計(jì)算機(jī)圖形學(xué)2-1 圖形設(shè)備與系統(tǒng)_第1頁
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計(jì)算機(jī)圖形學(xué)2-1 圖形設(shè)備與系統(tǒng)_第3頁
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文檔簡介

1、2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)1 第二章 圖形設(shè)備與系統(tǒng) 2.1 圖形顯示設(shè)備 2.2 圖形系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn) 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)2 2.1 圖形設(shè)備 o 圖形顯示設(shè)備 n 圖形輸出包括圖形的顯示和圖形的繪制,圖形圖形 顯示顯示指的是在屏幕上輸出圖形。 n 圖形繪制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。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)3 2.1 圖形顯示器 2.1.1 陰極射線管 2.1.2 彩色陰極射線管 射線穿透法 影孔板法 2.1.3 隨機(jī)掃描顯示系統(tǒng) 2.1.4 2.1.5 光柵掃描系統(tǒng) 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)4 CRT(Cathod

2、e Ray Tube),是光柵掃描顯示 器的顯示部件,其功能與電視機(jī)的顯像管類 似,主要是由電子槍、聚焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、 熒光粉層和玻璃外殼五大部分組成。 CRT 電子槍 聚焦系統(tǒng) 偏轉(zhuǎn) 系統(tǒng) 熒光屏 電子束 蔭罩 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)5 陰極射線管 (CRT) n 工作原理 o 高速的電子束由電子槍電子槍發(fā)出,經(jīng)過聚焦系統(tǒng)、加聚焦系統(tǒng)、加 速系統(tǒng)和磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)速系統(tǒng)和磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)就會到達(dá)熒光屏的特定位置。 由于熒光物質(zhì)在高速電子的轟擊下會發(fā)生電子躍 遷,即電子吸收到能量從低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)。由 于高能態(tài)很不穩(wěn)定,在很短的時(shí)間內(nèi)熒光物質(zhì)的 電子會從高能態(tài)重新回到低能態(tài),這時(shí)將發(fā)出熒 光,屏幕

3、上的那一點(diǎn)就會亮了 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)6 n 要保持顯示一幅穩(wěn)定的畫面,必須不斷地發(fā)射 電子束 n 刷新頻率 o 刷新刷新一次是指電子束從上到下掃描一次 的過程 o 刷新頻率高到一定值后,圖象才能穩(wěn)定 顯示 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)7 電子槍電子槍 o 電燈絲,陰極和控制柵組成。 o 陰極:由燈絲加熱發(fā)出電子束, o 控制柵:加上負(fù)電壓后,能夠控制通過其中小孔 的帶負(fù)電的電子束的強(qiáng)弱。通過調(diào)節(jié)負(fù)電壓高低 來控制電子數(shù)量,即控制熒光屏上相應(yīng)點(diǎn)的亮度。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)8 聚焦系統(tǒng) 保證電子束在轟擊屏幕 時(shí),匯聚成很細(xì)的點(diǎn)。 加速電極 加正的高壓電(幾萬伏),使電子束高速

4、運(yùn) 動。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)9 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) o 控制電子束,靜電場或磁場,產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。 o 電子束要到達(dá)屏幕的邊緣時(shí),偏轉(zhuǎn)角度就 會增大。到達(dá)屏幕最邊緣的偏轉(zhuǎn)角度被稱 為最大偏轉(zhuǎn)角最大偏轉(zhuǎn)角 o 最大偏轉(zhuǎn)角最大偏轉(zhuǎn)角是衡量系統(tǒng)性能的最重要的指 標(biāo),顯示器長短與此有關(guān) o CRT顯示器屏幕越大整個(gè)顯象管就越長 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)10 熒光屏 熒光物質(zhì):當(dāng)它被電子轟擊時(shí)發(fā)出亮光熒光物質(zhì):當(dāng)它被電子轟擊時(shí)發(fā)出亮光 持續(xù)發(fā)光時(shí)間:電子束離開某點(diǎn)后,該持續(xù)發(fā)光時(shí)間:電子束離開某點(diǎn)后,該 點(diǎn)的亮度值衰減到初始值點(diǎn)的亮度值衰減到初始值1/10所需的時(shí)所需的時(shí) 間間 刷新頻率:每秒鐘重繪屏幕的

