CG第2章電子教案ppt課件

1、第第2章章 圖形設備圖形設備 計算機圖形系統(tǒng)包含哪些外部設備？圖形輸入設備：概念、特點圖形顯示設備：概念、構造原理、任務方式、特點圖形繪制設備：概念、特點提出問題提出問題2.1 圖形輸入設備圖形輸入設備2.1.1 鍵盤鍵盤keyboard2.1.2 鼠標器鼠標器(mouse)鼠標按丈量位移可分為：鼠標按丈量位移可分為：用鼠標底部的轉(zhuǎn)輪或滾輪來記錄挪動的總量和方用鼠標底部的轉(zhuǎn)輪或滾輪來記錄挪動的總量和方向。向。采用光學感應器來檢測鼠標運動。采用光學感應器來檢測鼠標運動。Z鼠標鼠標2.1.3 光筆光筆(light pen)光筆是一種檢測安裝，它靠檢測熒光屏上的發(fā)光光筆是一種檢測安裝，它靠檢測熒光屏

2、上的發(fā)光點來選擇屏幕的位置坐標。點來選擇屏幕的位置坐標。光孔透鏡組筆體觸鈕開關光導纖維導線圖2-2 光筆的結構2.1.4 觸摸屏觸摸屏(touch screen)這種安裝以手指觸摸的方式選擇屏幕位置。觸摸板(touch panel) 紅外線式觸摸屏 電阻式觸摸屏 電容式觸摸屏 聲波觸摸屏 2.1.5 支配桿支配桿(joystick)2.1.6 跟蹤球跟蹤球trackball和空間球和空間球spacegall 跟蹤球用作兩維定位設備。跟蹤球用作兩維定位設備?？臻g球提供空間球提供6個自在度。個自在度。2.1.7 數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套(data glove) 數(shù)據(jù)手套是一種戴在手上的傳感器，它能給數(shù)據(jù)手

3、套是一種戴在手上的傳感器，它能給出用戶一切手指關節(jié)的角度變化，來自手套出用戶一切手指關節(jié)的角度變化，來自手套的輸入，可用來給虛擬場景中的對象定位或的輸入，可用來給虛擬場景中的對象定位或支配該場景。支配該場景。 2.1.8 數(shù)字化儀數(shù)字化儀(digitizer) 數(shù)字化儀用來在所作的畫或?qū)ο笊蠏呙瑁⑤斎霐?shù)字化儀用來在所作的畫或?qū)ο笊蠏呙?，并輸入一組坐標位置，相互以直線段銜接，以逼近曲線一組坐標位置，相互以直線段銜接，以逼近曲線或外表外形?；蛲獗硗庑巍?2.1.10 圖象掃描儀圖象掃描儀(scaner)圖象掃描儀可直接把圖紙、圖表、照片、廣告畫等輸圖象掃描儀可直接把圖紙、圖表、照片、廣告畫等輸入

4、到計算機中，在將它們傳過一個光學掃描機構時，入到計算機中，在將它們傳過一個光學掃描機構時，灰度或彩色等級被記錄下來，并按圖象方式進展存灰度或彩色等級被記錄下來，并按圖象方式進展存儲。儲。2.1.11 聲頻輸入系統(tǒng)聲頻輸入系統(tǒng) 也稱為聲音輸入系統(tǒng)，在某些圖形任務站中，采用話音識別器作為輸入設備，以接納操作者的命令。 2.1.12 視頻輸入系統(tǒng)視頻輸入系統(tǒng)視頻信號采集板卡、視頻信號輸入卡、視頻信號處置安裝視霸卡video blunster圖形輸入設備實例I、II2.2.1 陰極射線管陰極射線管CRTCRTCathode Ray Tube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)

