計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)課件

計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)四、圖形設(shè)備圖形顯示設(shè)備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

四、圖形設(shè)備顯示設(shè)備的發(fā)展畫線顯示器（矢量顯示器/隨機掃描顯示器）存儲管式顯示器刷新式光柵掃描顯示器70年代初,以點陣形式表示圖形.點陣存放在專用緩沖區(qū)中,由視頻控制器負責(zé)掃描,顯示圖形.60年代中后期出現(xiàn),只能繪制線條,任意方向連續(xù)掃描60年代末期,具有內(nèi)在的存儲部件,靶像，靜態(tài)圖像平板顯示器(液晶顯示器,等離子顯示器)顯示設(shè)備——CRTCRT剖面圖

顯示設(shè)備——CRT1、電子槍電燈絲，陰極和控制柵組成。陰極：由燈絲加熱發(fā)出電子束控制柵：加上負電壓后，能夠控制通過其中小孔的帶負電的電子束的強弱，通過控制電子數(shù)量，控制熒光屏上相應(yīng)點的亮度。

顯示設(shè)備——CRT2、聚集系統(tǒng)通過電場或磁場控制電子束，以保證電子束在轟擊屏幕時，匯聚成很細的點。

顯示設(shè)備——CRT4、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。靜電場或磁場，最大偏轉(zhuǎn)角（靈敏度）是衡量系統(tǒng)性能的最重要的指標(biāo)，顯示器長短與此有關(guān)。靈敏度：反映了偏轉(zhuǎn)信號所能產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角度的大小。LDα顯示設(shè)備——CRT5、熒光屏電子束轟擊內(nèi)表面熒光涂層，發(fā)光。顯示設(shè)備——CRT持續(xù)發(fā)光時間：（余輝時間）亮度值衰減到初始值的1/10所需的時間。余輝時間是決定產(chǎn)生不閃爍圖形所需刷新速率的主要因素。例：一種熒光物質(zhì)持續(xù)發(fā)光時間40毫秒，刷新頻率為1000/40=25幀/秒，發(fā)光時間短，適用于動態(tài)圖形顯示。發(fā)光時間長，適用于靜態(tài)圖形顯示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)定顯示顯示設(shè)備——CRT彩色CRT射線穿透法和影孔板法1、射線穿透法彩色顯示技術(shù)：主要用于隨機掃描顯示器中，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。特點：成本低，價格便宜，但只有四種顏色，圖形質(zhì)量也較差。顯示設(shè)備——彩色CRT彩色CRT1、射線穿透法彩色顯示技術(shù)：電子束熒光涂層產(chǎn)生顏色低速電子束較低速電子束較高速電子束高速電子束顯示設(shè)備——彩色CRT2、影孔板法原理：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顯示設(shè)備——彩色CRT影孔板法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、藍三基色）。顯示設(shè)備——彩色CRT影孔板法三支電子槍，影孔板緊靠熒光涂層。電子槍、影孔板中的一個小孔和一個像素呈一直線。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。顯示設(shè)備——彩色CRT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。顯示設(shè)備——其它顯示器件平板顯示器發(fā)射(emissivedisplay),非發(fā)射(nonemissive)發(fā)射：將電能轉(zhuǎn)換為光能的設(shè)備。等離子體顯示板，薄片光電顯示器，發(fā)光二極管，平板CRT.非發(fā)射：利用光學(xué)效應(yīng)，將太陽光或來自某些其他光源的光轉(zhuǎn)換為圖形模式。液晶設(shè)備。顯示設(shè)備——其它顯示器件等離子顯示板通過將通常包含氖氣的混合氣體充入兩塊玻璃板之間的區(qū)域而構(gòu)成。一塊玻璃板上放置一系列垂直導(dǎo)電帶，而另一塊玻璃板上構(gòu)造一組水平導(dǎo)電帶。在成對的水平和垂直導(dǎo)電帶上放加點火電壓，導(dǎo)致兩導(dǎo)電帶交叉點處的氣體進入電子和離子的輝光放電等離子區(qū)。顯示設(shè)備——其它顯示器件

