計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

1、第二章第二章 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及圖形硬件計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及圖形硬件p 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)p 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備p 圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備p 顯示子系統(tǒng)顯示子系統(tǒng)p 圖形硬拷貝設(shè)備圖形硬拷貝設(shè)備12.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)p 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能p 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)23計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能圖圖2.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能4計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖2.2 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.2 圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 鍵盤(pán)（鍵盤(pán)（keyboard） 鍵盤(pán)能用來(lái)

2、進(jìn)行屏幕坐標(biāo)的輸入、菜單鍵盤(pán)能用來(lái)進(jìn)行屏幕坐標(biāo)的輸入、菜單選擇、圖形功能選擇，以及輸入那些如輔助選擇、圖形功能選擇，以及輸入那些如輔助圖形顯示的圖片標(biāo)記等非圖形數(shù)據(jù)。圖形顯示的圖片標(biāo)記等非圖形數(shù)據(jù)。5圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 鼠標(biāo)器（鼠標(biāo)器（mouse） 當(dāng)推動(dòng)鼠標(biāo)器在平面上移動(dòng)時(shí)，鼠標(biāo)將記當(dāng)推動(dòng)鼠標(biāo)器在平面上移動(dòng)時(shí)，鼠標(biāo)將記錄移動(dòng)的方向和距離，這個(gè)方向和距離被傳送錄移動(dòng)的方向和距離，這個(gè)方向和距離被傳送給計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的光標(biāo)的位移。給計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的光標(biāo)的位移。6圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 光筆光筆(light pen)7光孔透鏡組筆體觸鈕開(kāi)關(guān)光導(dǎo)纖維導(dǎo)線圖圖2.3 光筆的結(jié)構(gòu)光筆

3、的結(jié)構(gòu)圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 觸摸屏觸摸屏(touch screen) 當(dāng)用手指或者小桿觸摸屏幕時(shí)，觸點(diǎn)位置當(dāng)用手指或者小桿觸摸屏幕時(shí)，觸點(diǎn)位置便以光學(xué)的（紅外線式觸摸屏）、電子的（電便以光學(xué)的（紅外線式觸摸屏）、電子的（電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏）或聲音的（聲音阻式觸摸屏和電容式觸摸屏）或聲音的（聲音探測(cè)式）方式記錄下來(lái)。探測(cè)式）方式記錄下來(lái)。8圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 操縱桿操縱桿(joystick) 操縱桿是由一根小的垂直杠桿組成的可搖操縱桿是由一根小的垂直杠桿組成的可搖動(dòng)裝置，該杠桿裝配在一個(gè)其四周可移動(dòng)的底動(dòng)裝置，該杠桿裝配在一個(gè)其四周可移動(dòng)的底座上用來(lái)控制屏幕光標(biāo)。座上用來(lái)控

4、制屏幕光標(biāo)。9圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 跟蹤球跟蹤球（Trackball）和空間球（）和空間球（Spaceball）10圖圖2.4 跟蹤球跟蹤球圖圖2.5 空間球空間球圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套(Data Glove) 是一種戴在手上的傳感器，可以用來(lái)抓住是一種戴在手上的傳感器，可以用來(lái)抓住“虛擬對(duì)象虛擬對(duì)象”，它由一系列檢測(cè)手和手指運(yùn)動(dòng)，它由一系列檢測(cè)手和手指運(yùn)動(dòng)的傳感器構(gòu)成，用來(lái)提供關(guān)于手的位置和方向的傳感器構(gòu)成，用來(lái)提供關(guān)于手的位置和方向的信息。的信息。11圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 數(shù)字化儀數(shù)字化儀(Digitizer) 用于在二維或三維的圖形對(duì)象上掃描，以用于在二