5、次數(shù)刷新頻率:每秒鐘重繪屏幕的次數(shù) 某種CRT產(chǎn)生穩(wěn)定圖像所需要的最小刷新頻率最小刷新頻率 =1秒/熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時(shí)間 例如: 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)11 熒光屏 p 像素像素(Pixel:Picture Cell):構(gòu)成屏幕(圖構(gòu)成屏幕(圖 像)的最小元素像)的最小元素 p 分辨率分辨率(Resolution):CRT在水平或豎在水平或豎 直方向單位長度上能識別的最大像素個(gè)數(shù),直方向單位長度上能識別的最大像素個(gè)數(shù), 單位通常為單位通常為dpi(dots per inch)。在假在假 定屏幕尺寸一定的情況下,也可用整個(gè)屏定屏幕尺寸一定的情況下,也可用整個(gè)屏 幕所能容納的像素個(gè)數(shù)描述,

6、如幕所能容納的像素個(gè)數(shù)描述,如 640*480,800*600,1024*768, 1280*1024等。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)12 產(chǎn)生彩色的常用方法: 射線穿透法射線穿透法 影孔板法影孔板法 2.1.2 彩色陰極射線管 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)13 2.1.2 彩色陰極射線管-射線穿透法 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 電子束電子束 熒光涂層熒光涂層產(chǎn)生顏色產(chǎn)生顏色 低速電子束低速電子束 較低速電子束較低速電子束 較高速電子束較高速電子束 高速電子束高速電子束 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)14 彩色陰極射線管-

7、射線穿透法 o應(yīng)用:主要用于畫線顯示器應(yīng)用:主要用于畫線顯示器 o優(yōu)點(diǎn):成本低優(yōu)點(diǎn):成本低 o缺點(diǎn):只能產(chǎn)生有限幾種顏色缺點(diǎn):只能產(chǎn)生有限幾種顏色 o 圖形質(zhì)量比較差圖形質(zhì)量比較差 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)15 2.1.2 彩色陰極射線管-影孔板法 n 影孔板法影孔板法 o 原理:原理: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)。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 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)16 n 影孔板的類型 o 點(diǎn)狀影孔板 代表:大多數(shù)球面與柱面顯像管 o 蔭柵式影孔板 代表:Sony的Trin

8、itron與Mitsubishi 的Diamondtron顯像管 o 溝槽式影孔板 代表:LG的Flatron顯像管 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)17 2.1.2 彩色陰極射線管-影孔板法 n點(diǎn)狀影孔板工作原理 o 紅、綠、蘭三基色 o 三色熒光點(diǎn)(很小并充分靠近-像素) o 三支電子槍 電子槍、影孔板中 的一個(gè)小孔和熒光熒光 點(diǎn)點(diǎn)呈一直線; 每個(gè)小孔與一個(gè)像 素(即三個(gè)熒光點(diǎn)熒光點(diǎn)) 對應(yīng) 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)18 顯示器能同時(shí)顯示的顏色個(gè)數(shù)顯示器能同時(shí)顯示的顏色個(gè)數(shù) 如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強(qiáng) 度有256個(gè)等級,則顯示器能同時(shí)顯 示256*256*256=16M種顏色,稱為 真

9、彩系統(tǒng) l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。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)19 n 球面顯示器與柱面顯示器 o 普通的顯象管采用的都是點(diǎn)狀影孔板點(diǎn)狀影孔板顯 象管,顯象管的表面呈略微凸起的球面 狀,故稱之為“球面管球面管”。而柱面顯象 管采用蔭柵式蔭柵式結(jié)構(gòu),它的表面在水平方 向仍然略微凸起,但是在垂直方向上卻 是筆直的,呈圓柱狀,故稱之為“柱面柱面 管管” o 常用的柱面顯象管有日本索尼公司的特 麗瓏管(Trinitron)和三菱公司的鉆石 瓏管(Diamondtron) 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)20 2.1.3 隨機(jī)掃描顯示器 圖形顯示器是計(jì)算機(jī)圖

10、形學(xué)中關(guān)鍵的設(shè)備 o 60年代中期:隨機(jī)掃描(Random Scan,RS) 顯示器,也稱矢量顯示器,屬于畫線設(shè)備,即畫線顯 示器。 p 較高分辨率和對比度,良好的動態(tài)性能。 p 閃爍,需要刷新,緩沖存儲器,需要高速處理器。 p 設(shè)備昂貴,限制普及 p 隨機(jī)掃描顯示器不能顯示有陰影的圖像。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)21 o 隨機(jī)掃描顯示器的電子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機(jī)性,電 子束不進(jìn)行全屏掃描,其軌跡隨圖像的定義而變化,只 在需要的地方轟擊熒光屏。圖像的定義是存放在文件存 儲器中的一組畫線命令。 o 隨機(jī)掃描顯示器周期性地讀取畫線命令,依次在屏幕上 畫出線條,當(dāng)所有的畫線命令都執(zhí)行完畢后,圖

