計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課件 第2章 圖形設(shè)備 電子教案課件

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)提出問題2023/2/31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（keyboard）2023/2/32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)輪或滾輪來記錄移動(dòng)的總量和方向。采用光學(xué)感應(yīng)器來檢測(cè)鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)。Z鼠標(biāo)2023/2/33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)來選擇屏幕的位置坐標(biāo)。2023/2/34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)2023/2/35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2023/2/36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。2023/2/37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，來自手套的輸入，可用來給虛擬場(chǎng)景中的對(duì)象定位或操縱該場(chǎng)景。2023/2/38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)字化儀用來在所作的畫或?qū)ο笊蠏呙瑁⑤斎胍唤M坐標(biāo)位置，相互以直線段連接，以逼近曲線或表面形狀。2023/2/39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、廣告畫等輸入到計(jì)算機(jī)中，在將它們傳過一個(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，并按圖象方式進(jìn)行存儲(chǔ)。2023/2/310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。2023/2/311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）圖形輸入設(shè)備實(shí)例I、II2023/2/312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)生可見圖形。2.2圖形顯示設(shè)備2023/2/313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、錐體部分、屏幕部分

從結(jié)構(gòu)上看，CRT為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏2023/2/314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。2023/2/315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，總稱為電子槍。2023/2/316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。2023/2/317華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/2/318華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7造成枕形失真可以導(dǎo)出，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。2023/2/319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”2023/2/320華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7電偏轉(zhuǎn)2023/2/321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。2023/2/322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2023/2/323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2023/2/324華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7顯示原理三支電子槍2023/2/325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，則需提高第二陽極的高壓

2023/2/326華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7黑底蔭罩管彩色顯象管必須滿足色純度、會(huì)聚和白色平衡的要求2023/2/327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)2023/2/328華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7缺點(diǎn)： 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 ②精度 ③功耗2023/2/329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)掃描的圖形顯示器向量（vector）顯示器、筆劃（Strokewriting）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。2023/2/330華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7隨機(jī)掃描工作原理圖：2023/2/331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程圖特點(diǎn)：無冗余掃描、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2023/2/332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）從表面上看直視存儲(chǔ)管的特性極象一個(gè)有長(zhǎng)余輝的熒光屏，一條線一旦畫在屏幕上，在一小時(shí)之內(nèi)都將是可見的。2023/2/333華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/2/334華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7特點(diǎn)：無需刷新、很復(fù)雜的圖形都可以在極高的分辨率下無閃爍地顯示、成本較低不能顯示彩色、不能局部修改、擦除和重畫過程對(duì)復(fù)雜圖形來講，可能要幾秒鐘2023/2/335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)度不斷變化來建立亮點(diǎn)的圖案。2023/2/336華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/2/337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2023/2/338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)控制輝亮來形成的。2023/2/339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）或稱幀緩沖存儲(chǔ)器（framebuffer）象素（pixel或pel，是pictureelement的簡(jiǎn)寫）象素信息從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過程稱之為掃描轉(zhuǎn)換過程2023/2/340華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7走樣2023/2/341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）發(fā)射顯示器（emissivedisplay）2023/2/342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。2023/2/343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）2023/2/344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2023/2/345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)2023/2/346華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7

平板CRT顯示器：基本原理是電子束以平行于屏幕的方向加速，爾后，偏轉(zhuǎn)90o，沖擊屏幕。但是，還未證實(shí)平板CRT同其余發(fā)射設(shè)備一樣地成功。

5.激光顯示器

特點(diǎn)：可以在非常短的時(shí)間內(nèi)顯示很復(fù)雜的圖象，不能擦除2023/2/347華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.2.4三維觀察設(shè)備一是采用從變焦距的柔性震動(dòng)鏡面反射CRT圖象2023/2/348華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7二是顯示具立體感的視圖利用不同的刷新周期交替地顯示兩視圖將屏幕分半使用頭盔式結(jié)構(gòu)圖形輸出設(shè)備演示實(shí)例2023/2/349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)2023/2/350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)2023/2/351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)2023/2/352華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7獨(dú)立的顯示處理器存儲(chǔ)區(qū)域顯示處理器（displayprocessor），又稱圖形控制器（graphicscontroller）或顯示協(xié)處理器（displaycoprocessor）幀緩存2023/2/353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)2023/2/354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），又稱視頻控制器（videocontroller）ROMBIOS注意：通常將PC中的圖形顯示子系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為圖形顯示卡（顯卡）2023/2/355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)象素點(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)。2023/2/356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，任何顯示控制器所提供的分辨率也不能超過這個(gè)物理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)的乘積來表示。2023/2/357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象素點(diǎn)總數(shù)的乘積表示。顯示分辨率不同，它所對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)大小也不同。2023/2/358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)，還與象素點(diǎn)的色彩有關(guān)。幀緩存大小的計(jì)算：

