温温度度变变化化等等作作用用下下非非常常容容易易改改变变。当当液液晶晶分分子子的的某某种种排排列列状状态态在在电电场场作作用用下下变变为为另另一一种种状状态态时时，液液晶晶的的光光学学性性质质随随之之改改变变，这这种种产产生光被电场调制的现象称为液晶的生光被电场调制的现象称为液晶的电光效应电光效应。液晶显示器液晶显示器原理
19、原理2021/7/2242图图2.20 液晶显示原理液晶显示原理液晶显示器液晶显示器原理原理o液液晶晶显显示示的的机机理理是是通通过过能能阻阻塞塞或或传传递递光光的的液液晶晶材料，传递来自周围的或内部光源的偏振光。材料，传递来自周围的或内部光源的偏振光。2021/7/2243oNW（Normal White）型的）型的LCD：在液晶面板：在液晶面板不施加电压时，我们所看到的面板是透光的画不施加电压时，我们所看到的面板是透光的画面，也就是亮的画面。面，也就是亮的画面。oNB（Normal Black）型的）型的LCD：当对液晶面：当对液晶面板不施加电压时，面板无法透光。板不施加电压时，面板无法透
20、光。液晶显示器液晶显示器类型类型2021/7/2244液晶显示器液晶显示器彩色彩色o液晶显示器利用在一侧的玻璃基板上加上一个液晶显示器利用在一侧的玻璃基板上加上一个彩色滤光片（彩色滤光片（CF，Color Filter）实现彩色。）实现彩色。o彩色滤光片上均匀分布着红、绿、蓝色小点，彩色滤光片上均匀分布着红、绿、蓝色小点，每个小点有各自不同的灰度，相邻的一组每个小点有各自不同的灰度，相邻的一组RGB小点构成一个基本的彩色显示单元，即一个像小点构成一个基本的彩色显示单元，即一个像素。素。2021/7/2245液晶显示器液晶显示器彩色彩色图图2.21 彩色滤光片排列方式彩色滤光片排列方式2021/
21、7/2246液晶显示器液晶显示器分类分类o扭曲向列型（扭曲向列型（TN，Twisted Nematic）o超扭曲向列型（超扭曲向列型（STN，Super TN）o双层超扭曲向列型（双层超扭曲向列型（DSTN，Dual Scan TN）o薄膜晶体管型（薄膜晶体管型（TFT，Thin Film Transistor）2021/7/2247等离子体显示板等离子体显示板图图2.22 等离子体显示板的基本结构等离子体显示板的基本结构2021/7/2248薄片光电显示器薄片光电显示器图图2.23 薄片光电显示器的基本结构薄片光电显示器的基本结构2021/7/2249发光二极管（发光二极管（LED）o发光二
22、极管采用二极管激发发光来显示图像。发光二极管采用二极管激发发光来显示图像。二极管以矩阵排列形成显示器的像素位置。图二极管以矩阵排列形成显示器的像素位置。图形的定义存储在刷新缓冲器中。形的定义存储在刷新缓冲器中。信息从刷新缓信息从刷新缓冲器读出，并转换为电压施于二极管，在显示冲器读出，并转换为电压施于二极管，在显示器上产生发光图案。器上产生发光图案。2021/7/2250p从变焦距的柔性震动镜面反从变焦距的柔性震动镜面反射射CRT图像图像三维观察设备三维观察设备图图2.24 采用震动镜面的三维显示系统采用震动镜面的三维显示系统2021/7/2251p显示具立体感的视图显示具立体感的视图n利用不同
23、的刷新周期交替地显示两视图；利用不同的刷新周期交替地显示两视图；n将屏幕分半；将屏幕分半；n使用头盔式结构。使用头盔式结构。三维观察设备三维观察设备2021/7/22522.4 显示子系统显示子系统o光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构o绘制流水线绘制流水线o相关概念相关概念2021/7/2253光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构图图2.25 简单的光栅图形显示子系统简单的光栅图形显示子系统2021/7/2254图图2.26 常用的光栅图形显示子系统常用的光栅图形显示子系统光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构2021/7/2255图
