圖形系統(tǒng)的組成

圖形系統(tǒng)的組成圖形系統(tǒng)的組成1第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六內(nèi)容圖形顯示及繪制設(shè)備陰極射線管彩色陰極射線管隨機掃描顯示器光柵掃描顯示器液晶顯示器等離子顯示器硬拷貝設(shè)備圖形軟件及圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)圖形系統(tǒng)的組成2第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六交互式繪圖系統(tǒng)圖形系統(tǒng)的組成3第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六圖形顯示及繪制圖形輸出包括圖形的顯示和圖形的繪制。圖形顯示指的是在屏幕上輸出圖形圖形繪制通常指把圖形畫在紙上，也稱硬拷貝，打印機和繪圖儀是兩種最常用的硬拷貝設(shè)備。圖形系統(tǒng)的組成4第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六陰極射線管（CRT）組成：包括電子槍、加速結(jié)構(gòu)、聚焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏圖形系統(tǒng)的組成5第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六陰極射線管工作原理高速的電子束由電子槍發(fā)出，經(jīng)過聚焦系統(tǒng)、加速系統(tǒng)和磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)就會到達(dá)熒光屏的特定位置。由于熒光物質(zhì)在高速電子的轟擊下會發(fā)生電子躍遷，即電子吸收到能量從低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)。由于高能態(tài)很不穩(wěn)定，在很短的時間內(nèi)熒光物質(zhì)的電子會從高能態(tài)重新回到低能態(tài)，這時將發(fā)出熒光，屏幕上的那一點就會亮了要保持顯示一幅穩(wěn)定的畫面，必須不斷地發(fā)射電子束刷新頻率刷新一次是指電子束從上到下掃描一次的過程刷新頻率高到一定值后，圖象才能穩(wěn)定顯示圖形系統(tǒng)的組成6第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六陰極射線管電子槍由燈絲，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。圖形系統(tǒng)的組成7第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六陰極射線管聚焦系統(tǒng)保證電子束在轟擊屏幕時，匯聚成很細(xì)的點。加速電極加正的高壓電（幾萬伏），使經(jīng)過聚焦的電子束高速運動。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子束偏轉(zhuǎn)，使其在屏幕的適當(dāng)位置繪圖。電子束到達(dá)屏幕最邊緣的偏轉(zhuǎn)角度被稱為最大偏轉(zhuǎn)角。最大偏轉(zhuǎn)角是衡量偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)性能的最重要的指標(biāo)，顯示器的前后徑長短與此有關(guān)。最大偏轉(zhuǎn)角一定的情況下，CRT顯示器屏幕越大整個顯象管就越長。圖形系統(tǒng)的組成8第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六陰極射線管熒光屏熒光物質(zhì)：當(dāng)它被電子轟擊時發(fā)出亮光。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圖形系統(tǒng)的組成9第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六陰極射線管熒光屏像素(Pixel:PictureElement)：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。分辨率主要取決于CRT的聚焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光物質(zhì)（即分辨率與像素的亮度分布有關(guān)）。圖形系統(tǒng)的組成10第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六陰極射線管當(dāng)電子束轟擊某像素時，該像素的亮度分布類似于高斯分布，亮度在像素心點取得最大值，并向周圍逐漸衰減。圖形系統(tǒng)的組成11第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色陰極射線管彩色陰極射線管是通過將能發(fā)不同顏色的光的熒光物質(zhì)進(jìn)行組合而產(chǎn)生彩色。產(chǎn)生彩色的常用方法電子透入法（射線穿透法）蔭罩法（影孔板法）圖形系統(tǒng)的組成12第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色陰極射線管-電子透入法基本原理兩層熒光涂層，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)生的顏色電子束熒光涂層產(chǎn)生顏色低速電子束較低速電子束（橙色）較高速電子束高速電子束因此，電子束的速度決定了屏幕上光點的顏色，而電于束的速度可由加速電極的電壓來控制。圖形系統(tǒng)的組成13第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色陰極射線管-電子透入法應(yīng)用主要用于畫線顯示器（隨機掃描顯示器）優(yōu)點成本低，價格便宜缺點只能產(chǎn)生有限的四種顏色圖形質(zhì)量比較差圖形系統(tǒng)的組成14第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色陰極射線管-影孔板法影孔板法原理：通常用于光柵掃描顯示器中，顏色范圍廣，每個像素有三個熒光點（紅、綠、藍(lán)三基色）。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圖形系統(tǒng)的組成15第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色陰極射線管-影孔板法影孔板的類型點狀影孔板代表：大多數(shù)球面與柱面顯像管柵格式影孔板代表：Sony的特麗瓏管Trinitron與Mitsubishi的鉆石瓏管Diamondtron顯像管溝槽式影孔板代表：LG的Flatron顯像管圖形系統(tǒng)的組成16第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色陰極射線管-影孔板法點狀影孔板工作原理紅、綠、藍(lán)三基色；三色熒光點（很小并充分靠近像素）；三支電子槍，與三個熒光點相對應(yīng)；每個小孔與一個像素（即三個熒光點）對應(yīng)；電子槍、影孔板中的一個小孔和熒光點呈一直線；圖形系統(tǒng)的組成17第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色陰極射線管-影孔板法三色熒光屏影孔板三個電子槍蔭罩型CRT工作原理圖形系統(tǒng)的組成18第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色陰極射線管-影孔板法調(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。顯示器能同時顯示的顏色種類數(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)圖形系統(tǒng)的組成19第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六隨機掃描的顯示器隨機掃描顯示器又稱向量顯示器、筆劃顯示器。隨機掃描顯示器電子束的定位和偏轉(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，而不必全屏掃描。

