東華大學(xué)的計(jì)算機(jī)圖形圖像課件2

第二#計(jì)算機(jī)圖形系線及圖形硬件

□計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)

□圖形輸入設(shè)備

□圖形顯示設(shè)備

□顯示子系統(tǒng)

□圖形硬拷貝設(shè)備

□OpenGL圖形軟件包

1

2.1引算機(jī)囹彬系挑

□計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能

□計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2

計(jì)算機(jī)囹形系挑的功學(xué)

:…圖形輸田設(shè)備7

："....->|WH

「顯神F3守

，一........

—主……

i圖形輸入設(shè)備：

圖2.1計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能

3

計(jì)算機(jī)囹形系挑的輅構(gòu)

圖形應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

P圖形軟件圖形應(yīng)用軟件

L圖形支撐軟件

_圖形硬件圖形計(jì)算機(jī)平臺(tái)

一圖形設(shè)備

圖2.2計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

4

2.2囹形輸入歿備

□鍵盤(keyboard)

鍵盤能用來進(jìn)行屏幕坐標(biāo)的輸入、菜單

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(biāo)記等非圖形數(shù)據(jù)。

5

囹形檎入歿備

□鼠標(biāo)器(mouse)

當(dāng)推動(dòng)鼠標(biāo)器在平面上移動(dòng)時(shí)，鼠標(biāo)將記

錄移動(dòng)的方向和距離，這個(gè)方向和距離被傳送

給計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的光標(biāo)的位移。

6

畫形檎入歿備

□光筆(lightpen)

筆體光導(dǎo)纖維

圖2.3光筆的結(jié)構(gòu)

囹形檎入歿備

□觸摸屏（touchscreen）

當(dāng)用手指或者小桿觸摸屏幕時(shí)，觸點(diǎn)位置

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

探測式）方式記錄下來。

8

2.2.3觸搜屏

?觸摸檢測裝置

特點(diǎn)：高透明度，可觸摸

?觸摸屏一輸入設(shè)備，坐標(biāo)定位裝置

一銀＜遂得觸摸坐標(biāo)信鼠

將坐杯信息

?觸摸屏組成

?觸摸屏控制卡

作用：分析觸摸坐標(biāo)信息

坐標(biāo)信息數(shù)字化

經(jīng)電纜傳送至主機(jī)

?驅(qū)動(dòng)程序

作用：提供數(shù)據(jù)分析方法

規(guī)范信號(hào)傳送格式

控制硬件動(dòng)作

教學(xué)進(jìn)程

?觸摸屏種類及其技術(shù)特點(diǎn)

1.電眼觸搜屏

將檢測到的電阻值轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)數(shù)字信息

第1層ITO鍍膜導(dǎo)電玻璃

第2層ITO

第2層ITO

rag

教學(xué)進(jìn)程

j普達(dá)三星摩赳羅溫￥手機(jī)束用

□電阻屏的局限

復(fù)合薄膜的外層采用塑膠材料，不知道的人太用

力或使用銳器觸摸可能劃傷整個(gè)觸摸屏而導(dǎo)致

報(bào)廢

需要手指往下壓，系統(tǒng)方會(huì)感知，而

iphone的電容屏：輕輕一摸就可以被系統(tǒng)識(shí)別

X方向Y方向

超卓沌紇射魏懿卷

□表面聲波觸摸屏的優(yōu)勢主要有:

1.壽命最長

2.表面聲波觸摸屏能承受各種粗暴的觸摸

最適合面對(duì)公共場所的觸摸屏應(yīng)用，公共場所

恨有破壞性而又不能派專人看護(hù)，因此，一定

要選擇耐用的觸摸屏。

?觸摸屏種類及其技術(shù)特點(diǎn)

?3叁外裁掃描技木觸搜照他蒯蒯浦河河柳發(fā)楠

瓶醇播碳4蜘!將同

尤

平方向1?密布屯崛B公

/加

外線矩陣來檢測并定位

用戶的觸摸。

分辨率低、觸摸方式受限制

和易受環(huán)境干擾而誤動(dòng)作

昆曲B

?4關(guān)量人力傳感,技術(shù)觸膜照

已退出歷史等臺(tái)

教學(xué)進(jìn)程

^而B--

i一IS

9B■

一

-一

冕

?9卷

一

一

?