11、像就顯 示出來。這時(shí)隨機(jī)掃描顯示器又返回到第一條命令行進(jìn) 行屏幕刷新。隨機(jī)掃描顯示器可以直接按指定路徑畫線, 所畫直線光滑沒有鋸齒,因而圖像清晰,主要用于顯示 高質(zhì)量的圖像。 隨機(jī)掃描顯示器演示 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)22 特點(diǎn):電子束可隨意移動,只掃描熒屏上要顯示的部 分。 邏輯部件:刷新存儲器(Refreshing Buffer),顯示處 理器(DPU:Display Processing Uuit)和CRT 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)23 l 應(yīng)用程序發(fā)出繪圖命令,解析成顯示處理器可 接受命令格式,存放在刷新存儲器中。刷新存儲器中所 有的繪圖命令組成一個(gè)顯示文件,由顯示處理器負(fù)責(zé)

12、解 釋執(zhí)行(刷新), 驅(qū)動電子槍在屏幕上繪圖。 修改圖形,實(shí)際是修改顯示文件中的某些繪圖命令。 工作原理 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)24 2.1.4 直視存儲管顯示器 p 60年代后期發(fā)展了利用CRT本身來存儲信息, 而且不再需要刷新屏幕的顯示器,這就是直視存 儲管顯示器(Direct View Storage Tube, DVST)。 p不需刷新和緩存,價(jià)格較低,缺點(diǎn)是不具有動態(tài)修 改圖形功能,不適合交互式。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)25 p DVST使用緊貼在熒光層后的存儲柵的電荷分布來存 儲圖形。DVST使用兩支電子槍,一支是寫電子槍,用來 存儲圖形;另一支是讀電子槍,用來圖形顯示

13、。 p 這種顯示器的電子束不是直接打在熒光屏上,而是 先用寫入電子槍將圖像信息以正電荷“寫”在一個(gè)每英 寸有250條細(xì)絲的存儲柵上。 p 讀電子槍發(fā)出的電子流再把存儲柵上的圖像“重寫”在 屏幕上。緊靠著存儲柵后面的是收集柵,主要作用是使 讀出的電子流均勻,并以垂直方向射向屏幕。被吸引過 去的電子直接通過存儲柵并轟擊熒光粉形成圖像。 直視存儲管顯示器演示 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)26 2.1.5 光柵掃描顯示器 70年代初,基于電視技術(shù)的光柵掃描顯示器的出 現(xiàn) ,大大推動了圖形學(xué)的發(fā)展。由于光柵掃描顯示器 電子束的強(qiáng)度可以不斷變化,所以容易生成顏色連續(xù)變 化的真實(shí)感圖像。光柵掃描顯示器是畫點(diǎn)

14、設(shè)備畫點(diǎn)設(shè)備,可看作 是一個(gè)點(diǎn)陣單元發(fā)生器點(diǎn)陣單元發(fā)生器,并可控制每個(gè)點(diǎn)陣單元的亮度, 這些點(diǎn)陣單元被稱為像素像素(Picture Element,Pixel)。 像素 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)27 1、畫點(diǎn)設(shè)備 p 不走樣直線: 在繪制水平,垂直直線及對角線時(shí),像素 點(diǎn)集在直線路徑上的位置是準(zhǔn)確的,稱為不 走樣直線。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)28 p 走樣直線: 點(diǎn)陣形成的斜線呈階梯狀,形成鋸齒線,這 稱為直線的走樣。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)29 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)30 屏幕縱橫比(Aspect Ratio): 顯示設(shè)備中 顯示圖像的橫向尺寸與縱向尺寸的比例,最常見

15、的為4:3,目前的高清晰度電視和一些新型顯示 設(shè)備采用了16:9。 800600 1024768 800/600=1024/7684/3 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)31 光柵顯示器為了在能整個(gè)屏幕上顯示 出圖形,電子束需要從屏幕的左上角開始, 沿著水平方向從左至右勻速地掃描,一直掃 描到屏幕的右下角,顯示出一幀圖像。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)32 像素點(diǎn)像素點(diǎn) 掃描線掃描線 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)33 3、陰罩板 陰罩板陰罩板 電子槍 蔭罩板 熒光屏 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)34 蔭罩式彩色CRT的熒光點(diǎn)圖案 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)35 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)36

