第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件

1、第2章 計算機圖形系統(tǒng)及硬件 基礎 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.1 概述 2.1.1 計算機系統(tǒng)中的圖形設備 計算機圖形系統(tǒng)用來生成、處理和顯示圖形，通 常由以下三部分構成： 中央處理器 圖形輸出設備 圖形輸入設備 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 中央處理器（CPU） 中央處理器完成對圖形的描述、建立、修改等 各種計算，并對圖形實現(xiàn)有效的存儲。 許多外設所增加的固化的圖形處理功能，可接 受更高級的繪圖命令，實現(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的負擔。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 圖形輸出設備 包括圖形顯示設備和圖形繪制設備 圖形顯示設備: 用于在屏幕上輸出圖形

2、 基于陰極射線管的監(jiān)視器 液晶顯示器 等離子顯示器 圖形繪制設備: 用于把圖形畫在紙上，也稱硬拷貝 打印機 繪圖儀 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 圖形輸入設備 常用的圖形輸入設備 鍵盤 鼠標 另外 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 語音輸入 數(shù)據(jù)手套 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.1.2 圖形的輸入輸出處理流程 一個計算機圖形系統(tǒng)至少應具有計算、存儲、輸 入、輸出、交互等基本功能，各功能關系如下： 圖形系統(tǒng)基本功能框圖 顯示器交互 輸出 計算 輸入 存儲 數(shù)據(jù)庫 圖形輸出設備 圖形輸入設備 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 1.計算功能 計算功能包括： 1） 圖形的描

3、述、分析和設計； 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） 圖形之間相互關系的檢測等。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2. 存儲功能和輸入功能 存儲功能 圖形數(shù)據(jù)庫可以存放各種圖形的幾何數(shù)據(jù)及圖形 之間的相互關系，并能快速方便地實現(xiàn)對圖形的刪除、 增加、修改等操作。 輸入功能 通過圖形輸入設備可將基本的圖形數(shù)據(jù)（如點、 線等）和各種繪圖命令輸入到計算機中，從而構造更 復雜的幾何圖形。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 3.輸出功能和交互功能 輸出功能 圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過計算后可在顯示器上顯示當前的狀態(tài) 以及經(jīng)過圖形編輯后的結(jié)果，同時還能通過繪圖儀、 打印機等設備實現(xiàn)硬拷

4、貝輸出，以便長期保存。 交互功能 設計人員可通過顯示器或其他人機交互設備直接進 行人機通信，對計算結(jié)果和圖形利用定位、拾取等手 段進行修改，同時對設計者或操作員輸入的錯誤給以 必要的提示和幫助。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 圖形的基本處理流程 利用各種圖形輸入設備及軟件或其他交互設備將圖形 輸入到計算機中，以便進行處理； 在計算機內(nèi)部對圖形進行各種變換（如幾何變換、投 影變換）和運算（如圖形的并、交、差運算等）； 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，并在輸出設備上輸出； 在交互式的系統(tǒng)中上述過程可重復進行多次，直至產(chǎn) 生滿意的結(jié)果。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.2 圖形顯

5、示原理 圖形顯示設備主要有以下三種： CRT顯示器 液晶顯示器 等離子顯示器 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 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) 和陽極熒光粉涂層組成，這六 部分都在真空管內(nèi)。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 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極,形成電流回路。 熒光紛（磷粉涂層） 電子槍 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 熒光屏 第一陽極第一陽極 第二陽極第二陽極 偏轉(zhuǎn)線圈 高壓入口經(jīng)石墨層接第二陽極 用于磁偏

6、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 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2. 彩色CRT顯示器的顯示原理 RGB模型 R 綠(0,1,0) 黃(1,1,0) 白(1,1,1) 品紅(1,0,1) 青(0,1,1) 黑(0,0,0) 藍(0,0,1) 紅(1,0,0) G B RGB顏色立方體 由紅、綠、藍三種顏 色組成的原色系統(tǒng)稱為 RGB模型。它是定義于 某個紅綠藍顏色坐標系 統(tǒng)中的單位立方體。坐 標原點代表黑色，坐標 點(1,1,1)代表白色。坐 標軸上的頂點代表三個 基色，余下的頂點則代 表每一個基色的補色。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 彩色CRT光柵掃描顯示器有三個電子槍，它的 熒

