发布时间 : 星期六 文章计算机图形学实验报告及代码更新完毕开始阅读6856d0c258f5f61fb73666c4
处理精度主要是指图形采集输入质量和显示输出质量：这里主要指图形分辨率、图形色彩的显示等。而且很大一部分与所采用的图形处理软件有关。 三.图形系统分类及硬件工作平台要求 1.计算机图形系统的分类
根据其硬件配置和信息传递方式分为: (1) 脱机绘图系统
将输入图形数据在主机内进行处理
将图形处理后的图形数据送入中间介质，用磁盘或磁带控制绘图输出机输出图形 脱机绘图系统是将图形数据和图形输出分别进行处理，避免计算机处于等待状态，加快计算机的工作效率。 (2) 联机绘图系统
将输入图形数据在主机内进行处理
计算机将图形处理信息直接送给绘图机输出图形，不需要中间介质（磁盘或磁带）传递绘图信息，处理时间缩短了。但由于绘图机是机械速度，这样造成了计算机对绘图机等待，降低了计算机工作效率。 (3) 交互式绘图系统
绘图系统将处理结果输出到图形终端（图形显示器）或图形工作站。用户对所显示图形还可用定位、拾取和描绘等设备进行编辑和标注等。 2.计算机图形系统的硬件工作平台
目前，计算机图形系统的硬件平台有如下几种: (1).微型计算机（简称微机）
随着微型计算机性能进一步提高，用微型计算机实现三维形体的设计及显示能力在不断提高。 (2).工作站
实际上是一类超级微型计算机，该系统主要用于工程设计，为研究、开发提供一整套软硬件工作环境支持。工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理、灵活的窗口及网络管理功能的交互式计算机系统。美国的SUN、SGI、HP、DEC、IBM等公司均生产此类产品。
(3).中、小型计算机
一般在特定的部门、单位和应用领域中采用此类环境。它是大型信息系统建立的重要环境，这种环境中信息和数据的处理量是很大的，要求机器有极高的处理速度和极大的存储容量。 (4).大型机
以大型计算机为基础，具有容量庞大的存储器和极强的计算功能,大量的显示终端及 高精度、大幅面的硬拷贝设备。还往往拥有自行开发的、功能齐全的应用软件系统。例如，美国第三大汽车公司（CHRYSLER汽车公司）就拥有庞大的计算机系统来进行计算机辅助设计、实体造型、结构分析、运动模拟、工程和科学计算、项目管理、生产过程控制等。 (5).计算机网络
计算机网络是指将上述四类计算机平台，或者其中某一类通过某种互联技术彼此连接，按照某种通信协议进行数据传输、数据共享、数据处理的多机工作环境。 它的特点是多种计算机相连，可以充分发挥各个机器的性能和特点，以达到很高的性能价格比。
网络图形系统要考虑的关键问题是网络服务器的性能，图形数据的通信、传输、共享以及图形资源的利用问题。 2.2 计算机图形显示器 1. CRT单色显示原理 电子枪
灯丝加热阴极，阴极表面向外发射自由电子，控制栅控制自由电子是否向荧光屏发出，电子流在到达屏幕的途中，被加速、聚焦成很窄的电子束，由偏转系统产生电子束的偏转电场（或磁场），使电子束左右、上下偏转，在指定时刻在屏幕指定位置上产生亮点。 余辉时间：电子束离开光点后光点保持的时间。
屏幕刷新：荧光亮度随着时间按指数衰减，整个画面必须在每一秒钟内重复显示许多次，人们才能看到一个稳定而不闪烁的图形，因此必须重复地使荧光质发光，即驱使电子束迅速回到同一点。
要保持一幅画面的稳定性，若余辉时间越短，则所需的屏幕输刷新率越高。影响刷新率的最主要因素是显示器的带宽。
荧光粉的质量直接影响到CRT成像效果。 电视
（刷新率低，与其电路相关）
由于影片播放时画面经常切换，一般采用短余辉的荧光粉。若采用长余辉的荧光粉，则会使上一帧图像余辉保留时间过长而出现拖尾和花屏（马赛克）现象 电脑
（刷新率高）
由于电脑画面一般较为稳定，同一帧画面停留时间较长，所以采用与电视相比较长余辉的荧光粉。如果一帧电脑画面停留时间很长，那么需要保证一定的刷新频率才能使该画面不闪烁不变暗
什么是灰度？ 灰度就是亮度，简单说就是色彩的深浅程度，在黑白两色中，灰度体现于黑与白的中间状态，也就是灰色。
纯黑(用0表示)，纯白(用15表示)
