計算機圖形學(xué)

1、第二章第二章 計算機圖形系統(tǒng)及圖形硬件計算機圖形系統(tǒng)及圖形硬件p 計算機圖形系統(tǒng)計算機圖形系統(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 計算機圖形系統(tǒng)計算機圖形系統(tǒng)p 計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)的功能p 計算機圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計算機圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)23計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)的功能圖圖2.1 計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)的功能4計算機圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計算機圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖2.2 計算機圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計算機圖形系統(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（鍵盤（keyboard） 鍵盤能用來

2、進行屏幕坐標的輸入、菜單鍵盤能用來進行屏幕坐標的輸入、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記等非圖形數(shù)據(jù)。圖形顯示的圖片標記等非圖形數(shù)據(jù)。5圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備o 鼠標器（鼠標器（mouse） 當推動鼠標器在平面上移動時，鼠標將記當推動鼠標器在平面上移動時，鼠標將記錄移動的方向和距離，這個方向和距離被傳送錄移動的方向和距離，這個方向和距離被傳送給計算機，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的光標的位移。給計算機，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的光標的位移。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) 當用手指或者小桿觸摸屏幕時，觸點位置當用手指或者小桿觸摸屏幕時，觸點位置便以光學(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（聲音探測式）方式記錄下來。探測式）方式記錄下來。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裝置，該杠桿裝配在一個其四周可移動的底動裝置，該杠桿裝配在一個其四周可移動的底座上用來控制屏幕光標。座上用來控

4、制屏幕光標。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，可以用來抓住是一種戴在手上的傳感器，可以用來抓住“虛擬對象虛擬對象”，它由一系列檢測手和手指運動，它由一系列檢測手和手指運動的傳感器構(gòu)成，用來提供關(guān)于手的位置和方向的傳感器構(gòu)成，用來提供關(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象上掃描，以用于在二

5、維或三維的圖形對象上掃描，以輸入一系列二維或三維的坐標值。這些坐標值輸入一系列二維或三維的坐標值。這些坐標值代表的坐標點，在系統(tǒng)中將以直線段或曲線段代表的坐標點，在系統(tǒng)中將以直線段或曲線段連接，以逼近圖形對象的描繪曲線或表面形狀。連接，以逼近圖形對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、廣告畫等輸入到計算機中，在將它們傳過一個廣告畫等輸入到計算機中，在將它們傳過一個光學(xué)掃描機構(gòu)時，灰度或彩色等級被記錄下來，光學(xué)掃描機構(gòu)時，灰度或彩色等級被記錄下來，并按圖像方式進行存儲。

6、并按圖像方式進行存儲。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，它利用電磁場產(chǎn)生高速的、經(jīng)過聚焦的電子束，它利用電磁場產(chǎn)生高速的、經(jīng)過聚焦的電子束，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)生可見圖形。料而產(chǎn)生可見圖形。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)生一個沿管軸（產(chǎn)生一個沿管軸（Z軸）軸）方向前進的方向前進的高速的細電子束轟擊熒光屏。高速的細電子束轟擊熒光屏。n 具有足夠的電流強度。具有足夠的電流強度。n 電流的大小和有無必須是可控的。電流的大小和有無必須是可控的。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極第三陽極石墨層玻璃燈絲陰極柵極加速極聚焦極第二、四陽極石墨層玻璃（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)掃描來實現(xiàn)。掃描來實現(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 當偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時，偏轉(zhuǎn)電流當偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時，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，轉(zhuǎn)角的

9、正弦成正比。只有在偏轉(zhuǎn)角很小時，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，偏轉(zhuǎn)角較大，由于熒光屏四角距中心最遠，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)磁場的鋸齒形將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場的鋸齒形電流預(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)磁場做成略有不均將偏轉(zhuǎn)磁場做成略有不均勻性，接近管軸中央處略勻性，接近管軸中央處略強，周圍略弱。強，周圍略