7、光屏上涂有三種熒光物質(zhì)，分別能發(fā)紅、綠、藍 三種顏色的光。電子槍通常成三角形排列，與CRT 屏幕上的三角形紅、綠、藍熒光點相對應。 RBGRBGRBG RBGBRBGRG RBGRBGRBG RBGRBGRBG RBGBRBGRG 蔭罩式CRT熒光點的排布方案 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 電子槍和對應的熒光 點必須在一條直線上。為 保證每個電子槍都能擊中 對應顏色的熒光點，在電 子槍和熒光屏之間放置一 個有孔的金屬網(wǎng)格（即蔭 罩）。調(diào)整彩色電子槍的 排布方式可讓三個電子束 都匯聚于蔭罩上。這樣， 某顏色的電子束通過蔭罩 后，就可避免和另外兩種 顏色的熒光點相交，而只 能與自己對應顏色的熒光 點

8、相交。 彩色CRT電子槍和蔭罩的排布 綠槍電子束 藍槍電子束 紅槍電子束 蔭罩 屏幕 紅 綠 藍 熒光點 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 刷新頻率 將圖形的幾何信息轉(zhuǎn)換成存儲在幀緩存中的光柵 （點陣）圖像并以一定格式的視頻圖像顯示的過 程叫掃描轉(zhuǎn)換。 刷新一次指電子束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。 大約達到每秒60幀，即60Hz時，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。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 隔行掃描技術 每一幀分為兩個場顯示，每個場只包含一半畫 面。兩個場是交錯的，一個場包含所有的奇數(shù) 掃描行，另一個場包

9、含所有的偶數(shù)掃描行，兩 個場以1/60秒的時間間隔交替顯示。 掃描從奇數(shù)場左上角開始，每一行都是自左向 右。電子束在橫向掃描的同時以一個較低的速 率向下移動，當掃描線到達屏幕右端時，就將 其隱去并迅速返回屏幕左端。這個過程稱為水 平回掃。接著下一奇數(shù)行重復這一過程。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 當整場掃描完畢時，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)場垂直回掃。 接著進行偶數(shù)場掃描，偶數(shù)場掃描結(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)場從第一行開始，水平回掃用虛線表示 1 2 3 4 5 6 7 有7條掃描線的隔行掃描 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬

10、件 3. 光柵掃描式圖形顯示器 是畫點設備，可看成一個點陣單元發(fā)生器，并 可控制每個點陣單元的亮度。 發(fā)出的電子束的偏轉(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。 圖形是通過電子束掃描到光柵上的圖形象素點 時呈現(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，可形成多級灰度或顏色的實 面積自然圖像。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 由于圖像是由像素陣列組成，顯示一幅圖像 所需要的時間等于顯示整個光柵所需的時間， 而與圖像的復雜程度無關。 綜上，可把光柵圖形顯示器看做許多離散點組 成的矩陣，每個點都可以發(fā)光。除非特殊情況， 一般在矩陣中是不能直接從一個點到另一個點 （或一個像

11、素到另一個像素）畫一條筆直的直 線，但可以用一系列的點（或像素）來近似地 表示這條直線。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 顯然，只有畫水平、垂直或正方形的對角線 時，才能用點或像素畫出一條真正的直線，其他 情況下的直線均呈階梯狀，這種現(xiàn)象稱為走樣或 鋸齒(如下圖所示)。采用反走樣技術可適當減輕 階梯效果。 光柵化的直線 (b) AB CD 圖像元素 或象素 可尋址點 B (a) A 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 幀緩沖存儲器（幀緩存） 幀緩沖存儲器是一塊連續(xù)的存儲空間。 光柵中的每個像素在幀緩存中至少要有1位 （bit）,每個像素1位的存儲容量稱為位面 （bit plane）。畫面就是由幀緩存中的這

