計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及硬件課件

第2章計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及硬件基礎(chǔ)2.1概述

2.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的圖形設(shè)備計(jì)算機(jī)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(gòu)成：中央處理器：圖形計(jì)算及有效的存儲(chǔ)；圖形輸入設(shè)備：鍵盤和鼠標(biāo)、跟蹤球、空間球、光筆、數(shù)字化儀、觸摸板、掃描儀、手寫輸入板、語音輸入、數(shù)據(jù)手套等；圖形輸出設(shè)備：包括圖形顯示設(shè)備（顯示器）和圖形繪制設(shè)備（打印機(jī)、繪圖儀）。22.1.2圖形系統(tǒng)的基本功能一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)至少應(yīng)具有計(jì)算、存儲(chǔ)、輸入、輸出、交互等基本功能。計(jì)算功能： 1）圖形的描述、分析和設(shè)計(jì)； 2）點(diǎn)、線、面的表示及其求交、分類； 3）圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、投影、透視等幾何變換； 4）曲線、曲面的生成； 5）圖形的交點(diǎn)、交線和交面的計(jì)算； 6）光、色模型的建立和計(jì)算； 7）圖形之間相互關(guān)系的檢測(cè)等。3輸出功能： 圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算后可在顯示器上顯示當(dāng)前的狀態(tài)以及經(jīng)過圖形編輯后的結(jié)果，同時(shí)還能通過繪圖儀、打印機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)硬拷貝輸出，以便長期保存。交互功能： 設(shè)計(jì)人員可通過顯示器或其他人機(jī)交互設(shè)備直接進(jìn)行人機(jī)通信，對(duì)計(jì)算結(jié)果和圖形利用定位、拾取等手段進(jìn)行修改，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)者或操作員輸入的錯(cuò)誤給以必要的提示和幫助。5圖形的基本處理流程

圖形輸入設(shè)備

輸入

計(jì)算

輸出

圖形輸出設(shè)備存儲(chǔ)

交互

顯示器

數(shù)據(jù)庫62.2圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備主要有以下三種：陰極射線管顯示器（CathodeRayTubeCRT）液晶顯示器（LiquidCrystalDisplayLCD）等離子體平板顯示器（PalsmaDisplayPanelPDP）7CRT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。熒光粉（磷粉涂層）電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏第一陽極第二陽極

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9刷新刷新：刷新一次指電子束從上到下將熒光屏掃描一次。掃描轉(zhuǎn)換：將圖形的幾何信息轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)在幀緩存中的光柵（點(diǎn)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。只有刷新頻率高到一定值后，圖像才能穩(wěn)定顯示。大約達(dá)到每秒60幀，即60Hz時(shí)，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。10隔行掃描技術(shù)每一幀分為兩個(gè)場(chǎng)顯示，每個(gè)場(chǎng)只包含一半畫面。兩個(gè)場(chǎng)是交錯(cuò)的，一個(gè)場(chǎng)包含所有的奇數(shù)掃描行，另一個(gè)場(chǎng)包含所有的偶數(shù)掃描行，兩個(gè)場(chǎng)以1/60秒的時(shí)間間隔交替顯示。掃描從奇數(shù)場(chǎng)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(shí)以一個(gè)較低的速率向下移動(dòng)，當(dāng)掃描線到達(dá)屏幕右端時(shí)，就將其隱去并迅速返回屏幕左端。這個(gè)過程稱為水平回掃。接著下一奇數(shù)行重復(fù)這一過程。112.彩色CRT顯示器的顯示原理顏色模型：

所謂顏色模型就是指某個(gè)三維顏色空間中的一個(gè)可見光子集，它包含某個(gè)顏色域的所有顏色。采用顏色模型的目的是在某個(gè)顏色域中方便地制定顏色。13RGB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(lán)(0,0,1)紅(1,0,0)GBRGB顏色立方體由紅、綠、藍(lán)三種顏色組成的原色系統(tǒng)稱為RGB模型。它是定義于某個(gè)紅綠藍(lán)顏色坐標(biāo)系統(tǒng)中的單位立方體。坐標(biāo)原點(diǎn)代表黑色，坐標(biāo)點(diǎn)(1,1,1)代表白色。坐標(biāo)軸上的頂點(diǎn)代表三個(gè)基色，余下的頂點(diǎn)則代表每一個(gè)基色的補(bǔ)色。

