Class-2-計算機圖形學基礎(chǔ)-20180504

第二章計算機圖形系統(tǒng)及硬件基礎(chǔ)信息科學與工程學院牛冬梅12J904

ise_niudm@回顧第一章緒論1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念1.2計算機圖形學的發(fā)展1.3計算機圖形學的應用圖形？圖形分類？構(gòu)成圖形的要素？表示圖形的方法？計算機圖形學的定義?圖形學的核心問題？圖形學之父？顯示器的三個發(fā)展階段？舉例說明回顧

1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念

什么是圖形？圖形定義：圖形分類：圖形是圖與形的總稱，是能在人視覺中形成印象的對象。1自然圖形（景物、照片等）；2描述圖形（數(shù)學方法描述的圖形）。構(gòu)成圖形的要素1.幾何要素2.非幾何要素表示圖形的方法1.點陣表示2.參數(shù)表示回顧1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念

：刻畫對象的輪廓、形狀等：刻畫對象的顏色、紋理等：是用具有顏色信息的點陣來表示圖形：圖形的形狀參數(shù)與屬性參數(shù)來表示圖形廣義的計算機圖形包括圖像和圖形。圖像以點陣圖形式呈現(xiàn)，它更強調(diào)整體形式，記錄點及它的灰度或色彩。例如照片、掃描圖片和由計算機產(chǎn)生的真實感和非真實感圖形等。圖形以矢量圖形式呈現(xiàn)，計算機中由景物的幾何模型與物理屬性表示的圖形。能體現(xiàn)幾何個體，記錄體元的形狀參數(shù)與屬性參數(shù)。如圖紙?；仡?.1計算機圖形學及其相關(guān)概念

(Image/Picture)(Graphics)計算機圖形學計算機圖形學是研究怎樣利用計算機來生成、處理和顯示圖形的原理、方法和技術(shù)的一門學科。

IEEE:InstituteofElectricalandElectronicsEngineers

(電氣和電子工程師協(xié)會)回顧1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念

(Computer

Graphics)Computergraphicsistheartorscienceofproducinggraphicalimageswiththeaidofcomputer.

(IEEE給出的定義)計算機圖形學產(chǎn)生真實感圖形的過程回顧1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念

繪制處理建模建立對物體完整的幾何描述對物體做一系列的變換，以反映觀察者和物體的位置關(guān)系通過繪制過程生成物體的真實感圖形與計算機圖形學相關(guān)的一些學科回顧1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念

像像像試圖從非圖像形式的數(shù)據(jù)描述來生成圖像。對圖像進行各種加工以改善圖像的視覺效果。模擬生物外顯或宏觀視覺功能。計算機圖形學的兩個核心問題1.如何在計算機中構(gòu)造一個客觀世界：幾何建模2.如何將計算機中的虛擬世界展現(xiàn)出來：幾何的視覺實現(xiàn)回顧1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念

（建模）（繪制）建模CSG（ConstructiveSolidGeometry）NURBS（Non-UniformRationalB-Splines）細分曲面基于掃描點云的建?；诓輬D交互方式的三維建模方法…回顧1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念

繪制（也稱為渲染，Rendering)局部光照模型(LocalIlluminationModel)光線跟蹤算法(RayTracing)輻射度算法(Radiosity)雙向反射分布函數(shù)（BRDF）…回顧1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念

頂點的顏色=環(huán)境光+漫反射光+鏡面光+發(fā)射光通過跟蹤與光學表面發(fā)生交互作用的光線從而得到光線經(jīng)過路徑的模型。是一種全局光照算法，模擬光在一個場景里的多次反射。它描述了入射光線經(jīng)過某個表面反射后如何在各個出射方向上分布?；仡櫟谝徽戮w論1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念1.2計算機圖形學的發(fā)展1.3計算機圖形學的應用1.2.1

計算機圖形學的確立1.2.2計算機圖形學硬件設備的發(fā)展1.2.3

圖形軟件的發(fā)展及軟件標準的形成回顧1.2計算機圖形學的發(fā)展醞釀期（50年代）1952年，美國MIT成功研制了世界上第一臺圖形顯示器；1959年，美國Calcomp公司根據(jù)打印機原理研制了世界上第一臺滾筒式繪圖機；

