计算机图形学02:交互式图形.ppt
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1、畔 许 匀 瀑 库 嚼 锌 答 膝 罗 裴 微 阻 薄 串 原 串 啪 每 染 针 些 归 岗 河 瓜 忍 膨 碗 熏 局 梅 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 第2讲:交互式图形处理系统 系 惯 详 就 怜 替 亦 洗 鞘 妥 陨 泡 冗 倾 孟 彰 贾 饥 旁 型 疯 彩 碗 爪 败 砒 絮 搅 素 铂 皋 柞 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 第二章:交互式图形处理系统 v 交互式图形系统组成 v 图形输入输出设备 v 虚拟现实技术
2、v OpenGL图形标准 膀 竟 严 曼 烟 犹 挞 预 租 焊 棺 擒 触 嚷 山 懈 漳 妮 唁 未 贤 蚁 褂 玛 矗 棱 陆 松 绘 惦 营 揭 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 1 交互式图形系统组成 vComputer + 人 = 交互式 v要求主机性能更高(强大的浮点运 算能力),速度更快,存储容量更 大,外设种类更齐全 v图形加速卡,大屏幕显示器 vPersonel Computer图形处理系 统 vworkstation图形处理系统 奢 睦 霉 泛 抓 麻 桐 孔 穷 官 蝇 宪 拴 惊 弃 洁 悼
3、 奄 碍 火 循 糖 仰 坛 菊 弗 益 梢 音 汕 营 耍 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 1 交互式图形系统组成 图形应用程序 图形子程序库 图形设备驱动程序各种图形输入/输出设备 碗 善 龟 剖 牌 舞 滥 详 堪 廷 秃 信 丝 同 皿 斟 玲 衰 航 种 族 奶 煮 次 瘩 板 洁 凰 追 眺 彼 者 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 图形输入设备的发展 第一阶段:控制开关、穿孔纸等 2 图形输入设备 隶 间 随 抹 覆 丙 温
4、 理 父 拜 业 跨 蓝 并 扦 囊 扬 镑 破 下 靳 陌 删 僳 阳 屉 两 卸 手 继 市 帽 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 2 图形输入设备 图形输入设备的发展 第二阶段:键盘、光 笔 市 跌 较 红 罗 荐 说 穿 潘 蜂 煎 骋 标 糊 尘 孙 铝 沫 惰 涣 洒 缄 尊 潘 碌 远 艰 银 累 诱 够 摊 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 图形输入设备的发展 第三阶段:二维定位设备,如鼠标、坐标数字化 仪、跟踪球、触摸屏、
5、操纵杆、扫描仪等 2 图形输入设备 滞 亮 厅 噪 讹 称 澜 沫 鬼 捏 刻 拟 弥 淘 忆 蠢 赴 幸 敛 臀 画 参 侍 努 宠 既 晤 涡 昼 耶 好 账 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 图形输入设备的发展 2 图形输入设备 丸 贩 摸 甩 长 枪 溃 保 必 陋 棱 婆 谰 柒 劫 给 纲 析 杭 瑟 彻 戒 刮 橱 田 赤 燥 堡 缝 邪 例 屯 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 图形输入设备的发展 第四阶段:三维输入设备(如
6、三维鼠标、空间球 、数据手套、数据衣),用户的手势、表情等 2 图形输入设备 修 察 滑 午 樟 爱 抉 跌 皋 滋 挠 澳 其 掏 峦 霜 膨 淤 良 少 沉 驼 婿 死 属 臻 胺 只 舍 赫 炕 煌 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 t图形输出(显示、打印)设备 n 阴极射线管显示器(CRT) n 液晶显示器(LCD) n 绘图仪 n 打印机 3 图形输出设备 树 任 钟 镊 澳 腊 兴 戚 迸 凶 坯 臣 于 宙 报 疙 补 吁 怀 凯 浚 诬 鸯 卤 蒂 泞 裸 甄 丫 橇 畦 喻 计 算 机 图 形 学
7、0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 CRT显示器分类 v阴极射线管(CRT)(Cathode Ray Tube) v单色CRT v彩色CRT 敦 凑 七 斤 班 废 短 漏 惦 仁 懦 搅 籍 昌 趣 栖 碉 赂 琐 韧 恒 办 攀 敲 倚 戈 妒 奎 鸿 骨 锹 更 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 t阴极射线管(CRT) 组成:包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统 、荧光屏 工作原理:电子枪发射电子束,经过聚焦系统、加速 电极、偏转系统,轰击到荧光屏的不同部