24、图2.27 发展的光栅图形显示子系统发展的光栅图形显示子系统光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构2021/7/2256o帧缓冲存储器帧缓冲存储器：用来存储像素颜色（灰度）值：用来存储像素颜色（灰度）值的存储器。的存储器。o双缓存：一个缓存用来刷新的同时，另一个写双缓存：一个缓存用来刷新的同时，另一个写入数据信息，尔后这两个缓存可互换角色。这入数据信息，尔后这两个缓存可互换角色。这种方式称为双缓存，它可以使得显示的动画流种方式称为双缓存，它可以使得显示的动画流畅而没有滑动感。畅而没有滑动感。光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构2021/7/2257o显示控
25、制器（显示控制器（Display Controller），又称视频，又称视频控制器（控制器（Video Controller），主要功能是依），主要功能是依据设定的显示工作方式，自主地、反复不断地据设定的显示工作方式，自主地、反复不断地读取帧缓存中的图像点阵（包括图形、字符文读取帧缓存中的图像点阵（包括图形、字符文本）数据，将它们转换成本）数据，将它们转换成R、G、B三色信号并三色信号并配以同步信号送至显示器，即可刷新屏幕。配以同步信号送至显示器，即可刷新屏幕。光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构2021/7/2258o显示处理器（显示处理器（Display Process
26、or），又称图，又称图形控制器（形控制器（Graphics Controller）或显示协处）或显示协处理器（理器（Display Coprocessor），它把），它把CPU从从图形显示处理的事务中解脱出来，其主要任务图形显示处理的事务中解脱出来，其主要任务是扫描转换待显示的图形以及是扫描转换待显示的图形以及某些附加的操作某些附加的操作等等。光栅扫描图形显示子系统的结构光栅扫描图形显示子系统的结构2021/7/2259o图图形形子子系系统统的的图图形形绘绘制制功功能能常常常常采采用用流流水水线线（Pipeline）结构绘制，或者称为管线绘制。）结构绘制，或者称为管线绘制。o绘制流水线的基本结
27、构从概念上包括三个阶段绘制流水线的基本结构从概念上包括三个阶段n应用程序阶段应用程序阶段n几何阶段几何阶段n光栅阶段光栅阶段绘制流水线绘制流水线2021/7/2260绘制流水线绘制流水线图图2.28 绘制流水线的结构绘制流水线的结构2021/7/2261o分辨率分辨率o像素与帧缓存像素与帧缓存o颜色查找表颜色查找表o显示长宽比显示长宽比o屏幕坐标系屏幕坐标系相关概念相关概念2021/7/2262o光光点点一一般般是是指指电电子子束束打打在在显显示示器器的的荧荧光光屏屏上上，显示器能够显示的最小的发光点。显示器能够显示的最小的发光点。o像像素素点点是是指指图图形形显显示示在在屏屏幕幕上上时时候候
28、，按按当当前前的的图形显示分辨率所能提供的最小元素点。图形显示分辨率所能提供的最小元素点。相关概念相关概念分辨率分辨率2021/7/2263o屏屏幕幕分分辨辨率率，也也称称为为光光栅栅分分辨辨率率，它它决决定定了了显显示示系系统统最最大大可可能能的的分分辨辨率率，任任何何显显示示控控制制器器所所提供的分辨率也不能超过这个物理分辨率。提供的分辨率也不能超过这个物理分辨率。o通通常常用用水水平平方方向向上上的的光光点点数数与与垂垂直直方方向向上上的的光光点数的乘积来表示。点数的乘积来表示。相关概念相关概念分辨率分辨率2021/7/2264o显显示示分分辨辨率率是是计计算算机机显显示示控控制制器器所