假设总共有16种灰度也就是16种亮度 随箭头越来越亮
那么在彩色变换中同样有灰度的概念，例如R、G、B三种原色，每种原色都有一个灰度值。若一种原色有16种灰度，那么该原色要占4位，256种灰度，那么该原色要占8位 R、G、B三种原色若各有4位，则总共可显示的彩色数目为212种，也即是16×16×16种 两点提示：
（1）彩色图片的色彩变换也叫灰度变换或者色阶变换，R、G、B三种原色按任何比例增强再混合。
（2）在ACDSee或PhotoShop等图片工具栏中选择灰度一项，实际上就是将彩色图像转换为只有黑白两色的灰度图像，但和黑白图像还是不同。
一幅（彩色）图片中，由于各部分的颜色细节不同因而导致各部分的灰度等级不同，这种现象我们称之为“多级灰度”。 多级灰度
提高加速电压后，电子束速度增加，穿透绿色荧光层，显示绿色。电子束速度较低时，轰击荧光屏的能量只能使表层红色荧光粉受激励，产生红色亮点 通过改变电子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合成不同的颜色，因此，可显示红、橙、黄、绿四种颜色。 (2).荫罩式彩色CRT
显示的色彩要比穿透式彩色CRT宽广得多。在荧光屏内壁上分别由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的荧光粉涂成百万个荧光粉点，按RGB顺序分行交替排列成三角形状且相距很近 它们发出三种色彩时分辨不清三种原色，而形成一种颜色
荫罩的金属板，板上按三角形状钻有40～50万小圆孔。前罩式CRT管内按三角形排列安装三个电子枪，发射三条电子束，它们由一个共同偏转系统控制 三条电子束聚焦于荫罩板上的小孔中且相距很近。荫罩的作用是使三条电子束分离开来，分别轰击到三种颜色的荧光点上，调节各个电子枪的电流强度，就可改变相应颜色荧光点的亮度，即合成色中所占比例，达到改变成色的色彩
图形显示系统的类型
根据其电子束轰击屏幕的方式和组成结构可分为三种：随机扫描式显示系统、存储管式显示系统和光栅扫描式显示系统。 技术指标：
分辨率的高低：现在一般在1024×1024以上 显示图形的颜色的种数 ：现在一般为真彩色32位
1.随机扫描式显示系统
要显示的图形由计算机处理成为显示器的显示指令（或称显示文件）。图形控制器取出缓冲存储器或固定存储器中的显示指令，依次执行。由管头控制电路使电子束以按所要的亮度偏转到指定位置，从而得到图形。利用电子束在荧光屏上扫描的轨迹画图。显示指令中的亮度、位移量等数字信息经过线产生器的处理转换为控制电子束产生偏转和明暗的物理量，也就是电流和电压。固定存储器中则存放各种常用字符、数字等的显示指令，显示指令经接口电路送到显示器的缓冲存储器。为了获得稳定的画面，必须不断地重复扫描显示文件（即刷新），速度通常为每秒重复扫描25～50次，即每秒25～50帧左右 优点：
能实时地进行数字－视频转换，实现动态显示，易于修改，交互性好 扫描速度快，线条质量高，图形清晰，图线光滑。 缺点：
不能产生多级灰度的真实感显示，图形的复杂程度受显示器扫描速度的限制 价格贵，目前很少使用。 2.存储管式显示系统
利用显示管本身来存储信息技术（随机扫描器使用了一个独立的存储器来存储图形信息） 优点：
图形保持时间长，比较稳定。 电路结构简单，成本低。 缺点：
显示画面速度慢，不适宜动态修改，交互性差。 图形复杂度受到限制。 3.光栅扫描式显示系统
随机扫描式显示器、存储管式显示器：
画线设备，在屏幕上显示一条直线是从屏幕上 一个可编地址点直接画到另一个可编地址点。 光栅扫描式显示器：
画点设备，可以看作是一个点阵单元发生器， 并可控制每个点阵单元亮度，可以生成多种灰度和 颜色，色彩连续变化具有真实感的图形。 （1）光栅扫描式显示系统组成
把计算机送来的图形（如画线、画多边形、画填充区域或写字符等）基本画图命令扫描转换 成为相应的点阵，即位图（bitmap) 点阵的每一点与屏幕像素一一对应，点阵中每个元素就是像素值，通常用1～12位二进制数值来表示灰度或色彩。
