CG第2章电子教案ppt课件

1、第第2章章 图形设备图形设备 计算机图形系统包含哪些外部设备？图形输入设备：概念、特点图形显示设备：概念、构造原理、任务方式、特点图形绘制设备：概念、特点提出问题提出问题2.1 图形输入设备图形输入设备2.1.1 键盘键盘keyboard2.1.2 鼠标器鼠标器(mouse)鼠标按丈量位移可分为：鼠标按丈量位移可分为：用鼠标底部的转轮或滚轮来记录挪动的总量和方用鼠标底部的转轮或滚轮来记录挪动的总量和方向。向。采用光学感应器来检测鼠标运动。采用光学感应器来检测鼠标运动。Z鼠标鼠标2.1.3 光笔光笔(light pen)光笔是一种检测安装，它靠检测荧光屏上的发光光笔是一种检测安装，它靠检测荧光屏

2、上的发光点来选择屏幕的位置坐标。点来选择屏幕的位置坐标。光孔透镜组笔体触钮开关光导纤维导线图2-2 光笔的结构2.1.4 触摸屏触摸屏(touch screen)这种安装以手指触摸的方式选择屏幕位置。触摸板(touch panel) 红外线式触摸屏 电阻式触摸屏 电容式触摸屏 声波触摸屏 2.1.5 支配杆支配杆(joystick)2.1.6 跟踪球跟踪球trackball和空间球和空间球spacegall 跟踪球用作两维定位设备。跟踪球用作两维定位设备。空间球提供空间球提供6个自在度。个自在度。2.1.7 数据手套数据手套(data glove) 数据手套是一种戴在手上的传感器，它能给数据手

3、套是一种戴在手上的传感器，它能给出用户一切手指关节的角度变化，来自手套出用户一切手指关节的角度变化，来自手套的输入，可用来给虚拟场景中的对象定位或的输入，可用来给虚拟场景中的对象定位或支配该场景。支配该场景。 2.1.8 数字化仪数字化仪(digitizer) 数字化仪用来在所作的画或对象上扫描，并输入数字化仪用来在所作的画或对象上扫描，并输入一组坐标位置，相互以直线段衔接，以逼近曲线一组坐标位置，相互以直线段衔接，以逼近曲线或外表外形。或外表外形。 2.1.10 图象扫描仪图象扫描仪(scaner)图象扫描仪可直接把图纸、图表、照片、广告画等输图象扫描仪可直接把图纸、图表、照片、广告画等输入

4、到计算机中，在将它们传过一个光学扫描机构时，入到计算机中，在将它们传过一个光学扫描机构时，灰度或彩色等级被记录下来，并按图象方式进展存灰度或彩色等级被记录下来，并按图象方式进展存储。储。2.1.11 声频输入系统声频输入系统 也称为声音输入系统，在某些图形任务站中，采用话音识别器作为输入设备，以接纳操作者的命令。 2.1.12 视频输入系统视频输入系统视频信号采集板卡、视频信号输入卡、视频信号处置安装视霸卡video blunster图形输入设备实例I、II2.2.1 阴极射线管阴极射线管CRTCRTCathode Ray Tube是一种真空器件，它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束，偏转

5、到屏幕的不同位置轰击屏幕外表的荧光资料而产生可见图形。2.2 图形显示设备图形显示设备从外形上看，CRT为：管颈部分、锥体部分、屏幕部分 从构造上看，CRT为：电子枪、偏转系统、荧光屏灯丝阴极加速极控制栅聚焦极加速极偏转系统荧光屏图2-3 CRT的构造（磁偏转）(1)电子枪电子枪的主要功能是产生一个沿管轴Z轴方向前进的细电子束轰击荧光屏 电子束应满足以下要求：a.具有足够的电流强度。b.电流的大小和有无必需是可控的。c.具有很高的速度。d.在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显示器有足够的分辨率。 电子枪的构造电子枪的构造 灯丝阴极栅极加速极第二阳极第三阳极石墨层玻璃灯丝阴极栅极加速极聚焦极第