RGB顏色模型所覆蓋的顏色域取決于顯示設(shè)備熒光點(diǎn)的顏色特性，是與硬件相關(guān)的14

電子槍和對(duì)應(yīng)的熒光點(diǎn)必須在一條直線上。為保證每個(gè)電子槍都能擊中對(duì)應(yīng)顏色的熒光點(diǎn)，在電子槍和熒光屏之間放置一個(gè)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(gè)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(diǎn)相交，而只能與自己對(duì)應(yīng)顏色的熒光點(diǎn)相交。彩色CRT電子槍和蔭罩的排布綠槍電子束藍(lán)槍電子束紅槍電子束蔭罩屏幕紅綠藍(lán)熒光點(diǎn)如果每一個(gè)電子槍都有256級(jí)（8位）的強(qiáng)度控制，那么這個(gè)顯象管所能產(chǎn)生的顏色就是我們平時(shí)所說的24位真彩色了

1)蔭罩顯示器152）蔭柵顯示器蔭柵式顯示器其工作原理如下圖所示:

蔭柵工作原理原理示意圖17如果我們說某個(gè)品牌的顯示器的分辨率為80DPI，是指在顯示器的有效顯示范圍內(nèi)，顯示器的的顯像設(shè)備可以在每英寸熒光屏上產(chǎn)生80個(gè)光點(diǎn)。舉個(gè)例子來說，一臺(tái)14英寸的顯示器（熒光屏對(duì)角線長度為14英寸），其點(diǎn)距為0.28mm，那么：顯示器分辨率=25.3995mm/inch÷0.28mm/Dot≈90DPI。（1inch=25.3995mm）顯示器出廠時(shí)一般并不標(biāo)出表征顯示器分辨率的DPI值，只給出點(diǎn)距，我們根據(jù)上述公式即可算出顯示器的分辨率。根據(jù)我們算出的DPI值，進(jìn)而可以推算出顯示器支持的最高顯示模式。Dpi---每英寸的像素點(diǎn)數(shù)RGBB0.25mmd=0.28mm0.24mm0.31mmRGBG點(diǎn)距為0.25的柱面顯示器點(diǎn)距為0.28的球面顯示器183.光柵掃描式圖形顯示器光柵掃描式圖形顯示器是畫點(diǎn)設(shè)備，可看成一個(gè)點(diǎn)陣單元發(fā)生器，并可控制每個(gè)點(diǎn)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像素點(diǎn)時(shí)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(jí)灰度或顏色的實(shí)面積自然圖像。19

顯然，只有畫水平、垂直或正方形的對(duì)角線時(shí)，才能用點(diǎn)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(shù)可適當(dāng)減輕階梯效果。光柵化的直線(b)ABCD(a)圖像元素或像素可尋址點(diǎn)BA21幀緩沖存儲(chǔ)器（幀緩存）幀緩沖存儲(chǔ)器是一塊連續(xù)的存儲(chǔ)空間。光柵中的每個(gè)像素在幀緩存中至少要有1位（bit）,每個(gè)像素1位的存儲(chǔ)容量稱為位面（bitplane）。畫面就是由幀緩存中的這些位信息組成的。圖形在計(jì)算機(jī)中是一位一位產(chǎn)生的，每一個(gè)存儲(chǔ)位只有0或1兩個(gè)狀態(tài)，因此一個(gè)位面的幀緩存只能產(chǎn)生黑白圖形。實(shí)現(xiàn)光柵CRT圖形顯示器的最常見方法是使用幀緩存。22幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)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(gè)工作由DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器digital/analogconvertor）完成。具有1位幀緩存的黑白光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖幀緩沖存儲(chǔ)器CRT光柵電子槍寄存器1DAC23