12、些 位信息組成的。 圖形在計算機中是一位一位產(chǎn)生的，每一 個存儲位只有0或1兩個狀態(tài)，因此一個位 面的幀緩存只能產(chǎn)生黑白圖形。 實現(xiàn)光柵CRT圖形顯示器的最常見方法是使用幀緩存。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 幀緩存是數(shù)字設備，光柵顯示器是模擬設備， 要把幀緩存中的信息在光柵顯示器屏幕上輸 出必須經(jīng)過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，這個工作由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)構圖 幀緩沖存儲器 CRT光柵 電子槍 寄存器 1DAC 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 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。 如圖，顯示器上每個像素的亮度由N個位面中對應

13、的每 個像素位置的內(nèi)容共同決定，即每一位的二進制被存入指定 的寄存器中,該寄存器中二進制的數(shù)被翻譯成灰度等級，其 范圍在02N1之間。 N 0 0 幀緩沖存儲器 1 N=3 2N級 100 4 2N DAC 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)構圖 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 為避免幀緩存的增加，可采用顏色查找表來提高 灰度級別，如下圖所示，幀緩存中的位面號為顏色查 找的索引，顏色查找表必須有2N項，每一項具有W位字 寬。當W大于N時，可有2W灰度等級，但每次只有2N個 不同灰度等級可用。若要使用2N種以外的灰度等級， 需改變顏色查找表中的內(nèi)容（重裝顏色查找表）

14、。 具有N位幀緩存和W位顏色查找表的光柵顯示器結(jié)構圖 N=3 2N表項 N 0 0 幀緩沖存儲器 1 100 4 寄存器 N 2N為總光強等級 2W為每次可顯示 光強等級 電子槍 11 W 查找表 2W DAC 1011 W=4 CRT光柵 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 由于只有三種原色，所以可用三個位面實現(xiàn)一個 簡單的彩色幀緩沖存儲器。下圖為簡單的彩色光柵顯 示器，由分別對應紅(R)、綠(G)、藍(B)三原色的三個 位面的幀緩存，DAC，三個電子槍和CRT光柵組成。 CRT光柵 3 0 0 幀緩沖存儲器 1 寄存器 彩色電子槍 0DAC藍 0DAC綠 1DAC紅 一個簡單的彩色幀緩沖存儲器 第

15、2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 對每個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。如下圖，每種原色電子槍有8 個位面的幀緩存和8位的DAC，每種原色有28種灰度等 級，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 8位DAC 8位DAC 8位DAC 綠 紅 3 寄存器 藍 172 10011001 N 3 綠 12 00011000 幀緩沖存儲器 3 紅 36 00010001 CRT光柵 一個具有24位面的彩色幀緩沖存儲器 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 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

16、幀緩存的顏色還可進一步豐富。 彩色電子槍 8 N8 寄存器 幀緩沖存儲器 8 W位DAC紅 W位DAC綠 W位DAC藍 CRT光柵 2N表項 顏色 查找表 W = 10 一個具有24位面的彩色幀緩存和10位顏色查找表的結(jié)構圖 080910講完講完 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 光柵掃描顯示器的主要性能參數(shù) 分辨率 指顯示器在屏幕水平(垂直)方向可顯示多少像素 分辨率越高，顯示的字符或圖像越清晰 亮度等級數(shù)目和色彩 指單種顏色亮度可變化的數(shù)目 亮度等級范圍的提升可使圖像看上去更柔和自然 點距 指相鄰像素點之間的距離（即像素的直徑） 顯示速度 指顯示字符、圖形，特別是動態(tài)圖像的速度 第2章計算機圖形