6、二、四阳极石墨层玻璃（b)四极电子枪（a)三极电子枪图2-4 电子枪示意图 以上五个电极用玻璃绝缘柱支撑组装成一个坚实的整体，总称为电子枪。 (2)偏转系统电子束偏转有电偏转和磁偏转两种方法磁偏转磁偏转系统是利用磁场使电子束产生偏转，扫描荧光屏产生字符或图形。图2-5 显象管中电子束的偏转电子束荧光屏偏转线圈磁场呵斥枕形失真呵斥枕形失真可以导出，当偏转线圈的匝数一定时，偏转电流可以导出，当偏转线圈的匝数一定时，偏转电流I与偏转角的正弦成正比。与偏转角的正弦成正比。（b)枕形失真校正的措施有二：校正的措施有二：一是将产生偏转磁场的锯齿形电流预先产生一些失真；一是将产生偏转磁场的锯齿形电流预先产生

7、一些失真；二是二是“桶形失真桶形失真（a)桶形失真电偏转电偏转灯丝阴极加速极控制栅聚焦极加速极荧光屏图2-7 CRT的构造（电偏转）水平偏转板垂直偏转板(3)CRT的荧光屏CRT荧光屏Phosphor Screen是用荧光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用堆积法涂敷荧光粉。玻璃底壁要求无气泡，外表光学抛光。对荧光粉的性能要求是： 发光颜色满足规范白色、发光效率高、余辉时间适宜以及寿命长等。 2. 彩色阴极射线管彩色阴极射线管三基色原那么三基色原那么荫罩式彩色显象管荫罩式彩色显象管主要构造：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩板主要构造：三色荧光屏、三支电子枪、荫罩板三色荧光屏 RGBRGBRGBRGBRG

8、BRRGBGRBRBGB三色荧光屏荫罩三色荧光屏RGBRGBRGBRGBRGBRRGBGRBRBGBRGB图2-9 荫罩及彩色显象管上荧光小点的排列荫罩板显示原理显示原理 三支电子抢电子束小孔荫罩三色荧光屏图2-8 荫罩式彩色显象管原理三支电子枪缺陷缺陷为了防止混色，荧光点的面积比电子束截面要大些为了防止混色，荧光点的面积比电子束截面要大些只需只需15%左右的电子到达屏幕左右的电子到达屏幕管子的亮度低管子的亮度低要提高管子的亮度，那么需提高第二阳极的高压要提高管子的亮度，那么需提高第二阳极的高压 荫罩三色荧光屏RGBRBRGRGBR黑底荫罩管黑底荫罩管GRBRGGRBBRGRB彩色显象管必需满

9、足色纯度、会聚和白色平衡的要求穿透式彩色显示原理构造v0绿色荧光粉红色荧光粉缺陷：缺陷：当图形彩色转换速度很快时，相应的高压转换速当图形彩色转换速度很快时，相应的高压转换速度亦迅速，这要求度亦迅速，这要求转换速度转换速度精度精度功耗功耗2.2.2 CRT图形显示器图形显示器1. 随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器 向量向量vector显示器、笔划显示器、笔划Stroke writing显示显示器器 随机扫描随机扫描random-scan的图形显示器中电子束的的图形显示器中电子束的定位和偏转具有随机性，即电子束的扫描轨迹随显示定位和偏转具有随机性，即电子束的扫描轨迹随显示内容而变化，只在需

10、求的地方扫描，而不用全屏扫描。内容而变化，只在需求的地方扫描，而不用全屏扫描。 随机扫描任务原理图： 123XY1231123t图2-13 随机扫描工作原理图随机扫描显示器的根本任务过程图 应用程序DFT显示文件DPUCRTDFT：显示文件转换器DPU：显示处理单元图2-14 随机扫描显示器的逻辑框图特点：特点：无冗余扫描、速度快、图象明晰、比光栅系统更高的无冗余扫描、速度快、图象明晰、比光栅系统更高的分辨率、生成光滑线条分辨率、生成光滑线条不能显示逼真场景、和电视规范不一致、驱动系统也不能显示逼真场景、和电视规范不一致、驱动系统也较复杂较复杂2. 直视存储管图形显示器直视存储管图形显示器直视

