1、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ),四、圖形設(shè)備,圖形顯示設(shè)備 圖形輸出包括圖形的顯示和圖形的繪制，圖形顯示指的是在屏幕上輸出圖形 圖形繪制通常指把圖形畫在紙上，也稱硬拷貝，打印機(jī)和繪圖儀是兩種最常用的硬拷貝設(shè)備,四、圖形設(shè)備,顯示設(shè)備的發(fā)展,畫線顯示器（矢量顯示器/隨機(jī)掃描顯示器）,存儲(chǔ)管式顯示器,刷新式光柵掃描顯示器,70年代初, 以點(diǎn)陣形式表示圖形. 點(diǎn)陣存放在專用緩沖區(qū)中,由視頻控制器負(fù)責(zé)掃描,顯示圖形.,60年代中后期出現(xiàn),只能繪制線條,任意方向連續(xù)掃描,60年代末期, 具有內(nèi)在的存儲(chǔ)部件, 靶像，靜態(tài)圖像,平板顯示器 (液晶顯示器, 等離子顯示器),四、圖形設(shè)備,CRT顯示器 CRT（CRT Cat

2、hodeRay Tube，陰極射線管） 利用電場(chǎng)產(chǎn)生高速的聚焦電子束，再由偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制，轟擊熒光屏產(chǎn)生圖像。 組成： 電子槍 聚焦系統(tǒng) 加速系統(tǒng) 磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 熒光屏,顯示設(shè)備CRT,CRT剖面圖,顯示設(shè)備CRT,1、電子槍 電燈絲，陰極和控制柵組成。 陰極：由燈絲加熱發(fā)出電子束 控制柵：加上負(fù)電壓后，能夠控制通過(guò)其中小孔的帶負(fù)電的電子束的強(qiáng)弱，通過(guò)控制電子數(shù)量，控制熒光屏上相應(yīng)點(diǎn)的亮度。,顯示設(shè)備CRT,2、聚集系統(tǒng) 通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)控制電子束，以保證電子束在轟擊屏幕時(shí)，匯聚成很細(xì)的點(diǎn)。,顯示設(shè)備CRT,3、加速電極 加正的高壓電（幾萬(wàn)伏），使電子束高速運(yùn)動(dòng)。,顯示設(shè)備CRT,4、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 控制

3、電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。靜電場(chǎng)或磁場(chǎng)，最大偏轉(zhuǎn)角（靈敏度）是衡量系統(tǒng)性能的最重要的指標(biāo)，顯示器長(zhǎng)短與此有關(guān)。 靈敏度：反映了偏轉(zhuǎn)信號(hào)所能產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角度的大小。,顯示設(shè)備CRT,5、熒光屏 電子束轟擊內(nèi)表面熒光涂層，發(fā)光。,顯示設(shè)備CRT,持續(xù)發(fā)光時(shí)間：（余輝時(shí)間） 亮度值衰減到初始值的1/10 所需的時(shí)間。余輝時(shí)間是決定產(chǎn)生不閃爍圖形所需刷新速率的主要因素。 例：一種熒光物質(zhì)持續(xù)發(fā)光時(shí)間40毫秒，刷新頻率為1000/40=25幀/秒，發(fā)光時(shí)間短，適用于動(dòng)態(tài)圖形顯示。發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)，適用于靜態(tài)圖形顯示 刷新一次是指電子束從上到下掃描一次的過(guò)程 刷新頻率高到一定值后，圖象才能穩(wěn)定顯示,顯示設(shè)備CRT,分辨率：

4、 水平和豎直方向單位長(zhǎng)度上能識(shí)別的最大光點(diǎn)數(shù)，光點(diǎn)一像素（pixel） CRT常用分辨率640480，1024768，10241024，12801024，40964096。 分辨率主要取決于CRT所用的熒光物質(zhì)類型，聚焦系統(tǒng)和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。,顯示設(shè)備CRT,彩色CRT 射線穿透法和影孔板法 1、射線穿透法彩色顯示技術(shù)：主要用于隨機(jī)掃描顯示器中，基本原理：兩層熒光涂層，紅色光和綠色光兩種發(fā)光物質(zhì)，電子束轟擊穿透熒光層的深淺，決定所產(chǎn)生的顏色。 特點(diǎn)：成本低，價(jià)格便宜，但只有四種顏色，圖形質(zhì)量也較差。,顯示設(shè)備彩色CRT,彩色CRT 1、射線穿透法彩色顯示技術(shù)：,電子束,熒光涂層,產(chǎn)生顏色,低速電子束