整個50年代，計算機圖形學處于準備和醞釀時期，稱之為“被動”的圖形學。萌芽期(60年代)60年代初，美國MIT林肯實驗室中基于旋風計算機開發(fā)的北美空中防御系統(tǒng)SAGE具有了指揮和控制圖形對象的功能。

1962年，美國MIT林肯實驗室的Ivan.E.Sutherland發(fā)表了一篇題為《Sketchpad：一個人機通信的圖形系統(tǒng)》的博士論文，其中首次使用了“ComputerGraphics”這個術(shù)語，從而確立了計算機圖形學的學科地位。Bezier曲線、曲面的理論；Coons曲面回顧1.2.1計算機圖形學的確立發(fā)展期（70年代）60年代末、70年代初，萌芽了光柵圖形學算法（連續(xù)函數(shù)離散化）因通用與設備無關(guān)的圖形軟件的發(fā)展，圖形軟件功能的標準化問題被提了出來，產(chǎn)生了一些實用的CAD圖形系統(tǒng)，比如：洛克希德公司的CADAM

(computer-augmenteddesignandmanufacturing)

計算機圖形處理技術(shù)進入實用化階段，但由于圖形設備昂貴、功能簡單、基于圖形的應用軟件缺乏等原因，計算機圖形學還是一個較小的學科領(lǐng)域?；仡?.2.1

計算機圖形學的確立普及期（80年代）1980年光線跟蹤算法1984年輻射度方法計算機圖形硬件飛速發(fā)展(運算能力增強，處理速度加快)由于出現(xiàn)了帶有光柵圖形顯示器的個人計算機和工作站，以及大量簡單易用、價格便宜的基于圖形的應用軟件，計算機圖形學進入了社會生活的各個領(lǐng)域?；仡?.2.1

計算機圖形學的確立標志著真實感圖形的顯示算法正逐漸成熟提高增強器（90年代）計算機圖形學向著標準化、集成化和智能化方向發(fā)展。產(chǎn)生了很多與計算機圖形學相關(guān)的學科，比如：多媒體技術(shù)、人工智能、科學計算可視化、虛擬現(xiàn)實等三維造型技術(shù)飛速發(fā)展21世紀，圖形學呈現(xiàn)兩大特點：更加快速，更加真實回顧1.2.1

計算機圖形學的確立1.2.1

計算機圖形學的確立1.2.2計算機圖形學硬件設備的發(fā)展1.2.3

圖形軟件的發(fā)展及軟件標準的形成回顧1.2計算機圖形學的發(fā)展回顧1.2.2計算機圖形學硬件設備的發(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輸入設備的發(fā)展第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等第二階段：鍵盤第三階段：二維定位設備，如鼠標、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等第四階段：三維輸入設備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢、表情等（體感游戲機）第五階段：用戶的思維/post/330354/

