第二講圖形設(shè)備與系統(tǒng)

會計學(xué)1第二講圖形設(shè)備與系統(tǒng)2圖形輸入設(shè)備：

二維：鼠標(biāo)、圖形輸入板、跟蹤球、光筆、 觸摸屏、操縱桿、掃描儀……三維：空間球、數(shù)據(jù)手套……

圖形輸出(顯示、打?。┫到y(tǒng)：

陰極射線管顯示器，液晶顯示器，等離子顯示器，……繪圖儀,打印機圖形設(shè)備簡介第2講圖形設(shè)備與系統(tǒng)第1頁/共48頁32.1圖形顯示器陰極射線管彩色陰極射線管射線穿透法影孔板法隨機掃描顯示系統(tǒng)光柵掃描系統(tǒng)第2講圖形設(shè)備與系統(tǒng)第2頁/共48頁42.1.1陰極射線管（CRT）組成：電子槍、聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光工作原理：

電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏 轉(zhuǎn)系統(tǒng)，轟擊到熒光屏的不同部位，被其內(nèi)表面的 熒光物質(zhì)吸收，發(fā)光產(chǎn)生可見的圖形。結(jié)構(gòu)第1節(jié)圖形顯示器第3頁/共48頁5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，能夠控制通過其中小孔的帶負(fù)電的電子束的強弱。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)點的亮度。第4頁/共48頁6聚焦系統(tǒng)通過電場和磁場控制使電子束，“變細(xì)”，保證亮點足夠小，提高分辨率加速電極 加正的高壓電（幾萬伏），使電子束高速運動。

第5頁/共48頁7偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子束，靜電場或磁場，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，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)。第1節(jié)圖形顯示器第6頁/共48頁8熒光（1/2）熒光物質(zhì)：吸收電子束而發(fā)光持續(xù)發(fā)光時間：電子束離開某點后，該點的亮度值衰減到初始值1/10所需的時間刷新(Refresh)：為了讓熒光物質(zhì)保持一個穩(wěn)定的亮度值刷新頻率：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=1秒/熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時間，（例如）=1000/40=25Hz第1節(jié)圖形顯示器第7頁/共48頁9像素(Pixel:PictureCell)：構(gòu)成屏幕（圖像）的最小元素分辨率(Resolution)：CRT在水平或豎直方向單位長度上能識別的最大像素個數(shù)，單位通常為dpi（dotsperinch)。在假定屏幕尺寸一定的情況下，也可用整個屏幕所能容納的像素個數(shù)描述，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等熒光屏（2/2）第1節(jié)圖形顯示器第8頁/共48頁10產(chǎn)生彩色的常用方法：射線穿透法、影孔板法射線穿透法原理：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)生的顏色應(yīng)用：主要用于畫線顯示器優(yōu)點：成本低缺點：只能產(chǎn)生有限幾種顏色電子束熒光涂層產(chǎn)生顏色低速電子束較低速電子束較高速電子束高速電子束2.1.2彩色陰極射線管第1節(jié)圖形顯示器第9頁/共48頁11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影孔板法第1節(jié)圖形顯示器第10頁/共48頁12點狀影孔板(蔭罩式顯像管)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與Mitsubishi的Diamondtron顯像管溝槽式影孔板代表：LG的Flatron顯像管影孔板的類型第1節(jié)圖形顯示器第11頁/共48頁13電子槍、影孔板中的一個小孔和熒光點呈一直線；每個小孔與一個像素（即三個熒光點）對應(yīng)點狀影孔板原理