16、4、幀緩沖存儲器、幀緩沖存儲器 n 邏輯部件:幀緩沖存儲器(邏輯部件:幀緩沖存儲器(Frame Buffer), 視頻控制器視頻控制器(Video Controller),顯示處理顯示處理 器器(Display Processor),CRT n 幀緩沖存儲器幀緩沖存儲器 o 作用:存儲屏幕上像素的顏色值作用:存儲屏幕上像素的顏色值 o 簡稱幀緩沖器,俗稱顯存簡稱幀緩沖器,俗稱顯存 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)37 o 像素所呈現(xiàn)的顏色或灰度由數(shù)值表示,視頻控制器 刷新時(shí),需反復(fù)讀這些數(shù)值。 o 用來存儲像素顏色(灰度)值的存儲器就稱為幀緩 沖存儲器。簡稱幀緩沖器(顯存)。 l幀緩存中單元數(shù)目與

17、顯示器上像素的數(shù)目相同,單 元與像素一一對應(yīng),各單元的數(shù)值決定了其對應(yīng)像 素的顏色。 l顯示顏色的種類與幀緩存中每個(gè)單元的位數(shù)有關(guān) (圖示幀緩沖器的每個(gè)單元只有一位)。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)38 如果屏幕上每個(gè)像素的顏色只用一位(Bit) 表示,其值非0即1,屏幕只能顯示黑白二色圖像, 稱為黑白顯示器,此時(shí)幀緩沖器只有一個(gè)位面。 如果屏幕分辨率為1024768,則黑白顯示 器的幀緩沖容量是10247681786,432位。 5 5、 位面位面 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)39 1個(gè)位面 位面位面 一個(gè)位面幀緩沖器一個(gè)位面幀緩沖器 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)40 8個(gè)位面 如果每個(gè)像素

18、的顏色可以用一個(gè)字節(jié)(Byte) 表示,幀緩沖器需要用八個(gè)位面,可表示256種灰 度,稱為灰度顯示器。 如屏幕分辨率為1024768,則灰度顯示器的 幀緩沖的容量是102476886,291,456位。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)41 8個(gè)位面 八位面幀緩沖器 位面位面 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)42 24個(gè)位面 如果每個(gè)像素用R、G、B三原色混合表示, 其中每種原色分別用一個(gè)字節(jié)表示,各對應(yīng)一 把電子槍,每種顏色可有256種亮度,三種顏色 的組合是224顏色,共有二十四個(gè)位面。 如屏幕分辨率為1024768,則彩色顯示器 的幀緩沖的容量是102476883 18,874,368位 202

19、1-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)432424個(gè)位面幀緩沖器個(gè)位面幀緩沖器 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)44 6、黑白光柵掃描顯示器 o 黑白光柵顯示器的邏輯框圖如上:其中幀 緩存是一塊連續(xù)的計(jì)算機(jī)存儲器。對于黑 白單灰度顯示器每一象素需要一位存儲器, 對一個(gè)10241024象素組成的黑白單灰度 顯示器所需要的最小緩存為220,并在一個(gè) 位面上。一個(gè)位面的緩存只能存儲黑白圖 形,幀緩存是數(shù)字設(shè)備,光柵顯示器是模 擬設(shè)備,因而還需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)45 7、彩色光柵掃描顯示器 o 在光柵圖形顯示器中需要足夠的位面和幀 緩存結(jié)合起來才能反映圖形的顏色和灰度 等級。如下圖是一

20、個(gè)具有N位面灰度等級的 幀緩存。顯示器上每個(gè)象素的亮度是由N位 面中對應(yīng)的每個(gè)象素位置的內(nèi)容控制的。 該存儲器的中的二進(jìn)制的數(shù)被翻譯成灰度 等級,范圍是0到2N-1之間。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)46 彩色光柵掃描顯示器 o 下圖是彩色光柵顯示器的邏輯圖,對于紅、 綠、藍(lán)三原色有三個(gè)位面的幀緩存和三個(gè)電 子槍。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)47 彩色光柵掃描顯示器 o 每個(gè)顏色的電子槍可以通過增加幀緩存位面來提高 顏色種類的灰度等級。如上圖,每種原色電子槍有 8個(gè)位位面的幀緩存和8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器,每種原色 可有256中灰度,三種原色的組合將是(28)3=224。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形

