計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第二章

第2章計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)綜述內(nèi)容：視頻顯示設(shè)備輸入設(shè)備硬拷貝（輸出）設(shè)備圖形軟件圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)2/1/202312.1、視頻顯示設(shè)備陰極射線管彩色陰極射線管隨機(jī)掃描顯示系統(tǒng)光柵掃描系統(tǒng)2/1/202322.1.1陰極射線管（CRT)陰極射線管(CRT-CathodeRayTube)組成：包括電子槍、加速結(jié)構(gòu)、聚焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏2/1/20233工作原理電子束由電子槍發(fā)出，經(jīng)過聚焦系統(tǒng)、加速系統(tǒng)和磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)就會(huì)到達(dá)熒光屏的特定位置。由于熒光物質(zhì)在高速電子的轟擊下會(huì)發(fā)生電子躍遷，即電子吸收到能量從低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)。由于高能態(tài)很不穩(wěn)定，在很短的時(shí)間內(nèi)熒光物質(zhì)的電子會(huì)從高能態(tài)重新回到低能態(tài)，這時(shí)將發(fā)出熒光，屏幕上的那一點(diǎn)就會(huì)亮了。2/1/20234要保持顯示一幅穩(wěn)定的畫面，必須不斷地發(fā)射電子束刷新頻率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2/1/20235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(fù)電壓后，能夠控制通過其中小孔的帶負(fù)電的電子束的強(qiáng)弱。通過調(diào)節(jié)負(fù)電壓高低來控制電子數(shù)量，即控制熒光屏上相應(yīng)點(diǎn)的亮度。2/1/20236加速電極加正的高壓電（幾萬(wàn)伏），使電子束高速運(yùn)動(dòng)。聚焦系統(tǒng)保證電子束在轟擊屏幕時(shí)，匯聚成很細(xì)的點(diǎn)。2/1/20237偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子束，采用靜電場(chǎng)或磁場(chǎng)，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。電子束要到達(dá)屏幕的邊緣時(shí)，所需的偏轉(zhuǎn)角度增大。到達(dá)屏幕最邊緣的偏轉(zhuǎn)角度被稱為最大偏轉(zhuǎn)角最大偏轉(zhuǎn)角是衡量系統(tǒng)性能的最重要的指標(biāo)，顯示器長(zhǎng)短與此有關(guān)CRT顯示器屏幕越大整個(gè)顯象管就越長(zhǎng)2/1/20238熒光屏熒光物質(zhì)：當(dāng)它被電子轟擊時(shí)發(fā)出亮光持續(xù)發(fā)光時(shí)間：電子束離開某點(diǎn)后，該點(diǎn)的亮度值衰減到初始值1/10所需的時(shí)間刷新(Refresh)：為了讓熒光物質(zhì)保持一個(gè)穩(wěn)定的亮度值刷新頻率：每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)2/1/202392.1.2光柵掃描顯示器幾種顯示方式隨機(jī)掃描的顯示系統(tǒng)光柵掃描的顯示系統(tǒng)逐行掃描隔行掃描2/1/2023102.1.2.1隨機(jī)掃描顯示器特點(diǎn)：電子束可隨意移動(dòng)，只掃描熒屏上要顯示的部分。邏輯部件：刷新存儲(chǔ)器(RefreshingBuffer),視頻處理器（DPU:DisplayProcessingUnit）和CRT2/1/202311工作原理應(yīng)用程序發(fā)出繪圖命令，解析成顯示處理器可接受命令格式，存放在刷新存儲(chǔ)器中。