第2章 圖形設(shè)備課件

第2章圖形設(shè)備計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)包含哪些外部設(shè)備？

圖形輸入設(shè)備：概念、特點(diǎn)

圖形顯示設(shè)備：概念、結(jié)構(gòu)原理、工作方式、特點(diǎn)

圖形繪制設(shè)備：概念、特點(diǎn)提出問(wèn)題2023/1/141華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1圖形輸入設(shè)備2.1.1鍵盤(pán)（keyboard）2023/1/142華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1.2鼠標(biāo)器(mouse)鼠標(biāo)按測(cè)量位移可分為：用鼠標(biāo)底部的轉(zhuǎn)輪或滾輪來(lái)記錄移動(dòng)的總量和方向。采用光學(xué)感應(yīng)器來(lái)檢測(cè)鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)。Z鼠標(biāo)2023/1/143華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1.3光筆(lightpen)光筆是一種檢測(cè)裝置，它靠檢測(cè)熒光屏上的發(fā)光點(diǎn)來(lái)選擇屏幕的位置坐標(biāo)。2023/1/144華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1.4觸摸屏(touchscreen)這種裝置以手指觸摸的方式選擇屏幕位置。觸摸板(touchpanel)2023/1/145華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7紅外線式觸摸屏電阻式觸摸屏電容式觸摸屏聲波觸摸屏2023/1/146華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1.5操縱桿(joystick)2.1.6跟蹤球（trackball）和空間球（spacegall）

跟蹤球用作兩維定位設(shè)備?？臻g球提供6個(gè)自由度。2023/1/147華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1.7數(shù)據(jù)手套(dataglove)

數(shù)據(jù)手套是一種戴在手上的傳感器，它能給出用戶所有手指關(guān)節(jié)的角度變化，來(lái)自手套的輸入，可用來(lái)給虛擬場(chǎng)景中的對(duì)象定位或操縱該場(chǎng)景。2023/1/148華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1.8數(shù)字化儀(digitizer)數(shù)字化儀用來(lái)在所作的畫(huà)或?qū)ο笊蠏呙?，并輸入一組坐標(biāo)位置，相互以直線段連接，以逼近曲線或表面形狀。2023/1/149華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1.10圖象掃描儀(scaner)圖象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)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)，并按圖象方式進(jìn)行存儲(chǔ)。2023/1/1410華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1.11聲頻輸入系統(tǒng)也稱(chēng)為聲音輸入系統(tǒng)，在某些圖形工作站中，采用話音識(shí)別器作為輸入設(shè)備，以接收操作者的命令。2023/1/1411華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.1.12視頻輸入系統(tǒng)視頻信號(hào)采集板（卡）、視頻信號(hào)輸入卡、視頻信號(hào)處理裝置視霸卡（videoblunster）

2023/1/1412華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.2圖形顯示設(shè)備

顯示器件：機(jī)械式器件或大型白熾燈器件，靜電偏轉(zhuǎn)式CRT示波管，黑白/彩色顯像管，陰極射線管CRT、液晶顯示器、等離子顯示器和激光顯示器等。

顯示控制卡:用來(lái)控制顯示器件和圖形處理、轉(zhuǎn)換、信號(hào)傳輸?shù)挠布考?023/1/1413華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.2.1陰極射線管CRTCRT（CathodeRayTube）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，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。2023/1/1414華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7從外形上看，CRT為：管頸部分（電子槍及其聚焦系統(tǒng)）、錐體部分

（偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)）、屏幕部分（熒光材料）從結(jié)構(gòu)上看，CRT為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏2023/1/1415華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7(1)電子槍

電子槍的主要功能是產(chǎn)生一個(gè)沿管軸（Z軸）方向前進(jìn)的細(xì)電子束轟擊熒光屏。

電子束應(yīng)滿足下列要求： a.具有足夠的電流強(qiáng)度。 b.電流的大小和有無(wú)必須是可控的。 c.具有很高的速度。 d.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率。2023/1/1416華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7電子槍的結(jié)構(gòu)

以上五個(gè)電極用玻璃絕緣柱支撐組裝成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體，總稱(chēng)為電子槍。2023/1/1417華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)電子束偏轉(zhuǎn)有電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)兩種方法磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是利用磁場(chǎng)使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，掃描熒光屏產(chǎn)生字符或圖形。2023/1/1418華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/1/1419華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7