21、學(xué)48 彩色光柵掃描顯示器 o 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)。 o分辨率分辨率M*N、顏色個(gè)數(shù)顏色個(gè)數(shù)K與顯存大與顯存大 小小V的關(guān)系的關(guān)系 KNMV 2 log 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)49 彩色光柵掃描顯示器彩色光柵掃描顯示器 o 3個(gè)位面分辯率是10241024的顯示器,需要 310241024(3145728)位的存儲器。若 存儲器位長固定,則屏幕分辯率與同時(shí)可用的顏存儲器位長固定,則屏幕分辯率與同時(shí)可用的顏 色種數(shù)成反比關(guān)系。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

22、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, 只能工作于256色顯示模式下。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)50 彩色光柵掃描顯示器 o 顯存問題 n 高分辨率和真彩要求有大的顯存; n 曾經(jīng)是個(gè)問題!曾經(jīng)是個(gè)問題! n 解決方法:采用查色表查色表(Lookup Table)或稱彩色表彩色表(Color Table) n 查色表工作原理 1024*768真彩模式需要真彩模式需要3M字節(jié)顯存字節(jié)顯存 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)51 查色表(look up Table) n 是一維線性表,其每一項(xiàng)的內(nèi)容對應(yīng)一種顏色, 它的長度由幀緩存單元的位數(shù)決定它的長度

23、由幀緩存單元的位數(shù)決定,例如:每 單元有8位,則查色表的長度為28256 n 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)挑選顏色的能力大范圍內(nèi)挑選顏色的能力: 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)52 查色表 o 圖形系統(tǒng)為更靈活控制圖形和顏色的變化, 往往不直接將幀緩沖器中的數(shù)值作圖顯示 的亮度值,而是先經(jīng)過顏色查找表(又稱 調(diào)色板)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變換值來控制光點(diǎn)的亮度。 o 工作方式: 顯存中某位值顏色表地址 屏幕上的亮度 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)53 帶寬帶寬T與分辨率、幀頻與分辨率、幀頻F的關(guān)系的關(guān)系 帶寬問題 高分辨率和高的刷新頻率要求有高帶寬 解決方法:隔行掃描(現(xiàn)在已經(jīng)基本不用

24、, 主流顯示器都采用逐行掃描方式) 隔行掃描的:把一幀分兩場,即奇數(shù)場與 偶數(shù)場 場頻:=2*幀頻 彩色光柵掃描顯示器 FNMT 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)54 幀緩沖器:幀緩沖器:分頁分頁 o 幀緩沖器的容量往往設(shè)計(jì)得比屏幕畫面的位圖大幀緩沖器的容量往往設(shè)計(jì)得比屏幕畫面的位圖大 得多得多,也就是說,幀緩沖器可以同時(shí)存放多幅畫 面的位圖,這時(shí)幀緩沖器區(qū)域可分成若干頁面, 每個(gè)頁面存放一幅位圖,并通過控制器就實(shí)現(xiàn)不 同畫面的切換。頁面的大小可以劃分得比屏幕位 圖大得多,甚至是整個(gè)幀緩沖器,這時(shí),從程序 員的角度來看,可輸出顯示的畫面將遠(yuǎn)大于實(shí)際 的物理屏幕,此時(shí)物理屏幕僅是一個(gè)窗口,它顯 示的

25、不過是全部畫面的一部分,通過上下滾動 (Scroll)和左右移屏(Pan)功能,用戶可以看到 幀緩沖器中的整個(gè)畫面。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)55 隔行掃描工作原理 o 一幀完整的畫面分成兩場。 o 一場160秒,(場頻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。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)56 簡單的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 其中,幀緩存為系 統(tǒng)內(nèi)存任一塊區(qū)域, 視頻控制器能夠直 接存取該區(qū)域以刷 新屏幕。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)57 o較為典型

26、的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu) 其中,幀緩存可以是 專用的存儲器,也可 以是系統(tǒng)內(nèi)存中的一 塊固定區(qū)域。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)58 視頻控制器 o 作用:作用:建立幀緩存與屏幕像素之間的一 一對應(yīng),負(fù)責(zé)刷新 o 邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu) 普通顯卡=視頻控制器+顯存 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)59 顯示處理器 o 低檔圖形顯示系統(tǒng),掃描轉(zhuǎn)換工作直接由CPU類 完成。 o 任務(wù):掃描轉(zhuǎn)換待顯示的圖形。 o 簡單的:直線、圓弧、多邊形等, o 復(fù)雜的:光柵操作(像素塊的移動、拷貝),幾 何變換、裁剪、消隱, 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)60 顯示處理器 o 具有專用顯示處理器的光柵顯示系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)