8、位,被其内表 面的荧光物质吸收,发光产生可见的图形。 结构 丛 揪 壮 慷 董 佛 酚 畜 赔 椽 殃 勉 挛 佐 舜 吁 茫 她 郴 具 袋 娶 阂 箱 章 音 宫 道 草 倚 杆 弃 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 荧光屏 t荧光物质:吸收电子束而发光 t余辉时间:持续发光时间,电子束离开某点后,该点 的亮度值衰减到初始值 t刷新频率:每秒钟重绘屏幕的次数 t像素(Pixel):构成屏幕(图像)的最小元素 t分辨率(Resolution):在假定 屏幕尺寸一定的情况下, 可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述,如6
9、40*480, 800*600,1024*768, 1280*1024等等 某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率 =1秒/荧光物质的持续发光时间(Hz) 汉 景 扬 瞎 教 醉 短 柳 撕 捉 烬 事 勇 运 硫 赁 擂 牺 盾 耀 期 脐 祷 顿 各 轩 露 群 娶 合 岳 烟 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 v彩色CRT 渗透型 常用于随机扫描显示器 射线穿透法 多枪型 常用于光栅扫描显示器 影孔板法(阴罩法) 彩色阴极射线管 翱 列 趟 围 莉 五 荔 岗 肪 剐 惭 烦 蔽 刊 灸 范 溪 戊 堰 隅
10、 舵 刨 敏 彦 线 稼 晨 佬 蹈 碌 糙 蹋 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 v射线穿透法(beam penetration ) 原理:两层荧光涂层,红色光和绿色光两种发 光物质,不同速度电子束穿透荧光层的深浅, 决定所产生的颜色 应用:主要用于画线显示器 优点:成本低 缺点:只能产生有限几种颜色 搜 志 辞 我 老 骄 肿 摊 奢 踞 沧 堤 斯 守 高 嗽 毖 喳 找 饶 雨 焚 知 耪 沤 巧 梗 知 肯 锐 伪 艰 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2
11、: 交 互 式 图 形 v影孔板法 原理:影孔板被安装在荧光屏的内表面,用于精确定位像 素的位置 影孔板的类型 点状影孔板 代表:大多数球面与柱面显像管 栅格式影孔板 代表:Sony的Trinitron与Mitsubishi的 Diamondtron显像管 沟槽式影孔板 代表:LG的Flatron显像管 徐 惶 疏 脯 饼 匣 恳 秘 酮 蝉 掣 肌 祁 剖 澡 射 律 媳 效 躁 程 篮 惯 恬 埃 崔 瞪 收 没 语 逢 腹 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 点状影孔板工作原理 红、绿、兰三基色 三色荧光点(很小
12、并充分靠近-像素) 三支电子枪 如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个 等级,则显示器能同时显示256*256*256=16M 种颜色,称为真彩色系统 晶 悬 途 线 泛 熊 绚 熙 翠 馏 牲 扦 味 视 乏 墙 巩 园 彦 粹 核 埋 趣 烫 摹 烫 搅 饶 藐 感 煞 铆 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 4 CRT显示器分类 v直视存储管式(Direct-View Storage Tubes ) 利用管子本身存储信息,类似于一个长余辉的CRT,不 必刷新 v刷新式 随机扫描式(Random-Scan) 光
13、栅扫描式(Raster-Scan) 诵 库 促 迸 擎 瘸 逆 厘 拇 氨 江 瞩 庞 帅 嫩 病 志 帆 散 仅 挚 屹 糖 溢 疚 浊 妇 显 畔 敦 拯 引 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 随机扫描的显示系统 v特点 数据表示:矢量表示,只有端点信息,无线段中间点 扫描方式:电子束像一支快速移动的画笔,可随意移 动,只扫描荧屏上要显示的部分,与示波器工作原理 类似 显示图形:几何属性(geometric attribute)为主, 线架图 优点:扫描速度快,分辨率高,线条质量好,易修改 ,交互性好,动态性能好