5、維或三維的圖形對(duì)象上掃描，以輸入一系列二維或三維的坐標(biāo)值。這些坐標(biāo)值輸入一系列二維或三維的坐標(biāo)值。這些坐標(biāo)值代表的坐標(biāo)點(diǎn)，在系統(tǒng)中將以直線段或曲線段代表的坐標(biāo)點(diǎn)，在系統(tǒng)中將以直線段或曲線段連接，以逼近圖形對(duì)象的描繪曲線或表面形狀。連接，以逼近圖形對(duì)象的描繪曲線或表面形狀。13圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 圖像掃描儀圖像掃描儀(Scaner) 圖像掃描儀可直接把圖紙、圖表、照片、圖像掃描儀可直接把圖紙、圖表、照片、廣告畫(huà)等輸入到計(jì)算機(jī)中，在將它們傳過(guò)一個(gè)廣告畫(huà)等輸入到計(jì)算機(jī)中，在將它們傳過(guò)一個(gè)光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)時(shí)，灰度或彩色等級(jí)被記錄下來(lái)，光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)時(shí)，灰度或彩色等級(jí)被記錄下來(lái)，并按圖像方式進(jìn)行存儲(chǔ)。

6、并按圖像方式進(jìn)行存儲(chǔ)。15圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 聲頻輸入系統(tǒng)聲頻輸入系統(tǒng)o 視頻輸入系統(tǒng)視頻輸入系統(tǒng)162.3 圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備o 陰極射線管陰極射線管o 彩色陰極射線管彩色陰極射線管o CRT圖形顯示器圖形顯示器o 平板顯示器平板顯示器o 三維觀察設(shè)備三維觀察設(shè)備17陰極射線管（陰極射線管（CRT）o CRT（Cathode Ray Tube）是一種真空器件，是一種真空器件，它利用電磁場(chǎng)產(chǎn)生高速的、經(jīng)過(guò)聚焦的電子束，它利用電磁場(chǎng)產(chǎn)生高速的、經(jīng)過(guò)聚焦的電子束，偏轉(zhuǎn)到屏幕的不同位置轟擊屏幕表面的熒光材偏轉(zhuǎn)到屏幕的不同位置轟擊屏幕表面的熒光材料而產(chǎn)生可見(jiàn)圖形。料而產(chǎn)生可見(jiàn)圖形。o C

7、RT從結(jié)構(gòu)上分為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光從結(jié)構(gòu)上分為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏。屏。18陰極射線管（陰極射線管（CRT）19電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏圖圖2.6 CRT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)陰極射線管（陰極射線管（CRT）o 電子槍：電子槍：產(chǎn)生一個(gè)沿管軸（產(chǎn)生一個(gè)沿管軸（Z軸）軸）方向前進(jìn)的方向前進(jìn)的高速的細(xì)電子束轟擊熒光屏。高速的細(xì)電子束轟擊熒光屏。n 具有足夠的電流強(qiáng)度。具有足夠的電流強(qiáng)度。n 電流的大小和有無(wú)必須是可控的。電流的大小和有無(wú)必須是可控的。n 具有很高的速度。具有很高的速度。n 在熒光屏上應(yīng)能聚焦很小的光亮，以保證顯在熒光屏上應(yīng)能聚焦很小的光亮，以保證顯示器有足夠的分辨

8、率。示器有足夠的分辨率。20陰極射線管（陰極射線管（CRT）21燈絲陰極柵極加速極第二陽(yáng)極第三陽(yáng)極石墨層玻璃燈絲陰極柵極加速極聚焦極第二、四陽(yáng)極石墨層玻璃（b)四極電子槍（a)三極電子槍圖圖2.7 CRT電子槍的結(jié)構(gòu)電子槍的結(jié)構(gòu)陰極射線管（陰極射線管（CRT）o 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 為了在熒光屏為了在熒光屏上顯示圖形及字符，上顯示圖形及字符，必須用電子束偏轉(zhuǎn)必須用電子束偏轉(zhuǎn)掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)。掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)。22圖圖2.8 磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)陰極射線管（陰極射線管（CRT）o 枕形失真枕形失真n 當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電流當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電流I與偏與偏轉(zhuǎn)角的正弦成正比。只有在偏轉(zhuǎn)角很小時(shí)，轉(zhuǎn)角的

