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文章目錄

• 【XJTUSE計(jì)算機(jī)圖形學(xué)】第一章 緒論
• • 1.1 研究?jī)?nèi)容
  • • 1、圖形系統(tǒng)的主要任務(wù)
    • 2、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)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(guān)學(xué)科
  • 1.2 發(fā)展歷史
  • • 歷史追溯
    • 硬件發(fā)展
  • 1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用
  • 1.4 當(dāng)前研究動(dòng)態(tài)
  • 1.5 圖形設(shè)備
  • • 圖形輸出設(shè)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(jī)【重點(diǎn)】
    • 圖形處理器
    • 圖形輸入設(shè)備

【XJTUSE計(jì)算機(jī)圖形學(xué)】第一章 緒論

1.1 研究?jī)?nèi)容

1、圖形系統(tǒng)的主要任務(wù)

利用計(jì)算機(jī)來(lái)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(duì)逐個(gè)像素進(jìn)行處理

2、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象

能在人的視覺(jué)系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺(jué)印象的客觀對(duì)象

包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)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(duì)象的輪廓、形狀等

非幾何要素：刻畫對(duì)象的顏色、材質(zhì)等

4、圖形圖像表示法

1?? 點(diǎn)陣表示：點(diǎn)陣圖

枚舉出圖形中所有的點(diǎn),簡(jiǎn)稱為圖像(Image)。

2?? 參數(shù)表示：矢量圖

由圖形的形狀參數(shù)(方程或分析表達(dá)式的系數(shù),線段的端點(diǎn)坐標(biāo)等)+屬性參數(shù)(顏色、線型等)來(lái)表示,簡(jiǎn)稱為圖形(Graphics)。

圖像純指計(jì)算機(jī)內(nèi)以位圖(Bitmap)形式存在的灰度信息。

圖形含有幾何屬性，更強(qiáng)調(diào)場(chǎng)景的幾何表示，是由場(chǎng)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(shí)感圖形（明暗圖）

5、圖形研究例子

圖形的輸入：如何開(kāi)發(fā)利用圖形輸入設(shè)備及軟件將圖形輸入到計(jì)算機(jī)中去，以便作各種處理

圖形的處理：

幾何變換 平移,縮放,旋轉(zhuǎn)……

投影變換 平行投影,透視投影

運(yùn)算（集合運(yùn)算）交,并,差… 著色 形變……

圖形的輸出: 將圖形特定的表示形式轉(zhuǎn)換成圖形輸出系統(tǒng)便于接受的表示形式，并將圖形在顯示屏或打印機(jī)等輸出設(shè)備上輸出。

6、相關(guān)學(xué)科

1.2 發(fā)展歷史

歷史追溯

1950年，MIT，旋風(fēng)一號(hào)(Whirlwind I)計(jì)算機(jī)圖形顯示器，類似于示波器的CRT來(lái)顯示簡(jiǎn)單圖形

CRT的出現(xiàn)為計(jì)算機(jī)生成和顯示圖形提供了可能

50年代末期，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室，在Whirlwind上開(kāi)發(fā)SAGE空中防御系統(tǒng)，通過(guò)光筆在屏幕上指點(diǎn)與系統(tǒng)交互

標(biāo)志著交互式圖形技術(shù)的誕生

1962年MIT林肯室驗(yàn)室Ivan.E.Sutherland的博士論文：Sketchpad：一個(gè)人機(jī)通信的圖形系統(tǒng)。該系統(tǒng)確定了交互圖形學(xué)作為一個(gè)學(xué)科分支

60年代：MIT、Bell Lab、 通用汽車公司、劍橋大學(xué) 開(kāi)展大規(guī)模的研究

70年代進(jìn)入技術(shù)實(shí)用化

80年代初，圖形學(xué)依然是較小的學(xué)科，原因是圖形硬件設(shè)備十分昂貴，且基于圖形的應(yīng)用相對(duì)較少

80年代中期以來(lái)，超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，為圖形學(xué)的飛速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)

硬件發(fā)展

圖形顯示器的發(fā)展

圖形輸入設(shè)備的發(fā)展

第一階段：控制開(kāi)關(guān)、穿孔紙等等

第二階段：鍵盤

第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語(yǔ)音

第四階段：三維輸入設(shè)備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢(shì)、表情等等

第五階段：用戶的思維

軟件發(fā)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)

三種類型的計(jì)算機(jī)圖形軟件系統(tǒng)：

1?? 用某種語(yǔ)言寫成的子程序包

如:GKS (Graphics Kernel System) ,OpenGL

便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對(duì)較慢，效率低

2?? 擴(kuò)充計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，使其具有圖形生成和處理功能

? 如：Turbo Pascal、Turbo C，AutoLisp等。

簡(jiǎn)練、緊湊、執(zhí)行速度快，但不可移植

3?? 專用圖形系統(tǒng)：效率高，但系統(tǒng)開(kāi)發(fā)量大，可移植性差

通用標(biāo)準(zhǔn)：GKS (第一個(gè)官方標(biāo)準(zhǔn)，1977)、PHIGS

事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：DirectX (MS)、OpenGL(SGI)、Adobe公司Postscript