回顧1.2.2計算機圖形學硬件設備的發(fā)展

輸出設備（圖形繪制設備）圖形繪制設備，又稱圖形硬拷貝設備，分為打印機和繪圖儀兩種。

回顧1.2.2計算機圖形學硬件設備的發(fā)展

1.2.1

計算機圖形學的確立1.2.2計算機圖形學硬件設備的發(fā)展1.2.3

圖形軟件的發(fā)展及軟件標準的形成回顧1.2計算機圖形學的發(fā)展圖形軟件標準的形成是為了推動圖形技術(shù)的發(fā)展以及圖形硬件設備的推廣普及，提高應用軟件的可移植性，使得圖形軟件與設備無關(guān)、與應用無關(guān)，并且具有較高的性能?；仡?.2.3圖形軟件的發(fā)展及標準的形成諸侯割據(jù)標準討論標準形成1974年，美國國家標準化局（ANSI）在ACMSiggraph上的一個“與機器無關(guān)的圖形技術(shù)”工作會議中提出制定有關(guān)標準的基本規(guī)則?；仡櫟谝徽戮w論1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念1.2計算機圖形學的發(fā)展1.3計算機圖形學的應用計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）科學計算可視化真實感圖形實時繪制與自然景物仿真地理信息系統(tǒng)（GIS）虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）計算機動畫回顧1.3計算機圖形學的應用第一章緒論1.1計算機圖形學及其相關(guān)概念1.2計算機圖形學的發(fā)展1.3計算機圖形學的應用1.4計算機圖形系統(tǒng)計算機圖形系統(tǒng)的定義：計算機圖形系統(tǒng)用來生成、處理和顯示圖形，是計算機硬件、圖形輸入輸出設備、計算機系統(tǒng)軟件和圖形軟件的集合?；救蝿眨壕唧w包含以下任務：如何用硬件來實現(xiàn)圖形處理功能如何設計好的圖形軟件圖形處理所需的數(shù)學處理方法和算法如何解決實際應用中的圖形處理問題1.4計算機圖形系統(tǒng)研究如何利用計算機來生成、處理和顯示圖形。

計算機圖形系統(tǒng)的功能1.4計算機圖形系統(tǒng)涉及各種圖形計算，目的是建立形體設計、分析的方法程序庫和有關(guān)描述形體的圖形數(shù)據(jù)庫在計算機內(nèi)、外存中存放圖形數(shù)據(jù)，主要存放圖形數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系允許用戶實時地、直接地對系統(tǒng)的命令、工具、程序及其對話框等內(nèi)容進行調(diào)節(jié)和控制圖形數(shù)據(jù)進入計算機的過程，主要指把設計過程中圖形的形狀、尺寸等必要的參數(shù)和命令輸入到計算機中去將圖形特定的表示形式轉(zhuǎn)換成輸出設備能夠接受的形式的過程，便于長期保存計算結(jié)果1.4計算機圖形系統(tǒng)圖形的基本處理流程利用各種圖形輸入設備及軟件或其他交互設備將圖形輸入到計算機中，以便進行處理；在計算機內(nèi)部對圖形進行各種變換（如幾何變換、投影變換）和運算（如圖形的并、交、差運算等）；將圖形轉(zhuǎn)換成圖形輸出系統(tǒng)便于接受的表示形式，并在輸出設備上輸出。計算機圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.4計算機圖形系統(tǒng)軟件圖形系統(tǒng)硬件圖形計算機平臺圖形輸入輸出設備圖形應用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖形支撐軟件圖形應用軟件計算機圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖形軟件計算機系統(tǒng)軟件1.4計算機圖形系統(tǒng)–

圖形應用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)其中存放著將要生成的圖形對象的全部描述信息（包括：定義物體的所有組成部分的形狀和大小的幾何信息；與圖形相關(guān)的拓撲信息；與這個物體圖形顯示有關(guān)的所有屬性信息；非幾何數(shù)據(jù)信息）；這些數(shù)據(jù)以圖形文件的形式存放于計算機中，根據(jù)不同的系統(tǒng)硬件和結(jié)構(gòu)，組織成不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，或者形成一種通用的或?qū)Ｓ玫臄?shù)據(jù)集；計算機圖形系統(tǒng)根據(jù)這類信息的詳細描述生成對應的圖形，并完成這些圖形的操作和處理

；應用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是生成圖形的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。圖形數(shù)據(jù)文件圖形基元模型字模字體庫圖案模型幾何描述數(shù)據(jù)1.4計算機圖形系統(tǒng)–