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。玻璃底壁要求無氣泡，表面光學(xué)拋光。求無氣泡，表面光學(xué)拋光。n 熒光粉的性能要求是：發(fā)光顏色滿足標準熒光粉的性能要求是：發(fā)光顏色滿足標準白色、發(fā)光效率高、余輝時間合適以及壽白色、發(fā)光效率高、余輝時間合適以及壽命長等。命長等。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，熒光點的面積比電子束截面要大些。為了避免混色，熒光點的面積比電子束截面要大些。o 只有只有15%左右的電子到達屏幕。左右的電子到達屏幕。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、提高第二陽極的管子的亮度低，要提高管子的亮度，則需提高第二陽極的高壓。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 隨機掃描的圖形顯示器隨機掃描的圖形顯示器p 直視存儲管圖形顯示器直視存儲管圖形顯示器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 隨機掃描（隨機掃描（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)具有隨機性，即電子束的掃子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機性，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。 隨機掃描的圖形顯示器隨機掃描的圖形顯示器34隨機掃描的圖形顯示器隨機掃描的圖形顯示器圖圖2.16 隨機掃描圖形顯示器的工作原理隨機掃描圖形顯示器的工作原理35p無冗余掃描、速度快、圖像清晰、比光柵系統(tǒng)無冗余掃描、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不能顯示逼真場景、和電視標準不一致、驅(qū)動不能顯示逼真場景、和電視標準不一致、驅(qū)動系統(tǒng)也較復(fù)雜。系統(tǒng)也較復(fù)雜。

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

15、在極高的分辨率下無閃爍很復(fù)雜的圖形都可以在極高的分辨率下無閃爍地顯示；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 擦除和重畫過程可能持續(xù)較長時間。擦除和重畫過程可能持續(xù)較長時間。直視存儲管圖形顯示器直視存儲管圖形顯示器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工作原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵形狀進行的順序掃描，而字符、圖像是靠行的順序掃描，而字符、圖像是靠

16、Z軸信號控制輝亮軸信號控制輝亮來形成的。來形成的。輝亮放大器視頻信號水平同步垂直同步水平振蕩垂直振蕩水平驅(qū)動垂直驅(qū)動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 刷新緩沖存儲器刷新緩沖存儲器（refresh buffer）或稱幀緩沖或稱幀緩沖存儲器（存儲器（frame buffer）。o 像素像素（pixel或或pel，是是picture element的簡的簡寫）。寫）。o 像素信息從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過像素信息從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過程稱之為程稱之為掃描轉(zhuǎn)換過程掃描轉(zhuǎn)換過程。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、磁場或者液晶分子的排列在微弱的外部電場、磁場或者應(yīng)力、溫度變化等作用下非常容易改變。當液應(yīng)力、溫度變化等作用下非常容易改變。當液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場作用下變?yōu)榱硪痪Х肿拥哪撤N排列狀態(tài)在電場作用下變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)種狀態(tài)時，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)生光被電場調(diào)制的現(xiàn)象稱為液晶的生光被電場調(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 液晶顯示的機理是通過能阻塞或傳遞光的液晶液晶顯示的機理是通過能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來自周圍的或內(nèi)部光源的偏振光。材料，傳遞來自周圍的或內(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的極化光極化方向旋轉(zhuǎn)90，這樣經(jīng)過垂直極化器而到達液晶層的光是被垂直極化的光，而它穿過液晶層時，其極化方向旋轉(zhuǎn)了90，所以更能夠 穿過水平極化器而到達反射器，然后返回，從而在顯示器上出現(xiàn)了一亮點。當液晶層處于電場中時，此時晶粒呈線性的按同一個方向排列，從而失去極化作用，此時觀察會顯示一個個暗點。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，我們所看到的面板是透光的畫不施加電壓時，我們所看到的面板是透光的畫面，也就是亮的畫面。面，也就是亮的畫面。o NB（Normal Black）型的）型的LCD：當對液晶面：當對液晶面板不施加電壓時，面板無法透光。板不施加電壓時，面板無法透光。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液晶顯示器利用在一側(cè)的玻璃基板上加上一個彩色濾光片（彩色濾光片（CF，Color Filter）實現(xiàn)彩色。）實現(xiàn)彩色。o