17、系統(tǒng)及硬件 4.隨機掃描的圖形顯示器 隨機掃描的圖形顯示器是畫線設備，在屏幕 上顯示一條直線是從屏幕上的一個可編址點 直接畫到另一個可編址點。 電子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機性，在某一時 刻，顯示屏上只有一個光點發(fā)光，因而可畫 出線很細的圖形，故又稱為畫線式顯示器。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 基本工作過程 從顯示文件存儲器中取出畫線指令或顯示字符 指令、方式指令，送到顯示控制器； 顯示控制器控制電子束的偏轉(zhuǎn)，轟擊熒光屏上 的熒光材料，從而呈現(xiàn)出一條發(fā)亮的圖形軌跡； 由于屏幕采用短余輝的熒光粉，因此，必須不 斷地重復掃描顯示文件（即刷新），以獲得穩(wěn) 定的畫面。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.2.

18、2 液晶顯示器 液晶顯示器(LCD) 依驅(qū)動方式分為靜 態(tài)驅(qū)動、單純矩陣 驅(qū)動和主動矩陣驅(qū) 動3種。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 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)構的分子， 可象液體那樣流動。 液晶分子的排列柔軟易變形，受電場、磁場、 溫度、應力等外部條件作用時會重新排列。 當通電和不通電時液晶分子處于兩種不同的排 列，一種排列光線容易通過，而另一種排列阻 止光線通過。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2. 單色液晶顯示器的原理 在液晶顯示器中，液晶是灌入兩個列有細槽的平 面之間。 液晶顯示器依靠極化濾光器（片）影響光線穿過 液晶。自然光線是朝所有方向隨機發(fā)散的。極化 濾光器實際

19、是一系列逐步變細的平行線，這些線 阻斷不與它們平行的所有光線。只有兩個濾光器 的線完全平行，或者通過第一個極化濾光器的光 線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個極化濾光器相匹配，光 線才得以穿過第二個極化濾光器。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 如下圖所示，兩個極化濾光器互相垂直，穿過第一 個極化濾光器的光線，經(jīng)過扭曲的液晶后，光線被扭曲 90，正好可以穿過第二個極化濾光器。 光線 方向 光線穿透示意圖 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 但若為液晶加一個電壓，液晶分子又會重新排列 并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，將被第二個濾光器擋 住?？傊?，加電光線將被阻斷，不加電光線將射出， 如下圖所示 光線阻斷示意圖 第2章計算機圖形

20、系統(tǒng)及硬件 液晶材料本身不發(fā)光，所以顯示屏兩邊設有作為 光源的燈管。 液晶顯示屏背面有一塊背光板和反光膜，背光板 由熒光物質(zhì)組成，可以發(fā)射光線，提供均勻的背 景光源。 背光板發(fā)出的光線穿過第一層偏振過濾層后進入 液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細小的 單元格結(jié)構中，一個或多個單元格構成屏幕上的 一個像素。 玻璃板與液晶材料之間的透明電極分為行和列， 在行與列的交叉點上，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像素的亮度。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 3. 彩色液晶顯示器的工作原理 彩色LCD要具備專門處理彩色顯示的色彩過 濾層。 彩色LCD面板中的每一個像素由3個液晶單 元格

21、構成，其中每一個單元格前面都分別有 紅色、綠色或藍色的過濾器。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。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 4. 液晶顯示器的特點 優(yōu)點： 工作電壓低、功耗小； 無輻射，對人體健康無損害； 完全平面，無閃爍、失真，可視面積大，又 薄又輕，能大量節(jié)省空間； 抗干擾能力比CRT顯示器強得多。 缺點： 視角太小、亮度和對比度不夠大 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.2.3 等離子顯示器 等離子顯示器是 新一代顯示設備， 它采用了近幾年來 高速發(fā)展的等離子 平面屏幕技術。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 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

