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当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 其它文档 > 第2章 计算机图形系统
目录上一页下一页退出第2章计算机图形系统2.1计算机图形系统概述2.2图形输入设备2.3图形绘制设备2.4图形显示系统2.5计算机图形标准2.6VC++的图形程序开发目录上一页下一页退出2.1计算机图形系统概述计算机绘图系统硬件软件图形计算机平台图形输出设备图形输入设备图形应用软件图形支撑软件2.1.1计算机图形系统的结构目录上一页下一页退出2.1.2计算机图形系统的基本功能1、处理功能:包含形体设计、分析,图形描述,基本几何元素的表示、求交运算、分类、几何变换,光、色模型的建立和计算,干涉检测等。2、存储功能:存储图形数据,包括图形几何数据、拓扑关系及属性信息等。3、交互功能:通过图形显示器和图形输入设备实现用户与图形系统的人机通信。用户通过显示屏幕观察设计的图形,利用交互输入设备对图形进行在线的操作以得到满意的设计结果。4、输入功能:将图形的形状、尺寸等有关的图形数据和操作命令输入到计算机中去。5、输出功能:把所设计的图形从计算机中输出出来,包括显示输出和硬拷贝输出两种形式。目录上一页下一页退出2.2图形输入设备1.键盘和鼠标最常用的图形输入设备就是基本的计算机输入设备——键盘和鼠标。人们一般通过一些图形软件由键盘和鼠标直接在屏幕上定位和输入图形,如人们常用的CAD系统就是用鼠标和键盘命令生产各种工程图的。2.2.1一般应用图形输入设备目录上一页下一页退出光笔是一种检测光的装置,它直接在屏幕上操作,拾取位置。光笔的形状和大小象一支圆珠笔,笔尖处开有一个圆孔,让荧光屏的光通过这个孔进入光笔。光笔的头部有一组透镜,把所收集的光聚集至光导纤维的一个端面上,光导纤维再把光引至光笔另一端的光电倍增管,从而将光信号转换成电信号,经过整形后输出一个有合适信噪比的逻辑电平,并作为中断信号送给计算机。光笔的这种结构和工作过程如下图所示:2.光笔目录上一页下一页退出游戏杆是有一根手柄的可摇动装置。游戏杆通过一个球形轴承半固定在底座上,在游戏杆运动时带动一对电位器或电脉冲产生器产生信号,控制屏幕上的光标的运动。3.游戏杆4.跟踪球和空间球跟踪球和空间球都是根据球在不同方向受到的推或拉的压力来实现定位和选择。目录上一页下一页退出5.触摸屏触摸屏是允许用手指触摸的方式选择显示屏幕位置的显示器。根据触点记录方式将触摸屏分为光学的、电子的和声学。(TouchScreen)目录上一页下一页退出数字化仪是一种把图形转变成计算机能接收的数字形式专用设备,其基本工作原理是采用电磁感应技术。2.2.2特殊应用图形输入设备1.数字化仪通常由一块数据板和一根触笔组成。数据板中布满了金属栅格,当触笔在数据板上移动时,其正下方的金属栅格上就会产生相应的感应电流。根据已产生电流的金属栅格的位置,就可以判断出触笔当前的几何位置。目录上一页下一页退出图形扫描仪是直接把图形和图象扫描到计算机中以像素信息进行存储的设备。在图形输入设备中还有一个特殊的领域,那就是真实物体的三维信息的输入。在实际的产生过程中许多零件和样板要进行大规模的生产就必须在计算机中生成三维实体模型,而这个模型有时要通过已有的实物零件得到,这时候就需要一种设备来采集实物表面各个点的位置信息。一般的方法是通过激光扫描来实现。2.图形扫描仪目录上一页下一页退出4.数据手套数据手套是通过传感器和天线来获得和发送手指的位置和方向的信息。这几种输入设备在虚拟现实场景的构造和漫游中特别有用。3.数码相机数码相机是专门用来获取数字化图像的照相机。数码相机利用电耦合器件成像,图像存储在半导体器件上。数码相机作为计算机的输入设备,将存储在半导体器件上的图像输入到计算机中,并利用相应的软件进行编辑处理,可用彩色打印机打印输出。目录上一页下一页退出2.3图形绘制设备2.3.1绘图仪–笔式绘图仪•滚筒式绘图仪•平板式绘图仪–喷墨式绘图仪2.3.2打印机–点阵打印机–激光打印机–喷墨打印机目录上一页下一页退出2.3.1绘图仪喷墨式绘图仪的工作原理是利用电脉冲控制喷墨头,由喷墨头上的喷嘴把墨滴喷到图纸上而形成图形。笔式绘图仪又分为滚筒式绘图仪和平板式绘图仪两种。滚筒式绘图仪是把有孔的绘图纸卷在有突针的滚筒上,机架静止,笔在托架上运动,绘图纸在滚轮上沿托架前后移动,从而绘制出图形。滚筒式绘图仪一般结构较简单、价格较低,但精度和速度不高。平板式绘图仪有一块绘图平板,图纸平铺在绘图平板上,横梁和笔架运动。这种绘图仪精度高、速度快、但价格也较高。目录上一页下一页退出2.3.2针式打印机的打印机头上装有一组打印钢针,在打印机和打印头之间装有色带,通过选择打出的某些钢针撞击色带和纸将点阵图案印在纸上。针式打印机因机器本身和耗材的价格便宜而被普遍使用,但作为图形输出设备时因其输出精度太低致使图形质量很差。