5、到屏幕的不同位置轟擊屏幕外表的熒光資料而產(chǎn)生可見圖形。2.2 圖形顯示設備圖形顯示設備從外形上看，CRT為：管頸部分、錐體部分、屏幕部分 從構造上看，CRT為：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏燈絲陰極加速極控制柵聚焦極加速極偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏圖2-3 CRT的構造（磁偏轉(zhuǎn)）(1)電子槍電子槍的主要功能是產(chǎn)生一個沿管軸Z軸方向前進的細電子束轟擊熒光屏 電子束應滿足以下要求：a.具有足夠的電流強度。b.電流的大小和有無必需是可控的。c.具有很高的速度。d.在熒光屏上應能聚焦很小的光亮，以保證顯示器有足夠的分辨率。 電子槍的構造電子槍的構造 燈絲陰極柵極加速極第二陽極第三陽極石墨層玻璃燈絲陰極柵極加速極聚焦極第

6、二、四陽極石墨層玻璃（b)四極電子槍（a)三極電子槍圖2-4 電子槍示意圖 以上五個電極用玻璃絕緣柱支撐組裝成一個堅實的整體，總稱為電子槍。 (2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)電子束偏轉(zhuǎn)有電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)兩種方法磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是利用磁場使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，掃描熒光屏產(chǎn)生字符或圖形。圖2-5 顯象管中電子束的偏轉(zhuǎn)電子束熒光屏偏轉(zhuǎn)線圈磁場呵斥枕形失真呵斥枕形失真可以導出，當偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時，偏轉(zhuǎn)電流可以導出，當偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時，偏轉(zhuǎn)電流I與偏轉(zhuǎn)角的正弦成正比。與偏轉(zhuǎn)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將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場的鋸齒形電流預先產(chǎn)生一些失真；一是將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場的鋸齒形電流預先產(chǎn)生

7、一些失真；二是二是“桶形失真桶形失真（a)桶形失真電偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)燈絲陰極加速極控制柵聚焦極加速極熒光屏圖2-7 CRT的構造（電偏轉(zhuǎn)）水平偏轉(zhuǎn)板垂直偏轉(zhuǎn)板(3)CRT的熒光屏CRT熒光屏Phosphor Screen是用熒光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用堆積法涂敷熒光粉。玻璃底壁要求無氣泡，外表光學拋光。對熒光粉的性能要求是： 發(fā)光顏色滿足規(guī)范白色、發(fā)光效率高、余輝時間適宜以及壽命長等。 2. 彩色陰極射線管彩色陰極射線管三基色原那么三基色原那么蔭罩式彩色顯象管蔭罩式彩色顯象管主要構造：三色熒光屏、三支電子槍、蔭罩板主要構造：三色熒光屏、三支電子槍、蔭罩板三色熒光屏 RGBRGBRGBRGBRG

8、BRRGBGRBRBGB三色熒光屏蔭罩三色熒光屏RGBRGBRGBRGBRGBRRGBGRBRBGBRGB圖2-9 蔭罩及彩色顯象管上熒光小點的排列蔭罩板顯示原理顯示原理 三支電子搶電子束小孔蔭罩三色熒光屏圖2-8 蔭罩式彩色顯象管原理三支電子槍缺陷缺陷為了防止混色，熒光點的面積比電子束截面要大些為了防止混色，熒光點的面積比電子束截面要大些只需只需15%左右的電子到達屏幕左右的電子到達屏幕管子的亮度低管子的亮度低要提高管子的亮度，那么需提高第二陽極的高壓要提高管子的亮度，那么需提高第二陽極的高壓 蔭罩三色熒光屏RGBRBRGRGBR黑底蔭罩管黑底蔭罩管GRBRGGRBBRGRB彩色顯象管必需滿

