第2章-計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及硬件基礎(chǔ)

第2章計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及硬件基礎(chǔ)2.1概述2.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的圖形設(shè)備計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)用來生成、處理和顯示圖形，通常由以下三部分構(gòu)成：中央處理器圖形輸出設(shè)備圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備常用的圖形輸入設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)此外還有跟蹤球、空間球光筆、觸摸板、圖形掃描儀數(shù)字化儀、手寫輸入板語(yǔ)音輸入數(shù)據(jù)手套中央處理器（CPU）中央處理器完成對(duì)圖形的描述、建立、修改等各種計(jì)算，并對(duì)圖形實(shí)現(xiàn)有效的存儲(chǔ)。許多外設(shè)所增加的固化的圖形處理功能，可接受更高級(jí)的繪圖命令，實(shí)現(xiàn)圖形的緩沖，以及完成大部分圖形函數(shù)的功能，從而大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。圖形輸出設(shè)備圖形顯示設(shè)備和圖形繪制設(shè)備圖形顯示設(shè)備:用于在屏幕上輸出圖形基于陰極射線管的監(jiān)視器液晶顯示器等離子顯示器圖形繪制設(shè)備:用于把圖形畫在紙上，也稱硬拷貝打印機(jī)繪圖儀

2.1.2圖形系統(tǒng)的基本功能一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)至少應(yīng)具有計(jì)算、存儲(chǔ)、輸入、輸出、交互等基本功能，各功能關(guān)系如下：圖形系統(tǒng)基本功能框圖顯示器交互輸出計(jì)算輸入存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)圖形輸出設(shè)備圖形輸入設(shè)備1.輸入功能輸入功能通過圖形輸入設(shè)備可將基本的圖形數(shù)據(jù)（如點(diǎn)、線等）和各種繪圖命令輸入到計(jì)算機(jī)中，從而構(gòu)造更復(fù)雜的幾何圖形。2.計(jì)算功能1）圖形的描述、分析和設(shè)計(jì)；－－建模2）圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、投影、透視等幾何變換；3）曲線、曲面的生成；4）圖形之間相互關(guān)系的檢測(cè)等。－－隱藏線隱藏面消除3.存儲(chǔ)功能存儲(chǔ)功能圖形數(shù)據(jù)庫(kù)可以存放各種圖形的幾何數(shù)據(jù)及圖形之間的相互關(guān)系，并能快速方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的刪除、增加、修改等操作。4.輸出功能和交互功能輸出功能

圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算后可在顯示器上顯示當(dāng)前的狀態(tài)以及經(jīng)過圖形編輯后的結(jié)果，同時(shí)還能通過繪圖儀、打印機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)硬拷貝輸出，以便長(zhǎng)期保存。交互功能

設(shè)計(jì)人員可通過顯示器或其他人機(jī)交互設(shè)備直接進(jìn)行人機(jī)通信，對(duì)計(jì)算結(jié)果和圖形利用定位、拾取等手段進(jìn)行修改，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)者或操作員輸入的錯(cuò)誤給以必要的提示和幫助。圖形的基本處理流程利用各種圖形輸入設(shè)備及軟件或其他交互設(shè)備將圖形輸入到計(jì)算機(jī)中，以便進(jìn)行處理；在計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)圖形進(jìn)行各種變換（如幾何變換、投影變換）和運(yùn)算（如圖形的并、交、差運(yùn)算等）；處理后，將圖形轉(zhuǎn)換成圖形輸出系統(tǒng)便于接受的表示形式，并在輸出設(shè)備上輸出；

在交互式的系統(tǒng)中上述過程可重復(fù)進(jìn)行多次，直至產(chǎn)生滿意的結(jié)果。表示處理顯示2.2圖形顯示設(shè)備

圖形顯示設(shè)備主要有以下三種：CRT（CathodeRayTube）顯示器＝陰極射線管顯示器LCD（LiquidCrystalDisplay）＝液晶顯示器PDP（PlasmaDisplayPanel）等離子顯示器2.2.1

CRT顯示器CRT顯示器顯示原理

CRT顯示器主要由陰極、電平控制器（即控制極）、聚焦系統(tǒng)、加速系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和陽(yáng)極熒光粉涂層組成，這六部分都在真空管內(nèi)。CRT顯示器原理圖水平偏轉(zhuǎn)板垂直偏轉(zhuǎn)板燈絲陰極聚焦系統(tǒng)加速系統(tǒng)電平控制器石墨層吸收轟擊磷粉涂層后逃逸在熒光屏內(nèi)的雜撒電子送至第二陽(yáng)極,形成電流回路。熒光粉（磷粉涂層）

電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏第一陽(yáng)極第二陽(yáng)極

偏轉(zhuǎn)線圈

高壓入口經(jīng)石墨層接第二陽(yáng)極

用于磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

用于靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏偏轉(zhuǎn)的電子束刷新●要保持屏幕上有穩(wěn)定的圖像就必須不斷地發(fā)射電子束。刷新一次指電子束從左到右，從上到下將熒光屏掃描一次。