紅、綠、蘭三基色三色熒光點（很小并充分靠近--〉像素）三支電子槍第1節(jié)圖形顯示器第12頁/共48頁14顯示器能同時顯示的顏色個數(shù)如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強度有256個等級，則顯示器能同時顯示256*256*256=16M種顏色，稱為真彩系統(tǒng)調(diào)節(jié)各電子槍發(fā)生的電子束中所含電子的數(shù)目，即可控制各色光點亮度。點狀影孔板原理（2/2)第1節(jié)圖形顯示器第13頁/共48頁15純平顯示器類別表面形狀產(chǎn)生時間代表球面顯象管球面的一部分~90年代初柱面顯象管柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有彎曲90年代中期Sony公司的Trinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron平面直角顯象管球面的一部分，類似于平面90年代中后期現(xiàn)在市場上的主流顯象管純平顯象管純平面90年代后期Sony公司的FDTrinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron，Samsung公司的DanyFlat，LG公司的Flatron第1節(jié)圖形顯示器第14頁/共48頁16液晶顯示器液晶：液晶(LiquidCrystal)是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，是具有規(guī)則性分子排列的有機化合物。其分子的排列柔軟易變形，受電場、磁場、溫度和應(yīng)力等外部條件作用時，液晶分子會重新排列。液晶顯示器的原理是利用液晶的物理特性：通電時，液晶排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時，排列則變得混亂，阻止光線通過。與CRT設(shè)備相同，圖形定義存儲在刷新緩沖器中，以每秒60幀的速度刷新屏幕，以滿足圖像的更新和動畫顯示。第15頁/共48頁17液晶顯示器可視角由于液晶顯示器的背光管光源經(jīng)折射和反射后輸出時已有一定方向，超出這一范圍觀看則會產(chǎn)生色彩失真現(xiàn)象?？梢暯鞘怯脩粼谄聊磺坝^看畫面可看得清楚的角度范圍。分辨率第16頁/共48頁18未來顯示器采用空氣等離子體技術(shù)，

空氣等離子體可想象成一個個微型霓虹燈，紅綠藍(lán)三種不同顏色的像素。顯示屏薄，掛在墻上。發(fā)光聚合物技術(shù)，堅不可摧；柔韌性好，可以卷起來；顯示畫面具有無與倫比的清晰度。真正的平面直角。第1節(jié)圖形顯示器第17頁/共48頁192.1.3隨機掃描的顯示系統(tǒng)特點：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(RefreshingBuffer),顯示處理器（DPU:DisplayProcessingUnit）和CRT第1節(jié)圖形顯示器第18頁/共48頁20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顯示文件，由顯示處理器負(fù)責(zé)解釋執(zhí)行(刷新)，→驅(qū)動電子槍在屏幕上繪圖。 修改圖形，實際是修改顯示文件中的某些繪圖命令。

工作原理第1節(jié)圖形顯示器第19頁/共48頁212.1.4光柵掃描的顯示系統(tǒng)光柵掃描顯示系統(tǒng)特點：光柵掃描掃描線幀水平回掃期垂直回掃期第1節(jié)圖形顯示器第20頁/共48頁22繪圖過程第1節(jié)圖形顯示器第21頁/共48頁23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個像素，M*N顯示器的分辨率。 分辨率第1節(jié)圖形顯示器第22頁/共48頁24邏輯部件：幀緩沖存儲器（FrameBuffer)，視頻控制器（VideoController)，顯示處理器（DisplayProcessor），CRT幀緩沖存儲器作用：存儲屏幕上像素的顏色值簡稱幀緩沖器，俗稱顯存幀緩存中單元數(shù)目與顯示器上像素的數(shù)目相同，單元與像素一一對應(yīng)，各單元的數(shù)值決定了其對應(yīng)像素的顏色。顯示顏色的種類與幀緩存中每個單元的位數(shù)有關(guān)（圖示幀緩沖器的每個單元只有一位）。第23頁/共48頁25彩顯：第24頁/共48頁26彩顯：若每個單元有24位（每種基色占8位）即顯示系統(tǒng)可同時產(chǎn)生224種顏色（24位真彩色）。分辨率M*N、顏色個數(shù)K與顯存大小V的關(guān)系第1節(jié)圖形顯示器第25頁/共48頁27彩顯：3個位面分辯率是1024×1024的顯示器，需要3×1024×1024（3145728）位的存儲器。若存儲器位長固定，則屏幕分辯率與同時可用的顏色種數(shù)成反比關(guān)系。1兆字節(jié)的幀緩存，若設(shè)分辯率為640×480，則幀緩存每個單元可有24位，可能同時顯示224種顏色，若設(shè)分辯率為1024×768，則每個單元分得的位數(shù)僅略多于8，只能工作于256色顯示模式下。第26頁/共48頁28彩顯：顯存問題高分辨率和真彩要求有大的顯存；曾經(jīng)是個問題！解決方法：采用查色(LookupTable）