等離子體平板顯示設(shè)備的基本設(shè)計顯示設(shè)備——LCDLCD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顯示設(shè)備——LCDLCD基本原理通過能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來自周圍或內(nèi)部的光源的偏振光。長晶體分子，極化。顯示設(shè)備——圖形處理器圖形處理器的組成顯示主芯片顯卡的核心，俗稱GPU，它的主要任務(wù)是對系統(tǒng)輸入的視頻信息進行構(gòu)建和渲染顯示緩存用來存儲將要顯示的圖形信息以及保存圖形運算的中間數(shù)據(jù)顯存的大小和速度直接影響著主芯片性能的發(fā)揮數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（RAMDAC）它的作用就是把二進制的數(shù)字轉(zhuǎn)換成為和顯示器相適應(yīng)的模擬信號顯示設(shè)備——圖形處理器光柵掃描顯示器電子束按固定的掃描順序進行掃描N條掃描線，每條掃描線有M個像素，M*N顯示器的分辨率。顯示設(shè)備——圖形處理器光柵掃描顯示器顯示設(shè)備——光柵掃描顯示器邏輯部件：幀緩沖存儲器（FrameBuffer），視頻控制器(videoController)，顯示處理器和CRT。幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)備。顯示設(shè)備——圖形處理器幀緩沖存儲器像素所呈現(xiàn)的顏色或灰色由數(shù)值表示，視頻控制器刷新時，需反復(fù)讀這些數(shù)值。用來存儲像素顏色（灰度）值的存儲器就稱為幀緩沖存儲器（顯存）。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)。顯示設(shè)備——圖形處理器幀緩沖存儲器顯示設(shè)備——圖形處理器幀緩沖存儲器顯示設(shè)備——圖形處理器幀緩沖存儲器顯示設(shè)備——圖形處理器幀緩沖存儲器若每個單元有24位（每種基色占8位）即顯示系統(tǒng)可同時產(chǎn)生224種顏色（24位真彩色）一個具有N位面的灰度等級的幀緩存。每一位的二進制值（0或1）被存入指定的寄存器中，該寄存器中二進制的數(shù)被翻譯成灰度等級，其范圍是0－2N-1之間。亮度等級經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）變成驅(qū)動顯示器電子束的模擬電壓。顯示設(shè)備——圖形處理器幀緩沖存儲器3個位面分辯率是1024×1024的顯示器，需要3×1024×1024（3145728）位的存儲器。在存儲器位固定下，屏幕分辯率與同時可用的顏色種數(shù)成反比關(guān)系。1兆字節(jié)的幀緩存，若設(shè)分辯率為640×480，則幀緩存每個單元可有24位，可能同時顯示224種顏色，若設(shè)分辯率為1024×768，則每個單元分得的位數(shù)僅略多于8，256色顯示模式下。高分辯率和真彩模式下，兩個問題，一是需要大容量幀緩存，二是要求視頻控制器對幀緩存有較快的存取速率。解決辦法：一是采用查色表機制，二是采用隔行掃描方法。顯示設(shè)備——圖形處理器查色表（lookupTable）或稱彩色表（colortable）是一維線性表，其每一項的內(nèi)容對應(yīng)一種顏色，它的長度由幀緩存單元的位數(shù)決定，例如：每單元有8位，則查色表的長度為28＝256（如圖2-18）目的：在幀緩存單元的位數(shù)不增加的情況下，具有大范圍內(nèi)挑選顏色的能力.顯示設(shè)備——圖形處理器存放方式顏色信息在幀緩存中兩種存放方式：一是顏色值直接存儲在幀緩存中。二是把顏色碼放在一個獨立的表中，幀緩存存放的是顏色表中各項的索引值，顏色范圍擴充了。單色系統(tǒng)：查色表固化彩顯：可修改、創(chuàng)建查色表。顯示設(shè)備——光柵掃描顯示器查色表法顯示設(shè)備——光柵掃描顯示器隔行掃描一幀完整的畫面分成兩場。一場1／60秒，（場頻60HZ），（幀頻30HZ）畫面更新頻率仍為60HZ，降低了閃爍效應(yīng)，每一場1／60秒內(nèi)，幀緩存中數(shù)據(jù)量比逐行掃描少一半。降低了視頻控制器存取幀緩存的速度及傳輸帶寬的要求。顯示設(shè)備——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)，負責(zé)刷新。工作原理： 刷新周期開始，光柵掃描發(fā)生器置X地址寄存器為0，置Y地址寄存器為N-1，首先取出對應(yīng)像素（0，N-1）,放入像素值寄存器，用來控制像素的顏色，然后X的地址寄存器的地址加一，……顯示設(shè)備——光柵掃描顯示器視頻控制器顯示設(shè)備——光柵掃描顯示器顯示處理器作用：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+顯示處理器顯示設(shè)備光柵顯示系統(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)生混淆輸入設(shè)備將用戶的圖形數(shù)據(jù)及各種命令等轉(zhuǎn)換成電信號，并傳遞給計算機。輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備的發(fā)展第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等第二階段：鍵盤第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音第四階段：三維輸入設(shè)備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢、表情等等第五階段：用戶的思維輸入設(shè)備坐標(biāo)數(shù)字化儀輸入設(shè)備軌跡球和空間球：輸入設(shè)備數(shù)據(jù)手套：輸入設(shè)備掃描儀：練習(xí)陰極射線管由_________、__________、__________、__________和__________構(gòu)成。CRT中電子槍中的控制柵，通過控制________，控制熒光屏上相應(yīng)點的亮度。衡量CRT偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)性能的最重要的指標(biāo)是__________。陰極射線管中聚焦系統(tǒng)的功能是_________________________。練習(xí)顯示器的分辨率大小取決與_____________、___________和__________。彩色陰極射線管中，廣泛應(yīng)用于光柵掃描系統(tǒng)中的產(chǎn)生彩色顯示的方法是________。光柵顯示器的幀緩存中，存放的是_________________。很多光柵掃描顯示器中采用_____________和______________方式來解決高分辨率多彩色所帶來的幀存容量不足和對幀緩存有較快的存取速率的問題。練習(xí)陰極射線管的英文縮寫為A、CRTB、DVSTC、LCDD、DPU水平或垂直方向上能夠識別出的最大光點數(shù)稱為A、可尋址能力B、分辨率C、像素D、位圖練習(xí)影孔板法之所以可以產(chǎn)生多種顏色，因為它在熒光屏中用____個熒光點來表示一個像素點。