●只有刷新頻率高到一定值后，圖像才能穩(wěn)定顯示。大約達(dá)到每秒60幀，即60Hz時(shí)，人眼才能感覺到屏幕不閃爍，要使人眼覺得舒服，一般必須有85Hz以上的刷新頻率。*1）人的視覺系統(tǒng)要用一定的時(shí)間才能識(shí)別圖像元素，每幀圖像的停留時(shí)間長(zhǎng)于人眼觀察所需的時(shí)間，則人的視覺殘留可以消除畫面的閃爍現(xiàn)象。

*

2）刷新頻率高到一定值后，圖像才能穩(wěn)定顯示。

隔行掃描技術(shù)每一幀分為兩個(gè)場(chǎng)顯示，每個(gè)場(chǎng)只包含一半畫面。兩個(gè)場(chǎng)是交錯(cuò)的，一個(gè)場(chǎng)包含所有的奇數(shù)掃描行，另一個(gè)場(chǎng)包含所有的偶數(shù)掃描行，兩個(gè)場(chǎng)以1/60秒的時(shí)間間隔交替顯示。掃描從奇數(shù)場(chǎng)左上角開始，每一行都是自左向右。電子束在橫向掃描的同時(shí)以一個(gè)較低的速率向下移動(dòng)，當(dāng)掃描線到達(dá)屏幕右端時(shí)，就將其隱去并迅速返回屏幕左端。這個(gè)過程稱為水平回掃。接著下一奇數(shù)行重復(fù)這一過程。當(dāng)整場(chǎng)掃描完畢時(shí)，掃描線正好停在底部的中央。接著掃描線迅速回到屏幕頂部中央，這就是奇數(shù)場(chǎng)垂直回掃。接著進(jìn)行偶數(shù)場(chǎng)掃描，偶數(shù)場(chǎng)掃描結(jié)束于屏幕右下角，垂直回歸后電子束返回屏幕左上角。奇數(shù)場(chǎng)從第一行開始，水平回掃用虛線表示1234567有7條掃描線的隔行掃描2.彩色CRT顯示器的顯示原理（1）顏色模型：所謂顏色模型就是指某個(gè)顏色空間中的一個(gè)可見光子集，它包含某個(gè)顏色域的所有顏色?；叶葓D像可由黑白照片數(shù)字化得到，或從彩色圖像進(jìn)行去色處理得到（256灰度級(jí)=28）。19灰度圖像既保證了人眼的分辨能力，又符合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)尋址的習(xí)慣。20例:灰度圖像(128×128)及其對(duì)應(yīng)的數(shù)值矩陣（僅列出一部分(26x31)）21二值圖像灰度圖像經(jīng)過二值化處理后的結(jié)果，兩個(gè)灰度級(jí)，只需用1bit表示。圖像中的黑或白分別表示不需要進(jìn)一步處理的背景和需要進(jìn)一步處理的前景目標(biāo)。222值圖像的像素值為0、123彩色圖像彩色圖像的數(shù)據(jù)不僅包含亮度信息，還包含顏色信息。彩色的表示方法是多樣化的。三基色模型：RGB（Red/Green/Blue，紅綠藍(lán)，RGB三基色可以混合成任意顏色。每個(gè)像素包括紅綠藍(lán)三種顏色的數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)用8位二進(jìn)制位表示，則每個(gè)像素用24位表示（24位真彩色）。2425

例:彩色圖像(128×128)及其對(duì)應(yīng)的數(shù)值矩陣（僅列出一部分(25x31)）

26RGB彩色空間——加色模型：面向硬件設(shè)備的彩色模型三基色原理三基色指可以用來調(diào)配出其它顏色的紅、綠、藍(lán)三種顏色。彩色圖像可由紅、綠、藍(lán)三基色圖像疊加而成。黃青洋紅27在RGB彩色空間中，任意彩色光L的配色方程式為：28CMY彩色空間——減色模型自然界物體顏色光的形成方式將物體劃分為兩類——發(fā)光物體和不發(fā)光物體，發(fā)光物體稱為有源物體，不發(fā)光物體稱為無源物體。油墨和顏料的三基色是CMY（青/洋紅/黃）模型。四色印刷——CMYK模型。29HSB彩色空間——色調(diào)（Hue）、飽和度（Saturation）、亮度（Bright）。色調(diào)：與混合光譜中主要光波長(zhǎng)相聯(lián)系，將顏色按照紅橙黃綠青藍(lán)紫的順序排列定義色調(diào)值，并且用角度值（0°-360°）來表示；飽和度：與一定色調(diào)的純度有關(guān)；亮度：物體的相對(duì)明暗程度。30RGB模型HSI模型彩色CRT顯示器1.蔭罩顯示器

彩色CRT光柵掃描顯示器有三個(gè)電子槍（最早是三槍三束，現(xiàn)在有一槍三束，即三個(gè)陰極），它的熒光屏上涂有三種熒光物質(zhì)，分別能發(fā)紅、綠、藍(lán)三種顏色的光。電子槍通常成三角形排列或水平排列，與CRT屏幕上的三角形紅、綠、藍(lán)熒光點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。電子槍水平排列孔狀蔭罩溝槽狀蔭罩電子槍三角排列