1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用

早期的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫：基于“關(guān)鍵幀”的動(dòng)畫

基于特征的動(dòng)畫

基于變形物體的動(dòng)畫

最新：基于物理模型的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫生成方法

運(yùn)用彈性和流體力學(xué)的物理方程進(jìn)行計(jì)算，力求

使動(dòng)畫過(guò)程最體現(xiàn)出最符合真實(shí)世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：關(guān)節(jié)動(dòng)畫與人體動(dòng)畫

1.4 當(dāng)前研究動(dòng)態(tài)

真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制

自然景物模擬

造型技術(shù)

幾何處理

圖形學(xué)的雜志和會(huì)議

會(huì)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(shè)備

圖形輸出設(shè)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(tǒng)、加速系統(tǒng)、熒光屏磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

工作原理： 熒光物質(zhì)在高速電子的轟擊下會(huì)發(fā)生電子躍遷（低能態(tài)到高能態(tài)），高能態(tài)很不穩(wěn)定，返回低能態(tài)，發(fā)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(guò)程；刷新頻率高到一定值后，圖象才能穩(wěn)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(jié)構(gòu)，**呈略微凸起的球面狀；

柱面管：**蔭柵式結(jié)構(gòu)，**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(shí)，改變物理性質(zhì)而發(fā)生形變，通過(guò)它的光的折射角度就會(huì)發(fā)生變化

LED（Light Emitting Diode）顯示器

點(diǎn)亮(不同電壓，不同灰度)，低電壓維持。由細(xì)小氖氣燈泡矩陣組成，由于氖泡有兩種狀態(tài)：開(kāi)啟、關(guān)閉，且狀態(tài)可保持。高電壓

有記憶功能，無(wú)需“刷新”、可動(dòng)態(tài)修改圖形

圖形繪制

打印機(jī)【重點(diǎn)】

1?? 針式打印機(jī)：依靠打印針擊打色帶在打印介質(zhì)上形成色點(diǎn)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定字符和圖像（24針）

控制驅(qū)動(dòng)電路：

微處理器：處理打印命令，尋址，讀取編碼

ROM存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)管理程序、字符庫(kù)和漢字庫(kù)

RAM存儲(chǔ)器：需要打印的內(nèi)容

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

打印質(zhì)量較好、噪音低、較易實(shí)現(xiàn)低成本彩色打印等優(yōu)點(diǎn)，適合于家用打印機(jī)領(lǐng)域

連續(xù)噴墨(噴繪機(jī))、隨機(jī)噴墨（用的比較多）

三色混合所產(chǎn)生的黑色是不純的，為了產(chǎn)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(jī)：采用電子成像技術(shù)，激光束掃描感光 鼓，將墨粉吸附到感光區(qū)域，再將墨粉轉(zhuǎn)印到打印介質(zhì)上，最后通過(guò)加熱裝置將墨粉熔化固定到打印介質(zhì)上

光、機(jī)、電一體化的精密設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜

電荷“同性相吸”的現(xiàn)像被用作一種“臨時(shí)性的粘合劑”：墨粉帶正電荷，紙張和硒鼓帶負(fù)電，而且紙張的電荷更大

核心：電子成像，融合了影像學(xué)與電子學(xué)的原理和技術(shù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要元件，連接計(jì)算機(jī)和顯示終端的紐帶

早期只包含簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器和幀緩沖區(qū)，起了圖形的存儲(chǔ)和傳遞作用，操作須有CPU來(lái)控制

當(dāng)前不僅存儲(chǔ)圖形，且能完成大部分圖形函數(shù)，專業(yè)的圖形卡已具有很強(qiáng)的3D處理能力，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，提高了顯示質(zhì)量和顯示速度

顯示主芯片（ GPU ）：對(duì)系統(tǒng)輸入的視頻信息進(jìn)行構(gòu)建和渲染

顯示緩存：存儲(chǔ)將要顯示的圖形信息及保存圖形運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)；大小和速度直接影響著主芯片性能的發(fā)揮

數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器：把二進(jìn)制的數(shù)字轉(zhuǎn)換成為和顯示器相適應(yīng)的模擬信號(hào)

圖形輸入設(shè)備

最常用最基本的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備——鍵盤和鼠標(biāo)

跟蹤球和空間球：根據(jù)球在不同方向受到的推或拉的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)定位和選擇

數(shù)據(jù)手套：通過(guò)傳感器和天線來(lái)獲得和發(fā)送手指的位置和方向的信息

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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