S.宴IPHONE,星善手機(jī)束用

iPodtouchiPhox"*,心,

.5.投射式電容觸摸屏

四層復(fù)合玻璃屏，利用人體電

流感應(yīng)工作

當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于

人體電場，用戶和觸摸屏表面

形成以一個(gè)耦合電容，于是手

指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電

流。這個(gè)電流分從觸摸屏的四

角上的電極中流出，控制器通

過對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)

算，得出觸摸點(diǎn)的位置。

手指總到尾事,令電流

由S邊的電極到H模直

，點(diǎn)觸控修東視頻

□iPhone的觸摸屏還有一大又是就是它引以為

豪的Multi-Touch（多點(diǎn)觸控）技術(shù)，這在

觸摸屏應(yīng)用上的確是個(gè)創(chuàng)新。過去手機(jī)也好，

PDA也好，都是只能識(shí)別單個(gè)焦點(diǎn)的。也就

是說，你同時(shí)用兩個(gè)手指觸摸屏幕的話，系統(tǒng)

只會(huì)有識(shí)另1j由其中的一個(gè)點(diǎn)，而iPhone能夠

識(shí)別兩個(gè)以上。這就是使得iPhone多了很多

直觀的操作，比如：放大圖片

觸盤照技木小輅

1、觸摸屏技術(shù)正向著更簡單、更直觀、更人性化

的方向發(fā)展。

2、用觸控式的屏幕虛擬鍵盤替代傳統(tǒng)實(shí)體鍵盤可

以節(jié)約手持設(shè)備寶貴的體積空間。降低成本

囹形檎入歿備

□操縱桿(joystick)

操縱桿是由一根小的垂直杠桿組成的可搖

動(dòng)裝置，該杠桿裝配在一個(gè)其四周可移動(dòng)的底

座上用來控制屏幕光標(biāo)。

18

畫形檎入歿備

□跟蹤球(Trackball)和空間球(Spaceball)

圖2.4跟蹤球圖2.5空間球

19

畫形檎入歿備

□數(shù)據(jù)手套(DataGlove)

是一種戴在手上的傳感器，可以用來抓住

“虛擬對(duì)象”，它由一系列檢測手和手指運(yùn)動(dòng)的

傳感器構(gòu)成，用來提供關(guān)于手的位置和口

信息O

20

圖形輸入世備

□數(shù)字化儀(Digitizer)

用于在二維或三維的圖形對(duì)象上掃描，以

輸入一系列二維或三維的坐標(biāo)值。這些坐標(biāo)值

代表的坐標(biāo)點(diǎn)，在系統(tǒng)中將以直線段或曲線段

連接，以逼近圖形對(duì)象的描繪曲線或表面形狀。

21

圖形輸入核備

□圖像掃描儀(Scaner)

圖像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，并按圖像方式進(jìn)行存儲(chǔ)。

22

?掃描儀種類

掃描、打印兩用機(jī)臺(tái)式掃描儀滾筒掃描儀

教學(xué)進(jìn)程

?掃描基埠工作展理

?反射式掃描原理

廠書救樣張平板式掃描儀

光電轉(zhuǎn)換器

數(shù)字信號(hào)輸出

導(dǎo)軌<?>

教學(xué)進(jìn)程

?掃描儀的放術(shù)招標(biāo)

S3

?光學(xué)掃描分辨率

1200dpi(dotsperinch)

?差值掃描分辨率

一一通過軟件計(jì)算，以補(bǔ)充像點(diǎn)的形式提高分辨率7200dpi

?彩色還原數(shù)量

——用二進(jìn)制數(shù)表示顏色，8bit/16bit/24bit/36bit/48bit

?掃描次數(shù)

一一分色系統(tǒng)的分色模式，有多次掃描和一次掃描之分

?接口形式

掃描儀與計(jì)算機(jī)的連接形式，IDE/USB/SCSIJ

囹形檎入歿備

□聲頻輸入系統(tǒng)

□視頻輸入系統(tǒng)

26

2.3囹形更示歿備

□陰極射線管

□彩色陰極射線管

□CRT圖形顯示器

□平板顯示器

□三維觀察設(shè)備

27

陰極射線管(CRT/

□CRT(CathodeRayTube)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，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。

□CRT從結(jié)構(gòu)上分為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光

屏。

28

^極射線管（CRT）

電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏

圖2.6CRT的結(jié)構(gòu)

29

陽極射鐵管（CRT）

□電子槍：產(chǎn)生一個(gè)沿管軸（Z軸）方向前進(jìn)的高

速的細(xì)電子束轟擊熒光屏。

■具有足夠的電流強(qiáng)度。

■電流的大小和有無必須是可控的。

■具有很高的速度。

■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。

30

^極射線管（CRT）

（a）三極電子槍（b）四極電子槍

圖2.7CRT電子槍的結(jié)構(gòu)

