一、什么是計算機圖形學 計算機圖形學就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用 計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。
1、研究內(nèi)容 ?? ??? ?如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計算機圖形學的主要研究內(nèi)容 。
2、傳統(tǒng)的計算機圖形學生成一副物體圖形，常見步驟：

• 造型技術(shù) ： ?即生成物體的模型，該物體的幾何數(shù)據(jù)和拓撲關(guān)系 。
• 光照模型 ： ?用一些簡單的數(shù)學模型來近似、代替那些物理學的模型，為模擬物體表面的光照物理現(xiàn)象的數(shù)學模型叫光照模型。
• 繪制（渲染）技術(shù) ：?選擇適當?shù)睦L制算法來把這個場景畫（渲染） 出來。就是將模型真實性（或藝術(shù)性）的顯示在屏幕上，即決定每個像素該是什么顏色。這很大程度上取決于不同光照模型。

3、由于計算機屏幕由像素生成，而現(xiàn)階段的屏幕顯示器大多是光柵顯示器，故就需要有一套針對光柵顯示器生成圖形的算法 。大致可分為如下： ? ? ? ? ? ? ? ? ??
二、圖形顯示設(shè)備
1、圖形顯示器常用的硬件設(shè)備 ?- ?- > ?陰極射線管(CRT) 最原始的

• 陰極射線管的技術(shù)指標主要兩條：一是分辨率，二是顯示速度 。
• 一個陰極射線管在水平和垂直方向單位長度上能識別出的最大光點數(shù)稱之為分辨率。光點亦稱之為像素（p i x e l），它主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏構(gòu)成（如下）。

• 陰 極：當它被加熱時發(fā)射電子
• 控制柵：控制電子束偏轉(zhuǎn)的方向和運動速度
• 加速極：用于產(chǎn)生高速的電子束
• 聚焦極：保證電子束在轟擊屏幕時能匯成很細的點
• 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：控制電子束在屏幕上的運動軌跡
• 熒 光 屏：當它被電子轟擊時發(fā)出亮光

2 、陰極射線管的工作原理
?? ??? ?高速的電子束由電子槍發(fā)出，經(jīng)過聚焦系統(tǒng)、加速系統(tǒng)和磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)就會到達熒光屏的特定位置。屏幕上的那一點就會亮了。要保持顯示一幅穩(wěn)定的畫面，必須不斷地發(fā)射電子束。
3、 電子束的發(fā)出以及控制電子強弱原理 ?? ??? ?

• 電子槍是由一個加熱器，一個金屬陰極和一個電平控制器組成。當加熱器加到一定高溫時，金屬陰極的電子就會擺脫能壘的束縛，迸射出去。
• 發(fā)射出來的電子是分散的，經(jīng)過一個聚焦系統(tǒng)，使眾多的電子聚集于一點，在經(jīng)過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，沖擊屏幕上的一點發(fā)光。故要保持熒光屏上有穩(wěn)定的圖象就必須不斷地發(fā)射電子束。刷新一次指電子束從上到下將熒光屏掃描一次 。其掃描圖示如下：

一般必須有85Hz以上的刷新頻率，人眼才能感覺到舒適。
4、 實際應(yīng)用到射線管 - - > 彩色陰極射線管
?? ?彩色CRT顯示器的熒光屏上涂有三種熒光物質(zhì)，它們分別能發(fā)紅、綠、 藍三種顏色的光。任何顏色都是由這三種熒光粉發(fā)出的色光相混而得。其主要結(jié)構(gòu)：三支電子槍、蔭罩板、三色熒光粉。
三束電子經(jīng)過蔭罩的選擇，分別到達三個熒光點的位置。通過控制三個電子束的強弱就能控制屏幕上點的顏色 。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
5、主流的CRT圖形顯示器 ?? ? ? ? 主流有隨機掃描顯示和光柵掃描顯示器。
1、隨機掃描的圖形顯示器 ? ? ? ?? ??? ?在隨機掃描（Random Scan）的圖形顯示器中，電子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機性，即電子束的掃描軌跡隨顯示內(nèi)容而變化，只在需要的地方掃描，而不必全屏掃描，因此速度快，圖像清晰。隨機掃描顯示器是一條線一條線地畫圖，因此也稱為向量（Vector）顯示器。 原理：從顯示文件存儲器中取出畫線指令或顯示字符指令，送到顯示控制器，由顯示控制器控制電子束的偏轉(zhuǎn)，轟擊熒光屏上的熒光材料，從而出現(xiàn)一條發(fā)亮的圖形軌跡由于隨機掃描系統(tǒng)是為畫線應(yīng)用設(shè)計的，因此不能顯示逼真的有陰影場景。故主流是光柵掃描顯示器 。
2、光柵掃描顯示器
?? ??? ?光柵掃描圖形顯示器是畫點設(shè)備。它不能直接從一個可編地址的像素畫一條直線到另一個可編地址的像素，只可能用盡可能靠近這條直線路徑的像素點來近似地表示這條直線在光柵掃描系統(tǒng)中，電子束橫向掃描屏幕，一次一行，從頂到底順次進行。當電子束橫向沿每一行移動時，電子束的強度不斷變化來建立亮點的圖案。被顯示的線段、字符、圖形及其背景色都按像素一一存儲在幀緩沖存儲器（ Frame Buffer）中，簡稱顯存。 ?? ??? ?它是屏幕所顯示畫面的一個直接映象，又稱為位圖(Bit Map)或光柵。幀緩存的每一存儲單元對應(yīng)屏幕上的一個像素，整個幀緩存對應(yīng)一幀圖像。由于光柵掃描系統(tǒng)具有存儲每一個屏幕點亮度信息的能力，所以，最合適顯示濃淡和色彩圖形。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
三、幀緩沖器與屏幕像素
1、綜述 ?? ??? ?光柵掃描的幀緩沖器對屏幕每一點都有存儲強度/顏色信息的能力。在計算機屏幕上畫一幅圖形，需要算每個像素的RGB值，在幀緩存寫RGB等價于在屏幕上畫顏色 。 ?? ??? ?顯示器分辨率表示的是在屏幕上掃描一行共有多少個點，共有多少行掃描線，幀緩沖器每一個存儲單元的位長決定了一幅畫面上能同時顯示的不同灰度的數(shù)目或顏色的種類。如下所示：