電子槍和對(duì)應(yīng)的熒光點(diǎn)必須在一條直線上。為保證每個(gè)電子槍都能擊中對(duì)應(yīng)顏色的熒光點(diǎn)，在電子槍和熒光屏之間放置一個(gè)有孔的金屬網(wǎng)格（即蔭罩）。彩色CRT電子槍和蔭罩的排布綠槍電子束藍(lán)槍電子束紅槍電子束蔭罩屏幕紅綠藍(lán)熒光點(diǎn)

蔭罩孔的作用在于保證三束電子共同穿過同一個(gè)蔭罩孔，并過濾掉散亂的電子，以保證每個(gè)電子槍能以準(zhǔn)確的比例擊中相應(yīng)顏色的熒光粉，使之發(fā)出紅、綠、藍(lán)三色光。這樣，某顏色的電子束通過蔭罩后，就可避免和另外兩種顏色的熒光點(diǎn)相交，而只能與自己對(duì)應(yīng)顏色的熒光點(diǎn)相交。但蔭罩式CRT的熒光屏是球面的，幾何失真大，而且三角形的熒光點(diǎn)排列造成即使點(diǎn)很密很細(xì)也不會(huì)特別清晰。2.

蔭柵顯示器

最近幾年蔭柵式顯示器逐漸流行起來。其工作原理如下圖所示:

蔭柵式顯像管的技術(shù)特點(diǎn)就是將熒光粉安排成跨越整個(gè)顯示器屏幕的豎條狀，將蔭罩改為條狀蔭柵。這些條狀蔭柵由固定在一個(gè)拉力極大的鐵框中的互相平行的鐵線陣列組成。蔭柵工作原理原理示意圖由于鐵線是互相平行的，在垂直方向上沒有任何東西阻擋電子通過，增加了電子的透過率，使電子透過率達(dá)到95%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了蔭罩結(jié)構(gòu)的顯像管，亮度和色彩飽和度更好，畫面細(xì)膩動(dòng)人.點(diǎn)距：屏幕上兩個(gè)相鄰的同色像素點(diǎn)之間對(duì)角線的距離(或水平距離)就是“點(diǎn)距”?！包c(diǎn)距”決定了每英寸最多能產(chǎn)生多少個(gè)點(diǎn)。注意：柵距（也就是點(diǎn)距）是指蔭柵式顯示器平行的光柵之間的距離，一般都在0.25mm以下；而蔭罩的點(diǎn)距指的是對(duì)角線距離。由于對(duì)角線距離（點(diǎn)距）體現(xiàn)了不同行和列的像素點(diǎn)間距，因而更能客觀準(zhǔn)確地衡量顯示器的像素分布情況。對(duì)角點(diǎn)距為0.28mm的顯象管其水平點(diǎn)距為0.24mm。在屏幕大小一定的前提下，點(diǎn)（柵）距越小，則屏幕上的象素排列越緊密，圖像就越清晰細(xì)膩。顯然，蔭柵式顯象管比蔭罩式的要細(xì)膩的多。屏幕像素逼近直線示意圖可尋址點(diǎn),即顯示器可以找到的點(diǎn)，（x，y）整數(shù)地址一個(gè)象素，占有一定面積3.光柵掃描式圖形顯示器3.光柵掃描式圖形顯示器幀緩沖存儲(chǔ)器（幀緩存）：1）幀緩沖存儲(chǔ)器是一塊連續(xù)的存儲(chǔ)空間，分n份，每一份對(duì)應(yīng)屏幕上的相應(yīng)的象素（一一對(duì)應(yīng)），存儲(chǔ)該象素的屬性值，即該象素應(yīng)該著什么顏色或擁有什么樣的光亮度。2）光柵中的每個(gè)像素在幀緩存中至少要有1位，bit）每個(gè)像素1位的存儲(chǔ)容量稱為位面（bitplane）。畫面就是由幀緩存中的這些位信息組成的。3）圖形在計(jì)算機(jī)中是一位一位產(chǎn)生的，每一個(gè)存儲(chǔ)位只有0或1兩個(gè)狀態(tài)，因此一個(gè)位面的幀緩存只能產(chǎn)生黑白圖形。將圖形的幾何信息轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)在幀緩存中的光柵（點(diǎn)陣）圖像并以一定格式的視頻圖像顯示的過程就叫掃描轉(zhuǎn)換。一副光柵圖形稱為一幀，其信息放在幀緩存中，即幾何信息已經(jīng)轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)在幀緩存中的光柵（點(diǎn)陣）圖像。光柵掃描式圖形顯示器：1）是畫點(diǎn)設(shè)備，可看成一個(gè)點(diǎn)陣單元發(fā)生器，并可控制每個(gè)點(diǎn)陣單元的亮度。2）發(fā)出的電于束的偏轉(zhuǎn)方式是固定的，自上而下，從左到右掃描在熒光屏上形成光柵形狀。3）圖形是通過電子束掃描到光柵上的圖形象素點(diǎn)時(shí)呈現(xiàn)的亮度或顏色與光柵背景的亮度或顏色不同而襯托出的，可形成多級(jí)灰度或顏色的實(shí)面積自然圖像。4）由于圖像是由像素陣列組成，顯示一幅圖像所需要的時(shí)間等于顯示整個(gè)光柵所需的時(shí)間，而與圖像的復(fù)雜程度無關(guān)。