9、正弦成正比。只有在偏轉(zhuǎn)角很小時(shí)，偏轉(zhuǎn)角與偏轉(zhuǎn)電流之間才成直線性關(guān)系。偏轉(zhuǎn)角與偏轉(zhuǎn)電流之間才成直線性關(guān)系。n 由于熒光屏四角距中心最遠(yuǎn)，偏轉(zhuǎn)角較大，由于熒光屏四角距中心最遠(yuǎn)，偏轉(zhuǎn)角較大，同樣的偏轉(zhuǎn)電流增量所造成的偏轉(zhuǎn)距離增同樣的偏轉(zhuǎn)電流增量所造成的偏轉(zhuǎn)距離增量最大。量最大。23陰極射線管（陰極射線管（CRT）24圖圖2.9 枕形失真與桶形失真枕形失真與桶形失真o 枕形失真的校正枕形失真的校正n 將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的鋸齒形將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的鋸齒形電流預(yù)先產(chǎn)生一些失真；電流預(yù)先產(chǎn)生一些失真；n 將偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做成略有不均將偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做成略有不均勻性，接近管軸中央處略勻性，接近管軸中央處略強(qiáng)，周?chē)匀?。?qiáng)，周?chē)?/p>

10、弱。陰極射線管（陰極射線管（CRT）25圖圖2.10 電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)燈絲陰極加速極控制柵聚焦極加速極熒光屏水平偏轉(zhuǎn)板垂直偏轉(zhuǎn)板陰極射線管（陰極射線管（CRT）o 熒光屏熒光屏（Phosphor Screen）n 熒光屏是用熒光粉涂敷在玻璃底壁上制成熒光屏是用熒光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用沉積法涂敷熒光粉。玻璃底壁要的，常用沉積法涂敷熒光粉。玻璃底壁要求無(wú)氣泡，表面光學(xué)拋光。求無(wú)氣泡，表面光學(xué)拋光。n 熒光粉的性能要求是：發(fā)光顏色滿足標(biāo)準(zhǔn)熒光粉的性能要求是：發(fā)光顏色滿足標(biāo)準(zhǔn)白色、發(fā)光效率高、余輝時(shí)間合適以及壽白色、發(fā)光效率高、余輝時(shí)間合適以及壽命長(zhǎng)等。命長(zhǎng)等。2627o 三基色原則三基色原則o

11、 主要結(jié)構(gòu)：三色熒光屏、三支電子槍、蔭罩板主要結(jié)構(gòu)：三色熒光屏、三支電子槍、蔭罩板彩色陰極射線管彩色陰極射線管蔭罩式蔭罩式圖圖2.11 三色熒光屏三色熒光屏28三支電子搶電子束小孔蔭罩三色熒光屏彩色陰極射線管彩色陰極射線管蔭罩式蔭罩式圖圖2.12 三支電子槍三支電子槍29彩色陰極射線管彩色陰極射線管蔭罩式蔭罩式圖圖2.13 蔭罩蔭罩30o 為了避免混色，熒光點(diǎn)的面積比電子束截面要大些。為了避免混色，熒光點(diǎn)的面積比電子束截面要大些。o 只有只有15%左右的電子到達(dá)屏幕。左右的電子到達(dá)屏幕。o 蔭罩吸收大量電子，容易發(fā)熱變形。蔭罩吸收大量電子，容易發(fā)熱變形。o 管子的亮度低，要提高管子的亮度，則需

12、提高第二陽(yáng)極的管子的亮度低，要提高管子的亮度，則需提高第二陽(yáng)極的高壓。高壓。蔭罩三色熒光屏RGBRBRGRGBR圖圖2.14 原理圖原理圖31彩色陰極射線管彩色陰極射線管蔭罩式蔭罩式圖圖2.15 黑底蔭罩管黑底蔭罩管GRBRGGRBBRGRB32CRT圖形顯示器圖形顯示器p 隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器p 直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器p 光柵掃描的圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器33o 向量（向量（vector）顯示器、筆劃（顯示器、筆劃（Stroke writing）顯示器。顯示器。o 隨機(jī)掃描（隨機(jī)掃描（random-scan）的圖形顯示器中電的圖形顯示器中電子束的定

