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第二章第二章 计算机图形系统计算机图形系统第一节第一节 计算机图形系统的组成结构计算机图形系统的组成结构一、计算机图形系统的组成计算机图形系统＝通用计算机系统 ＋图形输入、输出设备 ＋图形软件　　　　　　　　　　　　　主机　　　　　　　　　硬件 　　 　　　　　　　 　　　　图形外部设备　　计算机图形系统　　　　　　　　　　　　操作系统　　　　　　　　　　　　　系统软件　　网络软件　　　　　　　　　软件　　支撑软件　　　　　　　　　　　　　应用软件二、计算机图形系统的组成结构二、计算机图形系统的组成结构扫描仪扫描仪图形输入板图形输入板显示器显示器三、图形系统的基本功能：(P34)1. 计算功能 实现图形处理过程中的计算、变换和分析能对所描述的图形坐标进行几何变换、曲线和曲面生成、图形的交切计算和集合运算2. 存储功能 存储与图形有关的各类信息（几何、拓扑），并能对其进行检索、增删和插入等处理。

3. 输入功能 输入与图形生成和操作相关的各类参数和命令能把有关对象的模型或其图形、指令和数据等信息输入到计算机中4. 输出功能 在各类图形输出设备上输出图形能把处理产生的各种信息以图形显示、图形硬拷贝及文字和数字的形式输出5. 对话功能 通过各种人-机交互设备实现人与计算机的交互操作（人机通信）四、 图形系统的分类1、 PC图形系统（P35） PC 机键盘鼠标打印机绘图仪彩色图形显示器 图形适配卡特点：1. 价格低廉，易于使用 2.图形处理主要靠软件和CPU来完成，较难承受三维图形 实时处理时的计算量改进：配置高档图形卡，如 3Dlabs (Wildcat 4210---38000元)等 2、工作站(Workstation)主要特点： （P38） 1）. 运算速度高 采用64位的CPU 采用RISC技术：程序执行时间=I（指令数）＊CPI（每条指令执行所用周期数）＊T（周期时间） 采用多处理器结构实现并行处理 2）. 图形处理功能强 配有专用的图形处理硬件子系统。

例如 几何处理器GE(Geometry Engines) 、显示处理机（DPU） 显示分辨率高，色彩丰富 3）. 存储量大 4）. 操作方式 多任务、多进程：配备UNIX和窗口管理系统(X-window、Motif、OpenLook) 普遍采用了超标量、超流水线、超长指令字等先进技术 5） .价 格 较 高 主 要 的 厂 商 ： SUN、 SGI、 IBM、COMPAQ/DEC、HP等3、虚拟现实系统----VR(Virtual Reality) （P51） 虚拟现实系统又称之为虚拟现实环境，是指由计算机生成的一个实时三维空间 虚拟现实技术主要研究交互式实时三维图形在计算机环境模拟方面的应用 虚拟现实系统除了具有常规的高性能计算机系统的硬件和软件外，还必须对下列关键技术提供强有力的支持： 1．能以实时的速度生成具有高度逼真感的景物图形； 2．能高精度地实时跟踪用户的头和手； 3．头带显示器能产生高分辨率图像并有较大的视角； 4．能对用户的动作产生力学反馈 还需配备有三维输入设备：例如控制球、指套、操纵盒、数据手套等。

第二节第二节 计算机图形系统的硬件计算机图形系统的硬件一. 图形输入设备 按逻辑功能可分为六类： 1. 定位（locator） 基本功能：输入一个点坐标 典型物理设备：数字化仪（digitizer） 图形输入板(teblet） 鼠标器（mouse） 操纵杆（joystick） 跟踪球（track ball） 2. 笔划（ stroke ） 基本功能：输入一系列点坐标 典型物理设备：数字化仪（digitizer） 图形输入板(tablet） 鼠标器（mouse）  3. 数值（valuator） 基本功能：输入一个数据（整数或实数） 典型物理设备：键盘（keyboard）。

4. 选择（choice） 基本功能：给应用程序返回一个整数值，实现某种选择 典型物理设备：功能键 5. 拾取（pick） 基本功能：拾取一个显示着的图元 典型物理设备：光笔（通常采用软件的方法来模拟） 6. 字符串（string） 基本功能：输入一串字符 典型物理设备：键盘二. 图形输出设备1 . 硬拷贝设备 笔式绘图仪（滚筒式、平板式） 喷墨绘图仪 激光打印机2 . 显示设备（光栅扫描显示器） 1)光栅扫描显示处理的过程 2)特点 光栅扫描式显示器是一种画点设备，可看作是一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元的亮度 每个可寻址的点阵单元称为一个像素（ pixel ） 显示器在水平和垂直方向上能够寻址的像素数称为分辨率 锯齿现象 走样（aliasing）  3)帧缓存 (frame buffer) 屏幕上的像素点和帧缓存中的存储单元之间具有一一对应的关系，所以帧缓存的单元数至少等于当前分辨率下的屏幕象素总和。

对于黑白图形只有黑白两级灰度，因此每个像素只需一个bit表示，通常将其称之为一个位面(plan) 对于彩色图形，则需要若干个bit来表示每个像素的颜色值，也就是需要若干个位面若设位面数为n，那么所能表示的颜色总数为2的n次方000010101010110001001011D/AD/AD/A红绿蓝CRT光栅彩色电子枪帧缓冲存储器888N寄存器问题 ： 若光栅扫描式显示器的分辨率为 1024× 768 要使屏幕上可显示的色彩总数达到 224种 帧缓冲存储器的容量至少应该多大？答案： 1024 × 768 × 3B = 2304 KB = 2.25MB∴ 帧缓冲存储器的容量应该 ≥ 3MB第三节第三节 计算机图形系统的软件计算机图形系统的软件一、系统软件——操作系统二、图形软件 1、基本图形软件：用汇编语言设置机器语言编写，通常是一些控制显示器、绘图仪的绘图命令如画点、直线等 2、图形支撑软件：高级语言（扩充了图形处理子程序包）： Turbo C、Turbo Pascal、 NDP FORTRAN 、Delphi 、 VB、VC 、 Autolisp 等。

3、图形应用软件 ：PC机——AutoCAD、3DSMAX、MicroStation、Unigraphics ﹑LightWave ﹑SoftImage 3D等 工作站：Euclid 、I—DEAS 、Unigraphics 、MAYA等三、 图形标准 目的：将图元的绘制、交互操作、图形设备的驱动、图形文件的存储和传送等标准化，便于图形应用程序的开发和移植 1. 基本图形交换规范 IGES 定义了一套表示图形系统中常用的几何和非几何数据的格式以及相应的文件结构，解决不同图形系统间的数据传送问题 2.图形核心系统 GKS 定义了一个独立于语言的图形系统核心，提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的标准功能接口 3.程序员级层次结构图形系统 PHIGS 为应用程序员提供的控制图形设备的子程序接口标准便于描述多层次的应用模型 4. 计算机图形设备接口 CGI 提供一种与设备无关的虚拟图形设备驱动程序的标准。

5. 计算机图形元文件 CGM 定义了一套与设备无关的图形文件格式，提供了随机存取、传送图形文件，以及将不同图形系统所产生的图形集成到一起的手段IGES, STEPGKS, GKS-3DPHIGS, GL, CGICGM图图形形系系统统中中各各界界面面的的标标准准。