5、,較低速電子束,較高速電子束,高速電子束,顯示設(shè)備彩色CRT,2、影孔板法 原理：影孔板被安裝在熒光屏的內(nèi)表面，用于精確定位像素的位置,外層玻璃,熒光涂層,影孔板,顯示設(shè)備彩色CRT,影孔板的類型 點(diǎn)狀影孔板 代表：大多數(shù)球面與柱面顯像管 柵格式影孔板 代表：Sony的Trinitron 兩大好處：一是把相互平行的垂直鐵線陣形安裝在一個(gè)鐵框里，垂直部分沒有任何東西阻擋，增強(qiáng)了電子流通量，也增強(qiáng)了縱向方向的透光度，透出的光線比蔭罩式顯像管多一倍，因而特麗瓏顯像管的明亮度和顏色飽和度要比其他的顯像管都要好；二是間條式柵罩的阻礙光率十分少，長(zhǎng)時(shí)間使用后也不會(huì)膨脹或變形，避免發(fā)生顏色突變或亮度變?nèi)醯那?/p>

6、況。 溝槽式影孔板 代表：LG的Flatron顯像管 (未來(lái)窗) 可以得到更大的電子流通量，也使蔭罩網(wǎng)面的受力即穩(wěn)定情況比較好。,顯示設(shè)備彩色CRT,影孔板法 通常用于光柵掃描顯示器中，顏色范圍廣，每個(gè)像素有三個(gè)熒光點(diǎn)（紅、綠、藍(lán)三基色）。,顯示設(shè)備彩色CRT,影孔板法 三支電子槍，影孔板緊靠熒光涂層。電子槍、影孔板中的一個(gè)小孔和一個(gè)像素呈一直線。調(diào)節(jié)各電子槍發(fā)生的電子束中所含電子的數(shù)目，即可控制各色光點(diǎn)亮度。,顯示設(shè)備彩色CRT,影孔板法 調(diào)節(jié)各電子槍發(fā)生的電子束中所含電子的數(shù)目，即可控制各色光點(diǎn)亮度。,顯示設(shè)備彩色CRT,影孔板法 廉價(jià)的彩色顯示器，它的電子槍，只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，只能產(chǎn)生

7、222=8種顏色。若每個(gè)電子槍發(fā)出的電子束的強(qiáng)度等級(jí)有256個(gè)等級(jí)，則顯示器顯示28282816M種顏色。（真彩色）,顯示設(shè)備其它顯示器件,平板顯示器 發(fā)射(emissive display),非發(fā)射(nonemissive) 發(fā)射：將電能轉(zhuǎn)換為光能的設(shè)備。等離子體顯示板，薄片光電顯示器，發(fā)光二極管，平板CRT. 非發(fā)射：利用光學(xué)效應(yīng)，將太陽(yáng)光或來(lái)自某些其他光源的光轉(zhuǎn)換為圖形模式。液晶設(shè)備。,顯示設(shè)備其它顯示器件,等離子顯示板 通過(guò)將通常包含氖氣的混合氣體充入兩塊玻璃板之間的區(qū)域而構(gòu)成。一塊玻璃板上放置一系列垂直導(dǎo)電帶，而另一塊玻璃板上構(gòu)造一組水平導(dǎo)電帶。在成對(duì)的水平和垂直導(dǎo)電帶上放加點(diǎn)火電壓

8、，導(dǎo)致兩導(dǎo)電帶交叉點(diǎn)處的氣體進(jìn)入電子和離子的輝光放電等離子區(qū)。,顯示設(shè)備其它顯示器件,等離子體平板顯示設(shè)備的基本設(shè)計(jì),顯示設(shè)備LCD,LCD顯示器 CRT固有的物理結(jié)構(gòu)限制了它向更廣的顯示領(lǐng)域發(fā)展 屏幕的加大必然導(dǎo)致顯象管的加長(zhǎng)，顯示器的體積必然要加大，在使用時(shí)候就會(huì)受到空間的限制 CRT顯示器是利用電子槍發(fā)射電子束來(lái)產(chǎn)生圖像，容易受電磁波干擾 長(zhǎng)期電磁輻射會(huì)對(duì)人們健康產(chǎn)生不良影響,顯示設(shè)備LCD,LCD顯示器的優(yōu)點(diǎn) 外觀小巧精致，厚度只有6.58cm左右。 不會(huì)產(chǎn)生CRT那樣的因?yàn)樗⑿骂l率低而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象 工作電壓低，功耗小，節(jié)約能源 沒有電磁輻射，對(duì)人體健康沒有任何影響,顯示設(shè)備LCD,