31

陽極射鐵管（CRT）

□偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

為了在熒光屏

上顯示圖形及字

符，必須用電子束

偏轉(zhuǎn)掃描來實(shí)現(xiàn)。

圖2.8磁偏轉(zhuǎn)

32

陰極射線管（CRT）

□枕形失真

■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。只有在偏轉(zhuǎn)角很小時(shí)，

偏轉(zhuǎn)角與偏轉(zhuǎn)電流之間才成直線性關(guān)系。

■由于熒光屏四角距中心最遠(yuǎn)，偏轉(zhuǎn)角較大，

同樣的偏轉(zhuǎn)電流增量所造成的偏轉(zhuǎn)距離增量

最大。

33

陰極射線管（CRT）

□枕形失真的校正

■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；

■將偏轉(zhuǎn)磁場做成略有不均

勻性，接近管軸中央處略

強(qiáng)，周圍略弱。

圖2.9枕形失真與桶形失真

34

陽極射鐵管（CRT）

垂

水

直

平

聚

加

控

加

燈

陰

偏

偏

焦

速

速

制

絲

極

熒

轉(zhuǎn)

轉(zhuǎn)

極

極

極

柵

光

板

板

屏

圖2.10電偏轉(zhuǎn)

35

陰極射線管(CRT)

□熒光屏(PhosphorScreen)

■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。玻璃底壁要求

無氣泡，表面光學(xué)拋光。

■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

等。

36

2.1.5CRT顯示器

陰極射線管（顯像管）

?最大分辨率1600X1200

?像素點(diǎn)距0.22~0.25mm

?行頻（刷新頻率、帶寬）200MHz

?視角接近180°

?屏幕尺寸17、19、22in（可視面積〈屏幕尺寸）

?結(jié)構(gòu)與視覺效果

I球面柱面物理純平（內(nèi)平面）視覺純平（內(nèi)曲面）J

凸起略凸起內(nèi)凹平面

［教學(xué)進(jìn)程

2.1.6LCD與等離子顯示器

?LCD彩色液晶顯示器

?TN技術(shù)(液晶硅)TFT技術(shù)(非晶硅)

?屏幕尺寸15in~20in(PHILIPS200P3)

?對(duì)比度300:1~550:1

?亮度(CD/M2)220~350

?可視角度

水平：120°~160°

垂直：95°~120°

）教學(xué)進(jìn)程

2.1.7顯示器健康新概念

?EnergyStar標(biāo)準(zhǔn)?電源管理、輻射強(qiáng)度

?TCO,92標(biāo)準(zhǔn)?電源管理、輻射強(qiáng)度

?功耗、防火、電源隔離、

?TCCT95標(biāo)準(zhǔn)?電源管理、輻射強(qiáng)度

?功耗、防火、電源隔離、

?材料再生利用、符合人體工程疆限計(jì)

?TCO,99標(biāo)準(zhǔn)?電源管理、輻射強(qiáng)度

?功耗、防火、電源隔離、交流電場感應(yīng)

?材料再生利用、符合人體工程學(xué)的設(shè)計(jì)

?舒適度、健康、環(huán)境

LCDsLED產(chǎn)品功能原理介紹

電視發(fā)展史

電視發(fā)展史

CRT(CathodeRayTube)顯像管電視

PDP(PlasmaDisplayPanel)等離子電視

■LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶電視

LED(lightemittingdiode)

發(fā)光二極管背光源液晶電視

OLED(OrganicLightEmitting

"Display)有機(jī)發(fā)光二極管電視

電視發(fā)展史

從黑白到彩色，再到高清、3D;從厚到薄、輕

顯示

技術(shù)

