《计算机图形学基础与CAD开发》课件-第2章 图形输入输出设备

Ch2图形输入与输出设备

图形输入设备图形显示设备图形输出设备本章掌握各种图形设备的结构、工作原理、性能指标。2.1图形输入设备

图形输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数字化仪、触摸屏、数字摄像头、激光笔等。

1.键盘键盘是计算机通用的输入设备。通过按键操作，配合各种事先编排好的程序，可以输入字符、图表数据及图形命令等。

2.鼠标器

（1）种类

从工作原理不同，分为机械、光机、光电、无线、3D振动鼠标；从用途可分为游戏鼠标和普通鼠标。最新出来的触摸板鼠标（实际上就是把滚轮换成了触摸板）。

光电鼠标无线鼠标(2)光电鼠标的工作原理光电鼠标是通过检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的鼠标箭头的移动。传感系统是由发光二极管(LED)、反射式衬垫和光敏元件组成。当光电式鼠标在带有特制的反射式衬垫（印有间隔相同的网格）上移动时，传感系统通过反射光的强弱变化检测出鼠标的移动。

解析度和刷新率是衡量光电鼠标技术性能的关键指标，它们分别反映了光电鼠标在时间和空间层面上的捕捉能力。

无线鼠标又可以分类为27Mhz、2.4G和蓝牙无线鼠标三类。前用的最多是无线2.4G。蓝牙鼠标随着笔记本、上网本的普及也开始慢慢出现在市面上了。

(3)功能

所有鼠标均有拾取、定位和选择功能。3.图形扫描仪功能：图形扫描仪是利用光电技术和数字处理技术，以扫描方式将图形或图像或者实物信息转换为数字信号的一种输入装置。主要用在图形图像处理、排版印刷、人事档案管理、图纸存档管理、文字识别、机器翻译等领域。种类：扫描仪主要分为滚筒式扫描仪和平面扫描仪。近几年出现了笔式扫描仪、便携式扫描仪、胶片扫描仪、底片扫描仪和名片扫描仪。按颜色等级划分，扫描仪有黑白式、灰度式和彩色式三种

扫描仪工作原理：自然界的每一种物体都会吸收特定的光波，而没被吸收的光波就会反射出去。扫描仪就是利用此述原理工作的。

扫描仪工作时发出的强光照射在稿件上，没有被吸收的光线被反射到光学感应器上。光感应器接收到这些信号后，根据光线的强弱不同将其转换成不同的电平值，并将这些信号传送到模数（A/D）转换器，模数转换器再将其转换成计算机能读取的信号，然后通过驱动程序转换成显示器上能看到的正确图像。扫描仪的主要部件为灯管和光电耦合器件（ChargeCoupledDevice，CCD）。“照相式”扫描仪是新一代扫描仪，与传统的激光扫描仪和三座标测量系统相比，其测量速度提高数十倍。

它采用可见光将特定的光栅条纹投影到测量工作表面，借助两个高分辨率CCD数码相机对光栅干涉条纹进行拍照，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理，可在极短时间内获得复杂工作表面的完整点云。

由于有效地控制了整合误差，整体测量精度大大提高。三维“照相式”扫描仪

4.数字化仪

结构与工作原理：由台板和游标（或触笔）组成。

台板内在X、Y方向每隔一定距离有许多平行的印制线。游标的前端是一检测线圈，当线圈中通有交流信号时，在十字叉线的中心产生一个电磁场。当游标移动时，继而产生感应电流。当使用者在台板上移动游标到指定位置，并将十字叉的交点对准数字化的点位时，按动按钮，数字化仪则将此时对应的命令符号和该点的位置坐标值排列成有序的一组信息，通过接口（多用串行接口）传送到计算机。

种类：按结构与工作原理分，有电位梯度式、静电耦合式、超声波式及电磁感应式等，其中电磁感应式应用较多。

功能：具有定位、拾取、选择三个基本功能。

主要性能指标有:(1)分辨率:指每英寸或每毫米长度上印制线的条数。

(2)数据精度:指图形输入板输出点坐标时的精度。

(3)幅面:指可数字化的区域。

在许多的专业应用领域中，用户需要绘制大面积的图纸，仅靠CAD系统是无法完全完成图纸绘制的，在精度上也会有较大的偏差，因此必须通过数字化仪来满足用户的需求。

高精度的数字化仪适用于地质、测绘、国土等行业。普通的数字化仪适用于工程、机械、服装设计等行业。

5.触摸屏触摸屏最早应用在机场管制方面，后来作为计算机输入设备应用得越来越广泛。

触摸屏是一种能对物体触摸产生反应的屏幕，当人的手指或其他物体触到屏幕不同位置时，计算机能接收到触摸信号并按照软件要求进行相应的处理。

按工作原理划分，触摸屏有电阻式、电容式、红外线式、声表面波式几种。6.数字摄像头数字摄像头是一种连机图像实时输入设备，在多媒体课堂教学、视频电话通信、网络会议、电脑摄影等方面有着广泛的应用。数字摄像头的核心部件是CCD器件。CCD器件很小，面积通常只有3mm×5mm，在此面积上分布着250～350万个与光学像素点相对应的单元，每一单元又包含红、绿、蓝三列色彩基元，以实现彩色图像输入。CCD将光信号转换为电信号，摄像头内部的电路将电信号再转换为数字信号并直接输入计算机。Ch2图形输入与输出设备