29、所能能够够提提供供的的显显示示模模式分辨率，实际应用中简称为式分辨率，实际应用中简称为显示模式显示模式。o对对于于文文本本显显示示方方式式，显显示示分分辨辨率率用用水水平平和和垂垂直直方方向向上上所能显示的字符总数的乘积表示。所能显示的字符总数的乘积表示。o对对于于图图形形显显示示方方式式，则则用用水水平平和和垂垂直直方方向向上上所所能能显显示示的象素点总数的乘积表示。的象素点总数的乘积表示。o显示分辨率不同，它所对应的象素点大小也不同显示分辨率不同，它所对应的象素点大小也不同。相关概念相关概念分辨率分辨率2021/7/2265o图图形形的的存存储储分分辨辨率率是是指指帧帧缓缓冲冲区区的的大大
30、小小，一一般般用缓冲区的字节数表示。用缓冲区的字节数表示。o存存储储分分辨辨率率不不仅仅与与显显示示分分辨辨率率有有关关，还还与与像像素素点的色彩有关。点的色彩有关。o帧缓存大小的计算：帧缓存大小的计算：x方向的像素点数方向的像素点数y方向的像素点数方向的像素点数log2n/8（BYTE） 其中：其中：n为颜色数或灰度等级数为颜色数或灰度等级数相关概念相关概念分辨率分辨率2021/7/2266p屏幕分辨率决定了所能显示的最高分辨率。屏幕分辨率决定了所能显示的最高分辨率。p显示分辨率和存储分辨率对所能显示的图形分辨率显示分辨率和存储分辨率对所能显示的图形分辨率有控制作用。有控制作用。p显示器中的
31、分辨率显示器中的分辨率 带宽带宽 = A*水平像素点数水平像素点数*垂直像素点数垂直像素点数*刷新频率刷新频率 A常取常取1.344相关概念相关概念分辨率分辨率2021/7/2267屏幕上一个象素点就对应帧缓存中的一组信息。屏幕上一个象素点就对应帧缓存中的一组信息。o组合像素法（组合像素法（Packed Pixel Method）o颜色位面法（颜色位面法（Color Plane Method）相关概念相关概念像像素与帧缓存素与帧缓存2021/7/2268o在在组组合合像像素素法法中中，一一个个图图形形象象素素点点的的全全部部信信息息被被编编码码成成一一个个数数据据字字节节，按按照照一一定定方方
32、式式存存储储到到帧帧缓缓存存中中，编编码码字字节节的的长长度度与与点点的的属属性性（如如颜颜色色、灰灰度等）有关。度等）有关。相关概念相关概念像素与帧缓存像素与帧缓存图图2.29 组合象素法组合象素法2021/7/2269o在在颜颜色色位位面面法法中中，帧帧缓缓存存被被分分成成若若干干独独立立的的存存储储区区域域，每每一一个个区区域域称称为为一一个个位位面面（Bit Bit PlanePlane），每每个个位位面面控控制制一一种种颜颜色色或或者者灰灰度度，每每一一个个图图形形象象素素点点在在每每个个位位面面中中占占一一位位，通通过过几几个个位位面面中中的的同同一一位位组组合合成成一个象素。一个
33、象素。相关概念相关概念像素与帧缓存像素与帧缓存图图2.30 颜色位面法颜色位面法2021/7/2270图图2.31 具有具有24位面彩色帧缓存的显示器位面彩色帧缓存的显示器2021/7/2271o颜颜色色查查找找表表也也称称调调色色板板，是是由由高高速速的的随随机机存存储储器器组组成成，用用来来储储存存表表达达象象素素色色彩彩的的代代码码。此此时时帧帧缓缓冲冲存存储储器器中中每每一一象象素素对对应应单单元元的的代代码码不不再再代代表表该该象象素素的的色色彩彩值值，而而是是作作为为查查色色表表的的地地址址索引。索引。相关概念相关概念颜色查找表颜色查找表2021/7/2272图图2.32 具有具有