刷新存儲(chǔ)器中所有的繪圖命令組成一個(gè)顯示文件，由顯示處理器負(fù)責(zé)解釋執(zhí)行(刷新)，再驅(qū)動(dòng)電子槍在屏幕上繪圖。修改圖形，實(shí)際是修改顯示文件中的某些繪圖命令。2/1/2023122.1.2.2光柵掃描顯示系統(tǒng)特點(diǎn)：光柵掃描掃描線水平回掃期垂直回掃期幀2/1/202313幾個(gè)概念行頻、幀頻水平掃描頻率為行頻。垂直掃描頻率為幀頻。隔行掃描、逐行掃描隔行掃描方式是先掃奇數(shù)行掃描線，再掃數(shù)偶行掃描線。2/1/202314像素(Pixel:PictureCell)：構(gòu)成屏幕（圖像）的最小元素整個(gè)屏幕被掃描線分成n行，每行有m個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)為一個(gè)象素。整個(gè)屏幕有m×n個(gè)象素。分辨率是指CRT在水平或垂直方向的單位長(zhǎng)度上能分辨出的最大光點(diǎn)（象素）數(shù)，分為水平分辨率和垂直分辨率。通常用屏幕上象素的數(shù)目來表示。比如上述的n行，每行m點(diǎn)的屏幕分辨率為m×n。分辨率越高，相鄰象素點(diǎn)之間的距離越小，顯示的字符或圖像也就越清晰。分辨率受顯示器生產(chǎn)工藝、掃描頻率以及顯示存儲(chǔ)器容量的限制。2/1/202315點(diǎn)距相鄰象素點(diǎn)之間的距離，與分辨率指標(biāo)相關(guān)。顯示速度指顯示字符、圖形特別是動(dòng)態(tài)圖像的速度，與顯示器的分辨率及掃描頻率有關(guān)?？捎米畲髱挘ㄋ较笏?cái)?shù)×垂直象素?cái)?shù)×最大幀頻）來表示。2/1/202316色彩與亮度等級(jí)亮度等級(jí)又稱灰度，主要指單色顯示器的亮度變化。色彩包括可選擇顯示器顏色的數(shù)目以及一幀畫面可同時(shí)顯示的顏色數(shù)，與熒光屏的質(zhì)量有關(guān)，并受顯示存儲(chǔ)器VRAM容量的影響。圖像刷新由于CRT內(nèi)側(cè)的熒光粉在接受電子束的轟擊時(shí)，只能維持短暫的發(fā)光，根據(jù)人眼視覺暫留的特性，需要不斷進(jìn)行刷新才能有穩(wěn)定的視覺效果，因此刷新是指以每秒30幀以上的頻率反復(fù)掃描不斷地顯示每一幀圖像。圖像的刷新頻率等于幀掃描的頻率（幀頻），用每秒刷新的幀數(shù)表示。目前刷新頻率標(biāo)準(zhǔn)為每秒50~120幀。2/1/2023172.1.2.3黑白光柵掃描顯示器黑白光柵顯示器的邏輯框圖如上：其中幀緩存是一塊連續(xù)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。對(duì)于黑白單灰度顯示器每一象素需要一位存儲(chǔ)器，對(duì)一個(gè)024×1024象素組成的黑白單灰度顯示器所需要的最小緩存為220(位)，并在一個(gè)位面上。一個(gè)位面的緩存只能存儲(chǔ)黑白圖形，幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)備，因而還需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。2/1/202318在光柵圖形顯示器中需要足夠的位面和幀緩存結(jié)合起來才能反映圖形的顏色和灰度等級(jí)。如下圖是一個(gè)具有N位面灰度等級(jí)的幀緩存。顯示器上每個(gè)象素的亮度是由N位面中對(duì)應(yīng)的每個(gè)象素位置的內(nèi)容控制的。該存儲(chǔ)器的中的二進(jìn)制的數(shù)被翻譯成灰度等級(jí)，范圍是0到2N-1之間。2/1/2023192.1.2.4彩色光柵掃描顯示器彩色光柵掃描顯示器利用能發(fā)射不同顏色光的熒光層的組合來顯示彩色圖形。