圖形應用軟件圖形處理軟件圖形生成軟件圖形用戶接口圖形輔助控制圖形工具軟件解決問題的軟件集合，是圖形系統(tǒng)的核心部分；包括各種圖形生成和處理技術(shù)；包括若干輔助操作，如性能模擬、分析計算、后處理、用戶接口、系統(tǒng)維護、菜單提示以及維護等，從而構(gòu)成一個功能完整的圖形軟件系統(tǒng)環(huán)境；圖形應用軟件從圖形應用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中獲取物體幾何模型和屬性等，按照應用要求進行各種處理，然后根據(jù)從圖形輸入設備經(jīng)圖形支撐軟件送來的命令、控制信息、參數(shù)和數(shù)據(jù)，完成命令分析、處理和交互式操作，構(gòu)成和修改被處理物體的模型，形成更新后的圖形數(shù)據(jù)文件并保存。1.4計算機圖形系統(tǒng)–圖形支撐軟件由一組公用的圖形子程序組成，是對原計算機OS在圖形處理功能上的擴展；標準圖形支撐軟件在操作系統(tǒng)上建立了面向圖形的輸入、輸出、生成、修改等功能命令、系統(tǒng)調(diào)用和定義標準，對用戶透明，與所采用的圖形設備無關(guān)，同時具有高級語言的接口。OS圖形擴展軟件圖形BIOS程序語言圖形語句圖形子程序庫圖形軟件包1.4計算機圖形系統(tǒng)解決某種應用問題的圖形軟件圖形應用軟件由一組公用的圖形子程序組成的。它擴展了系統(tǒng)中原有高級語言和操作系統(tǒng)的圖形處理功能。圖形支撐軟件一組圖形數(shù)據(jù)文件，其中存放著欲生成的圖形對象的全部描述信息。圖形應用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1圖形輸入設備2.2圖形顯示設備2.3圖形顯示子系統(tǒng)2.4其它概念2.圖形硬件設備2.1圖形輸入設備2.2圖形顯示設備2.3圖形顯示子系統(tǒng)2.4其它概念2.圖形硬件設備鼠標和鍵盤光筆觸摸屏操縱桿跟蹤球和空間球數(shù)據(jù)手套數(shù)字化儀圖像掃描儀聲頻、視頻輸入系統(tǒng)2.1圖形輸入設備最常用的計算機輸入設備就是鼠標和鍵盤鼠標按測量位移可分為：用鼠標底部的轉(zhuǎn)輪或滾輪來記錄移動的總量和方向。采用光學感應器來檢測鼠標運動。鼠標的工作原理：當推動鼠標在平面上移動時，鼠標將記錄移動的方向和距離。這個方向和距離被傳送給計算機，轉(zhuǎn)換成對應的光標的位移。附加了特殊功能的鼠標2.1.1鼠標和鍵盤Mouse

&

Keyboard滾輪鼠標/機械鼠標光電鼠標光筆是一種檢測裝置，它靠檢測熒光屏上的發(fā)光點來選擇屏幕的位置坐標。2.1.2光筆Light

pen光筆的結(jié)構(gòu)光筆的功能定位拾取跟蹤缺點：手和光筆遮擋屏幕；手腕疲勞；光筆無法檢測黑暗區(qū)域的位置，所以需要把屏幕像素設置為非零亮度；光筆會因房間背景光的影響產(chǎn)生誤讀現(xiàn)象。2.1.2光筆Light

pen：用光筆拖動光標實現(xiàn)定位，可用于圖形編輯。觸摸屏是一種定位設備，它通過手指觸摸屏幕顯示物體或位置來實現(xiàn)選擇的操作。分類：紅外線式觸摸屏電阻式觸摸屏電容式觸摸屏聲波觸摸屏2.1.3觸摸屏Touch

screen操縱桿的基本原理是將塑料桿的運動轉(zhuǎn)換成計算機能夠處理的電子信息。2.1.4操縱桿Joystick跟蹤球和空間球都是根據(jù)球在不同方向受到的推或拉的壓力來實現(xiàn)定位和選擇。2.1.5跟蹤球和空間球Trackball

&

Spaceball數(shù)據(jù)手套是一種戴在手上的傳感器，通過傳感器和天線來獲得和發(fā)送手指的位置和方向的信息。這來自手套的輸入，可用來給虛擬場景中的對象定位或操縱該場景。數(shù)據(jù)手套通過手指上的彎曲、扭曲傳感器和手掌上的彎度、弧度傳感器，確定手及關(guān)節(jié)的位置和方向。2.1.6數(shù)據(jù)手套Data

glove

數(shù)字化儀對所作的畫或模型進行掃描，得到畫或?qū)ο蟮囊唤M坐標位置。2.1.7數(shù)字化儀Digitizer三維數(shù)字化儀圖像掃描儀是直接把視圖、圖表、彩色和黑白照片掃描輸入到計算機中，以像素信息進行存儲表示的設備。2.1.8圖像掃描儀Scanner