為避免幀緩存的增加，可采用顏色查找表來提高灰度級(jí)別，如下圖所示，幀緩存中的位面號(hào)為顏色查找的索引，顏色查找表必須有2N項(xiàng)，每一項(xiàng)具有W位字寬。當(dāng)W大于N時(shí)，可有2W灰度等級(jí)，但每次只有2N個(gè)不同灰度等級(jí)可用。若要使用2N種以外的灰度等級(jí)，需改變顏色查找表中的內(nèi)容（重裝顏色查找表）。

具有N位幀緩存和W位顏色查找表的光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖N=32N表項(xiàng)N00幀緩沖存儲(chǔ)器11004寄存器N2N為總光強(qiáng)等級(jí)2W為每次可顯示光強(qiáng)等級(jí)電子槍11W查找表2WDAC1011W=4CRT光柵25

由于只有三種原色，所以可用三個(gè)位面實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的彩色幀緩沖存儲(chǔ)器。下圖為簡單的彩色光柵顯示器，由分別對(duì)應(yīng)紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三原色的三個(gè)位面的幀緩存，DAC，三個(gè)電子槍和CRT光柵組成。CRT光柵300幀緩沖存儲(chǔ)器1寄存器彩色電子槍0DAC藍(lán)0DAC綠1DAC紅一個(gè)簡單的彩色幀緩沖存儲(chǔ)器261）分辨率指顯示器在屏幕水平(垂直)方向顯示多少像素分辨率越高，顯示的字符或圖像越清晰分辨率以像素點(diǎn)為基本單位，表示方法為640×480、1024×768、1280×1024等。顯示分辨率與顯卡上的緩沖存儲(chǔ)器的容量有關(guān)，容量越大，顯示分辨率越高。2）刷新頻率指屏幕刷新的速度刷新頻率越低，圖像閃爍和抖動(dòng)現(xiàn)象就越嚴(yán)重；光柵掃描顯示器的主要性能參數(shù)293）水平掃描頻率水平掃描頻率又稱為行頻，是指電子槍每秒在屏幕上掃描過的水平點(diǎn)數(shù)；4）亮度等級(jí)數(shù)目和色彩亮度等級(jí)數(shù)目指單種顏色亮度可變化的數(shù)目亮度等級(jí)范圍的提升可使圖像看上去更柔和自然色彩包括可選擇顯示顏色的數(shù)目以及一幀畫面可同時(shí)顯示的顏色數(shù)；5）點(diǎn)距“點(diǎn)距”指相鄰像素點(diǎn)之間的距離（即像素的直徑）“點(diǎn)距”決定了每英寸最多能產(chǎn)生多少個(gè)點(diǎn)。6）顯示速度指顯示字符、圖形，特別是動(dòng)態(tài)圖像的速度，與顯示器的分辨率及掃描頻率有關(guān)可用最大帶寬表示：水平像素?cái)?shù)*垂直像素?cái)?shù)*最大刷新率302.2.2液晶顯示器1.液晶的物理特性液晶即液態(tài)晶體，是具有線狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分子，可象液體那樣流動(dòng)。液晶分子的排列柔軟易變形，受電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、應(yīng)力等外部條件作用時(shí)會(huì)重新排列。

極化性：當(dāng)通電和不通電時(shí)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。31322.單色液晶顯示器的原理1)玻璃板：在液晶顯示器中，液晶是灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間，也就是兩片涂有配向膜（PI，polyimide聚酰亞胺）的玻璃板，用來夾住液晶。液晶分子順著開槽均勻排列。2)偏光板：一系列逐步變細(xì)的平行線，或稱柵欄，用來阻隔掉不與柵欄平行的光線。33

偏光板的光透過圖：34液晶顯示器依靠偏光板(極化濾光片)影響光線穿過液晶。自然光線是朝所有方向隨機(jī)發(fā)散的。只有兩個(gè)偏光板的線完全平行，或者通過第一個(gè)偏光板的光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個(gè)偏光板相匹配，光線才得以穿過第二個(gè)偏光板。如下圖所示，兩個(gè)偏光板互相垂直，穿過第一個(gè)偏光板的光線，經(jīng)過扭曲的液晶后，光線被扭曲90°，正好可以穿過第二個(gè)偏光板。光線方向光線穿透示意圖35