產(chǎn)生彩色的常用方法：射線穿透法影孔板法（蔭罩法）2/1/202320射線穿透法原理：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)生的顏色應(yīng)用：主要用于畫線顯示器優(yōu)點(diǎn)：成本低缺點(diǎn)：只能產(chǎn)生有限幾種顏色(紅、橙、黃、綠)、色彩質(zhì)量差2/1/202321蔭罩法(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2/1/202322影孔板的類型點(diǎn)狀影孔板代表：大多數(shù)球面與柱面顯像管柵格式影孔板代表：Sony的Trinitron與Mitsubishi的Diamondtron顯像管溝槽式影孔板代表：LG的Flatron顯像管2/1/202323點(diǎn)狀影孔板工作原理紅、綠、藍(lán)三基色三色熒光點(diǎn)（很小并充分靠近--〉像素）三支電子槍電子槍、影孔板中的一個(gè)小孔和熒光點(diǎn)呈一直線；每個(gè)小孔與一個(gè)像素（即三個(gè)熒光點(diǎn)）對(duì)應(yīng)2/1/202324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(diǎn)亮度。顯示器能同時(shí)顯示的顏色個(gè)數(shù):如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強(qiáng)度有256個(gè)等級(jí)，則顯示器能同時(shí)顯示256*256*256=16M種顏色，稱為真彩系統(tǒng)2/1/202325球面顯示器與柱面顯示器普通的顯象管采用的都是點(diǎn)狀影孔板顯象管，顯象管的表面呈略微凸起的球面狀，故稱之為“球面管”。而柱面顯象管采用蔭柵式結(jié)構(gòu)，它的表面在水平方向仍然略微凸起，但是在垂直方向上卻是筆直的，呈圓柱狀，故稱之為“柱面管”常用的點(diǎn)狀影孔板顯象管有日本索尼公司的特麗瓏管（Trinitron）和三菱公司的鉆石瓏管（Diamondtron）2/1/2023262/1/202327柱面和球面顯示器點(diǎn)距定義示意圖2/1/202328彩色光柵掃描邏輯圖下圖是彩色光柵顯示器的邏輯圖，對(duì)于紅、綠、藍(lán)三原色有三個(gè)位面的幀緩存和三個(gè)電子槍。2/1/202329每個(gè)顏色的電子槍可以通過增加幀緩存位面來提高顏色種類的灰度等級(jí)。如上圖，每種原色電子槍有8個(gè)位位面的幀緩存和8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，每種原色可有256中灰度，三種原色的組合將是(28)3=224。2/1/202330若每個(gè)單元有24位（每種基色占8位）即顯示系統(tǒng)可同時(shí)產(chǎn)生224種顏色（24位真彩色）。分辨率M×N、顏色個(gè)數(shù)K與顯存大小V的關(guān)系:2/1/2023313個(gè)位面分辯率是1024×1024的顯示器，需要3×1024×1024（3145728）位的存儲(chǔ)器。若存儲(chǔ)器位長(zhǎng)固定，則屏幕分辯率與同時(shí)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(gè)單元可有24位，可能同時(shí)顯示224種顏色，若設(shè)分辯率為1024×768，則每個(gè)單元分得的位數(shù)僅略多于8，只能工作于256色顯示模式下。2/1/202332顯存問題高分辨率和真彩要求有大的顯存；1024*768真彩模式需要3M字節(jié)顯存曾經(jīng)是個(gè)問題！解決方法之一：采用查找表(LookupTable）或稱彩色表(ColorTable)查找表工作原理2/1/202333查找表（lookupTable）是一維線性表，其每一項(xiàng)的內(nèi)容對(duì)應(yīng)一種顏色，它的長(zhǎng)度由幀緩存單元的位數(shù)決定，例如：每單元有8位，則查找表的長(zhǎng)度為28＝256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：2/1/202334例子2/1/202335所以色彩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(chǔ)在幀緩存中。二、是把顏色碼放在一個(gè)獨(dú)立的表中，幀緩存存放的是顏色表中各項(xiàng)的索引值，顏色范圍擴(kuò)充了。