图形学教案ch1.ppt.Convertor_计算机图形学教案

2020-02-29 教案模板下载本文

图形学教案ch1.ppt.Convertor由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“计算机图形学教案”。

计算机图形学第一章绪论

第一章

绪论

计算机图形学（Computer Graphics)

使用计算机建立、存储、处理某个具体的或抽象的对象的模型，并根据该模型产生该对象的图形输出的有关理论、方法和技术叫做计算机图形学。是计算机科学中最为活跃、得到广泛应用的分支之一。

计算机图形学的主要研究内容

图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。图形与图象

图象纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的灰度信息。图形含有几何属性，更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。

图形主要分为两类

基于线条信息表示。如工程图、等高线地图、曲面的线框图等。明暗图(Shading)。即是通常所说的真实感图形。

图形软件的分类

专用图形（应用）软件包和通用图形程序设计软件包。

专用软件包的接口通常是一组菜单，用户通过菜单与程序进行通信。例如，3DMAX、PHOTOSHOP、各种CAD系统等等。

通用软件包提供了一个可用于C、C++、JAVA等高级语言的图形函数库。该图形库提供了用来描述基本图元（如直线段、多边形、球面、样条曲线等）、设定颜色、场景的观察以及对象的各种变换等的基本函数。例如，GKS（图形核心系统）、PHIGS（程序员层次交互式图形系统）、GL（图形程序库）、OpenGL（开放式图形库）、GIL（清华大学CAD中心开发）、VRML（Virtual-Reality Modeling Language,虚拟现实建模语言）等等。

计算机图形学的发展历史1、50年代的准备和酝酿时期。

2、60年代的确立和蓬勃发展时期。

3、70年代的实用化时期。

4、80年代的普及时期。

5、90年代的标准化、集成化、智能化时期。

图形硬件设备显示器：

目前应用最普及的是基于阴极射线管(CRT)的光栅扫描显示器。阴极射线管(CRT)主要由电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统和荧光屏五部分组成。

随机扫描显示器

随机扫描显示器中的电子束的定位和偏转具有随机性。要显示的图形的定义是存放在刷

1/5

计算机图形学第一章绪论

新缓存的一组画线命令。系统周期性地执行刷新缓存中的一组命令,根据当前的线条走向，由显示控制器控制电子束的偏移，依次画出其组成线条，从而在屏幕上产生图形；当所有画线命令处理完后，系统周期地返回到该刷新缓存的第一条画线命令。因此，随机扫描显示器是画线式显示器，或矢量式显示器。

存储管式显示器

缺点：不能用存储管式显示器产生动画。存储管式显示器是画线设备。

光栅扫描显示器

光栅扫描方式将CRT屏幕分成由像素构成的光栅网格，其中像素具有灰度和颜色；所有像素的灰度和颜色信息（也称为显示内容）保存在一个专门的内存区域中，称为帧缓冲存储器（Frame Buffer），简称帧缓存。帧缓存的深度（位面数），即每个像素的位数决定了某一个显示系统能显示的颜色数。例如，1位深度帧缓存只能显示两种颜色，而8位深度帧缓存可以显示28（=256）种颜色。在全色彩（full-color）系统里，深度为24位的图形系统可以显示足够多的颜色数，能表示大多数真实感图像，所以称之为真彩色（true-color）系统。

在光栅扫描显示器中，一幅图像是由像素（pixel）阵列组成，而像素的阵列称为光栅（raster）。一幅图像的像素全部存放在一个称为帧缓存器的内存里。帧缓存的深度（位面数），即每个像素的位数决定了某一个显示系统能显示的颜色数。例如，1位深度帧缓存只能显示两种颜色，而8位深度帧缓存可以显示（2=256）种颜色。在全色彩（full-color）系统里，深度为24位的图形系统可以显示足够多的颜色数，能表示大多数真实感图像，所以称之为真彩色（true-color）系统。