11、存储管直视存储管DVSTdirect-view storage tube从外表上看直视存储管的特性极象一个有长余从外表上看直视存储管的特性极象一个有长余辉的荧光屏，一条线一旦画在屏幕上，在一小辉的荧光屏，一条线一旦画在屏幕上，在一小时之内都将是可见的。时之内都将是可见的。 屏幕存储栅收集栅写电子抢电子流读出电子抢写阴极特点：特点：无需刷新、无需刷新、很复杂的图形都可以在极高的分辨率下无闪烁地显示、很复杂的图形都可以在极高的分辨率下无闪烁地显示、本钱较低本钱较低不能显示彩色、不能显示彩色、不能部分修正、不能部分修正、擦除和重画过程对复杂图形来讲，能够要几秒钟擦除和重画过程对复杂图形来讲，能够要几

12、秒钟3. 光栅扫描的图形显示器光栅扫描的图形显示器 在光栅扫描系统中，电子束横向扫描屏幕，一次在光栅扫描系统中，电子束横向扫描屏幕，一次一行，从顶究竟依次进展。当电子束横向沿每一一行，从顶究竟依次进展。当电子束横向沿每一行挪动时，电子束的强度不断变化来建立亮点的行挪动时，电子束的强度不断变化来建立亮点的图案。图案。 扫描线0123n水平扫描(显示)水平回扫(消隐)垂直回扫(消隐)图2-16光栅扫描示意图刷新速率：每秒刷新速率：每秒60到到80帧，即帧，即60Hz或或80Hz。程度回扫程度回扫horizontal retrace，行扫描，行扫描垂直回扫垂直回扫verticle retrace，场

13、扫描，场扫描逐行扫描和隔行逐行扫描和隔行interlaced扫描：隔行扫描技术主扫描：隔行扫描技术主要用于较慢的刷新速率，以防止闪烁要用于较慢的刷新速率，以防止闪烁任务原理：光栅扫描是控制电子束按某种光栅任务原理：光栅扫描是控制电子束按某种光栅外形进展的顺序扫描，而字符、图象是靠外形进展的顺序扫描，而字符、图象是靠Z轴轴信号控制辉亮来构成的。信号控制辉亮来构成的。辉亮放大器视频信号水平同步垂直同步水平振荡垂直振荡水平驱动垂直驱动水平输出垂直输出高压CRTyxz 刷新缓冲存储器刷新缓冲存储器refresh buffer或称帧缓冲存或称帧缓冲存储器储器frame buffer 象素象素pixel或

14、或pel，是，是picture element的简写的简写 象素信息从运用程序转换并放入帧缓冲区的过程象素信息从运用程序转换并放入帧缓冲区的过程称之为扫描转换过程称之为扫描转换过程走样走样2.2.3 平板显示器平板显示器flat-panel display低电压、轻小型、数字化显示器件平板显示器flat-panel display非发射显示器none-missive display发射显示器emissive display1. 液晶显示器液晶显示器Liquid Crystal Display液晶的电光效应：当液晶分子的某种陈列形状在电液晶的电光效应：当液晶分子的某种陈列形状在电场作用下变为另一

15、种陈列形状时，液晶的光学性场作用下变为另一种陈列形状时，液晶的光学性质随之改动。质随之改动。液晶显示的机理是经过能阻塞或传送光的液晶资料，液晶显示的机理是经过能阻塞或传送光的液晶资料，传送来自周围的或内部光源的偏振光。传送来自周围的或内部光源的偏振光。 2. 等离子体显示板气体放电显示器图2-20 等离子体显示板的基本结构玻璃板玻璃板导体气体3. 薄片光电显示器薄片光电显示器图2-20 薄片光电显示器的基本结构玻璃板玻璃板导体荧光层4. 发光二极管显示器发光二极管显示器Liquid-Emitting Diode它常用于设计大型的室内室外的显示屏。它常用于设计大型的室内室外的显示屏。构造原理：构

