1.2 认识图形系统

1. 图形系统浅析
2. 从穿孔纸到数据衣：输入设备
3. 从CRT到3D显示
4. 从CPU到GPU：图形显示子系统

图形系统浅析

• 计算机图形系统的功能

计算、交互

• 计算及图形系统的组成

图形硬件、图形软件

• 图形硬件

输入设备（从穿孔纸到数据衣）

输出设备（从CRT到3D显示）

计算机

图形显示子系统（从cpu到gpu）

• 图形软件

应用软件

运行在某个操作系统上？

有没有用到游戏引擎？是基于OpenGL还是DirectX？

本课程图形编程思路

• 不使用引擎，直接基于OpenGL图形标准进行编程 （引擎是基于图形标准编写的的）
• 基于可编程管线的图形编程
• 基于GLSL的着色器shader编程

从穿孔纸到数据衣：输入设备

输入设备的四个发展阶段

第一阶段：控制开关、穿孔纸来手动操控设备

第二阶段：光笔（一种具有捡取功能的输入装置 检测到光，因此称之为光笔）

第三阶段：出现了图形用户界面GUI和交互设备。鼠标、触摸屏、扫描仪

　　触摸屏：及时输出设备也是输入设备。红外线、声表面波、电阻、电容式

第四阶段：多通道、多媒体的智能化人机交互阶段

　　拟人化，嵌入化

　　VR中的动态感知设备：

　　三维鼠标、数据手套、数据衣（动作捕捉/感知反馈）、力反馈器

从CRT到3D显示

CRT

阴极射线管

结构、余晖特性

彩色阴极射线管

三基色原则-红、绿、蓝

扫描方式

随机扫描（不适合复杂显示去求）、光栅扫描（水平回扫、场回扫、刷新速率）（逐行扫描和隔行扫描）

平板的奥秘

• 平板显示器

分类：

主动发光

被动发光：液晶显示器

• 液晶显示器

视觉效果柔和、触碰流动性

 

彩色显示原理

每个像素有三个亚像素（对应RGB三原色 每个亚像素）

可视角度

• 等离子体显示器

• LED显示器

神奇的3D显示

人眼的立体视觉原理

头盔显示器

裸眼立体显示器

从CPU到GPU：图形显示子系统

图形显示子系统结构

帧缓冲存储器：一块用来存储像素的颜色或者灰度值的存储空间，简称帧缓存。

早期显示子系统结构，帧缓存在主存中CPU负责显示处理，后来把GPU和显存从CPU和主存中独立出来。

图形显示处理器

GPU主芯片：擅长计算、矩阵运算、密集型任务方面更有优势

相关概念

像素

分辨率

帧缓存如何存放数据：

　　颜色位面法

帧缓存容量 = 分辨率*颜色位面数

 颜色查找表：调色板，是一个存放颜色的一维线性表，由高速随机存储器组成

查找表的长度、宽度*

显示长宽比（普遍16:9）

屏幕坐标系