如查找表2/1/202336帶寬T與分辨率M*N、幀頻F的關(guān)系帶寬問題–高分辨率和高的刷新頻率要求有高帶寬–解決方法：隔行掃描（現(xiàn)在已經(jīng)基本不用，主流顯示器都采用逐行掃描方式）–隔行掃描的：把一幀分兩場(chǎng)，即奇數(shù)場(chǎng)與偶數(shù)場(chǎng)–場(chǎng)頻：==2*幀頻2/1/2023372.1.2.5隔行掃描工作原理一幀完整的畫面分成兩場(chǎng)。一場(chǎng)1／60秒，（場(chǎng)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(chǎng)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。2/1/202338光柵掃描顯示器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：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(wú)關(guān)易于修改圖形優(yōu)點(diǎn)使其占據(jù)了市場(chǎng)主流缺點(diǎn)：需要掃描轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生混淆缺點(diǎn)正在被克服2/1/2023392.1.3光柵掃描系統(tǒng)簡(jiǎn)單的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)其中，幀緩存為系統(tǒng)內(nèi)存任一塊區(qū)域，視頻控制器能夠直接存取該區(qū)域以刷新屏幕。2/1/202340邏輯部件：幀緩沖存儲(chǔ)器（FrameBuffer)，視頻控制器（VideoController)，顯示處理器（DisplayProcessor），CRT幀緩沖存儲(chǔ)器作用：存儲(chǔ)屏幕上像素的顏色值簡(jiǎn)稱幀緩沖器，俗稱顯存2/1/202341幀緩沖存儲(chǔ)器(顯示存儲(chǔ)器)存儲(chǔ)用于刷新的圖像信息的存儲(chǔ)器。幀緩沖存儲(chǔ)器的大小通常用X方向（行）和Y方向（列）可尋址的地址數(shù)的乘積來表示，稱為幀緩沖存儲(chǔ)器的分辨率。2/1/202342較為典型的光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)其中，幀緩存可以是專用的存儲(chǔ)器，也可以是系統(tǒng)內(nèi)存中的一塊固定區(qū)域。2/1/202343視頻控制器作用：建立幀緩存與屏幕像素之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，負(fù)責(zé)刷新邏輯結(jié)構(gòu)2/1/202344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Ymax，首先取出對(duì)應(yīng)像素（0，Ymax）的幀緩存單元的數(shù)值,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1，如此重復(fù)，直到該掃描線上的最后一個(gè)像素。采用雙緩沖機(jī)制（DoubleBuffer)普通顯卡=視頻控制器+顯存2/1/202345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、紋理映射等等主要任務(wù)：掃描轉(zhuǎn)換掃描轉(zhuǎn)換（定義）：將應(yīng)用程序給出的圖形定義數(shù)字轉(zhuǎn)換為一組象素強(qiáng)度值，并存放在幀緩存中，這個(gè)過程稱為掃描轉(zhuǎn)換。2/1/202346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2/1/202347圖形處理器圖形處理器是圖形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要元件，是連接計(jì)算機(jī)和顯示終端的紐帶早期的圖形處理器只包含簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器和幀緩沖區(qū)，它們實(shí)際上只起了一個(gè)圖形的存儲(chǔ)和傳遞作用，一切操作都必須有CPU來控制現(xiàn)在的圖形處理器不單單存儲(chǔ)圖形，而且能完成大部分圖形函數(shù)，專業(yè)的圖形卡已經(jīng)具有很強(qiáng)的3D處理能力，大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān),提高了顯示質(zhì)量和顯示速度2/1/202348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(duì)系統(tǒng)輸入的視頻信息進(jìn)行構(gòu)建和渲染顯示緩存用來存儲(chǔ)將要顯示的圖形信息以及保存圖形運(yùn)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(jìn)制的數(shù)字轉(zhuǎn)換成為和顯示器相適應(yīng)的模擬信號(hào)2/1/202349顯卡工作原理簡(jiǎn)單示意圖2/1/202350*純平顯示器*走向平面的顯像管球面顯象管：表面：球面的一部分時(shí)間：~90年代初柱面顯象管：表面：柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有彎曲時(shí)間：90年代中期代表：Sony公司的Trinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron2/1/202351?平面直角顯象管表面：球面的一部分，類似于平面時(shí)間：90年代中后期?純平顯象管表面：純平面時(shí)間：90年代后期代表：Sony公司的FDTrinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron，Samsung公司的DanyFlat，LG公司的Flatron現(xiàn)在的主流顯象管2/1/202352*LCD(液晶顯示器)*CRT固有的物理結(jié)構(gòu)限制了它向更廣的顯示領(lǐng)域發(fā)展屏幕的加大必然導(dǎo)致顯象管的加長(zhǎng)，顯示器的體積必然要加大，在使用時(shí)候就會(huì)受到空間的限制CRT顯示器是利用電子槍發(fā)射電子束來產(chǎn)生圖像，容易受電磁波干擾長(zhǎng)期電磁輻射會(huì)對(duì)人們健康產(chǎn)生不良影響2/1/202353LCD顯示器的優(yōu)點(diǎn)外觀小巧精致，厚度只有2~8cm左右。不會(huì)產(chǎn)生CRT那樣的因?yàn)樗⑿骂l率低而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象工作電壓低，功耗小，節(jié)約能源基本沒有電磁輻射，對(duì)人體健康沒有任何影響2/1/202354液晶顯示器的構(gòu)成液晶顯示器LCD組成部分：主要有水平光偏振器、垂直光偏振器、液晶材料（桿）、透明電極基板等構(gòu)成液晶顯示器LCD(LiquidCrystalDisplay)顯示原理是：通過能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞內(nèi)部光源的偏振光2/1/202355液晶顯示器結(jié)構(gòu)（扭曲向列相顯示（TN））2/1/202356LCD顯示器基本原理液晶是一種介于液體和固體之間的特殊物質(zhì)，它具有液體的流態(tài)性質(zhì)和固體的光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)液晶受到電壓的影響時(shí)，就會(huì)改變它的物理性質(zhì)而發(fā)生形變，此時(shí)通過它的光的折射角度就會(huì)發(fā)生變化，而產(chǎn)生色彩液晶屏幕后面有一個(gè)背部光源，這個(gè)光源先穿過第一層偏光板，再來到液晶體上，而當(dāng)光線透過液晶體時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生光線的色澤改變，從液晶體射出來的光線，還得必須經(jīng)過第二塊偏光板2/1/202357超扭曲向列相（STN）顯示顧名思義，“超扭曲”即扭曲角應(yīng)很大，要超過90°，這是一種目前應(yīng)用較多的點(diǎn)陣式液晶顯示器件。