9、足色純度、會聚和白色平衡的要求穿透式彩色顯示原理構造v0綠色熒光粉紅色熒光粉缺陷：缺陷：當圖形彩色轉(zhuǎn)換速度很快時，相應的高壓轉(zhuǎn)換速當圖形彩色轉(zhuǎn)換速度很快時，相應的高壓轉(zhuǎn)換速度亦迅速，這要求度亦迅速，這要求轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度精度精度功耗功耗2.2.2 CRT圖形顯示器圖形顯示器1. 隨機掃描的圖形顯示器隨機掃描的圖形顯示器 向量向量vector顯示器、筆劃顯示器、筆劃Stroke writing顯示顯示器器 隨機掃描隨機掃描random-scan的圖形顯示器中電子束的的圖形顯示器中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

10、求的地方掃描，而不用全屏掃描。內(nèi)容而變化，只在需求的地方掃描，而不用全屏掃描。 隨機掃描任務原理圖： 123XY1231123t圖2-13 隨機掃描工作原理圖隨機掃描顯示器的根本任務過程圖 應用程序DFT顯示文件DPUCRTDFT：顯示文件轉(zhuǎn)換器DPU：顯示處理單元圖2-14 隨機掃描顯示器的邏輯框圖特點：特點：無冗余掃描、速度快、圖象明晰、比光柵系統(tǒng)更高的無冗余掃描、速度快、圖象明晰、比光柵系統(tǒng)更高的分辨率、生成光滑線條分辨率、生成光滑線條不能顯示逼真場景、和電視規(guī)范不一致、驅(qū)動系統(tǒng)也不能顯示逼真場景、和電視規(guī)范不一致、驅(qū)動系統(tǒng)也較復雜較復雜2. 直視存儲管圖形顯示器直視存儲管圖形顯示器直視

11、存儲管直視存儲管DVSTdirect-view storage tube從外表上看直視存儲管的特性極象一個有長余從外表上看直視存儲管的特性極象一個有長余輝的熒光屏，一條線一旦畫在屏幕上，在一小輝的熒光屏，一條線一旦畫在屏幕上，在一小時之內(nèi)都將是可見的。時之內(nèi)都將是可見的。 屏幕存儲柵收集柵寫電子搶電子流讀出電子搶寫陰極特點：特點：無需刷新、無需刷新、很復雜的圖形都可以在極高的分辨率下無閃爍地顯示、很復雜的圖形都可以在極高的分辨率下無閃爍地顯示、本錢較低本錢較低不能顯示彩色、不能顯示彩色、不能部分修正、不能部分修正、擦除和重畫過程對復雜圖形來講，能夠要幾秒鐘擦除和重畫過程對復雜圖形來講，能夠要幾

12、秒鐘3. 光柵掃描的圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器 在光柵掃描系統(tǒng)中，電子束橫向掃描屏幕，一次在光柵掃描系統(tǒng)中，電子束橫向掃描屏幕，一次一行，從頂究竟依次進展。當電子束橫向沿每一一行，從頂究竟依次進展。當電子束橫向沿每一行挪動時，電子束的強度不斷變化來建立亮點的行挪動時，電子束的強度不斷變化來建立亮點的圖案。圖案。 掃描線0123n水平掃描(顯示)水平回掃(消隱)垂直回掃(消隱)圖2-16光柵掃描示意圖刷新速率：每秒刷新速率：每秒60到到80幀，即幀，即60Hz或或80Hz。程度回掃程度回掃horizontal retrace，行掃描，行掃描垂直回掃垂直回掃verticle retrace，場

13、掃描，場掃描逐行掃描和隔行逐行掃描和隔行interlaced掃描：隔行掃描技術主掃描：隔行掃描技術主要用于較慢的刷新速率，以防止閃爍要用于較慢的刷新速率，以防止閃爍任務原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵任務原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵外形進展的順序掃描，而字符、圖象是靠外形進展的順序掃描，而字符、圖象是靠Z軸軸信號控制輝亮來構成的。信號控制輝亮來構成的。輝亮放大器視頻信號水平同步垂直同步水平振蕩垂直振蕩水平驅(qū)動垂直驅(qū)動水平輸出垂直輸出高壓CRTyxz 刷新緩沖存儲器刷新緩沖存儲器refresh buffer或稱幀緩沖存或稱幀緩沖存儲器儲器frame buffer 象素象素pixel或