16、造原理：二极管以矩阵陈列构成显示器的象素位置二极管以矩阵陈列构成显示器的象素位置特点：特点：暖色效应暖色效应平板平板CRT显示器：根本原理是电子束以平行于屏幕显示器：根本原理是电子束以平行于屏幕的方向加速，尔后，偏转的方向加速，尔后，偏转90，冲击屏幕。但是，还，冲击屏幕。但是，还未证明平板未证明平板CRT同其他发射设备一样地胜利。同其他发射设备一样地胜利。 5. 激光显示器激光显示器特点：可以在非常短的时间内显示很复杂的图象，特点：可以在非常短的时间内显示很复杂的图象，不能擦除不能擦除 2.2.4 三维察看设备三维察看设备一是采用从变焦距的柔性震动镜面反射一是采用从变焦距的柔性震动镜面反射C

17、RT图象图象时钟和控制系统观察者震动柔性镜面投影的三维物体 CRT图2-22 采用震动镜面的三维显示系统二是显示具立体感的视图二是显示具立体感的视图利用不同的刷新周期交替地显示两视图利用不同的刷新周期交替地显示两视图将屏幕分半将屏幕分半运用头盔式构造运用头盔式构造图形输出设备演示实例图形输出设备演示实例2.3 图形显示子系统图形显示子系统系统主存CPU显示控制器显示器图2-23 简单光栅图形显示子系统结构系统总线简单的光栅图形显示子系统简单的光栅图形显示子系统系统主存CPU显示控制器显示器图2-24 常用的光栅图形显示子系统结构帧缓存系统总线常用的光栅图形显示子系统常用的光栅图形显示子系统开展

18、的光栅图形显示子系统开展的光栅图形显示子系统显示处理器存储器CPU显示控制器显示器图2-25 高级光栅图形显示子系统结构帧缓存显示处理器系统主存系统总线 独立的显示处置器存储区域 显示处置器display processor，又称图形控制器graphics controller或显示协处置器display coprocessor 帧缓存2.3.1 显示子系统构造显示子系统构造ROMBIOS系统总线（PCI或）VL总线VSYNC14.318MHz帧缓冲存储器(1,2或4MB)系统总线接口及FIFO时空控制电路调色板CLUT(256*24)控制寄存器模式寄存器位、块传送,画线,区域填充,颜色扩充,

19、颜色空间转换等专门功能帧缓存接口点时钟和存储器时钟发生器硬件光标R,G,BDACVFC端口图2-26 图形显示子系统结构图HSYNCRGB主板与视频卡等连接至显示器显示控制器显示子系统目前常用的PC图形显示子系统主要由三个部件组成：帧缓冲存储器帧缓存显示控制器display controller，又称视频控制器video controllerROM BIOS留意：通常将PC中的图形显示子系统简称为图形显示卡显卡2.3.2 相关概念相关概念1. 分辨率分辨率光点普通是指电子束打在显示器的荧光屏上，显示器光点普通是指电子束打在显示器的荧光屏上，显示器可以显示的最小的发光点可以显示的最小的发光点象素

20、点是指图形显示在屏幕上时候，按当前的图形显象素点是指图形显示在屏幕上时候，按当前的图形显示分辨率所能提供的最小元素点。示分辨率所能提供的最小元素点。三种分辨率：屏幕分辨率，也称为光栅分辨率，它决议了显示系统最大能够的分辨率，任何显示控制器所提供的分辨率也不能超越这个物理分辨率 通常用程度方向上的光点数与垂直方向上的光点数的乘积来表示。显示分辨率是计算机显示控制器所可以提供的显示显示分辨率是计算机显示控制器所可以提供的显示方式分辨率，实践运用中简称为显示方式。方式分辨率，实践运用中简称为显示方式。对于文本显示方式，显示分辨率用程度和垂直方向对于文本显示方式，显示分辨率用程度和垂直方向上所能显示的

21、字符总数的乘积表示。上所能显示的字符总数的乘积表示。对于图形显示方式，那么用程度和垂直方向上所能对于图形显示方式，那么用程度和垂直方向上所能显示的象素点总数的乘积表示。显示的象素点总数的乘积表示。显示分辨率不同，它所对应的象素点大小也不同。显示分辨率不同，它所对应的象素点大小也不同。图形的存储分辨率是指帧缓冲区的大小，普通用缓冲区的字节数表示。存储分辨率不仅与显示分辨率有关，还与象素点的颜色有关。帧缓存大小的计算： x方向的象素点数*y方向的象素点数*log2n/8 其中：n为颜色数或灰度等级数屏幕分辨率决议了所能显示的最高分辨率。显示分辨率和存储分辨率对所能显示的图形分辨率也有控制造用。2.