27、 圖形加速卡=視頻控制器+顯存+ 顯示處理器 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)61 優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn): n 成本低成本低 n 易于繪制填充圖形易于繪制填充圖形 n 色彩豐富色彩豐富 n 刷新頻率一定,與圖形的復(fù)雜程度無關(guān)刷新頻率一定,與圖形的復(fù)雜程度無關(guān) n 易于修改圖形易于修改圖形 缺點(diǎn):缺點(diǎn): n 需要掃描轉(zhuǎn)換需要掃描轉(zhuǎn)換 n 會產(chǎn)生混淆會產(chǎn)生混淆 缺點(diǎn)正在被克服 優(yōu)點(diǎn)使其占據(jù)了市場主流 光柵顯示系統(tǒng)的特點(diǎn)光柵顯示系統(tǒng)的特點(diǎn) 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)62 幾個(gè)概念 o 行頻、幀頻 行頻又稱水平掃描頻率,是電子槍每秒在屏 幕上掃描過的水平線條數(shù)。幀頻又稱垂直 掃描頻率,是每秒鐘屏幕重復(fù)繪制顯示畫

28、面的次數(shù),即重繪率。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)63 幾個(gè)概念 帶寬帶寬 這是表示顯示器顯示能力的一個(gè)綜合指 標(biāo)。帶寬帶寬指每秒鐘掃描的象素個(gè)數(shù);即單 位時(shí)間內(nèi)每條掃描線上顯示的象素?cái)?shù)總和。 帶寬帶寬越大表明顯示器顯示控制能力越強(qiáng), 顯示效果越佳?,F(xiàn)在的顯示器帶寬帶寬基本都 能能達(dá)到80MHz,若能達(dá)到100MHz或110MHz 以上則更好。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)64 幾個(gè)概念 o 色彩與亮度等級色彩與亮度等級 亮度等級又稱灰度,主要指單色顯示器的亮 度變化。色彩包括可選擇顯示器顏色的數(shù) 目以及一幀畫面可同時(shí)顯示的顏色數(shù),與 熒光屏的質(zhì)量有關(guān),并受顯示存儲器VRAM 容量的影響。 2

29、021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)65 幾個(gè)概念 o 顯示速度顯示速度 指顯示字符、圖形特別是動態(tài)圖像的速度,與 顯示器的分辨率及掃描頻率有關(guān)??捎米畲?帶寬(水平象素?cái)?shù) 垂直象素?cái)?shù) 最大 幀頻)來表示。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)66 矢量圖形(隨機(jī)顯示系統(tǒng) )和 光柵圖形(光柵掃描系統(tǒng))的屬性對照 v 顯示效率 對形體的復(fù)雜度十分敏感 對形體的復(fù)雜度不敏感 v 存儲量需求 變化的,依賴于景物的復(fù)雜度 很大,但恒定不變 v 屏幕顯示的走樣現(xiàn)象 沒有走樣會產(chǎn)生走樣 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)67 矢量圖形(隨機(jī)顯示系統(tǒng) )和 光柵圖形(光柵掃描系統(tǒng))的屬性對照 v 畫線設(shè)備畫點(diǎn)設(shè)備 v 物體顯示與

30、屏幕刷新 物體顯示嵌入屏幕刷新過程 掃描變換獨(dú)立于屏幕刷新過程 v 幾何變換 連續(xù)的,變換作用于幾何定義的形體 離散的,變換作用于區(qū)域內(nèi)的所有象素 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)68 矢量圖形(隨機(jī)顯示系統(tǒng) )和 光柵圖形(光柵掃描系統(tǒng))的屬性對照 v 集合運(yùn)算和塊操作 困難,需要解析計(jì)算容易 v 顯示區(qū)域內(nèi)部的能力 沒有,僅能顯示邊界 有,濃淡或紋理 v 與數(shù)字圖象相容性 不相容完全相容 v 定量測量 精確,但是計(jì)算復(fù)雜 簡單,但是近似值 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)69 2.1.6 液晶顯示器(液晶顯示器( LCD LCD ) n LCD: Liquid Crystal DisplayLCD

31、: Liquid Crystal Display n 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 o 屏幕的加大必然導(dǎo)致顯象管的加長,顯示器的 體積必然要加大,在使用時(shí)候就會受到空間的 限制 o CRT顯示器是利用電子槍發(fā)射電子束來產(chǎn)生圖 像,容易受電磁波干擾 o 長期電磁輻射會對人們健康產(chǎn)生不良影響 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)70 索尼公司的兩款LCD外形 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)71 n LCD顯示器的優(yōu)點(diǎn) o 外觀小巧精致,厚度只有6.58cm左右。 o 不會產(chǎn)生CRT那樣的因?yàn)樗⑿骂l率低而出 現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象 o 工作電壓低,功耗小,節(jié)約能源 o 沒有電磁輻射,對人體健康沒有