枕形失真當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電流I與偏轉(zhuǎn)角的正弦成正比。當(dāng)在管頸部的水平與垂直兩個(gè)方向各放一對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈并分別通入場(chǎng)頻與行頻鋸齒波電流時(shí)，在屏幕上會(huì)掃描出一個(gè)矩形的光柵，同樣的偏轉(zhuǎn)角增量所造成的偏轉(zhuǎn)距離增量在離熒光屏中心最遠(yuǎn)的四角處最大，造成枕形失真。(a)枕形失真2023/1/1420華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7校正的措施有二：一是將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的鋸齒形電流預(yù)先產(chǎn)生一些失真；二是“桶形失真”：通過(guò)改變偏轉(zhuǎn)線圈的結(jié)構(gòu)，將偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做成略有不均勻性，接近管軸中央處的磁場(chǎng)略強(qiáng)而周?chē)匀酢?b)桶形失真2023/1/1421華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7電偏轉(zhuǎn)2023/1/1422華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7(3)CRT的熒光屏CRT熒光屏（PhosphorScreen）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。玻璃底壁要求無(wú)氣泡，表面光學(xué)拋光。對(duì)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)間合適以及壽命長(zhǎng)等。2023/1/1423華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.彩色陰極射線管紅、綠、藍(lán)三基色原則⑴蔭罩式彩色顯象管主要結(jié)構(gòu)：三色熒光屏、三支電子槍、蔭罩板2023/1/1424華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7三色熒光屏蔭罩板2023/1/1425華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7三支電子槍2023/1/1426華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7缺點(diǎn)為了避免混色，熒光點(diǎn)的面積比電子束截面要大些只有15%左右的電子到達(dá)屏幕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，致使對(duì)CRT的絕緣要求提高，此外還帶來(lái)X射線輻射的問(wèn)題

顯示原理2023/1/1427華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7黑底蔭罩管黑底管把熒光小點(diǎn)的面積縮小到實(shí)際的發(fā)光面積，小點(diǎn)之間的空隙全用石墨涂敷。優(yōu)點(diǎn)：石墨能吸收環(huán)境光和熒光粉發(fā)光時(shí)反射光，可以用透明度較高的玻璃，增強(qiáng)管屏的透光率，提高亮度；熒光小點(diǎn)的面積縮小了，并在石墨中，不易發(fā)生混色，蔭罩小孔可以更大些，這樣既增加了亮度又減少了發(fā)熱損耗。2023/1/1428華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7⑵穿透式彩色顯示原理結(jié)構(gòu)當(dāng)電子以不同的速度轟擊熒光涂層時(shí)，就會(huì)發(fā)出不同顏色的光。2023/1/1429華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7缺點(diǎn)：顏色的改變是通過(guò)改變陽(yáng)極的高壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)圖形彩色轉(zhuǎn)換速度很快時(shí)，相應(yīng)的高壓轉(zhuǎn)換速度亦迅速，這要求 ①轉(zhuǎn)換速度。速度越快，每幀所能顯示的內(nèi)容越多 ②精度。高壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的高壓精度在千分之一左右。 ③功耗。省電高效2023/1/1430華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.2.2CRT圖形顯示器1.隨機(jī)掃描的圖形顯示器

隨機(jī)掃描（random-scan）的圖形顯示器中電子束的定位和偏轉(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，而不必全屏掃描。2023/1/1431華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7隨機(jī)掃描系統(tǒng)是按照任意指定的順序一條線一條線地畫(huà)圖。（向量顯示器、筆劃顯示器）

當(dāng)水平、垂直線圈中分別加上x(chóng)，y信號(hào)時(shí)，其在屏幕上合成幾何圖形。在電子束的軌跡中不需要輝亮的地方，就在z軸上加上一個(gè)消隱信號(hào)，使得光點(diǎn)不輝亮。2023/1/1432華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7隨機(jī)掃描顯示器的基本工作過(guò)程圖特點(diǎn)：無(wú)冗余掃描,速度快、圖象清晰、比光柵系統(tǒng)更高的分辨率、生成光滑線條是為畫(huà)線應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，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，只用于高質(zhì)量的圖形顯示器應(yīng)用程序顯示文件存儲(chǔ)器控制器CRT2023/1/1433華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.直視存儲(chǔ)管圖形顯示器