13、位和偏轉(zhuǎn)具有隨機(jī)性，即電子束的掃子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機(jī)性，即電子束的掃描軌跡隨顯示內(nèi)容而變化，只在需要的地方掃描軌跡隨顯示內(nèi)容而變化，只在需要的地方掃描，而不必全屏掃描。描，而不必全屏掃描。 隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器34隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器圖圖2.16 隨機(jī)掃描圖形顯示器的工作原理隨機(jī)掃描圖形顯示器的工作原理35p無(wú)冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵系統(tǒng)無(wú)冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵系統(tǒng)更高的分辨率、生成光滑線條；更高的分辨率、生成光滑線條；p不能顯示逼真場(chǎng)景、和電視標(biāo)準(zhǔn)不一致、驅(qū)動(dòng)不能顯示逼真場(chǎng)景、和電視標(biāo)準(zhǔn)不一致、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也較復(fù)雜。系統(tǒng)也較復(fù)雜。

14、隨機(jī)掃描的圖形顯示器隨機(jī)掃描的圖形顯示器36o 直視存儲(chǔ)管直視存儲(chǔ)管DVST（direct-view storage tube）從表面上看直視存儲(chǔ)管的特性極象一個(gè)從表面上看直視存儲(chǔ)管的特性極象一個(gè)有長(zhǎng)余輝的熒光屏，一條線一旦畫(huà)在屏幕上，有長(zhǎng)余輝的熒光屏，一條線一旦畫(huà)在屏幕上，在一小時(shí)之內(nèi)都將是可見(jiàn)的。在一小時(shí)之內(nèi)都將是可見(jiàn)的。 直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器37屏幕存儲(chǔ)柵收集柵寫(xiě)電子槍電子流讀出電子槍寫(xiě)陰極直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器圖圖2.17 直視存儲(chǔ)管圖形顯示器的工作原理直視存儲(chǔ)管圖形顯示器的工作原理工作原理工作原理38o 無(wú)需刷新；無(wú)需刷新；o 很復(fù)雜的圖形都可以

15、在極高的分辨率下無(wú)閃爍很復(fù)雜的圖形都可以在極高的分辨率下無(wú)閃爍地顯示；地顯示；o 成本較低；成本較低；o 不能顯示彩色；不能顯示彩色；o 不能局部修改；不能局部修改；o 擦除和重畫(huà)過(guò)程可能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。擦除和重畫(huà)過(guò)程可能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。直視存儲(chǔ)管圖形顯示器直視存儲(chǔ)管圖形顯示器39光柵掃描圖形顯示器光柵掃描圖形顯示器圖圖2.18 光柵掃描原理光柵掃描原理水平掃描（顯示）水平掃描（顯示）水平回掃（消隱）水平回掃（消隱）垂直回掃（消隱）垂直回掃（消隱）工作原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵形狀進(jìn)工作原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵形狀進(jìn)行的順序掃描，而字符、圖像是靠行的順序掃描，而字符、圖像是靠

16、Z軸信號(hào)控制輝亮軸信號(hào)控制輝亮來(lái)形成的。來(lái)形成的。輝亮放大器視頻信號(hào)水平同步垂直同步水平振蕩垂直振蕩水平驅(qū)動(dòng)垂直驅(qū)動(dòng)水平輸出垂直輸出高壓CRTyxz圖圖2.19 光柵掃描圖形顯示器的工作原理光柵掃描圖形顯示器的工作原理41o 刷新緩沖存儲(chǔ)器刷新緩沖存儲(chǔ)器（refresh buffer）或稱幀緩沖或稱幀緩沖存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（frame buffer）。o 像素像素（pixel或或pel，是是picture element的簡(jiǎn)的簡(jiǎn)寫(xiě)）。寫(xiě)）。o 像素信息從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過(guò)像素信息從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過(guò)程稱之為程稱之為掃描轉(zhuǎn)換過(guò)程掃描轉(zhuǎn)換過(guò)程。光柵掃描圖形顯示器光柵掃描圖形顯示