32、任何影響 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)72 LCD顯示器的構(gòu)成 o 液晶顯示器LCD(Liquid Crystal Display)是由 六層薄板組成的平板式顯示器 垂直網(wǎng)垂直網(wǎng) 格線格線 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)73 LCD顯示器基本原理 o 液晶是一種介于液體和固體之間的特殊 物質(zhì),它具有液體的流態(tài)性質(zhì)和固體的 光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)液晶受到電壓的影響時(shí), 就會改變它的物理性質(zhì)而發(fā)生形變,此 時(shí)通過它的光的折射角度就會發(fā)生變化, 而產(chǎn)生色彩 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)74 液晶顯示有主動式和被動式兩種 n 被動式液晶屏幕有STN(Super TN超扭曲向 列LCD)和DSTN(Double l

33、ayer Super TN 雙層超扭曲向列LCD)等 n 最流行的主動式液晶屏幕是TFT(Thin Film Transistor薄膜晶體管) n 主動式液晶顯示器使用了FET場效晶體管以及 共通電極,這樣可以讓液晶體在下一次的電壓 改變前一直保持電位狀態(tài)。這樣主動式液晶顯 示器就不會產(chǎn)生在被動式液晶顯示器中常見的 鬼影、或是畫面延遲的殘像等 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)75 LCD顯示器的基本指標(biāo) o可視角度 n 視線與屏幕中心法向成一定角度時(shí), 人們就不能清晰地看到屏幕圖象,而 那個(gè)能看到清晰圖象的最大角度被我 們稱為可視角度。一般所說的可視角 度是指左右兩邊的最大角度相加。工 業(yè)上有CR

34、10(Contrast Ratio)、 CR5兩種標(biāo)準(zhǔn)來判斷液晶顯示器的可 視角度 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)76 LCD顯示器的基本指標(biāo) o點(diǎn)距與分辨率 n 液晶屏幕的點(diǎn)距就是兩個(gè)液晶顆粒(光 點(diǎn))之間的距離,一般 0.280.32mm就能得到較好的顯示 效果 n 通常所說的液晶顯示器的分辨率是指其 真實(shí)分辨率,表示水平方向的像素點(diǎn)數(shù) 與垂直方向的像素點(diǎn)數(shù)的乘積 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)77 液晶顯示器的缺點(diǎn) o 壽命短、怕震動、溫度敏感 o 分辨率相對較低,色彩不夠鮮艷,且價(jià)格偏 高。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)78 *純平顯示器* n走向平面的顯像管 o 球面顯象管: n 表面:

35、球面的一部分 n 時(shí)間:90年代初 o 柱面顯象管: n 表面:柱面的一部分,垂直方向上平直,水 平方向上有彎曲 n 時(shí)間:90年代中期 n 代表:Sony公司的Trinitron,Mitsubishi 公司的Diamondtron 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)79 *純平顯示器* n走向平面的顯像管 o 平面直角顯象管 n 表面:球面的一部分,類似于平面 n 時(shí)間:90年代中后期 n 90年代中后期 o 純平顯象管 n 表面:純平面 n 時(shí)間:90年代后期 n 代表:Sony公司的FD Trinitron,Mitsubishi公司的 Diamondtron,Samsung公司的DanyFla

36、t,LG公司的 Flatron n 現(xiàn)在市場上的主流顯象管 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)80 *純平顯示器* n純平顯示器的技術(shù)指標(biāo) o點(diǎn)距:0.26mm, 0.25mm, 0.24mm o帶寬:110M208M o最大分辨率:1600*1200/85,1280*1024/85 o對比度: o亮度不均勻性: o閃爍: o功耗:100w左右 n主要產(chǎn)品 LG的未來窗,美格的平面龍(Sony顯象管),ADI的MicroScan (Sony顯象管),三星700IFT等等 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)81 2.1.7 等離子顯示器(等離子顯示器(PDP) o PDP:Plasma Display Pa