34、24位面彩色帧缓存和位面彩色帧缓存和10位颜色查找表的显示器位颜色查找表的显示器2021/7/2273o显显示示长长宽宽比比，即即水水平平点点数数与与垂垂直直点点数数之之比比。要要求求在在屏屏幕幕两两个个方方向向上上相相同同像像素素点点数数产产生生同同样样长长度的线段，以使图形不至发生畸变。度的线段，以使图形不至发生畸变。相关概念相关概念显示长宽比显示长宽比2021/7/2274相关概念相关概念屏幕坐标系屏幕坐标系图图2.33 不同显示器的坐标不同显示器的坐标2021/7/22752.5 图形硬拷贝设备图形硬拷贝设备o打印机打印机o绘图仪绘图仪2021/7/2276打印机打印机o打印机是画点设
35、备。打印机是画点设备。o击击式式打打印印机机主主要要指指针针式式打打印印机机，它它隔隔着着色色带带将将某某种点阵图案压在纸上。种点阵图案压在纸上。o非非撞撞击击式式打打印印机机包包括括激激光光打打印印机机、喷喷墨墨打打印印机机、热热转转印印打打印印机机、染染料料热热升升华华打打印印机机和和静静电电打打印印机机等。等。2021/7/2277绘图仪绘图仪o笔式绘图仪（笔式绘图仪（Pen Plotter）是画线设备。）是画线设备。o笔笔式式绘绘图图仪仪可可分分为为平平板板式式绘绘图图仪仪（Flatbed Plotter）和滚筒式绘图仪（）和滚筒式绘图仪（Drum Plotter）2021/7/227
36、82.6 OpenGL图形软件包图形软件包oOpenGL的主要功能的主要功能oOpenGL的绘制流程的绘制流程oOpenGL的基本语法的基本语法oOpenGL的程序实例的程序实例2021/7/2279OpenGL图形软件包图形软件包pOpenGL是是SGI（Silicon Graphics Inc.）公司公司对对IRIS GL进行改进，扩展可移植性，形成的一进行改进，扩展可移植性，形成的一个跨平台开放式图形编程接口个跨平台开放式图形编程接口。p目前，目前，OpenGL标准由标准由1992年成立的独立财团年成立的独立财团OpenGL Architecture Review Board（ARB）以
37、投票方式产生，并制成规范文档公布。以投票方式产生，并制成规范文档公布。2021/7/2280OpenGL的主要功能的主要功能o模型绘制模型绘制o模型观察模型观察o颜色模式颜色模式o光照应用光照应用o图像效果增强图像效果增强o位图和图像处理位图和图像处理2021/7/2281OpenGL的主要功能的主要功能o纹理映射纹理映射o实时动画实时动画o交互技术交互技术2021/7/2282OpenGL的绘制流程的绘制流程工作方式工作方式图图2.34 OpenGL图形处理系图形处理系统在计算机系统中的层次结构统在计算机系统中的层次结构o一个完整的窗口系统的一个完整的窗口系统的OpenGL图形处理系统的图形
38、处理系统的结构为：最底层为图形硬结构为：最底层为图形硬件，第二层为操作系统，件，第二层为操作系统，第三层为窗口系统，第四第三层为窗口系统，第四层为层为OpenGL，最上面的，最上面的层为应用软件。层为应用软件。2021/7/2283OpenGL的绘制流程的绘制流程流水线流水线图图2.35 一条简化的一条简化的OpenGL绘制流水线绘制流水线oOpenGL命令将被放在一个命令缓冲区中，这样命令将被放在一个命令缓冲区中，这样命令缓冲区中包含了大量的命令、顶点数据和命令缓冲区中包含了大量的命令、顶点数据和纹理数据。当缓冲区被清空时，缓冲区中的命纹理数据。当缓冲区被清空时，缓冲区中的命令和数据都将传递
39、给流水线的下一个阶段。令和数据都将传递给流水线的下一个阶段。2021/7/2284OpenGL的基本语法的基本语法相关库相关库oOpenGL核心库：核心库：gloOpenGL实用程序库：实用程序库： gluoOpenGL编程辅助库：编程辅助库：auxoOpenGL实用程序工具包（实用程序工具包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：）：glutoWindows专用库：专用库：wgl2021/7/2285OpenGL的基本语法的基本语法命名规则命名规则oOpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式：下格式： 例如函数例如函数glColor