但若為液晶加一個(gè)電壓，液晶分子又會(huì)重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，將被第二個(gè)偏光板擋住?？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3)電極：玻璃板和液晶材料之間是透明電極，電極分為行電極和列電極，在行和列的交叉點(diǎn)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(yīng)像素的亮度。36綜上可得像素點(diǎn)亮過程：背光板發(fā)出的光線穿過第一層偏振過濾層后進(jìn)入液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。通過電極上電壓的改變，改變液晶的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，相應(yīng)改變光線的行進(jìn)方向，從而決定相應(yīng)像素的亮度。液晶材料在這里作用類似一個(gè)小的光閥。4)背光板：由熒光物質(zhì)組成，可以發(fā)射光線，提供一個(gè)高亮度，且亮度分布均勻的光源。由顯示屏兩邊作為光源的燈管，反射板，導(dǎo)光板等等組成。偏光板偏光板光線光線液晶分子圖

液晶顯示器原理示意圖(a)(b)373.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（濾光板）。彩色LCD面板中的每一個(gè)像素由3個(gè)液晶單元格構(gòu)成，其中每一個(gè)單元格前面都分別有紅色、綠色或藍(lán)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。

38液晶的分類液晶顯示器（LCD）依驅(qū)動(dòng)方式分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)3種。液晶顯示的驅(qū)動(dòng)就是用來調(diào)整加在液晶顯示器件電極上的電位信號(hào)的相位，峰值等，建立驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)液晶器件的顯示效果。

單純驅(qū)動(dòng)分為：扭轉(zhuǎn)式向列型（TwistedNematic,TN）和超扭轉(zhuǎn)式向列型（SuperTwistedNematic,STN）

主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)分為：薄膜晶體管液晶顯示器（TFT

LCD，Thin

film

transistor

liquid

crystal

display)和二端子二級(jí)管型（metal/insulator/metal,MIM）39TFT液晶顯示器的構(gòu)造404.液晶顯示器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：工作電壓低、功耗?。粺o輻射，對(duì)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(qiáng)得多。缺點(diǎn)：視角太小、亮度和對(duì)比度不夠大

412.2.3等離子顯示器

等離子顯示器是新一代顯示設(shè)備，它采用了近幾年來高速發(fā)展的等離子平面屏幕技術(shù)。421.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晶格矩陣（光柵）組成，每個(gè)晶格充有低壓氣體(氖或氖氬混合氣體)。在高電壓作用下，氣體會(huì)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(dāng)電子又重新與原子結(jié)合在一起時(shí)，能量就會(huì)以光子的形式釋放出來，這時(shí)氣體就會(huì)釋放出具有特征的橙紅色輝光。43

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(gòu)如下圖所示。陰極玻璃電介質(zhì)隔板透明陽極玻璃氣泡工作過程：要點(diǎn)亮某個(gè)地址的氣泡，開始要在相應(yīng)行上加較高的電壓，氣泡點(diǎn)亮后，可用低電壓維持氣泡的亮度。關(guān)掉某個(gè)氣泡，只要將相應(yīng)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。44彩色等離子顯示器45

PDP成像過程是：利用惰性氣體放電產(chǎn)生紫外線來激發(fā)彩色熒光粉發(fā)光，再轉(zhuǎn)換成人眼可見的光。采用等離子管作為發(fā)光元件，大量的等離子管排列在一起構(gòu)成屏幕(如圖所示)，每個(gè)等離子對(duì)應(yīng)的每個(gè)小室內(nèi)都充有氖氙氣體。在等離子管電極間加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會(huì)產(chǎn)生紫外光，并激勵(lì)平板顯示屏上的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)出可見光。每個(gè)等離子管作為一個(gè)像素，由這些像素的明暗和顏色變化組合使之產(chǎn)生各種灰度和色彩的圖像，類似顯像管發(fā)光。462.等離子顯示器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：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病；屏幕更平展，觀察視角更大。缺點(diǎn)：價(jià)格較高；顯示屏上的玻璃較薄使屏幕較脆弱。472.2.43種顯示技術(shù)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(duì)比度中差好灰度等級(jí)好差好視角大小大色彩豐富中豐富價(jià)格低中高482.3繪圖設(shè)備2.3.1噴墨打印機(jī)