圖形系統(tǒng)的組成20第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六隨機掃描的顯示器工作原理應(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圖形系統(tǒng)的組成21第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描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時，電子束的強度隨幀緩存器中的值而變化，從而在屏幕上建立亮點的圖案。所有的光柵顯示器都有內(nèi)在的坐標(biāo)系統(tǒng)，用于確定圖形上的某像素與屏幕位置的關(guān)系。圖形系統(tǒng)的組成22第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描顯示器圖形系統(tǒng)的組成23第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描顯示器光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的邏輯部件：幀緩沖存儲器(FrameBuffer)視頻控制器(VideoController)顯示處理器(DisplayProcessor)CRT圖形系統(tǒng)的組成24第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描顯示器簡單的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖形系統(tǒng)的組成25第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描顯示器較為典型的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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。圖形系統(tǒng)的組成26第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描顯示器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+顯示處理器顯示處理器的作用代替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、紋理映射等等

圖形系統(tǒng)的組成27第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描顯示器幀緩沖存儲器（FrameBuffer）簡稱幀緩沖器，俗稱顯存作用：存儲屏幕上像素的顏色值幀緩存中單元數(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）。圖形系統(tǒng)的組成28第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描顯示器視頻控制器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)圖形系統(tǒng)的組成29第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描顯示器視頻控制器工作原理圖形系統(tǒng)的組成30第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六灰度光柵掃描顯示器（1位）對于黑白單灰度顯示器每一象素需要一位存儲器，對一個1024×1024象素組成的黑白單灰度顯示器所需要的最小緩存為220bit，并在一個位面(像素對應(yīng)的顏色值的存儲方式-plannarpattern)上。一個位面的緩存只能存儲黑白圖形，幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)備，因而還需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。圖形系統(tǒng)的組成31第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六灰度光柵掃描顯示器（N位）在光柵圖形顯示器中需要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。如下圖是一個具有N個位面灰度等級的幀緩存。顯示器上每個象素的亮度是由N個位面中對應(yīng)的每個象素位置的內(nèi)容控制的。該存儲器的中的二進(jìn)制的數(shù)被翻譯成灰度等級，范圍是0到2N-1之間。圖形系統(tǒng)的組成32第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色光柵掃描顯示器（3個位面）下圖是彩色光柵顯示器的邏輯圖，對于紅、綠、藍(lán)三原色有三個位面的幀緩存和三個電子槍。圖形系統(tǒng)的組成33第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色光柵掃描顯示器（24個位面）每個顏色的電子槍可以通過增加幀緩存位面來提高顏色種類的灰度等級。如上圖，每種原色電子槍有8個位位面的幀緩存和8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，每種原色可有256中灰度，三種原色的組合將是(28)3=224，即24位真彩色。圖形系統(tǒng)的組成34第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵圖形光柵圖形是指由數(shù)值型數(shù)組存放于計算機中的像素集合。圖形系統(tǒng)的組成35第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵圖形光柵圖形的創(chuàng)建途徑手工繪制；算法生成；掃描儀；圖形系統(tǒng)的組成36第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵圖形放大12倍放大6倍放大3倍圖形系統(tǒng)的組成37第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六灰度光柵圖形像素圖（Pixelmap）和位圖（Bitmap）像素深度（pixeldepth）用于表示灰度級別的位數(shù)PixelmapBitmapOne-bit-per-pixel-imagepixeldepthn2ngraylevels圖形系統(tǒng)的組成38第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六灰度光柵圖形8bit/pixel6bit/pixel5bit/pixel4bit/pixel3bit/pixel2bit/pixel1bit/pixel圖形系統(tǒng)的組成39第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色光柵圖形彩色光柵圖形的每個像素有一個顏色值（用數(shù)值表示）像素顏色值對應(yīng)于一個三元組（red