9、LCD基本原理 通過(guò)能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來(lái)自周圍或內(nèi)部的光源的偏振光。 長(zhǎng)晶體分子，極化。,顯示設(shè)備LCD,LCD顯示設(shè)備的基本設(shè)計(jì),顯示設(shè)備圖形處理器,圖形處理器 圖形處理器是圖形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要元件，是連接計(jì)算機(jī)和顯示終端的紐帶 早期的圖形處理器只包含簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器和幀緩沖區(qū)，它們實(shí)際上只起了一個(gè)圖形的存儲(chǔ)和傳遞作用，一切操作都必須有CPU來(lái)控制 現(xiàn)在的圖形處理器不單單存儲(chǔ)圖形，而且能完成大部分圖形函數(shù)，專業(yè)的圖形卡已經(jīng)具有很強(qiáng)的3D處理能力，大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān),提高了顯示質(zhì)量和顯示速度,顯示設(shè)備圖形處理器,圖形處理器的組成 顯示主芯片 顯卡的核心，俗稱GPU，它的主要任務(wù)是對(duì)系

10、統(tǒng)輸入的視頻信息進(jìn)行構(gòu)建和渲染 顯示緩存 用來(lái)存儲(chǔ)將要顯示的圖形信息以及保存圖形運(yùn)算的中間數(shù)據(jù) 顯存的大小和速度直接影響著主芯片性能的發(fā)揮 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（RAMDAC） 它的作用就是把二進(jìn)制的數(shù)字轉(zhuǎn)換成為和顯示器相適應(yīng)的模擬信號(hào),顯示設(shè)備圖形處理器,光柵掃描顯示器 電子束按固定的掃描順序進(jìn)行掃描N條掃描線，每條掃描線有M個(gè)像素，M * N顯示器的分辨率。,顯示設(shè)備圖形處理器,光柵掃描顯示器,顯示設(shè)備光柵掃描顯示器,邏輯部件：幀緩沖存儲(chǔ)器（Frame Buffer），視頻控制器(video Controller ) ，顯示處理器和CRT。幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)備。,顯示設(shè)備圖形處

11、理器,幀緩沖存儲(chǔ)器 像素所呈現(xiàn)的顏色或灰色由數(shù)值表示，視頻控制器刷新時(shí)，需反復(fù)讀這些數(shù)值。 用來(lái)存儲(chǔ)像素顏色（灰度）值的存儲(chǔ)器就稱為幀緩沖存儲(chǔ)器（顯存）。 幀緩存中單元數(shù)目與顯示器上像素的數(shù)目相同，單元與像素一一對(duì)應(yīng)，各單元的數(shù)值決定了其對(duì)應(yīng)像素的顏色。 顯示顏色的種類與幀緩存中每個(gè)單元的位數(shù)有關(guān)。,顯示設(shè)備圖形處理器,幀緩沖存儲(chǔ)器,顯示設(shè)備圖形處理器,幀緩沖存儲(chǔ)器,顯示設(shè)備圖形處理器,幀緩沖存儲(chǔ)器,顯示設(shè)備圖形處理器,幀緩沖存儲(chǔ)器 若每個(gè)單元有24位（每種基色占8位）即顯示系統(tǒng)可同時(shí)產(chǎn)生224種顏色（24位真彩色） 一個(gè)具有N位面的灰度等級(jí)的幀緩存。每一位的二進(jìn)制值（0或1）被存入指定的寄存

12、器中，該寄存器中二進(jìn)制的數(shù)被翻譯成灰度等級(jí)，其范圍是02N-1之間。亮度等級(jí)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）變成驅(qū)動(dòng)顯示器電子束的模擬電壓。,顯示設(shè)備圖形處理器,幀緩沖存儲(chǔ)器 3個(gè)位面分辯率是10241024的顯示器，需要310241024（3145728）位的存儲(chǔ)器。在存儲(chǔ)器位固定下，屏幕分辯率與同時(shí)可用的顏色種數(shù)成反比關(guān)系。1兆字節(jié)的幀緩存，若設(shè)分辯率為640480，則幀緩存每個(gè)單元可有24位，可能同時(shí)顯示224種顏色，若設(shè)分辯率為1024768，則每個(gè)單元分得的位數(shù)僅略多于8，256色顯示模式下。 高分辯率和真彩模式下，兩個(gè)問(wèn)題，一是需要大容量幀緩存，二是要求視頻控制器對(duì)幀緩存有較快的存取速率。