噴墨打印機(jī)是一種光柵類型的圖形輸出設(shè)備，基本原理是將小墨點(diǎn)噴射到介質(zhì)上。49

如下圖所示，噴墨裝置多數(shù)情況安裝在類似打印機(jī)的機(jī)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(yùn)動(dòng)。打印機(jī)的墨水泵將黃、品紅、青三種顏色的墨水分別注入3支很細(xì)的噴筆中。在高壓下，墨水通過噴筆內(nèi)細(xì)而長的玻璃毛細(xì)管噴到紙上。

噴墨繪圖機(jī)的結(jié)構(gòu)打印機(jī)控制部件墨水泵滾筒噴筆筆架絲杠電機(jī)步進(jìn)電機(jī)紙或膠片噴墨打印機(jī)的分辨率取決于墨滴也就是噴嘴的大小。某些噴墨打印機(jī)可以接收視頻及數(shù)字信號(hào)，因此可用于光柵顯示屏幕的硬拷貝，此時(shí)圖像分辨率受到視頻輸入分辨率的限制。502.3.2筆式繪圖機(jī)

筆式繪圖機(jī)是矢量型設(shè)備，在操作過程中，繪圖筆相對(duì)紙作隨意移動(dòng)。筆式繪圖機(jī)分為滾筒式和平板式。滾筒式繪圖機(jī)平板式繪圖機(jī)511.滾筒式繪圖機(jī)

筆和紙都是運(yùn)動(dòng)的。繪圖紙卷在滾筒上，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)鏈輪作正向和反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)圖紙作X方向的正向和負(fù)向運(yùn)動(dòng)，滾筒上方的筆架可存放多支畫筆，畫筆由另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)作Y方向的正負(fù)向往返運(yùn)動(dòng)，兩種運(yùn)動(dòng)的結(jié)合使畫筆畫出各種圖形。方向步進(jìn)電機(jī)滾筒式繪圖機(jī)結(jié)構(gòu)Y方向步進(jìn)電機(jī)X筆架落筆抬筆+X+Y522.平板式繪圖機(jī)

繪圖筆在紙上沿X和Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，圖紙通常靜止不動(dòng)，裝有筆架的導(dǎo)軌作X方向移動(dòng)，筆架在導(dǎo)軌上作Y方向移動(dòng)，兩種運(yùn)動(dòng)配合畫出多種圖形。平板式繪圖機(jī)結(jié)構(gòu)X方向步進(jìn)電機(jī)Y方向步進(jìn)電機(jī)+Y抬筆落筆+X53

平板式繪圖機(jī)的分類機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置一般為鋼絲繩或齒輪條箱；速度低、精度低、壽命短，價(jià)格相對(duì)便宜。平面電機(jī)驅(qū)動(dòng)繪圖臺(tái)有兩塊平板，上面的平板稱為滑動(dòng)導(dǎo)板，即電機(jī)定子，下面的平板稱為繪圖臺(tái)板；兩塊平板之間是電機(jī)動(dòng)子，畫筆裝在電機(jī)動(dòng)子的下部，畫筆之下是繪圖臺(tái)板。542.3.3激光打印機(jī)激光打印機(jī)是一種既可用于打印字符又可用于繪圖的設(shè)備。激光打印機(jī)的工作原理激光打印機(jī)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)55激光打印機(jī)開始工作時(shí)，感光鼓旋轉(zhuǎn)通過打底電暈絲，使整個(gè)感光鼓的表面帶上電荷，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56打印機(jī)處理器將打印數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)打印引擎動(dòng)作的信號(hào)組(類似數(shù)據(jù)表)，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(shí)進(jìn)行，依照打印數(shù)據(jù)來決定激光的發(fā)射或停止。每個(gè)光點(diǎn)打在反射鏡上，隨著反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷變換角度，將激光點(diǎn)反射到感光鼓上，如圖（c）所示。(c)多棱反射鏡激光發(fā)射器57感光鼓上被激光照到的點(diǎn)將失去電荷，在感光鼓表面形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(diǎn)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)碳粉滾筒感光鼓旋轉(zhuǎn)方向58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(qiáng)的磁場(chǎng)，碳粉受吸引從感光鼓上脫離，向轉(zhuǎn)移電暈絲方向移動(dòng)，結(jié)果是在不斷向前運(yùn)動(dòng)的打印紙上形成碳粉圖像。打印紙繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，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。(e)感光鼓碳粉轉(zhuǎn)移電暈絲59激光打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有效利用了激光定向性、單色性和能量密集性，并結(jié)合了電子掃描技術(shù)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(dá)300～600點(diǎn)/英寸。圖形及文本質(zhì)量非常高，可直接作為制版的原稿。