17、器42低電壓、輕小型、數(shù)字化顯示器件。低電壓、輕小型、數(shù)字化顯示器件。平板顯示器（平板顯示器（flat-panel display）的分類：的分類：o 非發(fā)射顯示器（非發(fā)射顯示器（none-emissive display）o 發(fā)射顯示器（發(fā)射顯示器（emissive display）平板顯示器平板顯示器（flat-panel display）43o 液晶顯示器液晶顯示器o 等離子體顯示板（等離子體顯示板（Plasma Panel）o 薄 片 光 電 顯 示 器 （薄 片 光 電 顯 示 器 （ T h i n - F i l m Electroluminescent Display）o 發(fā)光

18、二極管（發(fā)光二極管（Liquid-Emitting Diode, LED）平板顯示器平板顯示器（flat-panel display）44o 液晶分子的排列在微弱的外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)或者液晶分子的排列在微弱的外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)或者應(yīng)力、溫度變化等作用下非常容易改變。當(dāng)液應(yīng)力、溫度變化等作用下非常容易改變。當(dāng)液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場(chǎng)作用下變?yōu)榱硪痪Х肿拥哪撤N排列狀態(tài)在電場(chǎng)作用下變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)種狀態(tài)時(shí)，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)生光被電場(chǎng)調(diào)制的現(xiàn)象稱為液晶的生光被電場(chǎng)調(diào)制的現(xiàn)象稱為液晶的電光效應(yīng)電光效應(yīng)。液晶顯示器液晶顯示器原理原理45圖圖2.20 液晶顯示原理液

19、晶顯示原理液晶顯示器液晶顯示器原理原理o 液晶顯示的機(jī)理是通過(guò)能阻塞或傳遞光的液晶液晶顯示的機(jī)理是通過(guò)能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來(lái)自周?chē)幕騼?nèi)部光源的偏振光。材料，傳遞來(lái)自周?chē)幕騼?nèi)部光源的偏振光。在普通狀態(tài)下，由于晶粒以螺旋形式排列，所以液晶材料能使所穿過(guò)的極化光極化方向旋轉(zhuǎn)90，這樣經(jīng)過(guò)垂直極化器而到達(dá)液晶層的光是被垂直極化的光，而它穿過(guò)液晶層時(shí)，其極化方向旋轉(zhuǎn)了90，所以更能夠 穿過(guò)水平極化器而到達(dá)反射器，然后返回，從而在顯示器上出現(xiàn)了一亮點(diǎn)。當(dāng)液晶層處于電場(chǎng)中時(shí)，此時(shí)晶粒呈線性的按同一個(gè)方向排列，從而失去極化作用，此時(shí)觀察會(huì)顯示一個(gè)個(gè)暗點(diǎn)。反射層水平極化器水平網(wǎng)線液晶層垂直極化器垂

20、直網(wǎng)線觀察方向反射型：液晶顯示器物理構(gòu)成47o NW（Normal White）型的）型的LCD：在液晶面板：在液晶面板不施加電壓時(shí)，我們所看到的面板是透光的畫(huà)不施加電壓時(shí)，我們所看到的面板是透光的畫(huà)面，也就是亮的畫(huà)面。面，也就是亮的畫(huà)面。o NB（Normal Black）型的）型的LCD：當(dāng)對(duì)液晶面：當(dāng)對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí)，面板無(wú)法透光。板不施加電壓時(shí)，面板無(wú)法透光。液晶顯示器液晶顯示器類型類型48液晶顯示器液晶顯示器彩色彩色o 液晶顯示器利用在一側(cè)的玻璃基板上加上一個(gè)液晶顯示器利用在一側(cè)的玻璃基板上加上一個(gè)彩色濾光片（彩色濾光片（CF，Color Filter）實(shí)現(xiàn)彩色。）實(shí)現(xiàn)彩色。o