黑白TVin1936UK彩色TVin1960UKD-HDTVin1995USA3DTVIn2010

I-24年--------->I<35年-------------->I']5年

厚度

電視發(fā)展史

成像原理

-O

Is人眼成像因素

2、攝像機(jī)成像因素

人眼看到實(shí)物,攝像機(jī)拍到實(shí)物,

在大腦中成像在電視上成像

人眼成像因素一直觀

?1、彩色：光的本質(zhì)是電磁波。人眼的可見光范圍大約在

波長380?780nm。不同的波長會(huì)引起不同的彩色視覺。

?2、亮度：是人眼感覺到的明暗程度。

?3、色調(diào)：色光的類別。通俗的講，它是顏色對(duì)觀看者造

成的一種具體感覺，取決于該種顏色的主色波長。一般分

為冷色、暖隹。

?4、色飽和度：表示色彩的濃淡程度或深淺程度

色調(diào)、色飽和度和亮度稱為彩電的三要素。

?5、視覺惰性：當(dāng)眼前的實(shí)際景物消失后，人感覺到的影

像卻不會(huì)立即消失而會(huì)滯后一段時(shí)間，稱為視覺惰性或叫

做視覺暫留。

?實(shí)驗(yàn)證明要獲得連續(xù)活動(dòng)的感覺每秒鐘的畫面不能低于

16幀。電影采用每秒鐘24幀，可以表現(xiàn)較高速的運(yùn)動(dòng)。

人眼成像因素一直觀

?6、閃爍和臨界閃爍頻率：當(dāng)亮暗重復(fù)頻率不夠高時(shí)，人眼

會(huì)有閃爍的感覺。人眼的臨界閃爍頻率平均為47Hz。

?7、任何色光都可以分解為紅綠藍(lán)三種基色。

?8、任何顏色都可由紅綠藍(lán)三基色以適當(dāng)?shù)谋壤旌险{(diào)配仿

制出來，混配出的彩色與原彩色對(duì)人眼將引起相同的彩色視

覺。

?猜猜看：紅光+綠光=黃光？

?紅光+藍(lán)光=紫光？

?紅光+綠光+藍(lán)光=白光？

?9、對(duì)比度：對(duì)比度是最黑與最白亮度單位的相除值。因此

白色越亮、黑色越暗，對(duì)比度就越高。

?10s灰度等級(jí)：電視機(jī)的灰度等級(jí)是指收看黑白圖像時(shí)，由

黑色到白色之間的亮度層次，電視機(jī)能夠分清的灰度等級(jí)越

多，圖像從黑到白的層次就越豐富，細(xì)節(jié)也就越清晰。

攝像機(jī)成像因素一轉(zhuǎn)換

1、光電變換：被攝景物通過光學(xué)系統(tǒng)透射的平面光圖

像，在攝像機(jī)成像靶面上產(chǎn)生光電變換，形成電位起伏

(CCD)或阻抗起伏(光電導(dǎo))的電圖像

2、時(shí)空轉(zhuǎn)換：經(jīng)由電子掃描，將二維的平面圖像轉(zhuǎn)化為

僅隨時(shí)間變化的圖像信號(hào)

3、電視信號(hào)是復(fù)合信號(hào)。包括亮度信號(hào)、色度信號(hào)等。

4、音頻信號(hào)伴隨圖像信號(hào)，只隨時(shí)間發(fā)生變化。

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,31Oi-

LCD成像原理

?1、什么是液晶：液晶是一種幾乎完全透明的物質(zhì)，同時(shí)

呈現(xiàn)固體與液體的某些特征。液晶從形狀和外觀看上去都

是一種液體，但它的水晶式分子結(jié)構(gòu)又表現(xiàn)出固體的形態(tài)。

像磁場中的金屬一樣，當(dāng)受到外界電場影響時(shí)，其分子會(huì)

產(chǎn)生精確的有序排列；如對(duì)分子的排列加以適當(dāng)?shù)目刂疲?/p>

液晶分子將會(huì)允許光線穿透。

?2、液晶顯示器(LCD,LiquidCrystalDisplay):采用

數(shù)字顯示技術(shù)，通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面

面板上產(chǎn)生圖像。LCD可分為扭曲向列型(TN-LCD)、

超扭曲向列型(STN-LCD)和薄膜晶體管(TFT-LCD)

等幾種。其中，TFT-LCD已成為LCD發(fā)展的主要方向，

TFT-LCD的每個(gè)液晶像素點(diǎn)都是由集成在像素點(diǎn)后面的

薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)，從而使TFT-LCD在色彩、亮度、對(duì)

比度、響應(yīng)速度等方面接近CRT顯示器，是目前最好的

LCD彩色顯示設(shè)備。

LCD成像原理

?3sLCD成像過程：

?1）首先LCD利用背光源CCFL螢光燈管投射出光源

?2）這些光源會(huì)先經(jīng)過導(dǎo)光板使光線均勻分布在整個(gè)屏

幕上。

?3）然后光線通過一個(gè)偏光板，再經(jīng)過液晶。

?4）液晶分子的排列方式會(huì)隨著控制電壓的不同而發(fā)生

變化，進(jìn)而改變穿透液晶的光線角度。

?5）所有的光線再經(jīng)過前方的彩色濾光膜與另一塊偏光

板，才能呈現(xiàn)出各種顏色。

?6）因此我們只要改變刺激液晶的電壓值就可以控制最

后出現(xiàn)的光線強(qiáng)度與色彩，從而能在液晶面板上變化出

有不同深淺的顏色組合了。

■屏幕上的圖像就象是廣告燈箱那樣，燈箱里的燈管發(fā)