綜上，可把光柵圖形顯示器看做許多離散點(diǎn)組成的矩陣，每個(gè)點(diǎn)都可以發(fā)光。除非特殊情況，一般在矩陣中是不能直接從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)（或一個(gè)像素到另一個(gè)像素）畫一條筆直的直線，但可以用一系列的點(diǎn)（或像素）來近似地表示這條直線。光柵化的直線(b)ABCD圖像元素或象素可尋址點(diǎn)B(a)A注意：幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)備，要把幀緩存中的信息在光柵顯示器屏幕上輸出必須讀出幀緩存中的每一位象素的值，經(jīng)過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，這個(gè)工作由DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）完成。具有1位幀緩存的黑白光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖幀緩沖存儲(chǔ)器CRT光柵電子槍寄存器1DAC

光柵圖形顯示器中需要有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(jí)。

如圖，顯示器上每個(gè)像素的亮度由N個(gè)位面中對(duì)應(yīng)的每個(gè)像素位置的內(nèi)容共同決定，即每一位的二進(jìn)制被存入指定的寄存器中,該寄存器中二進(jìn)制的數(shù)被翻譯成灰度等級(jí)，其范圍在0～2N－1之間。N00幀緩沖存儲(chǔ)器1N=32N級(jí)10042NDAC寄存器N電子槍CRT光柵具有N位幀緩存的黑白灰度光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖

為避免幀緩存的增加，可采用顏色查找表來提高灰度級(jí)別。如下圖所示，幀緩存中的位面號(hào)為顏色查找的索引，顏色查找表必須有2N項(xiàng)，每一項(xiàng)具有W位字寬。當(dāng)W大于N時(shí)，可有2W灰度等級(jí)，但每次只有2N個(gè)不同灰度等級(jí)可用。若要使用2N種以外的灰度等級(jí)，需改變顏色查找表中的內(nèi)容（重裝顏色查找表）。

具有N位幀緩存和W位顏色查找表的光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖N=32N表項(xiàng)N00幀緩沖存儲(chǔ)器11004寄存器N2N為總光強(qiáng)等級(jí)2W為每次可顯示

光強(qiáng)等級(jí)電子槍11W查找表2WDAC1011W=4CRT光柵提高灰度級(jí)別時(shí)，如何避免幀緩存的增加

由于只有三種原色，所以可用三個(gè)位面實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的彩色幀緩沖存儲(chǔ)器。下圖為簡(jiǎn)單的彩色光柵顯示器，由分別對(duì)應(yīng)紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三原色的三個(gè)位面的幀緩存，DAC，三個(gè)電子槍和CRT光柵組成。CRT光柵300幀緩沖存儲(chǔ)器1寄存器彩色電子槍0DAC藍(lán)0DAC綠1DAC紅一個(gè)簡(jiǎn)單的彩色幀緩沖存儲(chǔ)器如何實(shí)現(xiàn)彩色幀緩存

對(duì)每個(gè)顏色的電子槍可通過增加幀緩存位面來提高顏色種類的灰度等級(jí)。如下圖，每種原色電子槍有8個(gè)位面的幀緩存和8位的DAC，每種原色有28種灰度等級(jí)，三種原色的組合有224種顏色。這種顯示器稱為全色光柵掃描圖形顯示器，其幀緩存稱為全色幀緩存。彩色電子槍藍(lán)8位DAC8位DAC8位DAC綠紅3寄存器3綠1200011000幀緩沖存儲(chǔ)器3紅3600010001CRT光柵一個(gè)具有24位面的彩色幀緩沖存儲(chǔ)器如何提高顏色種類的灰度等級(jí)

若各組位面存放的不是直接的顏色值而是顏色查找表的地址索引，則全色幀緩存的顏色還可進(jìn)一步豐富。彩色電子槍8N8寄存器幀緩沖存儲(chǔ)器8W位DAC紅W位DAC綠W位DAC藍(lán)CRT光柵2N表項(xiàng)顏色查找表W=10一個(gè)具有24位面的彩色幀緩存和10位顏色查找表的結(jié)構(gòu)圖如何使顏色進(jìn)一步豐富1.分辨率指顯示器在屏幕水平(垂直)方向可顯示多少像素分辨率以象素點(diǎn)為基本單位。表示方法為320×200、640×480等。顯示分辨率與顯卡上的緩沖存儲(chǔ)器的容量有關(guān)，容量越大，顯示分辨率越高。分辨率越高，顯示的字符或圖像越清晰。