14、或pel，是，是picture element的簡寫的簡寫 象素信息從運用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過程象素信息從運用程序轉(zhuǎn)換并放入幀緩沖區(qū)的過程稱之為掃描轉(zhuǎn)換過程稱之為掃描轉(zhuǎn)換過程走樣走樣2.2.3 平板顯示器平板顯示器flat-panel display低電壓、輕小型、數(shù)字化顯示器件平板顯示器flat-panel display非發(fā)射顯示器none-missive display發(fā)射顯示器emissive display1. 液晶顯示器液晶顯示器Liquid Crystal Display液晶的電光效應：當液晶分子的某種陳列形狀在電液晶的電光效應：當液晶分子的某種陳列形狀在電場作用下變?yōu)榱硪?/p>

15、種陳列形狀時，液晶的光學性場作用下變?yōu)榱硪环N陳列形狀時，液晶的光學性質(zhì)隨之改動。質(zhì)隨之改動。液晶顯示的機理是經(jīng)過能阻塞或傳送光的液晶資料，液晶顯示的機理是經(jīng)過能阻塞或傳送光的液晶資料，傳送來自周圍的或內(nèi)部光源的偏振光。傳送來自周圍的或內(nèi)部光源的偏振光。 2. 等離子體顯示板氣體放電顯示器圖2-20 等離子體顯示板的基本結構玻璃板玻璃板導體氣體3. 薄片光電顯示器薄片光電顯示器圖2-20 薄片光電顯示器的基本結構玻璃板玻璃板導體熒光層4. 發(fā)光二極管顯示器發(fā)光二極管顯示器Liquid-Emitting Diode它常用于設計大型的室內(nèi)室外的顯示屏。它常用于設計大型的室內(nèi)室外的顯示屏。構造原理：構

16、造原理：二極管以矩陣陳列構成顯示器的象素位置二極管以矩陣陳列構成顯示器的象素位置特點：特點：暖色效應暖色效應平板平板CRT顯示器：根本原理是電子束以平行于屏幕顯示器：根本原理是電子束以平行于屏幕的方向加速，爾后，偏轉(zhuǎn)的方向加速，爾后，偏轉(zhuǎn)90，沖擊屏幕。但是，還，沖擊屏幕。但是，還未證明平板未證明平板CRT同其他發(fā)射設備一樣地勝利。同其他發(fā)射設備一樣地勝利。 5. 激光顯示器激光顯示器特點：可以在非常短的時間內(nèi)顯示很復雜的圖象，特點：可以在非常短的時間內(nèi)顯示很復雜的圖象，不能擦除不能擦除 2.2.4 三維察看設備三維察看設備一是采用從變焦距的柔性震動鏡面反射一是采用從變焦距的柔性震動鏡面反射C

17、RT圖象圖象時鐘和控制系統(tǒng)觀察者震動柔性鏡面投影的三維物體 CRT圖2-22 采用震動鏡面的三維顯示系統(tǒng)二是顯示具立體感的視圖二是顯示具立體感的視圖利用不同的刷新周期交替地顯示兩視圖利用不同的刷新周期交替地顯示兩視圖將屏幕分半將屏幕分半運用頭盔式構造運用頭盔式構造圖形輸出設備演示實例圖形輸出設備演示實例2.3 圖形顯示子系統(tǒng)圖形顯示子系統(tǒng)系統(tǒng)主存CPU顯示控制器顯示器圖2-23 簡單光柵圖形顯示子系統(tǒng)結構系統(tǒng)總線簡單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)簡單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)系統(tǒng)主存CPU顯示控制器顯示器圖2-24 常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)結構幀緩存系統(tǒng)總線常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)開展