出的光透過有圖案的薄膜進(jìn)入人眼。

LCD特點(diǎn)

LightSource

?LCD電視與CRT電視相比的優(yōu)點(diǎn)：

?超薄、超輕、能耗低、無輻射、不受外磁影響、圖像柔和

等優(yōu)點(diǎn)。

LCD相關(guān)概念

1、象素：構(gòu)成圖像的基本單元。點(diǎn)的積聚構(gòu)成線，線的積聚

構(gòu)成面（即圖形）。彩電屏幕上的每幅像素又是由紅藍(lán)綠三

個(gè)小點(diǎn)組成的。通過紅綠藍(lán)三個(gè)基色點(diǎn)相互之間的發(fā)光強(qiáng)度

之比，就可以讓這個(gè)像素具有任何的顏色和亮度。這樣的幾

十萬個(gè)像素有規(guī)律的加以組合就構(gòu)成了彩色圖像。

<■

4=

<??

由于生產(chǎn)廠家不同，像素點(diǎn)的排列形狀不同，但都是紅綠藍(lán)三個(gè)

一組均勻排列的。

LCD相關(guān)概念

2、色彩數(shù)：色彩數(shù)就是屏幕上最多顯示多少種顏色的總數(shù)。

是液晶屏的物理特性。目前主要銷售的電視液晶屏分為2

的8次方和2的10次方兩種。

3、黑白響應(yīng)時(shí)間：液晶電視各像素點(diǎn)對(duì)輸入信號(hào)反應(yīng)的速

度，即像素由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗所需要的時(shí)間（其原理是

在液晶分子內(nèi)施加電壓，使液晶分子扭轉(zhuǎn)與回復(fù)）。常說

的4ms、8ms就是指的這個(gè)反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間越短則使

用者在看動(dòng)態(tài)畫面時(shí)越不會(huì)有尾影拖曳的感覺。

灰階響應(yīng)時(shí)間：一個(gè)像素點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三個(gè)子像素不

同明暗度的調(diào)節(jié)時(shí)間。明暗度的層次越多，所能夠呈現(xiàn)的

畫面效果也就越細(xì)膩。以8bit的面板為例，它能表現(xiàn)出

256個(gè)亮度層次（2的8次方），我們就稱之為256灰階。

LCD相關(guān)概念

4、可視角度：用戶從不同的方向清晰地觀察屏幕上所有內(nèi)

容的角度。

當(dāng)我布編可視角是左右179度時(shí)，表示站在始于屏幕法線

(就是屏幕正中間的假想線)179度的位置時(shí)仍可清晰看

見屏幕圖像。視角越大，觀看的角度越好。

5、分辨率：包括物理分辨率和支持分辨率

物理分辨率是指液晶屏本身的像素點(diǎn)數(shù)量，是物理屬性，

跟信號(hào)無關(guān)。物理分辨率決定圖像的清晰度；市場主要銷

售的液晶電視分辨率有1366*768、1920*1080(FHD)兩

種。

支持分辨率是指信號(hào)源的分辨率或者說清晰度。液晶電視

呈理分辨率較低的顯示模式時(shí)，可能居中顯示，可能擴(kuò)展

品7Ko

LCD相關(guān)概念

6、屏幕比例：屏幕寬度和高度的比例稱為屏幕比例。目

前標(biāo)準(zhǔn)的屏幕比例一般有4:3和16:9兩種。不過16:9也有

幾個(gè)“變種〃，比如15:9和16:10,這三種比例都可以稱為

寬屏。

：6:9的比例更接近黃金分割比，也更適合人的眼睛，在

觀看影片時(shí)給人的感受也更舒服。

7、背光壽命：即背光燈的壽命，就是液晶電視的壽命。目

前液晶電視的背光燈分為CCFL燈管、LED發(fā)光二極管等。

CCFL的壽命基本在5-7萬小時(shí)。LED背光燈的壽命在10萬

小時(shí)――-

QLED電視成像原理與特點(diǎn)

KLED的應(yīng)用

2、LED的原理

LED的應(yīng)用

KLED屏幕|r

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