STN模式的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本和TN模式是一樣的，只不過盒中液晶分子排列不是沿著90°扭曲排列，而是80°～360°扭曲排列2/1/202358液晶顯示有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種被動(dòng)式液晶屏幕有STN（SuperTN超扭曲向列LCD）和DSTN（DoublelayerSuperTN雙層超扭曲向列LCD）等最流行的主動(dòng)式液晶屏幕是TFT（ThinFilmTransistor薄膜晶體管）主動(dòng)式液晶顯示器使用了FET場(chǎng)效晶體管以及共通電極，這樣可以讓液晶體在下一次的電壓改變前一直保持電位狀態(tài)。這樣主動(dòng)式液晶顯示器就不會(huì)產(chǎn)生在被動(dòng)式液晶顯示器中常見的鬼影、或是畫面延遲的殘像等2/1/202359LCD顯示器的基本指標(biāo)可視角度視線與屏幕中心法向量成一定角度時(shí)，人們就不能清晰地看到屏幕圖象，而那個(gè)能看到清晰圖象的最大角度被我們稱為可視角度。一般所說的可視角度是指左右兩邊的最大角度相加。工業(yè)上有CR10（ContrastRatio）、CR5兩種標(biāo)準(zhǔn)來判斷液晶顯示器的可視角度2/1/202360點(diǎn)距與分辨率點(diǎn)距就是兩個(gè)液晶顆粒（光點(diǎn)）之間的距離，一般0.24-0.32mm就能得到較好的顯示效果液晶顯示器的分辨率是指其真實(shí)分辨率，表示水平方向的像素點(diǎn)數(shù)與垂直方向的像素點(diǎn)數(shù)的乘積目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)LCD所采用的液晶面板都是6bit面板，它只能顯示262144種色彩（64×64×64＝262144），而只有8bit面板可以顯示16777216種顏色（256×256×256＝16777216）。LCD顯示器的基本指標(biāo)2/1/202361CRT顯示器基本不會(huì)出現(xiàn)屏幕“點(diǎn)缺陷”，而液晶

顯示器的“點(diǎn)缺陷（包含壞點(diǎn)或暗點(diǎn)、亮點(diǎn)）”從液

晶誕生至今就一直存在。所謂的LCD的點(diǎn)缺陷就是液

晶顯示屏中某個(gè)像素?fù)p壞，出現(xiàn)一個(gè)持續(xù)發(fā)亮、不

亮或單色亮、不接受熄滅信號(hào)的死像素。2/1/202362液晶顯示器的缺點(diǎn)壽命短、怕震動(dòng)、溫度、濕度敏感分辨率相對(duì)較低，色彩不夠鮮艷，且價(jià)格偏高。2/1/202363*等離子顯示器*采用空氣等離子體技術(shù)2/1/202364一個(gè)等離子管發(fā)光原理2/1/202365采用空氣等離子體技術(shù)空氣等離子體可想象成一個(gè)個(gè)微型霓虹燈（霓虹燈的原理和日光燈相同只是換裝不同氣體而已），紅綠藍(lán)三種不同顏色的像素。顯示屏薄，掛在墻上。采用發(fā)光聚合物技術(shù)，堅(jiān)不可摧；柔韌性好，可以卷起來；顯示畫面具有無(wú)與倫比的清晰度，無(wú)鋸齒現(xiàn)象。真正的平面直角。2/1/202366*圖形工作站*具有完整人機(jī)交互界面，集高性能的計(jì)算和圖形于一身，可配置大容量的內(nèi)存和硬盤，I/O和網(wǎng)絡(luò)功能完善，使用多任務(wù)多用戶操作系統(tǒng)的小型通用個(gè)人化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1983年美國(guó)APOLLO公司推出第一臺(tái)適合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的工作站?，F(xiàn)在全球最有名的圖形工作站屬SGI圖形工作站。如工作站：SGIOnyx42/1/202367人機(jī)交互(HumanandComputerInterface)HCI是未來的計(jì)算機(jī)科學(xué)。我們已經(jīng)花費(fèi)了至少50年的時(shí)間來學(xué)習(xí)如何制造計(jì)算機(jī)以及如何編寫計(jì)算機(jī)程序。下一個(gè)新領(lǐng)域自然是讓計(jì)算機(jī)服務(wù)并適應(yīng)于人類的需要，而不是強(qiáng)迫人類去適應(yīng)計(jì)算機(jī)。