21、 彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍(lán)色小點(diǎn)，彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍(lán)色小點(diǎn)，每個(gè)小點(diǎn)有各自不同的灰度，相鄰的一組每個(gè)小點(diǎn)有各自不同的灰度，相鄰的一組RGB小點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)基本的彩色顯示單元，即一個(gè)像小點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)基本的彩色顯示單元，即一個(gè)像素。素。49液晶顯示器液晶顯示器彩色彩色圖圖2.21 彩色濾光片排列方式彩色濾光片排列方式50液晶顯示器液晶顯示器分類分類o 扭曲向列型（扭曲向列型（TN，Twisted Nematic）o 超扭曲向列型（超扭曲向列型（STN，Super TN）o 雙層超扭曲向列型（雙層超扭曲向列型（DSTN，Dual Scan TN）o 薄膜晶體管型（薄膜晶體管型（TFT

22、，Thin Film Transistor）51等離子體顯示板等離子體顯示板圖圖2.22 等離子體顯示板的基本結(jié)構(gòu)等離子體顯示板的基本結(jié)構(gòu)2.4 顯示子系統(tǒng)顯示子系統(tǒng)o 光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)o 繪制流水線繪制流水線o 相關(guān)概念相關(guān)概念52光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)53圖圖2.25 簡(jiǎn)單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)簡(jiǎn)單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)54圖圖2.26 常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)55圖圖2.27 發(fā)展的光柵圖形顯示子系統(tǒng)發(fā)展的光柵圖形顯示子系統(tǒng)光柵掃描圖形顯示

23、子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)o 幀緩沖存儲(chǔ)器幀緩沖存儲(chǔ)器：用來(lái)存儲(chǔ)像素顏色（灰度）值：用來(lái)存儲(chǔ)像素顏色（灰度）值的存儲(chǔ)器。的存儲(chǔ)器。o 雙緩存：一個(gè)緩存用來(lái)刷新的同時(shí)，另一個(gè)寫(xiě)雙緩存：一個(gè)緩存用來(lái)刷新的同時(shí)，另一個(gè)寫(xiě)入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個(gè)緩存可互換角色。這入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個(gè)緩存可互換角色。這種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動(dòng)畫(huà)流種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動(dòng)畫(huà)流暢而沒(méi)有滑動(dòng)感。暢而沒(méi)有滑動(dòng)感。56光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)o 顯示控制器（顯示控制器（Display Controller），又稱視，又稱視頻控制器（頻控制器（Video Con

24、troller），主要功能是），主要功能是依據(jù)設(shè)定的顯示工作方式，自主地、反復(fù)不斷依據(jù)設(shè)定的顯示工作方式，自主地、反復(fù)不斷地讀取幀緩存中的圖像點(diǎn)陣（包括圖形、字符地讀取幀緩存中的圖像點(diǎn)陣（包括圖形、字符文本）數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換成文本）數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換成R、G、B三色信號(hào)三色信號(hào)并配以同步信號(hào)送至顯示器，即可刷新屏幕。并配以同步信號(hào)送至顯示器，即可刷新屏幕。57光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)o 顯示處理器（顯示處理器（Display Processor），又稱圖，又稱圖形控制器（形控制器（Graphics Controller）或顯示協(xié)處）或顯示協(xié)處理器（理器（Displ

25、ay Coprocessor），它把），它把CPU從從圖形顯示處理的事務(wù)中解脫出來(lái)，其主要任務(wù)圖形顯示處理的事務(wù)中解脫出來(lái)，其主要任務(wù)是掃描轉(zhuǎn)換待顯示的圖形以及是掃描轉(zhuǎn)換待顯示的圖形以及某些附加的操作某些附加的操作等等。58光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)59o 圖形子系統(tǒng)的圖形繪制功能常常采用流水線圖形子系統(tǒng)的圖形繪制功能常常采用流水線（Pipeline）結(jié)構(gòu)繪制，或者稱為管線繪制。）結(jié)構(gòu)繪制，或者稱為管線繪制。o 繪制流水線的基本結(jié)構(gòu)從概念上包括三個(gè)階段繪制流水線的基本結(jié)構(gòu)從概念上包括三個(gè)階段n 應(yīng)用程序階段應(yīng)用程序階段n 幾何階段幾何階段n 光柵階段光柵階段繪制流