22、晶格 矩陣（光柵）組成，每個晶格充有低壓氣體。 在高電壓作用下，氣體會電離解。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。 當電子又重新與原子結(jié)合在一起時，能量就 會以光子的形式釋放出來，這時氣體就會釋 放出具有特征的輝光。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 等離子顯示器有交流(AC)激發(fā)的、直流(DC)激 發(fā)的、交直流(AC/DC)混合激發(fā)的三種類型。直流激 發(fā)的等離子顯示器的基本結(jié)構如下圖所示。 陰極陰極 玻璃玻璃 電介質(zhì)隔板電介質(zhì)隔板 透明陽極透明陽極 玻璃玻璃 氣泡氣泡 要點亮某個地址的氣泡，開始要在相應行上加較高 的電壓，氣泡點亮后，可用低電壓維持氣泡的亮度。關 掉某個

23、氣泡，只要將相應的電壓降低。改變控制電壓， 可使等離子板顯示不同灰度的圖形。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.等離子顯示器的特點 優(yōu)點： 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 。 缺點： 價格較高； 顯示屏上的玻璃較薄使屏幕較脆弱。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.2.4 3種顯示技術的比較 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 對比度中差好 灰度等級好差好 視角大小大 色彩豐富中豐富 價格低中高 第2章計算機圖形

24、系統(tǒng)及硬件 2.2.5 顯卡 顯卡根據(jù)CPU提供的指令和有關數(shù)據(jù)將程 序運行過程和結(jié)果進行相應的處理、并轉(zhuǎn) 換成顯示器能夠接受的文字和圖形顯示信 號，通過屏幕顯示出來。 顯示器必須依靠顯卡提供的顯示信號才能 顯示出各種字符和圖像。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 常見顯卡的結(jié)構中包括：顯卡BIOS芯片、 圖形處理芯片、顯存、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(RAMDAC) 芯片、接口等。下圖為顯卡的工作原理。 計算機接口主芯片顯示存儲器RAMDAC顯示器 顯卡 顯卡工作原理圖 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 1. 顯卡BIOS芯片 顯卡BIOS芯片主要用于保存VGA(Video Graphics Array，視頻圖形陣列)

25、BIOS程序。 VGA BIOS是視頻圖形卡基本輸入、輸出 系統(tǒng)，主要用于顯卡上各器件之間正常運 行時的控制和管理，BIOS程序的技術性 能對整個顯卡的性能有很大影響。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2. 圖形處理芯片 圖形處理芯片是顯卡的核心，可將它看作是完 成圖像生成與操縱的、獨立于CPU的一個本地 處理器，它管理與系統(tǒng)總線的接口，這個接口 應具有零等待的猝發(fā)式傳送能力。 圖形處理芯片的主要作用是依據(jù)設定的顯示工 作方式，自主地、反復不斷地讀取顯示存儲器 中的圖像點陣數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換成R、G、B三 色信號并配以同步信號送至顯示器，即刷新屏 幕。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 圖形處理芯片應具有

26、： 一個由系統(tǒng)總線至顯示存儲器總線的通 路，以支持屏幕的修改或更新。 顏色查找表的功能 圖形加速功能 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 3. 顯示存儲器 顯存(也稱為“幀緩存”)的用途 主要用來保存由圖形芯片處理好的各幀圖形顯示數(shù) 據(jù)，然后由數(shù)模轉(zhuǎn)換器讀取并逐幀轉(zhuǎn)換為模擬視頻 信號再提供給顯示器使用。 顯存的大小直接影響到顯卡可以顯示的顏色多少和 可以支持的最高分辨率。 衡量顯存的技術性能的指標 數(shù)據(jù)存取速度（可通過工作時鐘頻率體現(xiàn)） 顯存容量 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 顯存的種類 單端口顯存：從顯示芯片讀取數(shù)據(jù)以及向 RAMDAC傳輸數(shù)據(jù)都是經(jīng)過同一個端口， 這樣數(shù)據(jù)的讀寫和傳輸就無法同時進行。