x方向的象素點(diǎn)數(shù)*y方向的象素點(diǎn)數(shù)*log2n/8其中：n為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)2023/2/359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.象素與幀緩存屏幕上一個(gè)象素點(diǎn)就對(duì)應(yīng)幀緩存中的一組信息。組合象素法（PackedPixelMethod）顏色位面法（ColorPlaneMethod）2023/2/360華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7

在組合象素法中，一個(gè)圖形象素點(diǎn)的全部信息被編碼成一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，按照一定方式存儲(chǔ)到幀緩存中，編碼字節(jié)的長(zhǎng)度與點(diǎn)的屬性（如顏色、灰度等）有關(guān)。2023/2/361華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7

在顏色位面法中，幀緩存被分成若干獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)位面（BitPlane），每個(gè)位面控制一種顏色或者灰度，每一個(gè)圖形象素點(diǎn)在每個(gè)位面中占一位，通過幾個(gè)位面中的同一位組合成一個(gè)象素。2023/2/362華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/2/363華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-73.顏色查找表

顏色查找表也稱調(diào)色板，是由高速的隨機(jī)存儲(chǔ)器組成，用來儲(chǔ)存表達(dá)象素色彩的代碼。此時(shí)幀緩沖存儲(chǔ)器中每一象素對(duì)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。2023/2/364華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/2/365華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/2/366華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-74.顯示長(zhǎng)寬比

顯示長(zhǎng)寬比，即水平點(diǎn)數(shù)與垂直點(diǎn)數(shù)之比。要求在屏幕兩個(gè)方向上相同象素點(diǎn)數(shù)產(chǎn)生同樣長(zhǎng)度的線段，以使圖形不至發(fā)生畸變。2023/2/367華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-75.屏幕坐標(biāo)系2023/2/368華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.3.3PC圖形顯示卡（自學(xué)）2023/2/369華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-71.MDA（MonochromeDisplayAdapter）2.CGA（ColorGraphicsAdapter）3. EGA（ExtendedGraphicsArray）/VGA（VideoGraphicsArray）顯示模式4.高性能圖形顯示卡SVAG、AVGA、TVGA、顯示存儲(chǔ)器的帶寬刷新帶寬2023/2/370華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7顯示卡與系統(tǒng)總線的接口成為新的系統(tǒng)瓶頸。處理？AGP在主存與顯卡之間提供了一條直接通道。AGP的功能特點(diǎn)有：(1)采用流水線技術(shù)進(jìn)行主存讀寫(2)采用雙泵技術(shù)(3)采用DIME技術(shù)（允許顯示卡直接操作主存的技術(shù)稱為DIME（DirectMemoryExcute）。2023/2/371華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.4圖形繪制設(shè)備撞擊式（impact）打印機(jī)非撞擊式（Nonimpact）打印機(jī)2023/2/372華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7形成彩色：撞擊式打印機(jī)非撞擊式打印設(shè)備繪圖儀噴墨、筆式繪圖儀筆式繪圖儀又分為平板式繪圖儀和滾筒式繪圖儀。圖形輸出設(shè)備演示實(shí)例2023/2/373華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7習(xí)題1.名詞解釋：鼠標(biāo)、光筆、觸摸屏、操縱桿、跟蹤球、空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)字化儀、圖象掃描儀、聲頻輸入系統(tǒng)、視頻輸入系統(tǒng)、平板顯示器、發(fā)射顯示器、非發(fā)射顯示器、等離子體顯示板、薄片光電顯示器、激光顯示器、LCD、LED、隨機(jī)掃描、光柵掃描、刷新、刷新頻率、圖形顯示子系統(tǒng)、顯示控制器、屬性控制器、象素點(diǎn)、光點(diǎn)、屏幕分辨率、顯示分辨率、存儲(chǔ)分辨率、組合象素法、顏色位面法、位平面、顏色查找表、顯示長(zhǎng)寬比、屏幕坐標(biāo)系、MDA、CGA、EGA、VGA、SVGA、TVGA、AVGA、AGP端口、刷新帶寬、顯示存儲(chǔ)器帶寬。2023/2/374華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72.PC圖形顯示卡有

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等。3.在VGA卡中，使用模式10H工作，已知屏幕坐標(biāo)為（60,80），顯存中該