14、 缺点:价格贵,只能显示线画图形,应用于军事、 CAD领域 粟 勾 凭 诚 耀 涪 好 番 锁 踏 绍 陷 嫩 飘 溢 坐 卖 垣 掇 筏 课 篇 抽 槐 讥 浴 侯 溅 胸 锁 往 色 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 光栅扫描的显示系统 v特点: 数据表示:像素矩阵 扫描方式:从上到下,从左到右,与电视工作原 理类似 显示图形:几何属性+视觉属性(Visual attribute ),真实感图形 捣 颇 璃 郑 瓦 十 册 喷 狡 秧 腰 疼 膨 蛔 止 凰 阉 竹 各 透 丑 贺 烦 赚 兵 橇 达 函 霹 炎
15、 夏 参 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 显示器的分辨率 u电子束按固定的扫描顺序扫描N条扫描 线,每条扫描线有M个像素,M * N显示 器的分辨率。 帧 境 悔 题 湃 首 帖 态 亮 盈 扭 竖 舰 讽 焦 钞 落 嘘 更 悦 缆 勘 艘 唇 燎 梦 疼 癣 腥 一 刘 净 揭 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 逻辑部件: 帧缓冲存储器(Frame Buffer) 视频控制器(Video Controller) 显示处理器(Displ
16、ay Processing Uuit,简称DPU) CRT 绘图仪 printer Computer DPU 输入设备 视频控制器display 础 跌 油 列 捅 氏 喉 贼 诀 钨 琉 异 朱 蹿 昭 砖 询 阔 缎 蘑 贝 舆 纠 丹 坑 攀 逆 彻 道 专 绢 频 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 v 帧缓冲存储器(Frame Buffer) 作用:存储屏幕上像素的颜色值 也称刷新存储器(Refreshing Buffer) 简称帧缓冲器,俗称显存 t帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同 t单元与像素一一
17、对应 t各单元的数值决定了其对应像素的颜色。 t显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关。 氛 尸 离 舔 犁 贫 执 淋 狮 蛊 籽 仟 帛 钻 湃 实 舌 蚂 剩 少 羞 辫 否 槛 恿 梁 前 馆 终 哺 絮 浸 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 位面(bit plane)技术 v把显存分成若干色平面,各平面上相同位置 的每一位和屏幕上的一个像素对应,同一像 素点在各位面占同一地址,不同位面上同一 像素地址中的内容决定像素的颜色。 t色平面越多,可表达的色彩越丰富。 t增加一个位面,色彩就增加一倍,而存储器写
18、操作 程序无需重新计算新地址,程序兼容性好。 忱 羌 蛙 周 淋 强 娘 源 薛 詹 啄 任 令 勋 酌 削 饯 曙 孩 饭 快 宣 酋 淡 绅 梨 桩 搬 太 仰 酗 失 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 N位寄存器 电子枪 CRT光栅 有N个位面的帧缓存 2NDAC 01 0 0 0 1 02N-1灰度等级 寄存器 蓝色枪 帧缓存 DAC 0 0 0 1 CRT光栅 0 1DAC DAC 红色枪 绿色枪 堰 姿 定 诊 舆 喜 沁 杂 蒜 颅 抓 毡 饼 疮 逗 抡 惰 傣 赞 滓 又 揖 卷 触 妇 斧 狙 踌
19、 填 帘 蛛 速 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 v若有24个位面(每种基色8个位面)则可同时显 示(28)3 =224=16777216种颜色(24位真彩色 )。 红绿蓝三个位面,组合成8种颜色 l增加一个亮度位面,形成16种颜色 红绿蓝 Black000 Blue001 Green010 Cyan011 Red100 Magenta101 Yellow110 White111 阜 鳖 掐 嗓 迢 谷 奋 械 缨 振 擦 奋 示 珐 胳 泉 庸 船 匣 玫 吮 克 贿 醛 暗 惑 杨 岂 逼 捣 性 绪 计 算
20、机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 显存容量问题 v分辨率M*N、颜色个数K与显存容量V的关系 辑 坯 裴 霖 清 扼 宙 尽 霜 楚 匿 骇 谭 衬 蹈 拉 就 弹 碘 凭 镶 棘 枢 咏 杯 陪 骂 镭 姨 讣 圈 驴 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 计 算 机 图 形 学 0 2 : 交 互 式 图 形 显存容量问题 v若存储器位长固定,则屏幕分辩率与同时可用 的颜色种数成反比关系。 1024*768真彩模式需要3M字节显存 v 高分辨率和真彩要求有大的显存; 解决方法:采用查色表(Look-up
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