18、的光柵圖形顯示子系統(tǒng)開展的光柵圖形顯示子系統(tǒng)顯示處理器存儲器CPU顯示控制器顯示器圖2-25 高級光柵圖形顯示子系統(tǒng)結構幀緩存顯示處理器系統(tǒng)主存系統(tǒng)總線 獨立的顯示處置器存儲區(qū)域 顯示處置器display processor，又稱圖形控制器graphics controller或顯示協(xié)處置器display coprocessor 幀緩存2.3.1 顯示子系統(tǒng)構造顯示子系統(tǒng)構造ROMBIOS系統(tǒng)總線（PCI或）VL總線VSYNC14.318MHz幀緩沖存儲器(1,2或4MB)系統(tǒng)總線接口及FIFO時空控制電路調(diào)色板CLUT(256*24)控制寄存器模式寄存器位、塊傳送,畫線,區(qū)域填充,顏色擴充,

19、顏色空間轉(zhuǎn)換等專門功能幀緩存接口點時鐘和存儲器時鐘發(fā)生器硬件光標R,G,BDACVFC端口圖2-26 圖形顯示子系統(tǒng)結構圖HSYNCRGB主板與視頻卡等連接至顯示器顯示控制器顯示子系統(tǒng)目前常用的PC圖形顯示子系統(tǒng)主要由三個部件組成：幀緩沖存儲器幀緩存顯示控制器display controller，又稱視頻控制器video controllerROM BIOS留意：通常將PC中的圖形顯示子系統(tǒng)簡稱為圖形顯示卡顯卡2.3.2 相關概念相關概念1. 分辨率分辨率光點普通是指電子束打在顯示器的熒光屏上，顯示器光點普通是指電子束打在顯示器的熒光屏上，顯示器可以顯示的最小的發(fā)光點可以顯示的最小的發(fā)光點象素

20、點是指圖形顯示在屏幕上時候，按當前的圖形顯象素點是指圖形顯示在屏幕上時候，按當前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點。示分辨率所能提供的最小元素點。三種分辨率：屏幕分辨率，也稱為光柵分辨率，它決議了顯示系統(tǒng)最大能夠的分辨率，任何顯示控制器所提供的分辨率也不能超越這個物理分辨率 通常用程度方向上的光點數(shù)與垂直方向上的光點數(shù)的乘積來表示。顯示分辨率是計算機顯示控制器所可以提供的顯示顯示分辨率是計算機顯示控制器所可以提供的顯示方式分辨率，實踐運用中簡稱為顯示方式。方式分辨率，實踐運用中簡稱為顯示方式。對于文本顯示方式，顯示分辨率用程度和垂直方向?qū)τ谖谋撅@示方式，顯示分辨率用程度和垂直方向上所能顯示的

21、字符總數(shù)的乘積表示。上所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。對于圖形顯示方式，那么用程度和垂直方向上所能對于圖形顯示方式，那么用程度和垂直方向上所能顯示的象素點總數(shù)的乘積表示。顯示的象素點總數(shù)的乘積表示。顯示分辨率不同，它所對應的象素點大小也不同。顯示分辨率不同，它所對應的象素點大小也不同。圖形的存儲分辨率是指幀緩沖區(qū)的大小，普通用緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)表示。存儲分辨率不僅與顯示分辨率有關，還與象素點的顏色有關。幀緩存大小的計算： x方向的象素點數(shù)*y方向的象素點數(shù)*log2n/8 其中：n為顏色數(shù)或灰度等級數(shù)屏幕分辨率決議了所能顯示的最高分辨率。顯示分辨率和存儲分辨率對所能顯示的圖形分辨率也有控制造用。2.