26、水線繪制流水線60繪制流水線繪制流水線圖圖2.28 繪制流水線的結(jié)構(gòu)繪制流水線的結(jié)構(gòu)61o 分辨率分辨率o 像素與幀緩存像素與幀緩存o 顏色查找表顏色查找表o 顯示長(zhǎng)寬比顯示長(zhǎng)寬比o 屏幕坐標(biāo)系屏幕坐標(biāo)系相關(guān)概念相關(guān)概念62o 光點(diǎn)光點(diǎn)一般是指電子束打在顯示器的熒光屏上，一般是指電子束打在顯示器的熒光屏上，顯示器能夠顯示的最小的發(fā)光點(diǎn)。顯示器能夠顯示的最小的發(fā)光點(diǎn)。o 像素點(diǎn)像素點(diǎn)是指圖形顯示在屏幕上時(shí)候，按當(dāng)前的是指圖形顯示在屏幕上時(shí)候，按當(dāng)前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點(diǎn)。圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點(diǎn)。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率63o 屏幕分辨率屏幕分辨率，也稱為光柵分辨率，

27、它決定了顯，也稱為光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率，任何顯示控制器所示系統(tǒng)最大可能的分辨率，任何顯示控制器所提供的分辨率也不能超過(guò)這個(gè)物理分辨率。提供的分辨率也不能超過(guò)這個(gè)物理分辨率。o 通常用水平方向上的光點(diǎn)數(shù)與垂直方向上的光通常用水平方向上的光點(diǎn)數(shù)與垂直方向上的光點(diǎn)數(shù)的乘積來(lái)表示。點(diǎn)數(shù)的乘積來(lái)表示。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率64o 顯示分辨率顯示分辨率是計(jì)算機(jī)顯示控制器所能夠提供的顯示模是計(jì)算機(jī)顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，實(shí)際應(yīng)用中簡(jiǎn)稱為式分辨率，實(shí)際應(yīng)用中簡(jiǎn)稱為顯示模式顯示模式。o 對(duì)于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上對(duì)于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和

28、垂直方向上所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。o 對(duì)于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能顯示對(duì)于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能顯示的象素點(diǎn)總數(shù)的乘積表示。的象素點(diǎn)總數(shù)的乘積表示。o 顯示分辨率不同，它所對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)大小也不同顯示分辨率不同，它所對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)大小也不同。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率65o 圖形的圖形的存儲(chǔ)分辨率存儲(chǔ)分辨率是指幀緩沖區(qū)的大小，一般是指幀緩沖區(qū)的大小，一般用緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)表示。用緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)表示。o 存儲(chǔ)分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與像素存儲(chǔ)分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與像素點(diǎn)的色彩有關(guān)。點(diǎn)的色彩有關(guān)。o 幀緩存大小的計(jì)算：幀

29、緩存大小的計(jì)算：x方向的像素點(diǎn)數(shù)方向的像素點(diǎn)數(shù)y方向的像素點(diǎn)數(shù)方向的像素點(diǎn)數(shù)log2n/8（BYTE） 其中：其中：n為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率66p屏幕分辨率決定了所能顯示的最高分辨率。屏幕分辨率決定了所能顯示的最高分辨率。p顯示分辨率和存儲(chǔ)分辨率對(duì)所能顯示的圖形分辨率顯示分辨率和存儲(chǔ)分辨率對(duì)所能顯示的圖形分辨率有控制作用。有控制作用。p顯示器中的分辨率顯示器中的分辨率 帶寬帶寬 = A*水平像素點(diǎn)數(shù)水平像素點(diǎn)數(shù)*垂直像素點(diǎn)數(shù)垂直像素點(diǎn)數(shù)*刷新頻率刷新頻率 A常取常取1.344相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率67屏幕上一個(gè)象素點(diǎn)就對(duì)應(yīng)幀緩存中的一組信息。

