计算机图形学L1

LCD、CRT

光栅显示系统结构

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计算机图形系统的构成

软件
输入设备
输出设备

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视频显示设备简介

图形学基础算法：根据视频显示设备的特性进行设计

液晶显示(Liquid Crystal Display)--LCD
- 液晶具有各向异性
- LCD结构与工作原理：不施加电场，利用电压改变液晶的分子排列顺序，控制光通过，达到显示目的。
  - 不施加电场,光通过
  - 施加电场，光通过受限
- 彩色LCD
  - 增加了彩色滤光器
  - 背光版发出的是白光,通过滤光片RGB产生彩色。
- 可视角度
  - LCD显示器光源经折射和反射后输出时有一定方向性，从大于某个角度（可视角度）观看会产生色彩失真。
  - 120度为选择标准
- LCD显示器一般采用荧光背光板
- LED显示器采用发光二极管作为背光源
- LED显示器是LCD显示器的一种
阴极射线管(Cathode Ray Tube)--CRT

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- 持续时间和分辨率（Persistence and Resolution）
  - 持续时间:磷涂层被轰击后发光的持续时间（余辉）
    
    长：利于静态复杂图象的显示；
    
    短：利于动画显示
  - 分辨率: CRT荧屏所能显示的不重叠的最大点数称为它的分辨率。
- 光栅扫描显示（Raster-Scan Display）
  - 大部分采用CRT的显示器都是光栅扫描显示器
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扫描线(Scan line): 屏幕的每一行称为一条扫描线。
像素(pixel, picture elements): 扫描线上的每个点称为一个像素。
刷新缓冲区(Refresh buffer)或帧缓冲区(Frame buffer)与显示区域对应，每个单元保存一个像素的color及其它信息。
- 例： 1024X1024，每像素24位，则要3M字节帧缓存。
屏幕纵横比(aspect ratio)：列数/扫描线数。
- 逐行扫描与隔行扫描
光栅化（Rasterization）和扫描转换（Scan conversion）
- 如何使光栅图形最完美地逼近实际图形，是光栅图形学的研究内容。
- 扫描转化算法
  - 确定逼近图形的最佳像素集，并用指定的颜色或灰度设置像素的过程叫做图形的扫描转换。

随机扫描显示(Random-scan display)
彩色CRT显示器
- 常用彩色CRT显示器是阴罩式CRT显示器
- 其结构与单色CRT显示器类似，但有不同之处
  
  ￭荧光屏的每个象素点由三个磷涂层点构成，分别发红绿蓝三种颜色的光。
  
  ￭有三支电子枪分别对应三种颜色的点。
  
  ￭在屏幕后有一个荫罩，上面的小孔与每个象素点对应。
  
  ￭所看到的色彩是三种颜色混合的结果。

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OpenGL

是一个图形库，全称为Open Graphics Library
是应用程序与图形处理的接口
为移植到不同环境形成了一个开放式的OpenGL
功能模块
- 绘制几何图形
- 几何变换
- 颜色和光照
- 反走样（反混淆）
- 纹理映射
- 雾化
- 图元属性
OpenGL函数
- OpenGL核心库函数：opengl32.lib
  - 核心库函数以gl开头
  - 函数名本身往往指出参数个数及类型
- OpenGL实用程序库函数：glu.lib
  - 这一部分函数有核心库函数实现，以glu为前缀
  - 可看作是核心库函数的扩展，提供更高级的图形功能
- 扩展库
  - 核心库函数是设备独立的,与操作系统和硬件无关。
  - 扩展库提供的函数用来扩展窗口系统的功能
OpenGL实用工具包 freeglut
- (Graphics Library Utility Toolkits)
  - 图形库实用工具包提供与任意屏幕窗口系统进行交互的函数库
    - 独立于屏幕窗口系统
      - 简化应用程序的工作，也方便移植
    - GLUT库函数以glut为前缀
      - http://freeglut.sourceforge.net/
      - Version 3.2.1(Released: 29 September 2019)
    - GLUT函数分类
      1. 初始化和创建窗口
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      Mode--可以指定显示模式
      - Mode参数是一个GLUT库中预定义的可能的布尔组合
        
        1：GLUT_RGBA或者GLUT_RGB。指定一个RGBA窗口，这是一个默认的颜色模式
        
        2：GLUT_INDEX。指定颜色索引模式。
      - 还允许你选择单缓冲区或双缓冲区窗口
        
        1：GLUT_SINGLE.单缓冲区窗口。
        
        2：GLUT_BUFFER.双缓冲区窗口，这是产生流畅动画必须选的
      - 特殊缓冲
        
        1：GLUT_ACCUM.累积缓冲区。
        
        2：GLUT_STENCIL.模板缓冲区。
        
        3：GLUT_DEPTH.深度缓冲区。
      - 创建单颜色缓冲区、深度缓冲区的RGB窗口，用“或“（|）操作符来建立。
        
        glutInitDisplayMode(GLUT_RGB|GLUT_SINGLE|GLUT_DEPTH);
      1. 处理窗口和接收键盘和鼠标输入
      2. 绘制三维物体
      3. 后台管理
      4. 运行程序

光栅显示系统结构

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液晶显示(Liquid Crystal Display)--LCD

阴极射线管(Cathode Ray Tube)--CRT

随机扫描显示(Random-scan display)

彩色CRT显示器

OpenGL

功能模块

OpenGL函数

OpenGL实用工具包 freeglut