黑白单灰度光栅扫描显示器黑白多灰度光栅扫描显示器彩色单灰度光栅扫描显示器彩色多灰度光栅扫描显示器

2/5

计算机图形学第一章绪论

一个具有24位面的帧缓冲存储器，红、绿、蓝各8个位面，其值经数模转换控制红、绿、蓝电子枪的强度，每支电子枪的强度有256(8位)个等级，则能显示256*256*256=16兆种颜色，16兆种颜色也称作(24位)真彩色。从以上的讨论我们知道，像素的颜色数和帧缓存的大小是成正比的。为了节制帧缓存的增加，用尽量少的帧缓存来得到尽可能多的颜色数，提出了一种技术——查找表技术。

液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)

利用液晶的物理特性，通电时导通，晶体在电场作用下，排列变得有秩序，通过它的光的折射角度会发生变化，使光线容易通过；不通电时，晶体排列变得混乱，光被遮挡，不能通过。

等离子显示器(Plasma Display Panel,简称PDP)

利用气体放电激发荧光粉发光的显示装置。等离子管作为等离子显示器的发光元件，大量的等离子管排列在一起构成屏幕。

平板显示器具有超薄超轻、无辐射、低功耗等优良特性，近几年来正在逐步普及。

刷新式随机扫

随机扫描显示器 CRT显示器（刷新式）光栅

存储管式显示器

图形显示器

液晶显示器（LCD）

平板显示器等离子显示器（PDP）

图形绘制设备

1．绘图仪

笔式绘图仪（画线设备）静电绘图仪（画点设备）

2．打印机（画点设备）点阵式打印机喷墨打印机激光打印机

常见的两种颜色模型

RGB颜色模型

在这种颜色系统中，每一种基色的亮度可以从0到1，通过混合不同亮度的三种基色（红、3/5

计算机图形学第一章绪论

绿、蓝）可以表示多种颜色。由黑色开始，接着加入合适的基色得到希望的颜色。即RGB颜色系统是一个加色系统。

图形显示器使用的是RGB颜色系统。有红、绿、蓝三个电子枪，每个基色的亮度由调整电子枪轰击荧光屏的强度获得，通过混合不同亮度的三种基色可以在显示器上得到相应的颜色。

CMY颜色模型

在CMY颜色模型中，由白色开始，接着减去合适的基色元素得到希望的颜色。CMY颜色系统是一个减色系统。例如，从白色中减去红色就得到青色，减去绿色就得到品红，减去兰色就得到黄色等等。绘图设备（如彩色喷墨打印机）使用的就是CMY颜色系统。

RGB颜色系统和CMY颜色系统的关系例如，在CMY中，（1，1，1）表示黑颜色，而在RGB中，（0，0，0）表示黑颜色。(转换公式见左下图)例如，在CMY颜色模型中，（0，0，1）代表黄色，利用前面的转换公式知道，在RGB颜色模型中，（1，1，0）表示黄色。因此红色和绿色的混合产生黄色，因为投射光中的蓝色成分被吸收了。

再如，在CMY颜色模型中，（1，1，0）表示青色和品红墨水的混合，由转换公式知，生成的颜色为蓝色。这说明自然光投射到青色和品红混合的墨水上时，光线中的红色和绿色成分都被吸收了。

图形输入设备

第一阶段：控制开关、穿孔纸等等

第二阶段：键盘

第三阶段：二维定位设备

如鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏、扫描仪第四阶段：三维输入设备

R1CG1M,B1Y1R1G1BC

如空间球、数据手套、数据衣 M图形系统

Y一个计算机图形系统包括图形硬件系统和图形软件系统。图形硬件系统应包括

（1）显示处理器。（2）显示存储器。（3）帧缓存器。（4）图形输出设备。（5）图形输入设备。图形软件系统应包括专用的图形软件包(Photoshop、3DMAX、各种CAD等等)和通用的图形（编程）软件包(GKS、PHIGS、GL、OpenGL、GIL、VRML等等)。

计算机图形学软件系统

计算机图形学软件系统发展到目前已经非常丰富了，大致可以分为三类：