13、解決辦法：一是采用查色表機(jī)制，二是采用隔行掃描方法。,顯示設(shè)備圖形處理器,查色表（look up Table）或稱彩色表（color table） 是一維線性表，其每一項(xiàng)的內(nèi)容對(duì)應(yīng)一種顏色，它的長(zhǎng)度由幀緩存單元的位數(shù)決定，例如：每單元有8位，則查色表的長(zhǎng)度為28256（如圖2-18） 目的：在幀緩存單元的位數(shù)不增加的情況下，具有大范圍內(nèi)挑選顏色的能力.,顯示設(shè)備圖形處理器,存放方式 顏色信息在幀緩存中兩種存放方式：一是顏色值直接存儲(chǔ)在幀緩存中。二是把顏色碼放在一個(gè)獨(dú)立的表中，幀緩存存放的是顏色表中各項(xiàng)的索引值，顏色范圍擴(kuò)充了。 單色系統(tǒng)：查色表固化 彩顯：可修改、創(chuàng)建查色表。,顯示設(shè)備光柵掃描

14、顯示器,查色表法,顯示設(shè)備光柵掃描顯示器,隔行掃描 一幀完整的畫面分成兩場(chǎng)。 一場(chǎng)160秒，（場(chǎng)頻60HZ），（幀頻30HZ）畫面更新頻率仍為60HZ，降低了閃爍效應(yīng)，每一場(chǎng)160秒內(nèi)，幀緩存中數(shù)據(jù)量比逐行掃描少一半。降低了視頻控制器存取幀緩存的速度及傳輸帶寬的要求。,顯示設(shè)備光柵掃描顯示器,視頻控制器 建立幀緩存與屏幕像素之間的一一對(duì)應(yīng)，負(fù)責(zé)刷新。 工作原理： 刷新周期開始，光柵掃描發(fā)生器置X地址寄存器為0，置Y地址寄存器為N-1，首先取出對(duì)應(yīng)像素（0，N-1）,放入像素值寄存器，用來(lái)控制像素的顏色，然后X的地址寄存器的地址加一，,顯示設(shè)備光柵掃描顯示器,視頻控制器,顯示設(shè)備光柵掃描顯示器,

15、顯示處理器 作用：代替CPU完成部分圖形處理功能，掃描轉(zhuǎn)換、幾何變換、裁剪、光柵操作、紋理映射等等 具有專用顯示處理器的光柵顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),圖形加速卡=視頻控制器+顯存+顯示處理器,顯示設(shè)備,光柵顯示系統(tǒng)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 成本低 易于繪制填充圖形 色彩豐富 刷新頻率一定，與圖形的復(fù)雜程度無(wú)關(guān) 易于修改圖形 缺點(diǎn)： 需要掃描轉(zhuǎn)換 會(huì)產(chǎn)生混淆,輸入設(shè)備,將用戶的圖形數(shù)據(jù)及各種命令等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并傳遞給計(jì)算機(jī)。,輸入設(shè)備,圖形輸入設(shè)備的發(fā)展 第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等 第二階段：鍵盤 第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語(yǔ)音 第四階段：三維輸入設(shè)備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、

16、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢(shì)、表情等等 第五階段：用戶的思維,輸入設(shè)備,坐標(biāo)數(shù)字化儀,輸入設(shè)備,軌跡球和空間球：,輸入設(shè)備,數(shù)據(jù)手套：,輸入設(shè)備,掃描儀：,練習(xí),陰極射線管由_、_、_、_和_構(gòu)成。 CRT中電子槍中的控制柵，通過(guò)控制_，控制熒光屏上相應(yīng)點(diǎn)的亮度。 衡量CRT偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)性能的最重要的指標(biāo)是_。 陰極射線管中聚焦系統(tǒng)的功能是_。,練習(xí),顯示器的分辨率大小取決與_、_和_。 彩色陰極射線管中，廣泛應(yīng)用于光柵掃描系統(tǒng)中的產(chǎn)生彩色顯示的方法是_。 光柵顯示器的幀緩存中，存放的是_。 很多光柵掃描顯示器中采用_和_方式來(lái)解決高分辨率多彩色所帶來(lái)的幀存容量不足和對(duì)幀緩存有較快的存取速率的問(wèn)題。,練習(xí),陰極射線管的英文縮寫為 A、CRT B、DVST C、LCD