40、3f()，gl表示这个函数表示这个函数来自库来自库gl.h，color表示该函数用于颜色设定，表示该函数用于颜色设定，3f表示这个函数采用了三个浮点数参数。表示这个函数采用了三个浮点数参数。2021/7/2286OpenGL的基本语法的基本语法数据类型数据类型OpenGL数据类型数据类型内部表示法内部表示法定义为定义为C类型类型C字面值后缀字面值后缀GLbyte8位整数位整数signed charBGLshort16位整数位整数shortSGLint，GLsizei32位整数位整数longLGLfloat，GLclampf32位浮点数位浮点数floatFGLdouble，GLclampd64位
41、浮点数位浮点数doubleDGLubyte，GLboolean8位无符号整数位无符号整数unsigned charUbGLshort16位无符号整数位无符号整数unsigned shortUsGLuint，GLenum，GLbitfield32位无符号整数位无符号整数unsigned longUi表表2.1 OpenGL的数据结构的数据结构2021/7/2287OpenGL程序实例程序实例头文件包含头文件包含o利用利用OpenGL实现图形绘制，首先要引入实现图形绘制，首先要引入OpenGL核心库以及其他需要使用的库的头文核心库以及其他需要使用的库的头文件。件。oGLUT保证了保证了gl.h和和
42、glu.h被正确包含。被正确包含。 #include #include 2021/7/2288OpenGL程序实例程序实例窗口管理窗口管理o初始化（初始化（ glutInit ）o创建窗口（创建窗口（ glutCreateWindow）o设定窗口的显示模式（设定窗口的显示模式（ glutInitDisplayMode）o指定窗口的位置和大小（指定窗口的位置和大小（ glutInitWindowPosition和和glutInitWindowSize ）o指定窗口的显示内容函数（指定窗口的显示内容函数（ glutDisplayFunc）o运行框架（运行框架（ glutMainLoop）2021/
43、7/2289OpenGL程序实例程序实例绘制图形绘制图形o指定窗口背景色（指定窗口背景色（ glClearColor）o颜色管理，使用颜色管理，使用RGB颜色模型。一种颜色用红、颜色模型。一种颜色用红、绿、蓝三种颜色成分混合而成，每种颜色成分绿、蓝三种颜色成分混合而成，每种颜色成分使用使用0.0到到1.0之间的任意有效浮点数来表示颜之间的任意有效浮点数来表示颜色值。色值。2021/7/2290OpenGL程序实例程序实例绘制图形绘制图形混合色混合色红色成分（红色成分（R）绿色成分（绿色成分（G）蓝色成分（蓝色成分（B）黑黑0.00.00.0红红1.00.00.0绿绿0.01.00.0黄黄1.0
44、1.00.0蓝蓝0.00.01.0紫紫1.00.01.0青青0.01.01.0深灰深灰0.250.250.25浅灰浅灰0.750.750.75棕棕0.600.400.12南瓜橙南瓜橙0.980.6250.12粉红粉红0.980.040.70紫红紫红0.600.400.70白白1.01.01.0表表2.2 OpenGL的一些常用混合色的一些常用混合色2021/7/2291OpenGL程序实例程序实例绘制图形绘制图形o刷新窗口的缓冲区（刷新窗口的缓冲区（ glClear）o设定投影参数设定投影参数 glMatrixMode(GL_PROJECTION); gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0);o绘制图形绘制图形 glRectf(50.0f, 100.0f, 150.0f, 50.0f);2021/7/2292个人观点供参考，欢迎讨论