-顯示器最大分辨率：顯示器能支持的最大分辨率和顯示器的“點(diǎn)距”有關(guān)，

“點(diǎn)距”決定了每英寸最多能產(chǎn)生多少個(gè)點(diǎn)。光柵掃描顯示器的主要性能參數(shù)如果我們說某個(gè)品牌的顯示器的分辨率為80DPI（DotPerInch）是指在顯示器的有效顯示范圍內(nèi)，顯示器的的顯像設(shè)備可以在每英寸熒光屏上產(chǎn)生80個(gè)光點(diǎn)。舉個(gè)例子來說，一臺(tái)14英寸的顯示器（熒光屏對(duì)角線長(zhǎng)度為14英寸），其點(diǎn)距為0.28mm那么：顯示器分辨率

=25.3995mm/inch÷0.28mm/Dot≈90DPI。（1inch=25.3995mm）2.亮度等級(jí)數(shù)目和色彩指單種顏色亮度可變化的數(shù)目亮度等級(jí)范圍的提升可使圖像看上去更柔和自然色彩包括可選擇顯示顏色的數(shù)目以及一幀畫面可同時(shí)顯示的顏色數(shù)。3、顯示速度指顯示字符、圖形，特別是動(dòng)態(tài)圖像的速度可用最大帶寬表示：

水平像素?cái)?shù)*垂直像素?cái)?shù)*最大刷新率2.2.2液晶顯示器1.液晶的物理特性液晶即液態(tài)晶體，具有線狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分子，加熱可象液體那樣流動(dòng)，冷卻則成結(jié)晶顆粒的固體狀態(tài)。液晶可以說是具有排列性質(zhì)的液體，柔軟易變形。所以將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開槽平面，液晶分子會(huì)順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。光線射入液晶物質(zhì)中，必然會(huì)按照液晶分子的排列方式行進(jìn)，產(chǎn)生了自然的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)像。

液晶分子受電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、應(yīng)力等外部條件作用時(shí)會(huì)重新排列。如：對(duì)于一些散亂的液晶分子，不通電時(shí)，排列變的混亂，阻止光線通過；通電時(shí)，由于電壓作用，分子重新排列，排列變的有秩序，使光線容易通過。

2.單色液晶顯示器的原理1.玻璃板：在液晶顯示器中，液晶是灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間，也就是兩片涂有配向膜（PI，polyimide聚酰亞胺）的玻璃板，用來夾住液晶。液晶分子順著開槽均勻排列。2.偏光板：一系列逐步變細(xì)的平行線，或稱柵欄，用來阻隔掉不與柵欄平行的光線。偏光板的工作原理：液晶顯示器依靠極化濾光片(偏光板)影響光線穿過液晶。自然光線是朝所有方向隨機(jī)發(fā)散的。只有兩個(gè)濾光器的線完全平行，或者通過第一個(gè)極化濾光器的光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個(gè)極化濾光器相匹配，光線才得以穿過第二個(gè)極化濾光器。液晶顯示器顯示的初始狀態(tài)灌入兩個(gè)列有溝槽（兩個(gè)溝槽互相垂直）的玻璃板之間的液晶，由于溝槽的作用，被強(qiáng)迫處入一種90°扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時(shí)最終也被扭轉(zhuǎn)90°。如左圖所示，兩個(gè)極化濾光器互相垂直，穿過第一個(gè)極化濾光器的光線，經(jīng)過扭曲的液晶后，光線被扭曲90°，正好可以穿過第二個(gè)極化濾光器。

若為液晶加一個(gè)電壓，液晶分子又會(huì)重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，將被第二個(gè)濾光器擋住?？傊?，加電光線將被阻斷，不加電光線將射出，顯示黑色。如右圖所示。

玻璃板和液晶材料之間是透明電極，電極分為行電極和列電極，在行和列的交叉點(diǎn)上，通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，從而改變屏幕上相應(yīng)像素的亮度。3.電極當(dāng)然，也可以改變LCD中的液晶排列，使光線在加電時(shí)射出，不加電壓時(shí)被阻斷。由于計(jì)算機(jī)屏幕幾乎都是亮著的，所以只有“加電將光線阻斷”的方案才最省電。4.背光板：由熒光物質(zhì)組成，可以發(fā)射光線，提供一個(gè)高亮度，且亮度分布均勻的光源。由顯示屏兩邊作為光源的燈管，反射板，導(dǎo)光板等等組成。綜上可得像素點(diǎn)亮過程：背光板發(fā)出的光線穿過第一層偏光板后進(jìn)入液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。通過電極上電壓的改變，改變液晶的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，相應(yīng)改變光線的行進(jìn)方向，從而決定相應(yīng)像素的亮度。液晶材料在這里作用類似一個(gè)小的光閥。