greenblue）顏色深度表示每個像素的顏色所需的位數(shù)。顏色深度是紅、綠、藍(lán)基顏色對應(yīng)的位數(shù)之和。colordepth=3圖形系統(tǒng)的組成40第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六彩色光柵圖形真彩色圖形（TrueColorImage）：最高質(zhì)量的圖形，顏色深度為24，每種基顏色分別占一個字節(jié)。存儲一張1024x1024的真彩色光柵圖形，需要多大的內(nèi)存容量？

3x1024x1024byte=3M圖形系統(tǒng)的組成41第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六光柵掃描顯示器光柵顯示系統(tǒng)的特點優(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)生混淆優(yōu)點使其占據(jù)了市場主流缺點正在被克服圖形系統(tǒng)的組成42第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六液晶顯示器（LCD）索尼公司的兩款LCD外形圖形系統(tǒng)的組成43第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六液晶顯示器CRT固有的物理結(jié)構(gòu)限制了它向更廣的顯示領(lǐng)域發(fā)展屏幕的加大必然導(dǎo)致顯象管的加長，顯示器的體積必然要加大，在使用時候就會受到空間的限制CRT顯示器是利用電子槍發(fā)射電子束來產(chǎn)生圖像，容易受電磁波干擾長期電磁輻射會對人們健康產(chǎn)生不良影響LCD顯示器的優(yōu)點外觀小巧精致，厚度只有6.5~8cm左右。不會產(chǎn)生CRT那樣的因為刷新頻率低而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象工作電壓低，功耗小，節(jié)約能源沒有電磁輻射，對人體健康沒有任何影響圖形系統(tǒng)的組成44第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六液晶顯示器液晶顯示器的構(gòu)成液晶顯示器LCD(LiquidCrystalDisplay)是由六層薄板組成的平板式顯示器反射層水平極板水平網(wǎng)格線液晶層垂直網(wǎng)格線垂直極板觀察方向圖形系統(tǒng)的組成45第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六液晶顯示器LCD顯示器基本原理液晶是一種介于液體和固體之間的特殊物質(zhì)，它具有液體的流態(tài)性質(zhì)和固體的光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)液晶受到電壓的影響時，就會改變它的物理性質(zhì)而發(fā)生形變，此時通過它的光的折射角度就會發(fā)生變化，而產(chǎn)生色彩液晶屏幕后面有一個背光，這個光源先穿過第一層偏光板，再來到液晶體上，而當(dāng)光線透過液晶體時，就會產(chǎn)生光線的色澤改變，從液晶體射出來的光線，還得必須經(jīng)過一塊彩色濾光片以及第二塊偏光板圖形系統(tǒng)的組成46第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六液晶顯示器LCD顯示器的基本指標(biāo)點距與分辨率液晶屏幕的點距就是兩個液晶顆粒（光點）之間的距離，一般0.28~0.32mm就能得到較好的顯示效果通常所說的液晶顯示器的分辨率是指其真實分辨率，表示水平方向的像素點數(shù)與垂直方向的像素點數(shù)的乘積液晶顯示器的缺點壽命短、怕震動、溫度敏感分辨率相對較低，色彩不夠鮮艷，且價格偏高。圖形系統(tǒng)的組成47第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六等離子顯示器由一個細(xì)小氖泡矩陣組成，由于氖泡有兩種狀態(tài)：開啟(點燃)、關(guān)閉(熄滅)，且狀態(tài)可保持。分為

1）前層：垂直導(dǎo)線

2）中層：細(xì)小氖泡

3）后層：水平導(dǎo)線水平網(wǎng)格線（Y向地址）玻璃極板單元垂直網(wǎng)格線（X向地址）觀察方向圖形系統(tǒng)的組成48第48頁，共54頁，2023年，2月20日，星期六等離子顯示器特點有記憶功能

可動態(tài)修改圖形缺點光點大(因氣體的泄露),