602.4圖形輸入設(shè)備各種圖形模型的建立、操作和修改都離不開圖形輸入設(shè)備。常用的圖形輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)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)手套空間球、操縱桿、撥號(hào)盤、按鈕盒612.4.1鍵盤字母數(shù)字鍵：輸入文本、數(shù)值光標(biāo)控制鍵：選擇、定位功能鍵：輸入常用的操作可水洗的鍵盤62標(biāo)準(zhǔn)多夫拉克(Dvorak

)鍵盤的設(shè)計(jì)微軟人體工學(xué)鍵盤NaturalKeyboard愛國者人體工學(xué)鍵盤

05年羅技無線鍵盤63蘋果公司內(nèi)置觸摸板的鍵盤，可以作為鼠標(biāo)定位，可以作為手寫筆輸入設(shè)備，還可以把它當(dāng)成一個(gè)小繪圖板使用折疊鍵盤

羅技TypeAway折疊鍵盤折疊鍵盤,鍵盤折疊后僅僅比一般PDA寬一點(diǎn)點(diǎn)

西門子虛擬鍵盤

642.4.2鼠標(biāo)光標(biāo)定位：相對(duì)設(shè)備機(jī)械鼠：滑輪的移動(dòng)光電鼠：光線的反射光電鼠標(biāo)651968年，鼠標(biāo)的原型誕生，道格·恩格爾巴特。Apple公司Lisa計(jì)算機(jī)，第一臺(tái)使用鼠標(biāo)的系統(tǒng)，之后是蘋果個(gè)人PC系列。最早的機(jī)械鼠標(biāo)機(jī)械鼠標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)羅技勁貂66無線電式鼠標(biāo)的學(xué)名叫DRF（Digitalradiofrequency，數(shù)字無線電頻率），最新式藍(lán)牙鼠標(biāo)3維鼠標(biāo)672.4.3光筆光筆有選圖和跟蹤兩種基本功能。選圖（又稱標(biāo)定或指點(diǎn)）是對(duì)顯示器

上已顯示的圖形或字符進(jìn)行加工處理。跟蹤是用光筆拖動(dòng)光標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位，可用于圖形編輯。68

光筆的形狀和普通鋼筆相似，它由透鏡、光導(dǎo)纖維、光電元件、放大整形電路和接觸開關(guān)組成（如下圖）。光筆結(jié)構(gòu)示意圖69光筆的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不需要特殊的顯示屏幕，與觸摸屏的設(shè)備相比較，價(jià)格便宜許多；在一些不適宜使用鼠標(biāo)的地方，可起到替代作用。缺點(diǎn)手和筆跡可能將遮擋屏幕圖像的一部分；會(huì)造成手腕的疲勞；光筆不能檢測(cè)黑暗區(qū)域內(nèi)的位置；會(huì)因房間背景光的影響產(chǎn)生誤讀現(xiàn)象。702.4.4數(shù)字化儀

數(shù)字化儀是一種把圖形轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能接受的數(shù)字形式的專用設(shè)備，它可以采樣幾何圖形上的關(guān)鍵數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后由程序進(jìn)行處理。