30、屏幕上一個(gè)象素點(diǎn)就對(duì)應(yīng)幀緩存中的一組信息。o 組合像素法（組合像素法（Packed Pixel Method）o 顏色位面法（顏色位面法（Color Plane Method）相關(guān)概念相關(guān)概念像像素與幀緩存素與幀緩存68o 在在組合像素法組合像素法中，一個(gè)圖形象素點(diǎn)的全部信息被中，一個(gè)圖形象素點(diǎn)的全部信息被編碼成一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，按照一定方式存儲(chǔ)到幀緩編碼成一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，按照一定方式存儲(chǔ)到幀緩存中，編碼字節(jié)的長(zhǎng)度與點(diǎn)的屬性（如顏色、灰存中，編碼字節(jié)的長(zhǎng)度與點(diǎn)的屬性（如顏色、灰度等）有關(guān)。度等）有關(guān)。相關(guān)概念相關(guān)概念像素與幀緩存像素與幀緩存圖圖2.29 組合象素法組合象素法69o 在在顏色位面法顏色

31、位面法中，幀緩存被分中，幀緩存被分成若干獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域，每一成若干獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)位面（個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)位面（Bit Bit PlanePlane），），每個(gè)位面控制一種每個(gè)位面控制一種顏色或者灰度，每一個(gè)圖形象顏色或者灰度，每一個(gè)圖形象素點(diǎn)在每個(gè)位面中占一位，通素點(diǎn)在每個(gè)位面中占一位，通過(guò)幾個(gè)位面中的同一位組合成過(guò)幾個(gè)位面中的同一位組合成一個(gè)象素。一個(gè)象素。相關(guān)概念相關(guān)概念像素與幀緩存像素與幀緩存圖圖2.30 顏色位面法顏色位面法o 一個(gè)黑白一個(gè)黑白(單灰度單灰度)光柵掃描式顯示器的結(jié)構(gòu)光柵掃描式顯示器的結(jié)構(gòu)幀緩沖存儲(chǔ)器：一塊連續(xù)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。幀緩存通常被分成若干獨(dú)立的存儲(chǔ)

32、區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)位面（Bit Plane），每個(gè)位面控制一種顏色或者灰度，每一個(gè)屏幕像素點(diǎn)在每個(gè)位面中占一位，通過(guò)幾個(gè)位面中的同一位組合成一個(gè)象素。通常我們把這種使用位面中的一組信息來(lái)對(duì)應(yīng)屏幕上一個(gè)像素點(diǎn)的方法，稱為顏色位面法。顯然單灰度光柵顯示器采用的是單位面的緩存。WHY?1DAC電子槍寄存器幀緩沖存儲(chǔ)器CRT光柵 為了使光柵顯示器具有足夠的灰度和顏色，通常使用足夠的位面（多位面幀緩沖器）。如下圖：22N DAC電子槍N位寄存器幀緩沖存儲(chǔ)器CRT光柵010N位面灰度等級(jí)的幀緩沖存儲(chǔ)器010N 為了限制幀緩沖存儲(chǔ)器的增加（位面膨脹），也可以采用增加一個(gè)顏色查找表顏色查找表的方式來(lái)提高灰度級(jí)別。 顏色查找表顏色查找表也稱調(diào)色板，是由高速的隨機(jī)存儲(chǔ)器組成，用來(lái)儲(chǔ)存表達(dá)象素色彩的代碼。此時(shí)幀緩沖存儲(chǔ)器中每一象素對(duì)應(yīng)單元的代碼不再代表該象素的色彩值，而是作為查色表的地址索引。22W DAC電子槍幀緩沖存儲(chǔ)器CRT光柵010具有W位查找表的N位面灰度等級(jí)的幀緩沖存儲(chǔ)器010N0011W122W為總光強(qiáng)等級(jí)2N為實(shí)際顯示光強(qiáng)等級(jí)o 彩色光柵掃描式顯示器的結(jié)構(gòu)彩色光柵掃描式顯示器的結(jié)構(gòu)下圖是一個(gè)具有R/G/B三原色3個(gè)位面的幀緩沖和3個(gè)電子槍的彩顯示意圖：DAC藍(lán)幀緩沖