22、 象素與幀緩存屏幕上一個象素點就對應幀緩存中的一組信息。組合象素法Packed Pixel Method顏色位面法Color Plane Method在組合象素法中，一個圖籠統(tǒng)素點的全部信息被編碼成一個數(shù)據(jù)字節(jié)，按照一定方式存儲到幀緩存中，編碼字節(jié)的長度與點的屬性如顏色、灰度等有關。在顏色位面法中，幀緩存被分成假設干獨立的存儲區(qū)域，每一個區(qū)域稱為一個位面Bit Plane，每個位面控制一種顏色或者灰度，每一個圖籠統(tǒng)素點在每個位面中占一位，經(jīng)過幾個位面中的同一位組合成一個象素。CRT光柵8888位DAC8位DAC8位DAC紅綠藍圖2-27 具有24位面彩色幀緩存的顯示器3. 顏色查找表顏色查找表

23、顏色查找表也稱調(diào)色板，是由高速的隨機存儲器顏色查找表也稱調(diào)色板，是由高速的隨機存儲器組成，用來儲存表達象素顏色的代碼。此時幀緩組成，用來儲存表達象素顏色的代碼。此時幀緩沖存儲器中每一象素對應單元的代碼不再代表該沖存儲器中每一象素對應單元的代碼不再代表該象素的顏色值，而是作為查色表的地址索引。象素的顏色值，而是作為查色表的地址索引。2w級DAC幀緩沖存儲器CRT光柵電子搶nw位查找表2n表項2w為總光強等級2n為每次可顯示的光強等級圖2-28 具有N位幀緩存和W位顏色查找表的光柵顯示器CRT光柵8W位DACW位DACW位DAC紅綠藍88W位W位W位8位8位8位圖2-29 具有24位面彩色幀緩存和

24、10位顏色查找表的顯示器W=104. 顯示長寬比顯示長寬比 顯示長寬比，即程度點數(shù)與垂直點數(shù)之比。要求顯示長寬比，即程度點數(shù)與垂直點數(shù)之比。要求在屏幕兩個方向上一樣象素點數(shù)產(chǎn)生同樣長度的在屏幕兩個方向上一樣象素點數(shù)產(chǎn)生同樣長度的線段，以使圖形不至發(fā)生畸變。線段，以使圖形不至發(fā)生畸變。5. 屏幕坐標系xy(0,0)ymaxxmaxxy(0,0)ymaxxmax(X,Y)XY(X,Y)XY圖2-30 不同顯示器的坐標2.3.3 PC圖形顯示卡自學圖形顯示卡自學MDA198119821984198919901993CGAHGAEGAMCGAVGAXGASVGAAVGAPGA圖2-31 PC顯示卡發(fā)展

25、的情況1. MDAMonochrome Display Adapter2. CGAColor Graphics Adapter3. EGAExtended Graphics Array/VGAVideo Graphics Array顯示方式顯示方式4. 高性能圖形顯示卡高性能圖形顯示卡SVAG、AVGA、TVGA、顯示存儲器的帶寬顯示存儲器的帶寬刷新帶寬刷新帶寬顯示卡與系統(tǒng)總線的接口成為新的系統(tǒng)瓶頸。處置？AGP在主存與顯卡之間提供了一條直接通道。AGP的功能特點有：(1) 采用流水線技術進展主存讀寫(2) 采用雙泵技術(3) 采用DIME技術允許顯示卡直接操作主存的技術稱為DIMEDirect Memory Excute。2.4 圖形繪制設備圖形繪制設備 撞擊式撞擊式impact打印機打印機 非撞擊式非撞擊式Nonimpact打印機打印機構成彩色：撞擊式打印機非撞擊式打印設備繪圖儀噴墨、筆式繪圖儀筆式繪圖儀又分為平板式繪圖儀和滾筒式繪圖儀。圖形輸出設備演示實例習題習題1.名詞解釋：鼠標、光筆、觸摸屏、支配桿、跟蹤球、空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)字化儀、圖象掃描儀、聲頻輸入系統(tǒng)、視頻輸入系統(tǒng)、平板顯示器、發(fā)射顯示器、非發(fā)射顯示器、等離子體顯示板、