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文章目錄

• 【XJTUSE計算機圖形學】第一章 緒論
• • 1.1 研究內容
  • • 1、圖形系統的主要任務
    • 2、計算機圖形學的研究對象
    • 3、圖形的要素【填空題】
    • 4、圖形圖像表示法
    • 5、圖形研究例子
    • 6、相關學科
  • 1.2 發展歷史
  • • 歷史追溯
    • 硬件發展
  • 1.3 計算機圖形學的應用
  • 1.4 當前研究動態
  • 1.5 圖形設備
  • • 圖形輸出設備
    • • 圖形顯示
      • • 彩色CRT顯示器
        • LCD(Liquid Crystal Display)顯示器
        • LED（Light Emitting Diode）顯示器
      • 圖形繪制
      • • 打印機【重點】
    • 圖形處理器
    • 圖形輸入設備

【XJTUSE計算機圖形學】第一章 緒論

1.1 研究內容

1、圖形系統的主要任務

利用計算機來顯示、生成和處理圖形。

建模(Modeling)

幾何處理(Geometric Processing)

光柵化(Rasterization)：三維物體二維表示

片元處理(Fragment Processing)：對逐個像素進行處理

2、計算機圖形學的研究對象

能在人的視覺系統中產生視覺印象的客觀對象

包括自然景物、拍攝到的圖片、用數學方法描述的圖形等等

3、圖形的要素【填空題】

幾何要素：刻畫對象的輪廓、形狀等

非幾何要素：刻畫對象的顏色、材質等

4、圖形圖像表示法

1?? 點陣表示：點陣圖

枚舉出圖形中所有的點,簡稱為圖像(Image)。

2?? 參數表示：矢量圖

由圖形的形狀參數(方程或分析表達式的系數,線段的端點坐標等)+屬性參數(顏色、線型等)來表示,簡稱為圖形(Graphics)。

圖像純指計算機內以位圖(Bitmap)形式存在的灰度信息。

圖形含有幾何屬性，更強調場景的幾何表示，是由場景的幾何模型和景物的物理屬性共同組成的。

一類是基于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等；

另一類是真實感圖形（明暗圖）

5、圖形研究例子

圖形的輸入：如何開發利用圖形輸入設備及軟件將圖形輸入到計算機中去，以便作各種處理

圖形的處理：

幾何變換 平移,縮放,旋轉……

投影變換 平行投影,透視投影

運算（集合運算）交,并,差… 著色 形變……

圖形的輸出: 將圖形特定的表示形式轉換成圖形輸出系統便于接受的表示形式，并將圖形在顯示屏或打印機等輸出設備上輸出。

6、相關學科

1.2 發展歷史

歷史追溯

1950年，MIT，旋風一號(Whirlwind I)計算機圖形顯示器，類似于示波器的CRT來顯示簡單圖形

CRT的出現為計算機生成和顯示圖形提供了可能

50年代末期，MIT林肯實驗室，在Whirlwind上開發SAGE空中防御系統，通過光筆在屏幕上指點與系統交互

標志著交互式圖形技術的誕生

1962年MIT林肯室驗室Ivan.E.Sutherland的博士論文：Sketchpad：一個人機通信的圖形系統。該系統確定了交互圖形學作為一個學科分支

60年代：MIT、Bell Lab、 通用汽車公司、劍橋大學 開展大規模的研究

70年代進入技術實用化

80年代初，圖形學依然是較小的學科，原因是圖形硬件設備十分昂貴，且基于圖形的應用相對較少

80年代中期以來，超大規模集成電路的發展，為圖形學的飛速發展奠定了基礎

硬件發展

圖形顯示器的發展

圖形輸入設備的發展

第一階段：控制開關、穿孔紙等等

第二階段：鍵盤

第三階段：二維定位設備，如鼠標、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音

第四階段：三維輸入設備（如空間球、數據手套、數據衣），用戶的手勢、表情等等

第五階段：用戶的思維

軟件發展及軟件標準

三種類型的計算機圖形軟件系統：

1?? 用某種語言寫成的子程序包

如:GKS (Graphics Kernel System) ,OpenGL

便于移植和推廣、但執行速度相對較慢，效率低

2?? 擴充計算機語言，使其具有圖形生成和處理功能

? 如：Turbo Pascal、Turbo C，AutoLisp等。

簡練、緊湊、執行速度快，但不可移植

3?? 專用圖形系統：效率高，但系統開發量大，可移植性差

通用標準：GKS (第一個官方標準，1977)、PHIGS