22、 象素与帧缓存屏幕上一个象素点就对应帧缓存中的一组信息。组合象素法Packed Pixel Method颜色位面法Color Plane Method在组合象素法中，一个图笼统素点的全部信息被编码成一个数据字节，按照一定方式存储到帧缓存中，编码字节的长度与点的属性如颜色、灰度等有关。在颜色位面法中，帧缓存被分成假设干独立的存储区域，每一个区域称为一个位面Bit Plane，每个位面控制一种颜色或者灰度，每一个图笼统素点在每个位面中占一位，经过几个位面中的同一位组合成一个象素。CRT光栅8888位DAC8位DAC8位DAC红绿蓝图2-27 具有24位面彩色帧缓存的显示器3. 颜色查找表颜色查找表

23、颜色查找表也称调色板，是由高速的随机存储器颜色查找表也称调色板，是由高速的随机存储器组成，用来储存表达象素颜色的代码。此时帧缓组成，用来储存表达象素颜色的代码。此时帧缓冲存储器中每一象素对应单元的代码不再代表该冲存储器中每一象素对应单元的代码不再代表该象素的颜色值，而是作为查色表的地址索引。象素的颜色值，而是作为查色表的地址索引。2w级DAC帧缓冲存储器CRT光栅电子抢nw位查找表2n表项2w为总光强等级2n为每次可显示的光强等级图2-28 具有N位帧缓存和W位颜色查找表的光栅显示器CRT光栅8W位DACW位DACW位DAC红绿蓝88W位W位W位8位8位8位图2-29 具有24位面彩色帧缓存和

24、10位颜色查找表的显示器W=104. 显示长宽比显示长宽比 显示长宽比，即程度点数与垂直点数之比。要求显示长宽比，即程度点数与垂直点数之比。要求在屏幕两个方向上一样象素点数产生同样长度的在屏幕两个方向上一样象素点数产生同样长度的线段，以使图形不至发生畸变。线段，以使图形不至发生畸变。5. 屏幕坐标系xy(0,0)ymaxxmaxxy(0,0)ymaxxmax(X,Y)XY(X,Y)XY图2-30 不同显示器的坐标2.3.3 PC图形显示卡自学图形显示卡自学MDA198119821984198919901993CGAHGAEGAMCGAVGAXGASVGAAVGAPGA图2-31 PC显示卡发展

25、的情况1. MDAMonochrome Display Adapter2. CGAColor Graphics Adapter3. EGAExtended Graphics Array/VGAVideo Graphics Array显示方式显示方式4. 高性能图形显示卡高性能图形显示卡SVAG、AVGA、TVGA、显示存储器的带宽显示存储器的带宽刷新带宽刷新带宽显示卡与系统总线的接口成为新的系统瓶颈。处置？AGP在主存与显卡之间提供了一条直接通道。AGP的功能特点有：(1) 采用流水线技术进展主存读写(2) 采用双泵技术(3) 采用DIME技术允许显示卡直接操作主存的技术称为DIMEDirect Memory Excute。2.4 图形绘制设备图形绘制设备 撞击式撞击式impact打印机打印机 非撞击式非撞击式Nonimpact打印机打印机构成彩色：撞击式打印机非撞击式打印设备绘图仪喷墨、笔式绘图仪笔式绘图仪又分为平板式绘图仪和滚筒式绘图仪。图形输出设备演示实例习题习题1.名词解释：鼠标、光笔、触摸屏、支配杆、跟踪球、空间球、数据手套、数字化仪、图象扫描仪、声频输入系统、视频输入系统、平板显示器、发射显示器、非发射显示器、等离子体显示板、