計(jì)算機(jī)圖形學(xué)2陳永強(qiáng)

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1、第二章計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及圖形硬件計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)圖形輸入設(shè)備圖形顯示設(shè)備顯示子系統(tǒng)圖形硬拷貝設(shè)備OpenGL圖形軟件包12.1計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)232.1.1計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能圖2.1計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能42.1.2計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2.2計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.2圖形輸入設(shè)備鍵盤（keyboard）鍵盤能用來進(jìn)行屏幕坐標(biāo)的輸入、菜單選擇、圖形功能選擇，以及輸入那些如輔助圖形顯示的圖片標(biāo)記等非圖形數(shù)據(jù)。5圖形輸入設(shè)備鼠標(biāo)器（mouse）當(dāng)推動(dòng)鼠標(biāo)器在平面上移動(dòng)時(shí)，鼠標(biāo)將記錄移動(dòng)的方向和距離，這個(gè)方向和距離被

2、傳送給計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的光標(biāo)的位移。6圖形輸入設(shè)備光筆(lightpen)7圖2.3光筆的結(jié)構(gòu)圖形輸入設(shè)備觸摸屏(touchscreen)當(dāng)用手指或者小桿觸摸屏幕時(shí)，觸點(diǎn)位置便以光學(xué)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(cè)式）方式記錄下來。8圖形輸入設(shè)備操縱桿(joystick)操縱桿是由一根小的垂直杠桿組成的可搖動(dòng)裝置，該杠桿裝配在一個(gè)其四周可移動(dòng)的底座上用來控制屏幕光標(biāo)。9圖形輸入設(shè)備跟蹤球（Trackball）和空間球（Spaceball）10圖2.4跟蹤球圖2.5空間球圖形輸入設(shè)備數(shù)據(jù)手套(Data

3、Glove)是一種戴在手上的傳感器，可以用來抓住“虛擬對(duì)象”，它由一系列檢測(cè)手和手指運(yùn)動(dòng)的傳感器構(gòu)成，用來提供關(guān)于手的位置和方向的信息。11圖形輸入設(shè)備數(shù)字化儀(Digitizer)用于在二維或三維的圖形對(duì)象上掃描，以輸入一系列二維或三維的坐標(biāo)值。這些坐標(biāo)值代表的坐標(biāo)點(diǎn)，在系統(tǒng)中將以直線段或曲線段連接，以逼近圖形對(duì)象的描繪曲線或表面形狀。12圖形輸入設(shè)備圖像掃描儀(Scaner)圖像掃描儀可直接把圖紙、圖表、照片、廣告畫等輸入到計(jì)算機(jī)中，在將它們傳過一個(gè)光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)時(shí)，灰度或彩色等級(jí)被記錄下來，并按圖像方式進(jìn)行存儲(chǔ)。13圖形輸入設(shè)備聲頻輸入系統(tǒng)

4、視頻輸入系統(tǒng)142.3圖形顯示設(shè)備陰極射線管彩色陰極射線管CRT圖形顯示器平板顯示器三維觀察設(shè)備152.3.1陰極射線管（CRT）CRT（CathodeRayTube）是一種真空器件，它利用電磁場(chǎng)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。CRT從結(jié)構(gòu)上分為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏。16陰極射線管（CRT）17電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏圖2.6CRT的結(jié)構(gòu)陰極射線管（CRT）電子槍：產(chǎn)生一個(gè)沿管軸（Z軸）方向前進(jìn)的高速的細(xì)電子束轟擊熒光屏。具有足夠的電流強(qiáng)度。電流的大小和有無必須是可控的。具有很高的速度。

5、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。18陰極射線管（CRT）19圖2.7CRT電子槍的結(jié)構(gòu)陰極射線管（CRT）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)為了在熒光屏上顯示圖形及字符，必須用電子束偏轉(zhuǎn)掃描來實(shí)現(xiàn)。20圖2.8磁偏轉(zhuǎn)陰極射線管（CRT）枕形失真當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電流I與偏轉(zhuǎn)角的正弦成正比。只有在偏轉(zhuǎn)角很小時(shí)，偏轉(zhuǎn)角與偏轉(zhuǎn)電流之間才成直線性關(guān)系。由于熒光屏四角距中心最遠(yuǎn)，偏轉(zhuǎn)角較大，同樣的偏轉(zhuǎn)電流增量所造成的偏轉(zhuǎn)距離增量最大。21陰極射線管（CRT）22圖2.9枕形失真與桶形失真枕形失真的校正將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的鋸齒形電流預(yù)先產(chǎn)生一些失真；

6、將偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做成略有不均勻性，接近管軸中央處略強(qiáng)，周圍略弱。陰極射線管（CRT）23圖2.10電偏轉(zhuǎn)陰極射線管（CRT）熒光屏（PhosphorScreen）熒光屏是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。熒光粉的性能要求是：發(fā)光顏色滿足標(biāo)準(zhǔn)白色、發(fā)光效率高、余輝時(shí)間合適以及壽命長等。2425三基色原則主要結(jié)構(gòu)：三色熒光屏、三支電子槍、蔭罩板彩色陰極射線管——蔭罩式圖2.11三色熒光屏26彩色陰極射線管——蔭罩式圖2.12三支電子槍27彩色陰極射線管——蔭罩式圖2.13蔭罩28為了避免混色，熒光點(diǎn)的

7、面積比電子束截面要大些。只有15%左右的電子到達(dá)屏幕。蔭罩吸收大量電子，容易發(fā)熱變形。管子的亮度低，要提高管子的亮度，則需提高第二陽極的高壓。圖2.14原理圖29彩色陰極射線管——蔭罩式圖2.15黑底蔭罩管302.3.2CRT圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器31向量（vector）顯示器、筆劃（Strokewriting）顯示器。隨機(jī)掃描（random-scan）的圖形顯示器中電子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機(jī)性，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。隨機(jī)掃描的圖形顯示器32隨機(jī)掃

8、描的圖形顯示器圖2.16隨機(jī)掃描圖形顯示器的工作原理33無冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵系統(tǒng)更高的分辨率、生成光滑線條；不能顯示逼真場(chǎng)景、和電視標(biāo)