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计算机图形学 第2章 交互式计算机图形处理系统 交互式计算机图形处理系统 Computer + 人 = 交互式 硬件发展 图形输入设备的发展 第一阶段： 控制开关、穿孔纸等 第二阶段： 键盘、光笔 第三阶段： 二维定位设备，如鼠标、坐标数字化仪、跟踪球、触摸屏、操纵杆、扫描仪等 第四阶段： 三维输入设备（如三维鼠标、空间球、数据手套、数据衣） 智能人机接口：用户的手势、表情、语音等 三维鼠标 图形输入设备（2/13） 图形输入设备（3/13） 用于虚拟现实环境的显示器类型 头盔式显示器(Head Mounted Display，HMD) 空间沉浸式显示器(SID,如洞穴式和园顶式)显示硬件 头盔式显示器 将观察者的头部位置及运动方向告诉计算机，计算机就可以调整观察者所看到的图景，使得呈现图像更趋于真实感绝大多数头盔式显示器使用两个显示器 利用特殊光学设备对图像进行处理，使图像看上去立体感更强 把用户的视觉、听觉和其他感觉封装起来，产生一种身在虚拟环境中的错觉。 图形输入设备（4/13） 图形输入设备（5/13） 数据衣 也是虚拟现实系统中用的人机交互设备 一件虚拟现实的数据紧身服 可使你有在水中或泥沼中游泳的感觉 图形输入设备（6/13） 图形输入设备（7/13） 图形输入设备（8/13） 图形输入设备（9/13） 图形输入设备（10/13） 图形输入的一个特殊领域 真实物体的三维信息的输入 零件进行大规模生产必须在计算机中生成三维实体模型 这个模型有时要通过已有的实物零件得到 采集实物表面各个点的位置信息 扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息 在计算机中产生这些艺术品的三维模型 图形输入设备（11/13） 美国斯坦福大学计算机系的著名图形学专家Marc Levoy曾经带领他的30人工作小组（包括美国斯坦福大学及美国华盛顿大学的教师和学生） 于1998～1999学年在意大利，专门对文艺复兴时代的雕刻大师米开朗基罗的众多艺术品进行扫描，保存其形状和面片信息 专门设计了一套硬件和软件系统 数据量惊人，光大卫像就有20亿个多边形和7000张彩色图象，总共需要72G的磁盘容量 实体图形输入的一个颠峰之作 图形输入设备（12/13） 三维数字化仪 工作原理 电磁感应技术 由一块数据板和一根触笔组成 数据板中布满了金属栅格，当触笔在数据板上移动时，其正下方的金属栅格上就会产生相应的感应电流 根据已产生电流的金属栅格的位置，就可以判断出触笔当前的几何位置 许多数字化仪提供了多种压感电流，用不同的压力就会有不同的信息传向计算机 图形输入设备（13/13） CRT显示器分类 阴极射线管（CRT） Cathode Ray Tube 单色CRT 彩色CRT 电子枪 电灯丝的组成 阴极 由灯丝加热发出电子束 控制栅 加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负电的电子束的强弱 通过调节负电压高低来控制电子数量 即控制荧光屏上相应点的亮度 聚焦系统 通过电场和磁场控制电子束变细，保证亮点足够小，提高分辩率 加速电极 加正的高压电（几万伏） 使电子束高速运动 像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数 单位通常为dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述 如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等 彩色阴极射线管 彩色CRT 渗透型 常用于随机扫描显示器 射线穿透法 多枪型 常用于光栅扫描显示器 影孔板法 射线穿透法（beam penetration） 原理： 两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，不同速度电子束穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色 影孔板法 原理： 影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位置 影孔板的类型 点状影孔板（荫罩式） 代表：球面显像管 栅格式影孔板（荫栅式） 代表：柱面显像管 日本索尼公司的特丽珑管（Trinitron） 三菱公司的钻石珑管（Diamondtron） 沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管 荫罩式（点状）影孔板工作原理 红、绿、兰三基色 三色荧光点（很小并充分靠近--〉像素） 三支电子枪 荫罩式显示器的缺点： 球面荧光屏，几何失真大 三角形的荧光点排列造成即使点很密很细也不会特别清晰 最近几年 荫栅式显示器逐渐流行起来 原理的区别 光线的选择方式和荧光点的排列不同 荫栅式显象管的优点 亮度更高，色彩也更鲜艳 柱面和平面显示器 CRT显示器分类 直视存储管式（Direct-View Sto