3.彩色液晶顯示器彩色LCD要具備專門處理彩色顯示的色彩過濾層。彩色LCD面板中的每一個(gè)像素由3個(gè)液晶單元格構(gòu)成，其中每一個(gè)單元格前面都分別有紅色、綠色或藍(lán)色的過濾片，通常過濾片上含配向膜。這樣，通過不同單元格的光線可在屏幕上顯示出不同的顏色。液晶的分類

液晶顯示器（LCD）依驅(qū)動(dòng)方式分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)3種。液晶顯示的驅(qū)動(dòng)就是用來調(diào)整加在液晶顯示器件電極上的電位信號(hào)的相位，峰值等，建立驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)液晶器件的顯示效果。

單純驅(qū)動(dòng)分為：扭轉(zhuǎn)式向列型（TwistedNematic,TN）和超扭轉(zhuǎn)式向列型（SuperTwistedNematic,STN

）

主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)分為：薄膜晶體管液晶顯示器（TFT

LCD，Thin

film

transistor

liquid

crystal

display)和二端子二級(jí)管型（metal/insulator/metal,MIM）4.液晶顯示器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一、機(jī)身薄，節(jié)省空間：與比較笨重的CRT顯示器相比，液晶顯示器只要前者三分之一的空間。二、省電，不產(chǎn)生高溫：它屬于低耗電產(chǎn)品，不易發(fā)燙，而CRT顯示器，因顯像技術(shù)不可避免產(chǎn)生高溫，且由于其發(fā)射電子，不可避免產(chǎn)生靜電。三、無輻射，益健康：液晶顯示器完全無輻射，這對(duì)于整天在電腦前工作的人來說是一個(gè)福音。四、畫面柔和不傷眼：不同于CRT技術(shù)，液晶顯示器畫面不會(huì)閃爍，可以減少顯示器對(duì)眼睛的傷害，眼睛不容易疲勞。缺點(diǎn)：視角太小、亮度和對(duì)比度不夠大2.2.3等離子顯示器

等離子顯示器是新一代顯示設(shè)備，它采用了近幾年來高速發(fā)展的等離子平面屏幕技術(shù)。1.等離子顯示器的工作原理

等離子顯示器由密封在玻璃膜夾層中的晶格矩陣（光柵）組成，每個(gè)晶格充有低壓氣體。在高電壓作用下，氣體會(huì)電離解。電離解后的氣體稱為等離子體，所以這種顯示器稱為等離子顯示器。當(dāng)電子又重新與原子結(jié)合在一起時(shí)，能量就會(huì)以光子的形式釋放出來，這時(shí)氣體就會(huì)釋放出具有特征的輝光。陰極玻璃電介質(zhì)隔板透明陽(yáng)極玻璃氣泡

要點(diǎn)亮某個(gè)地址的氣泡，開始要在相應(yīng)行上加較高的電壓，氣泡點(diǎn)亮后，可用低電壓維持氣泡的亮度。關(guān)掉某個(gè)氣泡，只要將相應(yīng)的電壓降低。改變控制電壓，可使等離子板顯示不同灰度的圖形。工作過程？？？彩色等離子顯示器PDP成像過程是：利用惰性氣體放電產(chǎn)生紫外線來激發(fā)彩色熒光粉發(fā)光，再轉(zhuǎn)換成人眼可見的光。采用等離子管作為發(fā)光元件，大量的等離子管排列在一起構(gòu)成屏幕，每個(gè)等離子管作為一個(gè)像素，每個(gè)像素由三種不同顏色的發(fā)光體組成。每個(gè)等離子管對(duì)應(yīng)的每個(gè)小室內(nèi)都充有氖氙氣體。在等離子管電極間加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會(huì)產(chǎn)生紫外光，并激勵(lì)平板顯示屏上的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)出可見光。由這些像素的明暗和顏色變化組合使之產(chǎn)生各種灰度和色彩的圖像。2.等離子顯示器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：重量較輕、完全無X射線輻射；屏幕亮度非常均勻，不存在明顯的亮區(qū)和暗區(qū)；不存在某些區(qū)域聚焦不良或散焦的毛??；屏幕更平展，觀察視角更大（160）。缺點(diǎn)：價(jià)格較高；耗電大（每個(gè)象素可獨(dú)立發(fā)光），顯示屏上的玻璃較薄使屏幕較脆弱；能大不能小，難以將象素做的更小。2.2.43種顯示技術(shù)的比較性質(zhì)陰極射線管液晶顯示器等離子顯示器功耗大小中屏幕大小大厚度大小小平面度一般好好亮度好適中好分辨率中一般好對(duì)比度中差好灰度等級(jí)好差好視角大小大色彩豐富中豐富價(jià)格低中高67噴墨打印機(jī)噴墨打印、掃描兩用機(jī)激光打印機(jī)噴墨打印機(jī)(噴繪)噴墨打印機(jī)照片打印機(jī)●

打印機(jī)2.3圖形繪制設(shè)備2.3.1噴墨繪圖機(jī)噴墨繪圖機(jī)是一種光柵類型的圖形輸出設(shè)備，基本原理是將小墨點(diǎn)噴射到介質(zhì)上。