21、 彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍色小點，彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍色小點，每個小點有各自不同的灰度，相鄰的一組每個小點有各自不同的灰度，相鄰的一組RGB小點構(gòu)成一個基本的彩色顯示單元，即一個像小點構(gòu)成一個基本的彩色顯示單元，即一個像素。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 簡單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)簡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 幀緩沖存儲器幀緩沖存儲器：用來存儲像素顏色（灰度）值：用來存儲像素顏色（灰度）值的存儲器。的存儲器。o 雙緩存：一個緩存用來刷新的同時，另一個寫雙緩存：一個緩存用來刷新的同時，另一個寫入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個緩存可互換角色。這入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個緩存可互換角色。這種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動畫流種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動畫流暢而沒有滑動感。暢而沒有滑動感。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陣（包括圖形、字符地讀取幀緩存中的圖像點陣（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三色信號三色信號并配以同步信號送至顯示器，即可刷新屏幕。并配以同步信號送至顯示器，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，其主要任務(wù)圖形顯示處理的事務(wù)中解脫出來，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)從概念上包括三個階段繪制流水線的基本結(jié)構(gòu)從概念上包括三個階段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 顯示長寬比顯示長寬比o 屏幕坐標系屏幕坐標系相關(guān)概念相關(guān)概念62o 光點光點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。顯示器能夠顯示的最小的發(fā)光點。o 像素點像素點是指圖形顯示在屏幕上時候，按當前的是指圖形顯示在屏幕上時候，按當前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點。圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點。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這個物理分辨率。提供的分辨率也不能超過這個物理分辨率。o 通常用水平方向上的光點數(shù)與垂直方向上的光通常用水平方向上的光點數(shù)與垂直方向上的光點數(shù)的乘積來表示。點數(shù)的乘積來表示。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算機顯示控制器所能夠提供的顯示模是計算機顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，實際應(yīng)用中簡稱為式分辨率，實際應(yīng)用中簡稱為顯示模式顯示模式。o 對于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上對于文本顯示方式，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 對于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能顯示對于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能顯示的象素點總數(shù)的乘積表示。的象素點總數(shù)的乘積表示。o 顯示分辨率不同，它所對應(yīng)的象素點大小也不同顯示分辨率不同，它所對應(yīng)的象素點大小也不同。相關(guān)概念相關(guān)概念分辨率分辨率65o 圖形的圖形的存儲分辨率存儲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 存儲分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與像素存儲分辨率不僅與顯示分辨率有關(guān)，還與像素點的色彩有關(guān)。點的色彩有關(guān)。o 幀緩存大小的計算：幀

29、緩存大小的計算：x方向的像素點數(shù)方向的像素點數(shù)y方向的像素點數(shù)方向的像素點數(shù)log2n/8（BYTE） 其中：其中：n為顏色數(shù)或灰度等級數(shù)為顏色數(shù)或灰度等級數(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顯示分辨率和存儲分辨率對所能顯示的圖形分辨率顯示分辨率和存儲分辨率對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*水平像素點數(shù)水平像素點數(shù)*垂直像素點數(shù)垂直像素點數(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屏幕上一個象素點就對應(yīng)幀緩存中的一組信息。

30、屏幕上一個象素點就對應(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，一個圖形象素點的全部信息被中，一個圖形象素點的全部信息被編碼成一個數(shù)據(jù)字節(jié)，按照一定方式存儲到幀緩編碼成一個數(shù)據(jù)字節(jié)，按照一定方式存儲到幀緩存中，編碼字節(jié)的長度與點的屬性（如顏色、灰存中，編碼字節(jié)的長度與點的屬性（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立的存儲區(qū)域，每一成若干獨立的存儲區(qū)域，每一個區(qū)域稱為一個位面（個區(qū)域稱為一個位面（Bit Bit PlanePlane），），每個位面控制一種每個位面控制一種顏色或者灰度，每一個圖形象顏色或者灰度，每一個圖形象素點在每個位面中占一位，通素點在每個位面中占一位，通過幾個位面中的同一位組合成過幾個位面中的同一位組合成一個象素。一個象素。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 一個黑白一個黑白(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)幀緩沖存儲器：一塊連續(xù)的計算機存儲器。幀緩存通常被分成若干獨立的存儲

32、區(qū)域，每一個區(qū)域稱為一個位面（Bit Plane），每個位面控制一種顏色或者灰度，每一個屏幕像素點在每個位面中占一位，通過幾個位面中的同一位組合成一個象素。通常我們把這種使用位面中的一組信息來對應(yīng)屏幕上一個像素點的方法，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器CRT光柵010N位面灰度等級的幀緩沖存儲器010N 為了限制幀緩沖存儲器的增加（位面膨脹），也可以采用增加一個顏色查找表顏色查找表的方式來提高灰度級別。 顏色查找表顏色查找表也稱調(diào)色板，是由高速的隨機存儲器組成，用來儲存表達象素色彩的代碼。此時幀緩沖存儲器中每一象素對應(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電子槍幀緩沖存儲器CRT光柵010具有W位查找表的N位面灰度等級的幀緩沖存儲器010N0011W122W為總光強等級2N為實際顯示光強等級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)下圖是一個具有R/G/B三原色3個位面的幀緩沖和3個電子槍的彩顯示意圖：DAC藍幀緩沖