事實標準：DirectX (MS)、OpenGL(SGI)、Adobe公司Postscript

1.3 計算機圖形學的應用

早期的計算機動畫：基于“關鍵幀”的動畫

基于特征的動畫

基于變形物體的動畫

最新：基于物理模型的計算機動畫生成方法

運用彈性和流體力學的物理方程進行計算，力求

使動畫過程最體現出最符合真實世界的運動規律：關節動畫與人體動畫

1.4 當前研究動態

真實感圖形實時繪制

自然景物模擬

造型技術

幾何處理

圖形學的雜志和會議

會議：

Siggraph， Eurograph，Asiagraph
IEEE Virtual Reality
IEEE Visualization Conference

雜志

ACM Transaction on Graphics
IEEE Computer Graphics and Application
IEEE Visualization and Computer Graphics
IEEE T. on Visualization and Computer Graphics
Graphical Models
Computer Graphics Forum
The Visual Computer

1.5 圖形設備

圖形輸出設備

圖形輸出包括圖形的顯示和圖形的繪制

圖形顯示

彩色CRT顯示器

CRT（CRT Cathode－Ray Tube，陰極射線管）組成：

電子槍、聚焦系統、加速系統、熒光屏磁偏轉系統

工作原理： 熒光物質在高速電子的轟擊下會發生電子躍遷（低能態到高能態），高能態很不穩定，返回低能態，發出熒光。

刷新頻率

刷新一次是指電子束從上到下掃描一次的過程；刷新頻率高到一定值后，圖象才能穩定顯示

隔行掃描與逐行掃描

球面顯示器與柱面顯示器

球面管：**蔭罩式結構，**呈略微凸起的球面狀；

柱面管：**蔭柵式結構，**在水平方向略微凸起，在垂直方向上卻是筆直的，呈圓柱狀（色彩鮮艷）

LCD(Liquid Crystal Display)顯示器

使用液晶：液晶受到電壓的影響時，改變物理性質而發生形變，通過它的光的折射角度就會發生變化

LED（Light Emitting Diode）顯示器

點亮(不同電壓，不同灰度)，低電壓維持。由細小氖氣燈泡矩陣組成，由于氖泡有兩種狀態：開啟、關閉，且狀態可保持。高電壓

有記憶功能，無需“刷新”、可動態修改圖形

圖形繪制

打印機【重點】

1?? 針式打印機：依靠打印針擊打色帶在打印介質上形成色點的組合來實現規定字符和圖像（24針）

控制驅動電路：

微處理器：處理打印命令，尋址，讀取編碼

ROM存儲器：存儲管理程序、字符庫和漢字庫

RAM存儲器：需要打印的內容

2?? 噴墨打印機：打印頭上的噴口將墨滴按特定的方式噴到打印介質上形成文字或圖像, 分為熱汽泡式和壓電式

打印質量較好、噪音低、較易實現低成本彩色打印等優點，適合于家用打印機領域

連續噴墨(噴繪機)、隨機噴墨（用的比較多）

三色混合所產生的黑色是不純的，為了產生真正的黑色需加入了第四種顏色的墨水-K。

3?? 激光打印機：采用電子成像技術，激光束掃描感光 鼓，將墨粉吸附到感光區域，再將墨粉轉印到打印介質上，最后通過加熱裝置將墨粉熔化固定到打印介質上

光、機、電一體化的精密設備，結構比較復雜

電荷“同性相吸”的現像被用作一種“臨時性的粘合劑”：墨粉帶正電荷，紙張和硒鼓帶負電，而且紙張的電荷更大

核心：電子成像，融合了影像學與電子學的原理和技術以生成圖像，核心部件是可以感光的感光鼓

圖形處理器

圖形系統結構的重要元件，連接計算機和顯示終端的紐帶

早期只包含簡單的存儲器和幀緩沖區，起了圖形的存儲和傳遞作用，操作須有CPU來控制

當前不僅存儲圖形，且能完成大部分圖形函數，專業的圖形卡已具有很強的3D處理能力，減輕了CPU的負擔，提高了顯示質量和顯示速度

顯示主芯片（ GPU ）：對系統輸入的視頻信息進行構建和渲染

顯示緩存：存儲將要顯示的圖形信息及保存圖形運算的中間數據；大小和速度直接影響著主芯片性能的發揮

數字模擬轉換器：把二進制的數字轉換成為和顯示器相適應的模擬信號

圖形輸入設備

最常用最基本的計算機輸入設備——鍵盤和鼠標

跟蹤球和空間球：根據球在不同方向受到的推或拉的壓力來實現定位和選擇

數據手套：通過傳感器和天線來獲得和發送手指的位置和方向的信息

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【XJTUSE计算机图形学】第一章 绪论的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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