----DanR.Olsen(CMU)2/1/2023682.2圖形輸入設(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、語(yǔ)音等等，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(shì)、表情等等第五階段：用戶的思維2/1/202369輸入設(shè)備用于圖形輸入的設(shè)備很多，一般包括鼠標(biāo)、鍵盤、跟蹤球、空間球、操縱桿、數(shù)字化儀、撥號(hào)盤和按鈕盒。對(duì)于一些特殊應(yīng)用，還有包括數(shù)據(jù)手套、觸摸板、圖像掃描儀和聲音系統(tǒng)。2/1/202370鍵盤主要用來錄入文本、字符串的設(shè)備可以進(jìn)行屏幕坐標(biāo)輸入菜單選擇圖形功能選擇鼠標(biāo)鼠標(biāo)是給屏幕光標(biāo)定位的小型手持屏幕圖形定位輸入設(shè)備。早期的鼠標(biāo)主要用來繪制圖形后來廣泛應(yīng)用于圖形用戶接口（Windows)的操作。2/1/202371跟蹤球和空間球跟蹤球用來進(jìn)行二維定位的設(shè)備空間球空間球是用來進(jìn)行三維定位的設(shè)備:于六個(gè)自由度VR場(chǎng)景的模擬交互操縱桿操縱桿主要是通過桿的實(shí)際移動(dòng)來選擇屏幕位置，其它操作是對(duì)桿上壓力進(jìn)行響應(yīng)。2/1/202372數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套是用來抓住虛擬對(duì)象的操作工具。手套由一系列檢測(cè)手和手指運(yùn)動(dòng)的傳感器構(gòu)成。發(fā)送天線和接受天線之間的電磁耦合，可以提供關(guān)于手的位置和方向信息。發(fā)送和接受天線由一組三個(gè)相互垂直的線圈構(gòu)成，形成三維笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)來自手套的輸入，可以用來定位或操作虛擬場(chǎng)景中的對(duì)象。場(chǎng)景的二維投影可以在視頻監(jiān)視器上觀察，也可以使用頭套觀察三維投影。2/1/2023732/1/202374利用液晶光閥高速切換左右眼圖像原理，有有線和無(wú)限之分，可支持逐行和隔行立體顯示觀察，也可用無(wú)線眼鏡進(jìn)行多人團(tuán)體VR效果觀察，是目前最為流行和經(jīng)濟(jì)適用的VR觀察設(shè)備。觀察者可做空間上的自由移動(dòng)頭盔顯示器三維立體眼鏡2/1/202375大屏幕立體顯示系統(tǒng)2/1/202376數(shù)字化儀數(shù)字化儀是在物體上進(jìn)行繪畫、著色或交互選擇坐標(biāo)位置的常用設(shè)備。數(shù)字化儀從形式上可以分為兩種：即數(shù)字化儀（digitizer）和圖形數(shù)據(jù)板（graphicstablet）。數(shù)字化儀是用來在所繪制對(duì)象上掃描并輸入一組隨機(jī)的坐標(biāo)位置，相互之間用直線段連接，以逼近曲線或表面形狀。圖形數(shù)據(jù)板用來在平板表面上選定位置時(shí)，通過手持的光標(biāo)或觸筆激活二維坐標(biāo)的輸入。手持光標(biāo)使用交叉的發(fā)絲（也叫十字叉絲）指示位置。觸筆是直接點(diǎn)在數(shù)據(jù)板上來指示位置的筆型設(shè)備。2/1/202377另外還有聲學(xué)數(shù)據(jù)板，它使用聲波檢測(cè)觸筆的位置。三維數(shù)字化儀使用聲音或電磁傳播來記錄位置。2/1/202378圖像掃描儀主要用來對(duì)圖形、圖表、彩色和黑白照片或文本進(jìn)行掃描，形成一個(gè)圖像文件，存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中之后再進(jìn)行處理。手持圖像掃描儀平臺(tái)式掃描儀滾動(dòng)式掃描儀2/1/202379觸摸板用手來觸摸顯示的物體或屏幕位置實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的操作。觸摸屏光學(xué)觸摸板電子觸摸板聲學(xué)觸摸板2/1/202380光筆通過檢測(cè)來自CRT屏幕上某一點(diǎn)的光來選定屏幕位置。最早的交