图形输入设备图形显示设备图形输出设备本章掌握各种图形设备的结构、工作原理、性能指标。

2.2图形显示设备

常用的有光栅扫描图形显示器、液晶显示器（LCD）、等离子体显示器（PDP），它们都属于点阵显示设备，其图形显示及显示控制的基本原理是相同的，不同的是监视器的物理结构和“点亮”像素的方式。LED显示器基本结构是一块电致发光的半导体材料，电流通过其中的化学物质而产生的光。

本节重点学习：

（1）基本概念

（2）光栅扫描显示器的结构、工作原理

一、光栅扫描显示器概念

显示器尺寸（显像管对角线的尺寸，以英寸为单位(1"=2.54cm)，如15"、19"显示器）

像素点（Pixel)（1024×768640×480)

屏幕分辨率(ScreenResolution)

点阵纵横比(AspectRatio)(竖直与水平方向每英寸像素点之比）

前景(Foreground)

（屏幕上被字符和图形填充的区域）

背景(Background)二、光栅扫描显示器的结构组成返回显示器3121.图形监视器

图形监视器是一个单独的部件，它类似于家用电视机，但无调谐系统。大多数图形监视器采用了电视扫描（光栅扫描）技术来不断刷新屏幕上的图像。图形监视器的核心部件是阴极射线管（CathodeRayTube，CRT），与电视机显像管类似。CRT结构与组成：

阴极－－》当灯丝加热它时发射出电子；

控制栅－－》控制发射的电子方向和电子的发射率；CRT结构

加速结构－－》提高电子的速度以使电子束轰击荧光屏时能产生一个可见的亮点；

聚焦系统－－》使电子束变细以使它轰击荧光屏时成为一个细小的点；

偏转系统－－》控制电子束在希望的位置轰击荧光屏而产生亮点；

荧光粉层－－》当电子束轰击它时发出辉光。CRT结构

电子枪黑白CRT中仅有一支电子枪。彩色CRT有三支电子枪

彩色CRT的三支电子枪，发射的电子束分别轰击荧光粉层上的红、绿、蓝荧光点。图示为一种带有荫罩板的彩色CRT，可用于光栅扫描图形显示器。

在荫罩式彩色CRT中，三支电子枪分别对应红、绿、蓝（即RGB）三原色。通常，三支电子枪安置成三角形，和CRT表面上的红、绿、蓝荧光点的类似三角形图案相对应。光栅扫描显示器——借助高速电子轰击荧光粉“点亮”像素；液晶显示器（LCD)——白色光通过RGB滤光片产生RGB三色光，然后依靠液晶的翻转来实现光通道的控制，实现彩色显像。等离子体（PDP）显示器——是用紫外线激发荧光管发光的技术实现显像。

PDP的发光原理与CRT更为接近，属于主动发光；而液晶则是被动发光的典型代表。显示器成像的不同点：一、显示器的结构组成返回显示器312

2.帧缓冲存储器

一帧即一屏。帧缓冲存储器（也叫视频存储器），简称帧缓存，用来存放图形信息。

帧缓存的地址和屏幕地址是一一对应的，其中所存的信息就是屏幕上对应位置的图形信息，这些信息在存储器内的分布和大小完全和屏幕上所显示图形的形状及颜色、明暗程度一致。

屏幕分辨率多大，帧缓存器中就有多少个存储地址，每个地址存放着以二进制表示的像素亮度（色彩）信息。将如1024X768这样的存储地址区称作位平面。位平面的大小取决于屏幕分辨率。增加位平面个数，可显示更多的颜色和灰度。N个位平面，则显示的颜色数为2N

带有调色板的帧缓存器工作原理：调色板(palette):颜色索引与三原色亮度值之间的查找表。它是颜色索引和实际显示色之间的映射。从位平面中取出像素的颜色索引（地址、像素值、颜色属性），由颜色属性索引从调色板中查找红、绿、蓝三原色的亮度值，经过数/模转换器后得到模拟信号，用模拟信号控制电子枪发出电子束，在屏幕上经过颜色合成后就得到该像素的显示颜色。

帧缓冲器的一个重要指标是其存储容量。

存储容量可由屏幕分辨率和显示颜色（或灰度等级）估算，计算方法为：存储容量≈屏幕分辨率×(字节)例：屏幕分辨率为640×480,显示色为16色，则估算的帧缓存器容量为？

一、显示器的结构组成返回显示器312

显示控制器的作用是反复扫描帧缓存器，取出像素的颜色值（即实际颜色），并经数/模转换后把模拟信号送给监视器的亮度与色彩控制部件。同时，控制器按像素的X、Y地址控制监视器将电子束偏转到相应的位置，轰击荧光点，产生不同亮度（或色彩）的图像。3.显示控制器

2.2图形显示设备

常用的有光栅扫描图形显示器、液晶显示器（LCD）、等离子体显示器（PDP）等，它们都属于点阵显示设备，其图形显示及显示控制的基本原理是相同的，不同的是监视器的物理结构和“点亮”像素的方式。

本节重点学习：

（1）基本概念

（2）光栅扫描显示器的结构、工作原理

(3)光栅扫描显示器性能参数

显示器尺寸

点距：指屏幕上两个相邻同样颜色荧光点之间的距离屏幕分辨率扫描频率：指垂直扫描频率，即每秒刷新屏幕的次数，通常用赫兹（Hz）表示。75Hz、85Hz视频带宽：指每秒钟电子枪扫描过的总像素数，即反映显示器每秒数据传输量的大小。安全认证三、光栅扫描显示器性能参数液晶显示器自学Ch2图形输入与输出设备

图形输入设备图形显示设备图形输出设备本章掌握各种图形设备的结构、工作原理、性能指标。

2.3图形输出设备

1.打印机：点阵式、热敏式、喷墨、激光打印机。

2.

绘图机：