直視存儲(chǔ)管DVST（direct-viewstoragetube）是通過(guò)緊貼在屏幕熒光層后的電荷分布來(lái)存儲(chǔ)圖形信息的。

2023/1/1434華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7特點(diǎn)：無(wú)需刷新很復(fù)雜的圖形都可以在極高的分辨率下無(wú)閃爍地顯示、成本較低不能顯示彩色不能局部修改已經(jīng)記錄的圖形部分擦除和重畫(huà)過(guò)程對(duì)復(fù)雜圖形來(lái)講，可能要幾秒鐘2023/1/1435華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-73.光柵掃描的圖形顯示器在光柵掃描系統(tǒng)中，電子束橫向掃描屏幕，一次一行，從頂?shù)降醉槾芜M(jìn)行。當(dāng)電子束橫向沿每一行移動(dòng)時(shí)，電子束的強(qiáng)度不斷變化來(lái)建立亮點(diǎn)的圖案。2023/1/1436華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/1/1437華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7刷新速率：每秒60到80幀，即60Hz或80Hz。水平回掃（horizontalretrace），行掃描垂直回掃（verticleretrace），場(chǎng)掃描逐行掃描和隔行（interlaced）掃描：隔行掃描技術(shù)主要用于較慢的刷新速率，以避免閃爍2023/1/1438華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7

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、圖象是靠Z軸信號(hào)控制輝亮來(lái)形成的。2023/1/1439華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7刷新緩沖存儲(chǔ)器（refreshbuffer）或稱(chēng)幀緩沖存儲(chǔ)器（framebuffer）像素（pixel或pel，是pictureelement的簡(jiǎn)寫(xiě)）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(chēng)之為掃描轉(zhuǎn)換過(guò)程2023/1/1440華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7走樣2023/1/1441華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.2.3平板顯示器（flat-paneldisplay）低電壓、輕小型、數(shù)字化顯示器件平板顯示器（flat-paneldisplay）非發(fā)射顯示器（none-missivedisplay）（光學(xué)效應(yīng)）液晶顯示器發(fā)射顯示器（emissivedisplay）（將電能轉(zhuǎn)換成光能）

等離子體顯示器、薄片光電顯示器、發(fā)光二極管顯示器（LED）

2023/1/1442華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-71.液晶顯示器（LiquidCrystalDisplay）液晶的電光效應(yīng)：當(dāng)液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場(chǎng)作用下變?yōu)榱硪环N排列狀態(tài)時(shí)，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變。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。2023/1/1443華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7

2.等離子體顯示板（氣體放電顯示器）2023/1/1444華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-73.薄片光電顯示器2023/1/1445華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-74.發(fā)光二極管顯示器（Liquid-EmittingDiode）它常用于設(shè)計(jì)大型的室內(nèi)室外的顯示屏。結(jié)構(gòu)原理： 二極管以矩陣排列形成顯示器的象素位置特點(diǎn)： 暖色效應(yīng)2023/1/1446華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.3圖形顯示子系統(tǒng)簡(jiǎn)單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)2023/1/1447華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)2023/1/1448華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7發(fā)展的光柵圖形顯示子系統(tǒng)2023/1/1449華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.3.1顯示子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2023/1/1450華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7目前常用的PC圖形顯示子系統(tǒng)主要由三個(gè)部件組成：幀緩沖存儲(chǔ)器（幀緩存）顯示控制器（displaycontroller），又稱(chēng)視頻控制器（videocontroller）ROMBIOS

通常將PC中的圖形顯示子系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)為圖形顯示卡。2023/1/1451華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.3.2相關(guān)概念1.分辨率光點(diǎn)：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)像素點(diǎn)：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)。2023/1/1452華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7三種分辨率：屏幕分辨率，也稱(chēng)為光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率，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。2023/1/1453華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7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式分辨率，實(shí)際應(yīng)用中簡(jiǎn)稱(chēng)為顯示模式。對(duì)于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。對(duì)于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能顯示的像素點(diǎn)總數(shù)的乘積表示。顯示分辨率不同，它所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)大小也不同。2023/1/1454華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7圖形的存儲(chǔ)分辨率是指幀緩沖區(qū)的大小，一般用緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)表示。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)。幀緩存大小的計(jì)算：

x方向的像素點(diǎn)數(shù)*y方向的像素點(diǎn)數(shù)*log2n/8其中：n為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)2023/1/1455華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7屏幕分辨率決定了所能顯示的最高分辨率。顯示分辨率和存儲(chǔ)分辨率對(duì)所能顯示的圖形分辨率也有控制作用。2.