27、 雙端口顯存：可以同時進行數(shù)據(jù)的“讀”和 “寫”，從而提高了顯存的效率，滿足了高 分辨圖形顯示的需要。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 4. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，使顯 示器能夠顯示圖像。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的另一個重要作用是提供顯卡能夠 達到的刷新率，它也影響著顯卡輸出的圖像質(zhì) 量。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的技術指標主要是工作時鐘頻率。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.2.6 顯卡對OpenGL的支持 OpenGL為圖形設備的軟件接口，只要操作系 統(tǒng)安裝了支持OpenGL的顯卡以及對OpenGL支 持的應用程序就可以使用。 OpenGL的主要目的是把二維和三維的圖形圖 像繪制到幀緩存中。

28、OpenGL的功能由主CPU轉(zhuǎn)移到加速卡上實現(xiàn)， 大大加速了圖形的處理速度。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.3 繪圖設備 2.3.1 噴墨繪圖機 噴墨繪圖機 是一種光柵類型 的圖形輸出設備， 基本原理是將小 墨點噴射到介質(zhì) 上。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 如下圖所示，噴墨裝置多數(shù)情況安裝在類似打印機 的機頭上，紙繞在滾筒上快速旋轉(zhuǎn)，噴墨頭則在滾筒 上緩慢水平運動。繪圖機的墨水泵將黃、品紅、青三 種顏色的墨水分別注入3支很細的噴筆中。在高壓下， 墨水通過噴筆內(nèi)細而長的玻璃毛細管噴到紙上。 噴墨繪圖機的結(jié)構 繪圖機 控制部件 墨水泵 滾筒 噴筆 筆架 絲杠 電機 步進電機 紙或膠片 第2章計算

29、機圖形系統(tǒng)及硬件 噴墨繪圖機的分辨率取決于墨滴的大小， 也就是噴嘴的大小。 某些噴墨繪圖機可以接收視頻及數(shù)字信 號，因此可用于光柵顯示屏幕的硬拷貝， 此時圖像分辨率受到視頻輸入分辨率的 限制。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.3.2 激光打印機 激光打印 機是一種既可 用于打印字符 又可用于繪圖 的設備 。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 激光打印機的工作原理 激光打印機主要由感光鼓、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) 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 激光打印機開始工作時，感光鼓旋轉(zhuǎn)通過 打底電暈絲，使整個感光鼓的表面帶

30、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 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 打印機處理器將打印數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動打印 引擎動作的類似數(shù)據(jù)表的信號組，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)射同時進行，依 (c) 碳粉 滾筒 感光鼓 旋轉(zhuǎn) 方向 照打印數(shù)據(jù)來決定 激光的發(fā)射或停止。 每個光點打在反射 鏡上，隨著反射鏡 的轉(zhuǎn)動，不斷變換 角度，將激光點反 射到感光鼓上，如 圖（c）所示。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 感光鼓上被激光照到的點將失去電荷，在感光 鼓表面形

31、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) 感光鼓 碳粉 轉(zhuǎn)移 電暈絲 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 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)生比感光鼓上更強的磁場，碳粉受 吸引從感光鼓上脫離，向轉(zhuǎn)移電暈絲方向移動， 結(jié)果是在不斷向前運動的打印紙上形成碳 (e) 多棱反射鏡 激光發(fā)射器 粉圖像。打印紙繼 續(xù)向前運動，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。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 激光打印機的優(yōu)點 有效利用了激光定向性、單色性和能量密集 性，并結(jié)

32、合了電子掃描技術的高靈敏度和快 速存取等特性。 輸出圖形圖像的質(zhì)量非常高，分辨率可達 300600點/英寸。 圖形及文本質(zhì)量非常高，可直接作為制版的 原稿。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.3.3 筆式繪圖機 筆式繪圖機 是矢量型設備， 在操作過程中， 繪圖筆相對紙 作隨意移動。 筆式繪圖機分 為滾筒式和平 板式。 滾筒式繪圖機 平板式繪圖機 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 1. 滾筒式繪圖機 筆和紙都是運動的。繪圖紙卷在滾筒上，步進電機 帶動鏈輪作正向和反向旋轉(zhuǎn)，帶動圖紙作X方向的正向 和負向運動，滾筒上方的筆架可存放多支畫筆，畫筆由 另一個步進電機帶動作Y方向的正負向往返運動，兩種 運動的結(jié)合