或稱彩色表(ColorTable)查色表工作原理1024*768真彩模式需要3M字節(jié)顯存第1節(jié)圖形顯示器第27頁/共48頁29查色表(lookupTable)是一維線性表，其每一項的內(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，例如：每單元有8位，則查色表的長度為28＝256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：第1節(jié)圖形顯示器第28頁/共48頁30查色表(lookupTable)第29頁/共48頁31存放方式顏色信息在幀緩存中存放方式：顏色值直接存儲在幀緩存中。把顏色碼放在一個獨立的表中，幀緩存存放的是顏色表中各項的索引值，顏色范圍擴充了。單色系統(tǒng)：查色表固化彩顯：可修改、創(chuàng)建查色表。第1節(jié)圖形顯示器第30頁/共48頁32帶寬T與分辨率、幀頻F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--依然是個問題！解決方法：隔行掃描（現(xiàn)在已經(jīng)基本不用，主流 顯示器都采用逐行掃描方式）隔行掃描：把一幀分兩場，即奇數(shù)場與偶數(shù)場場頻：==2*幀頻彩顯第1節(jié)圖形顯示器第31頁/共48頁33隔行掃描工作原理一幀完整的畫面分成兩場。一場1／60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1／60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。第1節(jié)圖形顯示器第32頁/共48頁34簡單：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。典型：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。光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第1節(jié)圖形顯示器第33頁/共48頁35視頻控制器作用：建立幀緩存與屏幕像素之間的一一對應(yīng)，負(fù)責(zé)刷新邏輯結(jié)構(gòu)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，首先取出對應(yīng)像素（0，N-1）的幀緩存單元的數(shù)值,放入像素值寄存器，用來控制像素的顏色，然后X的地址寄存器的地址加一，如此重復(fù)，直到該掃描線上的最后一個像素。雙緩沖機制（DoubleBuffer)普通顯卡=視頻控制器+顯存第34頁/共48頁36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+顯示處理器第35頁/共48頁37優(yōu)點：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)雜程度無關(guān)易于修改圖形缺點：需要掃描轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生混淆缺點正在被克服優(yōu)點使其占據(jù)了市場主流光柵顯示系統(tǒng)的優(yōu)點第1節(jié)圖形顯示器第36頁/共48頁382.2圖形系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)硬件，圖形I/O設(shè)備，系統(tǒng)軟件，圖形軟件。圖形軟件：通用編程軟件包，專用應(yīng)用軟件包。通用類：提供一個可用于高級程序語言的圖形功能擴展集(比如，OpenGL).基本功能：圖元生成，屬性設(shè)置（顏色，….）選擇觀察及實施變換等。專用類：不關(guān)心圖形操作過程（比如，CAD系統(tǒng)。第2講圖形設(shè)備與系統(tǒng)第37頁/共48頁39圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)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)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)。第2節(jié)圖形系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)第38頁/共48頁40圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)分類面向圖形設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)：計算機圖形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,…)計算機圖形接口(CGI).設(shè)備驅(qū)動程序。面向應(yīng)用軟件的標(biāo)準(zhǔn)：程序員層次交互式圖形系統(tǒng)（PHIGS）,GL(圖形程序包)（三維）圖形核心系統(tǒng)（3D-)GKS面向圖形應(yīng)用系統(tǒng)中工程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及其文件格式：基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范（IGES）產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)范（STEP）第2節(jié)圖形系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)第39頁/共48頁41CGI（ISODP9636)提供控制圖形硬件的一種與設(shè)備無關(guān)的方法。也可看作圖形設(shè)備驅(qū)動程序的一種標(biāo)準(zhǔn)。在用戶程序和虛擬設(shè)備之間，以一種獨立于設(shè)備的方式提供圖形信息的描述和通信。第2節(jié)圖形系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)第40頁/共48頁42CGM（ISOIS8632)--與設(shè)備無關(guān)的語義、詞法定義的圖形文件格式。--規(guī)定了生成、存儲、傳送圖形信息的格式。--面向系統(tǒng)和系統(tǒng)開發(fā)者，和CGI配套提供。--通用性是其關(guān)鍵屬性。第2節(jié)圖形系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)第41頁/共48頁43GKS提供了在應(yīng)用程序和圖形輸入輸出設(shè)備之間的功能接口。與語言無關(guān)。GKS提供了一個稱為元文件的順序文件接口應(yīng)用程序的所有圖形資源由GKS控制（通過GKS元文件-GKSM）GKSM用于:圖形信息存檔；系統(tǒng)傳送圖形信息；在GKS應(yīng)用程序間傳送圖形信息；與圖形信息相關(guān)的非圖形信息的存儲和復(fù)用。第2節(jié)圖形系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)第42頁/共48頁44PHIGS（ISOIS9592）向應(yīng)用程序員提供的控制圖形設(shè)備的圖形