• 單色，每個像素1Bit
• 16色，每個像素4Bit（2^4=16）
• 256色，每個需要1個字節(jié)（8位，2^8=256）
• 65536（64K）色，每個像素2個字節(jié)（16位，216=64K )
• 16777216（16.7M）色，每個需要3個字節(jié)（24位，2^24= 16.7M ）表示（即24位真彩色）

2、幾個常見概念

• 光點：指電子束打在顯示器熒光屏上，顯示器能夠顯示的最小的發(fā)光點，一般用直徑表明其大小。
• 象素點：是指圖形顯示在屏幕上時候，按當前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點。
• 圖形顯示中分辨率有三種，即屏幕分辨率、 顯示分辨率和顯卡分辨率。
• • 屏幕分辨率：屏幕上顯示的像素個數(shù)，以(水平像素數(shù)*垂直像素數(shù))表示。
  • 顯示分辨率 ：計算機顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，簡稱顯示模式 。對于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上所能顯示的字符總數(shù)的乘積來表示 。
  • 顯卡分辨率就是表示顯卡輸出給顯示器，并能在顯示器上描繪像素點的數(shù)量。
• 點距：是指相鄰像素點之間的距離。兩點之間的距離越小越好。

四、圖形圖像的區(qū)別及存儲格式
1、圖形（像）的構(gòu)成屬性 ?? ??? ?

• 簡要分為分為幾何屬性和非幾何屬性。
• • 幾何屬性：刻畫對象的輪廓、形狀，也稱幾何要素。包括點、線、面、體等。當以幾何屬性具有突出作用的圖形，便是基于線條信息表示：如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等。
  • 非幾何屬性：視覺屬性，刻畫對象的顏色、材質(zhì)等。比如明暗、色彩、紋理、透明性、線型、線寬。當非幾何要素占比突出時，便是明暗圖（Shading）：也就是通常所說的真實感圖形。

2、位圖與矢量圖的定義與區(qū)別
?? ??? ?計算機能以位圖(bitmap)或矢量圖(vector)格式顯示圖像。
1、位圖（點陣圖）：?位圖又叫點陣圖或像素圖，計算機屏幕上的圖是由屏幕上的像素構(gòu)成的，每個點用二進制數(shù)據(jù)來描述其顏色與亮度等信息。 2、矢量圖 ：?面向?qū)ο蟮膱D形或繪圖圖形，是用數(shù)學方式描述的曲線及曲線圍成的色塊制作的圖形。矢量文件中的圖形元素稱為對象。每個對象都是一個自成一體的實體，它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕位置等屬性。
區(qū)別：

• 存儲方式
• • 點陣文件是存儲圖的各個像素點的位置信息、顏色信息以及灰度信息。
  • 矢量文件是用數(shù)學方程、數(shù)學形式對圖形進行描述，通常是用圖形的形狀參數(shù)和屬性參數(shù)來表示圖形
  • 一般來說，位圖（點陣）文件存儲空間比矢量文件大

• 縮放的區(qū)別
• • 位圖（點陣圖 )是與分辨率有關(guān)的，即在一定面積的圖像上包含有固定數(shù)量的像素
  • 矢量圖形與分辨率無關(guān)，可以將它縮放到任意大小和以任意分辨率在輸出設(shè)備上打印出來，都不會影響清晰度
• 存儲格式的區(qū)別

• 小結(jié)
• • 位圖與矢量圖相比更容易模仿真實感圖形效果，但存儲空間比矢量圖大
  • 在圖形縮放時，矢量圖不失真，特別適用于文字設(shè)計、圖案設(shè)計、版式設(shè)計、標志設(shè)計、計算機輔助設(shè)計（CAD）、工藝美術(shù)設(shè)計、插圖等 。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的图形学之开篇概念及综述的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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