33、使畫筆畫出各種圖形。 方向步進電機 滾筒式繪圖機結(jié)構 Y方向步進電機 X 筆架落筆 抬筆 +X +Y 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2. 平板式繪圖機 繪圖筆在紙上沿X和Y兩個方向運動，圖紙通常靜止 不動，裝有筆架的導軌作X方向移動，筆架在導軌上作 Y方向移動，兩種運動配合畫出多種圖形。 平板式繪圖機結(jié)構 X方向步進電機 Y方向步進電機 +Y 抬筆 落筆 +X 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 平板式繪圖機的分類 機械傳動 驅(qū)動裝置一般為鋼絲繩或齒輪條箱； 速度低、精度低、壽命短，價格相對便宜 。 平面電機驅(qū)動 繪圖臺有兩塊平板，上面的平板稱為滑動導 板，即電機定子； 畫筆裝在電機動子的下部，畫筆之下

34、是繪圖 臺板。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.4 圖形輸入設備 各種圖形模型的建立、操作和修改都離不開 圖形輸入設備。 常用的圖形輸入設備有： 鍵盤、鼠標 光筆、數(shù)字化儀 觸摸板、圖形掃描儀、手寫輸入板 語音輸入、數(shù)據(jù)手套 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.4.1 光筆 光筆有選圖和跟蹤 兩種基本功能。 選圖（又稱標定或 指點）是對顯示器 上已顯示的圖形或字符進行加工處理。 跟蹤是用光筆拖動光標實現(xiàn)定位，可 用于圖形編輯。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 光筆的形狀和普通鋼筆相似，它由透鏡、 光導纖維、光電元件、放大整形電路和接 觸開關組成（如下圖）。 光電 轉(zhuǎn)換 放大 整形 開關電路 光孔 觸鈕

35、開關 導線 透鏡組光導纖維 筆體 輸出 信號 光筆結(jié)構示意圖 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 光筆的優(yōu)缺點 優(yōu)點 不需要特殊的顯示屏幕，與觸摸屏的設備相比較， 價格便宜許多； 在一些不適宜使用鼠標的地方，可起到替代作用。 缺點 手和筆跡可能將遮擋屏幕圖像的一部分； 會造成手腕的疲勞； 光筆不能檢測黑暗區(qū)域內(nèi)的位置； 會因房間背景光的影響產(chǎn)生誤讀現(xiàn)象。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2.4.2 數(shù)字化儀和手寫輸入板 1. 數(shù)字化儀 數(shù)字化儀是一種 把圖形轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C 能接受的數(shù)字形式的 專用設備，它可以采 樣幾何圖形上的關鍵 數(shù)據(jù)點，然后由程序 進行處理。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 數(shù)字化儀的工作原

36、理： 采用電磁感應技術，在一塊布滿金屬柵格的絕 緣平面板上放置一個可移動的定位設備； 當電流通過定位設備上的電感線圈時，產(chǎn)生相 應的磁場，從而使其正下方的金屬柵格上產(chǎn)生 相應的感應電流； 根據(jù)已產(chǎn)生電流的金屬柵格的位置，判斷出定 位設備當前所處的坐標位置。將這種位置信息 傳送給計算機，就實現(xiàn)了圖形的數(shù)字化。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 數(shù)字化儀的主要技術指標： 最大有效幅面 指能夠有效地進行數(shù)字化操作的最大面積，一般按照 工程圖紙的規(guī)格來劃分。 數(shù)字化的速率 每秒幾點到幾百點，多采用可變方式，由用戶選擇。 最高分辨率 指輸出坐標顯示值增加1的最小可能距離，一般每毫 米幾十線到幾百線。最高分辨率取決于電磁技術。 第2章計算機圖形系統(tǒng)及硬件 2. 手寫輸入板 手寫輸入板是 最常見的定位設備， 工作原理與數(shù)字化 儀基本相同，不同 之處是前者的臺面