紙繞在滾筒上快速旋轉(zhuǎn)，噴墨頭則在滾筒上緩慢水平運(yùn)動(dòng)。繪圖機(jī)的墨水泵將黃、品紅、青三種顏色的墨水分別注入3支很細(xì)的噴筆中。在高壓下，墨水通過噴筆內(nèi)細(xì)而長(zhǎng)的玻璃毛細(xì)管噴到紙上。

噴墨繪圖機(jī)的結(jié)構(gòu)繪圖機(jī)控制部件墨水泵滾筒噴筆筆架絲杠電機(jī)步進(jìn)電機(jī)紙或膠片噴墨繪圖機(jī)工作原理

當(dāng)無圖像信號(hào)時(shí)，噴筆內(nèi)的過濾片在200V電壓下受繪圖機(jī)控制器的控制，對(duì)墨水充電，帶電墨滴互相排斥形成分散的墨霧，墨霧在另一個(gè)2200V高壓的偏轉(zhuǎn)電極的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并被匯集起來回收到廢墨瓶中；當(dāng)有圖像信號(hào)時(shí)，過濾片不加電壓，墨滴不帶電，飛經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，直接噴到貼在旋轉(zhuǎn)滾筒上的紙或膠片上。2.3.2筆式繪圖機(jī)

筆式繪圖機(jī)是矢量型設(shè)備，在操作過程中，繪圖筆相對(duì)紙作隨意移動(dòng)。筆式繪圖機(jī)分為滾筒式和平板式。滾筒式繪圖機(jī)平板式繪圖機(jī)1.滾筒式繪圖機(jī)

筆和紙都是運(yùn)動(dòng)的。繪圖紙卷在滾筒上，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)鏈輪作正向和反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)圖紙作X方向的正向和負(fù)向運(yùn)動(dòng)，滾筒上方的筆架可存放多支畫筆，畫筆由另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)作Y方向的正負(fù)向往返運(yùn)動(dòng)，兩種運(yùn)動(dòng)的結(jié)合使畫筆畫出各種圖形。方向步進(jìn)電機(jī)滾筒式繪圖機(jī)結(jié)構(gòu)Y方向步進(jìn)電機(jī)X筆架落筆抬筆+X+Y2.平板式繪圖機(jī)

繪圖筆在紙上沿X和Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，圖紙通常靜止不動(dòng)，裝有筆架的導(dǎo)軌作X方向移動(dòng)，筆架在導(dǎo)軌上作Y方向移動(dòng)，兩種運(yùn)動(dòng)配合畫出多種圖形。平板式繪圖機(jī)結(jié)構(gòu)X方向步進(jìn)電機(jī)Y方向步進(jìn)電機(jī)+Y抬筆落筆+X

平板式繪圖機(jī)的分類機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置一般為鋼絲繩或齒輪條箱；速度低、精度低、壽命短，價(jià)格相對(duì)便宜。平面電機(jī)驅(qū)動(dòng)繪圖臺(tái)有兩塊平板，上面的平板稱為滑動(dòng)導(dǎo)板，即電機(jī)定子；電機(jī)動(dòng)子以磁力吸附在滑動(dòng)導(dǎo)板下面。畫筆裝在電機(jī)動(dòng)子的下部，畫筆之下是繪圖臺(tái)板。2.3.3激光打印機(jī)

激光打印機(jī)是一種既可用于打印字符又可用于繪圖的設(shè)備。激光打印機(jī)的工作原理激光打印機(jī)主要由感光鼓、粉盒、打底電暈絲和轉(zhuǎn)移電暈絲等組成，如圖（a）所示。滾筒轉(zhuǎn)移電暈絲打印紙打底電暈絲感光鼓碳粉(a)激光打印機(jī)開始工作時(shí)，感光鼓旋轉(zhuǎn)通過打底電暈絲，使整個(gè)感光鼓的表面帶上電荷，如圖（b）所示。打底電暈絲(b)+++++++++++鼓表面未帶電荷感光鼓旋轉(zhuǎn)方向鼓表面帶電荷打印機(jī)處理器將打印數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)打印引擎動(dòng)作的信號(hào)組(類似數(shù)據(jù)表)，并送至激光發(fā)射器。發(fā)射器發(fā)射的激光照射在多棱反射鏡上，反射鏡的旋轉(zhuǎn)和激光的發(fā)射同時(shí)進(jìn)行，依照打印數(shù)據(jù)來決定激光的發(fā)射或停止。每個(gè)光點(diǎn)打在反射鏡上，隨著反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷變換角度，將激光點(diǎn)反射到感光鼓。如圖（c）所示。(c)多棱反射鏡激光發(fā)射器感光鼓上被激光照到的點(diǎn)將失去電荷，在感光鼓表面形成一幅肉眼看不到的磁化現(xiàn)象。感光鼓旋轉(zhuǎn)到上粉盒，其表面被磁化的點(diǎn)將吸附碳粉，從而在感光鼓上形成將要打印的碳粉圖像，如圖（d）所示。(d)碳粉滾筒感光鼓旋轉(zhuǎn)方向打印紙從感光鼓和轉(zhuǎn)移電暈絲之間通過，轉(zhuǎn)移電暈絲將產(chǎn)生比感光鼓上更強(qiáng)的磁場(chǎng)，碳粉受吸引從感光鼓上脫離，向轉(zhuǎn)移電暈絲方向移動(dòng)，結(jié)果是在不斷向前運(yùn)動(dòng)的打印紙上形成碳粉圖像。打印紙繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，通過高溫的溶凝部件，定型在打印紙上，產(chǎn)生永久圖像，如圖（e）所示。(e)感光鼓碳粉轉(zhuǎn)移電暈絲(e)感光鼓碳粉轉(zhuǎn)移電暈絲(d)碳粉滾筒感光鼓旋轉(zhuǎn)方向(c)多棱反射鏡激光發(fā)射器打底電暈絲(b)+++++++++++鼓表面未帶電荷感光鼓旋轉(zhuǎn)方向鼓表面帶電荷滾筒轉(zhuǎn)移電暈絲打印紙打底電暈絲感光鼓碳粉(a)激光打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有效利用了激光定向性、單色性和能量密集性，并結(jié)合了電子掃描技術(shù)的高靈敏度和快速存取等特性。輸出圖形圖像的質(zhì)量非常高，分辨率可達(dá)300～600點(diǎn)/英寸。圖形及文本質(zhì)量非常高，可直接作為制版的原稿。82主要用于計(jì)算機(jī)信息顯示的擴(kuò)展設(shè)備。