71數(shù)字化儀的工作原理：采用電磁感應(yīng)技術(shù)，在一塊布滿金屬柵格的絕緣平面板上放置一個(gè)可移動(dòng)的定位設(shè)備；當(dāng)電流通過定位設(shè)備上的電感線圈時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，從而使其正下方的金屬柵格上產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)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(shè)備當(dāng)前所處的坐標(biāo)位置。將這種位置信息傳送給計(jì)算機(jī)，就實(shí)現(xiàn)了圖形的數(shù)字化。72數(shù)字化儀的主要技術(shù)指標(biāo)：

最大有效幅面指能夠有效地進(jìn)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(diǎn)到幾百點(diǎn)，多采用可變方式，由用戶選擇。最高分辨率指輸出坐標(biāo)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(shù)。

732.4.5手寫輸入板

手寫輸入板是最常見的定位設(shè)備，工作原理與數(shù)字化儀基本相同，不同之處是前者的臺(tái)面較小，分辨率也低；而后者的臺(tái)面較大，分辨率和精度也高。

74蘭亭玲瓏1000經(jīng)典普通2000手寫平板電腦752.4.6圖形掃描儀

圖形掃描儀是直接把圖形（如工程圖紙）和圖像（如照片、廣告畫等）掃描并輸入到計(jì)算機(jī)中，以像素信息進(jìn)行存儲(chǔ)表示的設(shè)備。

76圖形掃描儀的模塊框圖220V+5V-5V+12V-12V透鏡熒光燈被掃描的材料步進(jìn)電機(jī)計(jì)算機(jī)打印機(jī)或繪圖儀熒光燈電源CCD驅(qū)動(dòng)器電源信號(hào)處理器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器輸出接口存儲(chǔ)器微機(jī)系統(tǒng)電荷耦合器件(CCD)掃描儀的工作原理：用光源照射被掃描的材料，投射光線經(jīng)過一組光學(xué)鏡頭射到CCD器件上，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，圖像數(shù)據(jù)暫存器等，最終輸入到計(jì)算機(jī)或圖形/文字輸出設(shè)備中。772.4.7觸摸屏

觸摸屏是一種定位設(shè)備，它通過手指觸摸屏幕顯示的物體或位置來實(shí)現(xiàn)選擇的操作。根據(jù)采用的技術(shù)不同分為電子式、光學(xué)式和聲學(xué)式觸摸屏。

781.電子觸摸屏將一個(gè)兩層導(dǎo)電和高透明度的物質(zhì)做的薄膜涂層涂在玻璃或塑料表面上，再裝到屏幕上，或直接涂到屏幕上。兩個(gè)透明涂層之間約有0.0025mm的距離，當(dāng)手指觸到屏幕時(shí)，在接觸點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)電接觸，使該點(diǎn)處的電阻發(fā)生變化。通過測(cè)得電阻的改變量就能確定觸摸的位置。

792.光學(xué)觸摸屏利用紅外線和光電轉(zhuǎn)換原理制成。與屏幕尺寸相仿的框架的水平和垂直邊框上各安裝均勻密布的紅外線發(fā)送器和接收器。使用時(shí)把框架安裝在屏幕四周，用手指在屏幕上點(diǎn)一下，在指點(diǎn)處障礙物擋住了一條垂直紅外線和一條水平紅外線，相應(yīng)的兩個(gè)紅外線接收器發(fā)出電信號(hào)，根據(jù)發(fā)出信號(hào)的接收器所在位置可知障礙物所在點(diǎn)坐標(biāo)，將坐標(biāo)值送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。803.聲學(xué)觸摸屏由發(fā)射器、反射器和觸摸屏等組成，其中發(fā)射器和反射器一起工作。聲源發(fā)射器沿玻璃板的水平和垂直方向交替地發(fā)射高頻聲波脈沖，當(dāng)用手指觸摸屏幕時(shí)，有一部分聲波被反射回聲源處，通過計(jì)算聲波脈沖從發(fā)射到反射回聲源發(fā)射器的時(shí)間間隔，來確定手指的位置。

812.4.8新的輸入設(shè)備 數(shù)字墨水是一種新的以人為中心的人機(jī)界面技術(shù)，它充分利用了書寫的自然性