37、nel o 采用空氣等離子體技術(shù),無須刷新緩沖 存儲器 o 空氣等離子體可想象成一個(gè)個(gè)微型霓虹 燈,紅綠藍(lán)三種不同顏色的像素。 o 顯示屏薄,掛在墻上。 o 發(fā)光聚合物技術(shù),堅(jiān)不可摧;柔韌性好, 可以卷起來;顯示畫面具有無與倫比的 清晰度,無鋸齒現(xiàn)象。真正的平面直角。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)82 2.1.8 三維顯示器 p二維顯示器上觀看三維圖像的方法: p坐標(biāo)變換方法 p三維立體顯示方法 p立體眼鏡方法 p立體攝影方法 p三維立體畫方法 p三維顯示器 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)83 1、二維顯示器上觀看三維圖像的方法 坐標(biāo)變換方法 這是目前光柵掃描顯示器顯示三維圖像 的主流技術(shù),通過

38、坐標(biāo)變換可以將三維點(diǎn) (x,y,z)變換為屏幕設(shè)備坐標(biāo)點(diǎn)(x, y)。這種通過三維坐標(biāo)系向二維坐標(biāo)系的 投影變換生成的三維圖像稱為準(zhǔn)三維圖像。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)84 立體眼鏡方法 紅綠立體眼鏡紅綠立體眼鏡 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)85 立體攝影方法 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)86 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)87 三維立體畫方法 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)88 2、 三維顯示器 不需要佩戴 任何3D眼鏡就 可以觀察到具 有三維立體效 果的圖像 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)89 圖形輸入設(shè)備的發(fā)展 n 第一階段:控制開關(guān)、穿孔紙等等 n 第二階段:鍵盤 n 第三階段:二維定位

39、設(shè)備,如鼠標(biāo)、光筆、圖 形輸入板、觸摸屏等等,語音 n 第四階段:三維輸入設(shè)備(如空間球、數(shù)據(jù)手 套、數(shù)據(jù)衣),用戶的手勢、表情等等 n 第五階段:用戶的思維 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)90 2.2 圖形系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn) o 分類: n 基本圖形軟件-支撐軟件 n 應(yīng)用圖形軟件-專用軟件 o 基本圖形軟件實(shí)現(xiàn)方法 n 圖形軟件包 n 修改高級語言 n 專用高級圖形語言 o 圖形軟件標(biāo)準(zhǔn) 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)91 圖形系統(tǒng) o 硬件,圖形 I/O 設(shè)備,系統(tǒng)軟件,圖形軟件。 o 圖形軟件:通用編程軟件包,專用應(yīng)用軟件包。 o 通用類:提供一個(gè)可用于高級程序語言的圖形功 能擴(kuò)展集(比如,Op

40、enGL). o 基本功能:圖元生成,屬性設(shè)置(顏色,.)選 擇觀察及實(shí)施變換等。 o 專用類:不關(guān)心圖形操作過程(比如,CAD系統(tǒng)。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)92 圖形支撐軟件 第一層次是面向系統(tǒng)的,主要解決圖形設(shè)備與計(jì)算機(jī)的通訊接口 等問題,稱為設(shè)備驅(qū)動程序,包括一些最基本的輸入、輸出程序 ,事實(shí)上,設(shè)備驅(qū)動程序現(xiàn)在已被作為操作系統(tǒng)一部分,由操作 系統(tǒng)或設(shè)備硬件廠商開發(fā); 第二層次是建立在驅(qū)動程序之上,完成圖元的生成、設(shè)備的管圖元的生成、設(shè)備的管 理理等功能,目前這個(gè)層次上的圖形支撐軟件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,如 GKS、PHIGS、CGI等; 第三層次是在中間層基礎(chǔ)上編寫的,其主要任務(wù)是建立圖形

41、數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu),定義、修改和輸出圖形,它是面向用戶面向用戶的,要求具有較強(qiáng) 的交互功能,使用方便,風(fēng)格好,概念明確,容易閱讀,便于維 護(hù)和移植,OpenGL、DirectX便屬于這一層次的軟件。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)93 圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) o 圖形標(biāo)準(zhǔn):圖形系統(tǒng)及其相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)中各 界面之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標(biāo)準(zhǔn), 以及供圖形應(yīng)用程序調(diào)用的子程序功能及其 格式標(biāo)準(zhǔn),前者稱為數(shù)據(jù)及文件格式標(biāo)準(zhǔn), 后者稱為子程序界面標(biāo)準(zhǔn)。 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)94 圖形標(biāo)準(zhǔn)的作用位置 應(yīng)用系統(tǒng) 圖形系統(tǒng) GKS, PHIGS, OPEN GL 設(shè)備 驅(qū)動 設(shè)備 驅(qū)動 設(shè)備 驅(qū)動 CGI 元文件 輸出程序 元文件 輸入程序 CGM 數(shù)據(jù)庫 IGES,STEP 2021-8-7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)95 可移植性的四個(gè)方面 o 應(yīng)

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