亮度：ANSI流明對(duì)比度標(biāo)準(zhǔn)分辨率均勻度●主要技術(shù)指標(biāo)●

投影機(jī)83

新型顯示設(shè)備3維顯示器842010年3月9日，一場(chǎng)由世嘉公司在日本舉辦的虛擬偶像初音未來全息圖像演唱會(huì)剛剛落下帷幕。這是世界上首次以計(jì)算機(jī)虛擬的偶像為主角的演唱會(huì)，2500張門票幾乎在瞬間就被搶購(gòu)一空，當(dāng)晚更有超過3萬(wàn)名忠實(shí)擁簇者通過付費(fèi)網(wǎng)絡(luò)直播觀看了整場(chǎng)演唱會(huì)，科技再一次向我們展現(xiàn)出它的魅力。正因?yàn)槌跻粑磥硎且粋€(gè)虛擬的形象，所以這場(chǎng)演唱會(huì)上的初音未來是通過一整套3D全息投影技術(shù)完成。初音在演唱會(huì)上以全彩的可愛形象出現(xiàn)，表演時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2個(gè)小時(shí)，其間還穿插了各種閃電換裝，初音的虛擬伙伴也一起同臺(tái)獻(xiàn)藝，從技術(shù)含量上來說，本次演唱會(huì)絕對(duì)可以算虛擬偶像領(lǐng)域一個(gè)里程碑。8586OfficeoftheFuture2.4圖形輸入設(shè)備各種圖形模型的建立、操作和修改都離不開圖形輸入設(shè)備。常用的圖形輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)光筆、數(shù)字化儀觸摸板、圖形掃描儀、手寫輸入板語(yǔ)音輸入、數(shù)據(jù)手套88微軟人體工學(xué)鍵盤

愛國(guó)者人體工學(xué)鍵盤

羅技極光無影手

西門子虛擬鍵盤

折疊鍵盤

新加坡創(chuàng)新科技有限公司

集合midi音樂鍵盤的鍵盤

鍵盤輸入設(shè)備89

鼠標(biāo)機(jī)械鼠標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)最古老的鼠標(biāo)光電鼠標(biāo)無線電式鼠標(biāo)3維鼠標(biāo)90

手寫板

觸摸屏

磁卡設(shè)備IC卡設(shè)備

條碼設(shè)備2.4.3光筆光筆有選圖和跟蹤兩種基本功能。選圖（又稱標(biāo)定或指點(diǎn)）是對(duì)顯示器上已顯示的圖形或字符進(jìn)行加工處理。跟蹤是用光筆拖動(dòng)光標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位，可用于圖形編輯。2.4.4數(shù)字化儀

數(shù)字化儀是一種把圖形轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能接受的數(shù)字形式的專用設(shè)備，它可以采樣幾何圖形上的關(guān)鍵數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后由程序進(jìn)行處理。數(shù)字化儀的工作原理：采用電磁感應(yīng)技術(shù)，在一塊布滿金屬柵格的絕緣平面板上放置一個(gè)可移動(dòng)的定位設(shè)備；當(dāng)電流通過定位設(shè)備上的電感線圈時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，從而使其正下方的金屬柵格上產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流；根據(jù)已產(chǎn)生電流的金屬柵格的位置，判斷出定位設(shè)備當(dāng)前所處的坐標(biāo)位置。將這種位置信息傳送給計(jì)算機(jī)，就實(shí)現(xiàn)了圖形的數(shù)字化