第2講-計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)-基本圖形生成ppt課件.pptx

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1、2.1．計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述2.2．圖形顯示原理—CRT顯示器工作原理—LCD顯示器工作原理2.3．基本圖形生成算法—直線生成算法—圓弧生成算法—其它基本圖形生成2.4．圖形裁減算法2.5．多邊形填充算法（選學(xué)）2.6．圖形反走樣算法（選學(xué)）2.7．基于OpenGL圖形庫生成圖形（選學(xué)）第2講計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)——基本圖形生成本章目的：(1)介紹顯示器顯示圖形的基本原理；(2)介紹基本圖形元素的生成算法。思考問題：1）圖形如何在屏幕上顯示出來？？2）CAD圖形如何生成？？2.1．計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要研究用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形信息的表達(dá)、輸入、存儲(chǔ)、顯示、輸出、檢索及圖形運(yùn)算等

2、。具體地說，大致有以下內(nèi)容：(1)圖形的輸入：研究如何把要處理的圖形輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，以便讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種處理。(2)產(chǎn)生圖形的算法：研究在顯示器或其它輸出設(shè)備上產(chǎn)生圖形的算法；(3)圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：研究圖形在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示方法；(4)圖形的變換：研究圖形的各種幾何變換；(5)圖形運(yùn)算：包括圖形的分解、組合等；(6)圖形語言：各種圖形處理功能的語言;(7)圖形軟件的標(biāo)準(zhǔn)化：圖形軟件與設(shè)備無關(guān)及接口兼容性?？偟膩碚f，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)該解決和研究下列一些問題：(1)圖形表示和處理的數(shù)學(xué)方法及其實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)算法；(2)設(shè)計(jì)一個(gè)好的圖形軟件支撐系統(tǒng)；(3)設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的圖形應(yīng)用系

3、統(tǒng)。一類是線條，如工程圖、地圖、曲線圖表等；另一類是明暗圖，與照片相似。為了生成圖形，首先要有原始數(shù)據(jù)或數(shù)學(xué)模型，如工程人員構(gòu)思的機(jī)械零件模型，飛機(jī)的總體方案模型，科學(xué)數(shù)據(jù)的可視化等等。這些數(shù)字化的輸入經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后變成圖形輸出。本課程重點(diǎn)從CAD需求角度來介紹相關(guān)研究內(nèi)容：工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的二維工程圖、三維實(shí)體模型的顯示本章主要介紹：基本圖形生成原理圖形的具體應(yīng)用范圍很廣，但是從基本的處理技術(shù)看主要有兩類：2.2、圖形顯示原理–顏色2.2、圖形顯示原理顯示器是計(jì)算機(jī)上最常用的輸出設(shè)備，用于顯示文本和圖形圖像。目前顯示器多為平板顯示器（LCD，LED、PDP，OLED），陰極

4、射線管（CRT）。CRT是通過電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，按行列次序掃描點(diǎn)矩陣，轟擊到熒光屏的不同點(diǎn)陣部位，被其內(nèi)表面的熒光物質(zhì)吸收，在該點(diǎn)發(fā)光產(chǎn)生可見的圖形?！帢O射線管顯示器（CRT）彩色CRT顯示器包含數(shù)以百萬計(jì)的磷光點(diǎn)，成陣列排列。每個(gè)陣列點(diǎn)（稱為象素）有三個(gè)熒光點(diǎn)（紅、綠、藍(lán)三色），由三支電子槍控制各自電子束強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)不同亮度顏色，分別為紅色、綠色和藍(lán)色（即紅、綠、藍(lán)三基色），當(dāng)通過屏幕的電子束擊中它們時(shí)，就會(huì)發(fā)光呈彩色圖像。若紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三色每支電子槍發(fā)出的電子束強(qiáng)度為256個(gè)等級(jí)，則顯示器能同時(shí)顯示256*256*256=

5、16M種顏色，稱為真彩色系統(tǒng)。象素（Pixel）熒光屏上畫面的每一光點(diǎn)稱為一個(gè)象素。若屏幕尺寸一定，水平和豎直方向上能識(shí)別的最大像素個(gè)數(shù)用分辨率來描述，如800*600，1024*768，1280*1024等。分辨率（Resolution）每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)，CRT產(chǎn)生穩(wěn)定圖像所需要的最小刷新頻率：=1秒/熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時(shí)間（Hz）刷新頻率（僅CRT）與電視工作原理類似，CRT電子束從上到下、從左到右掃描進(jìn)行，每掃描一遍稱為一幀。注：液晶顯示器原理不同于CRT，不受刷新頻率影響。但液晶顯示有拖尾現(xiàn)象，是因液晶偏轉(zhuǎn)延遲所致，延時(shí)越長，拖尾越重。幀掃描每個(gè)象素都對(duì)應(yīng)于Buf

6、fer中的一個(gè)存儲(chǔ)單元，用來存儲(chǔ)象素顏色（灰度）值的存儲(chǔ)器，稱為幀緩沖存儲(chǔ)器。目前，顯示器均采用32bit來表示顏色，其中Ｒ、Ｇ、Ｂ各８位，另８位可用于表示色彩透明度，此即顏色的ＲＧＢＡ表示。分辨率1024x1024的一幀圖像，其顯存所需容量：＝1024x1024x32bit/8＝４Ｍ（byte）幀緩沖存儲(chǔ)器簡稱幀緩存俗稱顯存象素的亮度值控制電子束對(duì)熒光屏的轟擊強(qiáng)度，象素在幀緩存寄存器中的位置編碼控制電子束的偏轉(zhuǎn)位置。圖形系統(tǒng)為靈活控制圖形顏色變化，往往不直接將幀緩沖器中的數(shù)值作為顯示的亮度值，而是先經(jīng)過顏色查找表（稱調(diào)色板)產(chǎn)生變換值來控制光點(diǎn)亮度。其工作方式：顯存中某位值

7、顏色表地址屏幕上的亮度LCD顯示系統(tǒng)原理示意圖——液晶顯示器（LCD）液晶是一種介于液體和固體之間的特殊物質(zhì)，它具有液體的流態(tài)性質(zhì)和固體的光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)液晶受到電壓的影響時(shí)，就會(huì)改變它的物理性質(zhì)而發(fā)生偏轉(zhuǎn)形變，此時(shí)通過它的光的折射角度就會(huì)發(fā)生變化，而產(chǎn)生色彩。當(dāng)視線與屏幕中心法向成一定角度時(shí)，就不能清晰看到屏幕圖象，其最大角度稱為可視角度。目前CRT顯示器被淘汰，LCD顯示器是主流。家用電視也以液晶及平板電視為主流。新一代LED顯示器正以其超薄、節(jié)能和全高清等技術(shù)發(fā)展迅猛，3D電視是未來發(fā)展方向。我國在高