1、针式打印机目录上一页下一页退出2、喷墨打印机喷墨打印机的基本原理是通过喷墨头在打印纸上横向移动时将小墨点喷射到打印纸上来形成图案的。墨水泵将黄、品红、青3种颜色的墨水分别注入3支很细的喷笔中,在高压下,墨水通过喷笔内细而长的玻璃毛细管喷到纸上。喷墨打印机因其价格较激光打印机便宜,使用彩色墨盒的彩喷可打印彩色图形,所以是较理想的图形打印设备,但速度较慢且耗财昂贵。目录上一页下一页退出3、激光打印机激光打印机的基本原理:用激光束在光敏鼓上扫描,通过控制激光束的开关来控制光敏鼓是否吸附碳粉。当光敏鼓在纸上滚动时,便能在纸上输出图形等信息。激光打印机有效地利用了激光的定向性、单色性和能量密集性,结合电子扫描技术的高灵敏度和快速存取等特性,使输出图形图像的质量非常高,是理想的图形输出设备。激光打印机正朝着高速度、高精度、低噪音、彩色化的方向发展。目录上一页下一页退出根据显示器外形可将其分为两种类型:阴极射线管式(CRT)显示器和平板显示器(液晶显示器、等离子显示器、激光显示器等)。在应用中,以前是以CRT显示器为主;目前,由于液晶显示器价格的大幅降低,使用日渐增多,大有取代CRT显示器的趋势。历史上CRT显示器经历了多个发展阶段,出现过各种不同类型的CRT监视器,如:存储管式显示器,随机扫描显示器(又称矢量显示器),但是这些显示器的缺点是很明显的,图形表现能力也很弱。70年代开始出现的刷新式光栅扫描显示器是图形显示技术走向成熟的一个标志,尤其是彩色光栅扫描显示器的出现更将人们带到一个多彩的世界。2.4图形显示系统目录上一页下一页退出组成:包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏等工作原理: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位,被其内表面的荧光物质吸收,发光产生可见的图形。结构返回阴极射线管(CRT)目录上一页下一页退出随机扫描的显示系统特点:电子束可随意移动,只扫描荧屏上要显示的部分。逻辑部件:刷新存储器(RefreshingBuffer),显示处理器(DPU:DisplayProcessingUnit)和CRT目录上一页下一页退出工作原理应用程序发出绘图命令,→解析成显示处理器可接受命令格式,存放在刷新存储器中。刷新存储器中所有的绘图命令组成一个显示文件,由显示处理器负责解释执行(刷新),→驱动电子枪在屏幕上绘图。修改图形,实际是修改显示文件中的某些绘图命令。返回目录上一页下一页退出光栅扫描的显示系统光栅扫描显示系统–特点:光栅扫描–扫描线–帧–水平回扫期–垂直回扫期目录上一页下一页退出绘图过程目录上一页下一页退出显示器的分辨率电子束按固定的扫描顺序进行扫描N条扫描线,每条扫描线有M个像素,M*N显示器的分辨率。目录上一页下一页退出逻辑部件:帧缓冲存储器(FrameBuffer),视频控制器(VideoController),显示处理器(DisplayProcessor),CRT帧缓冲存储器–作用:存储屏幕上像素的颜色值–简称帧缓冲器,俗称显存目录上一页下一页退出帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同,单元与像素一一对应,各单元的数值决定了其对应像素的颜色。显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关(图示帧缓冲器的每个单元只有一位)。返回目录上一页下一页退出液晶显示器返回CRT显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像,产生辐射与电磁波干扰便成为其最大的弱点,而且长期使用会对人们健康产生不良影响。在这种情况下,人们推出了LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶显示器。液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质,它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响时,就会改变它的物理性质而发生形变,此时通过它的光的折射角度就会发生变化,而产生色彩。目录上一页下一页退出2.5计算机图形标准通用的、与设备无关的图形包,图形标准GKS(GraphicsKernelSystem)(第一个官方标准,1977)PHIGS(Programmer’sHerarchicalIuteractiveGraphicssystem)一些非官方图形软件,广泛应用于工业界,成为事实上的标准DirectX(MS)Xlib(X-Window系统)OpenGL(SGI)Adobe公司Postscript开放式、高效率的发展趋势
本文标题:第2章 计算机图形系统
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