计算机图形学学习笔记 第三章 光栅

由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅。光栅显示器以像素矩阵显示图片。

3.1 光栅显像

光栅显示器上的可显示元素称为像素。在显示器上，通常使用有序对(i,j)来表示像素的索引。我们用实际的二维屏幕坐标来表示像素的位置。最常使用的使用整数点阵作为像素的中心。



物理像素，就是硬件上实际可显像的元素。不同的显示系统采用不同的物理像素。在CRT（阴极射线管）中，像素与CRT中的一小片荧光物质对应，可以认为荧光点在屏幕上呈水滴状，中间密度最大，越向边缘密度越小。在LCD（液晶显示器）中，像素近似为方形滤波器。多数显示系统都和CRT和LCD类似，像点呈水滴状或方形。

（FOURTH EDITION）

3.1 光栅设备

在抽象的讨论光栅图像之前，先介绍一下使用光栅图像的具体设备。一些常见的光栅设备可以简单的分为如下几类：

·输出

-显示

*透射型：液晶显示器（liquid crystal display LCD）

*放射型：LED（light-emitting diode）显示屏

-硬拷贝

*二值的（二进制的？） ：喷墨打印机

*连续调次的：热升华打印机

·输入

-2D传感器：数字摄像机

-1D传感器：平板扫描仪

……

3.2显示器亮度和γ值

显示器接收数字信号表示的像素“值”，然后将其转化为亮度值。断电后显示器的亮度实际上不是零，但是我们可以认为此时呈“黑色”，可以用0表示黑色的像素颜色，完全打开是“白色”，即1，中间灰色为0.5，但是这里“中间”指的是从像素发出的光线的强度，而不是观察到的。

显示器产生图像有两个关键问题：

一是显示器对输入信号的处理是非线性的（像素值->亮度值非线性），对于多数显示器，一般利用γ值近似表示其非线性，具体数值是如下公式中的指数：



其中a值是0到1之间的输入亮度值，用γ值表示显示器的非线性只是一阶近似，实际中在估计设备的γ值时不需要很高的精度。一种度量的直观方法如下：



如果能找到满足上式的a值，则



标准求a值的方法是，显示黑白相间的像素棋盘模式，旁边是具有a值的灰色像素方阵，当从远处观察这幅图像时，如果a值正好是黑白的中间值，那么这幅图像的左右两边看起来会大致一样。需要尝试很多的a值才能获得合适的数值。



一旦知道了γ值，就可以对输入进行伽马校正。使得输入值a=0.5可以在屏幕上显示出黑白中间的灰度效果。变换如下：



（逆变换）

第二个实际显示器的重要特征是，输入值通常经过了量化处理。

3.3RGB颜色

计算机
4000
图形学中，多数显示效果都由RGB颜色空间确定。RGB颜色空间比较简单，经转换能够直接控制多数计算机屏幕的显示。





实际的RGB数值以量化形式给出，各部分都用整数表示（各成分0-255）。伽马校正问题也适用于RGB的三个成分。

3.4 α通道

在有像素孔洞的情况下，为了将前景和背景混合，就要权衡像素作为前景的分数。该分数用α表示。如果想把前景色Cr和背景色Cb混合，并且被前景覆盖的像素的分数为α，可以采用如下公式：



效果



但在很多情况下α以其他方式得到。

3.4.1图像存储

多数图像格式都进行某种形式的压缩，分为有损和无损压缩。

gif：有损，只有256中可能的颜色。适用于自然图像（第四版没有这个）

jpeg：有损，以人类视觉系统的阈值为基础。适用于自然图像

tiff：无损，每个像素通常占24位的常用压缩图像格式。

（第四版）这种格式常用来存储二值图像或8-/16-bit RGB压缩图像，尽管还有许多其他可选格式。

ppm：无损，未压缩的格式，常用来存储8-bit RGB图像（共占24位），尽管还有许多其他可选格式。

png：无损格式的集合，具有很好的开放源码管理工具。

书目：

计算机图形学（第二版） Peter Shirley/高春晓

Fundamentals of Computer Graphics Fourth Edition

Steve Marschner Peter Shirley

第二版中的3.5（直线绘制）节3.6（三角形的光栅化）节3.7（简单反走样技术）节在第四版中编排到了第八章“The Graphics Pipeline”中……诶，等我看完再说吧T T英语太烂看书慢的要死……………………

其实我也不知道我在写什么……