位映射（bit mapping）技术：由若干位数据来对应屏幕上一点的光栅图形显示技术将屏幕显示图形的映像（Image），即位图放入显示存储器中。 所以显示存储器又叫位存储器，通常称之为帧缓冲器（Frame Buffer）。为了使CRT屏幕上的图形能持续地进行显示，显示存储器的内容需要不断地读出并送到监视器，使得画面能以一定的频率刷新。显示存储器的分页处理:显示存储器中同时存放多幅画面，这时存储区划分成若干页，每一页存放一幅位图。物理屏幕当前正在显示的页称为可见页（Visual Page）。主机每次只能向一个页进行读写操作，这个页就称作活动页（Active Page）。 存储器的页面可以比屏幕位图大得多，这样屏幕只能显示画面的一部分，通过上下左右移屏功能，用户可以看到显示存储器中的整个画面。 （1）光栅扫描式显示器组成
用来定义像素的颜色。又称为调色板。
彩色表的目的是为了不使显示存储器容量增大，而能显示更多的颜色，例如：显示器要控制三种原色，即R(红）、G(绿)、B(蓝)，为了使三种原色按不同的比例合成各种颜色，每种颜色要有不同的灰度，如果每个像素各个原色要16种灰度，于是每个原色要占4位，则每个像素要12位，于是显示存储器容量就要很大，彩色表可解决此问题。 采用彩色表时，显示存储器的像素值不再是直接送到监视器中的颜色值，而仅是颜色的一个 索引（Color Index），即彩色表的地址，用八位表示一个像素值，如编号69（01000101）为
彩色表对应地址
从彩色表对应地址项中读出R、G、B三种颜色分量（即颜色号的定义值）然后送监视器 例如：彩色表的字长为 12bit（R、G、B各 4bit），这意味着最多可定义212＝4096种不同颜色
彩色表结构
为什么说彩色表的使用节省了存储容量？
彩色表的地址数目是由像素值的位长来决定的，也就是彩色素的多少，也即是一屏能显示颜色数目的多少，例如像素值有8位，那么彩色表的地址＝彩色素数目＝一屏能显示的颜色数＝256
像素值的位长与彩色表的字长（也即是R/G/B三种原色的总位长）无关，例如像素值的位长为8，R/G/B三种原色各有16（256）种灰度，那么彩色表的字长为12（24），该显示系统所能显示的颜色总数为4096（16777216）种，但是每屏最多能显示的颜色数目只有28＝256种。 CRT 控制器
使电子束不断地自上而下、自左面右进行屏幕扫描，形成光栅（Raster），产生水平和垂直步信号送往CRT。
2.3 计算机图形输入/输出设备 一. 键盘 二. 鼠标
一．机械式鼠标器 二．光电式鼠标器 三．光机式鼠标器 一种检测装置
功能一般有两种：拾取和跟踪使用时要有相应的软件配合。 数字化仪
数字化仪时常用来摘取放在它上面的工程图上的大量点，经数字化后存储起来，以此作为图 形输入一种手段。
工作原理：数字化仪平板实际上就是一个XY直角坐标系，它上面的任何一点都对应于一个坐标值（x，y），当游标器移动到平板上某一位置时，按一下游标器上的开关，便可获得这一位置的坐标值，并自动地把这个坐标值（x，y）送到计算机内。 只要将画有此曲线的图纸贴在数字化仪的平板上，并移动游标器到各个点A i（i＝1，2，??，每次按下游标器上的开关，便把这些点的坐标（x i，y i）自动地送到计算机内
图形输入板则更多用于交互设计，使用时大多划出一个台板图形区，其余部分放置菜单，称为菜单区。 图形区 菜单区
台板图形区与显示屏之间存在着一种映射关系 图形输入板的使用方式有三种： （1）图形变成数字化信息。
（2）拾取台板菜单区中的菜单项，即取出拾取点的坐标，算出该菜单项的代码并转入相应程序运行。
（3）选择输出坐标数据的方式，共有四种方式。第一种为点方式，即先拾取一个点，接着输出该点的坐标；第二种称连续方式，即随着定位工具的移动，连续输出点的坐标；第三种称开关连续方式，即当定位工具移动且同时按下开关时才能连续输出点的坐标；第四种称增量方式，这时拾取点的坐标以相对于上次拾取点的增量坐标形式输出。以上四种方式可通过选择图形输入板上的有关按钮来决定。 图形扫描仪
直接把图形（工程图纸）和图像（如照片、广告画）扫描输入到计算机中，以像素信息进行存储表示的设备。 按所支持的颜色分： 单色扫描仪和彩色扫描仪