聲頻輸入系統(tǒng)也稱為聲音輸入系統(tǒng)，使用語音識別技術(shù)，把人們說的話轉(zhuǎn)換成計算機能懂的數(shù)字代碼。常用的視頻輸入設備包括視頻信號采集板、視頻信號輸入卡、視頻信號處理裝置。2.1.9聲頻、視頻輸入系統(tǒng)測試2.1圖形輸入設備2.2圖形顯示設備2.3圖形顯示子系統(tǒng)2.4其它概念2.圖形硬件設備圖形顯示設備2.2圖形顯示設備CRT平板顯示器(Cathode

Ray

Tube)隨機掃描的圖形顯示器存儲管式的圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器液晶顯示器等離子顯示器(LiquidCrystalDisplay)(PlasmaDisplayPanel)未來顯示器(Flat

Panel

Display)陰極射線管的基本原理彩色陰極射線管CRT圖形顯示器分類2.2.1陰極射線管CRT工作原理：一種真空器件，利用電磁場產(chǎn)生高速的、經(jīng)過聚焦的電子束，偏轉(zhuǎn)到屏幕的不同位置轟擊屏幕表面的熒光材料而產(chǎn)生可見圖形。陰極射線管的基本原理CRT主要由電子槍（包含燈絲、陰極、控制柵（電平控制器/控制極）、聚焦系統(tǒng)、加速電極（加速系統(tǒng)））、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、陽極熒光粉涂層組成。電子槍功能：是產(chǎn)生一個沿管軸方向(Z軸)前進的細電子束轟擊熒光屏。電子束應滿足下列要求：具有足夠的電流強度；電流的大小和有無必須是可控的；具有很高的速度；在熒光屏上應能聚焦很小的光亮，以保證足夠分辨率。陰極射線管的基本原理–電子槍磁偏轉(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。偏轉(zhuǎn)線圈的匝數(shù)一定時，偏轉(zhuǎn)電流與偏轉(zhuǎn)角的正弦成正比陰極射線管的基本原理–偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏是用熒光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用沉積法涂敷熒光粉。熒光粉的余輝特性：電子束轟擊熒光粉時，熒光粉的分子受激而發(fā)光，當電子束的轟擊停止后，熒光粉的光亮并非立即消失，而是按指數(shù)規(guī)律衰減。余輝時間：從電子束停止轟擊到發(fā)光亮度下降到初始值的1％所經(jīng)歷的時間。對熒光粉的性能要求：陰極射線管的基本原理–熒光屏發(fā)光顏色滿足標準白色、發(fā)光效率高、余輝時間合適以及壽命長等。三基色原則：任何顏色都是由R、G、B三種熒光粉發(fā)出的色光相混而得。

按電子槍和電子束數(shù)目分，彩色陰極射線管可分為：三槍三束（蔭罩式彩色顯像管）單槍單束（穿透式彩色顯像管）彩色陰極射線管結(jié)構(gòu)：三色熒光屏、三支電子槍、蔭罩板彩色陰極射線管-蔭罩式彩色顯像管外層玻璃熒光涂層蔭罩板彩色陰極射線管-蔭罩式彩色顯像管蔭罩板電子槍、蔭罩板中的一個小孔和熒光點呈一直線；每個小孔與一個像素（即三個熒光點）對應。調(diào)節(jié)各電子槍的電流強度就可改變相應顏色熒光點的亮度，即合成色所占的比例。如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強度有256個等級，則顯示器能同時顯示

256*256*256=16M種顏色，稱為真彩系統(tǒng)。原理：采用了多層不同的熒光粉，在綠色熒光粉層上再沉積一層紅色熒光粉。當電子束速度較低時，轟擊熒光屏的能量只能使表層紅粉受撞擊，產(chǎn)生紅色亮點；加速電壓后，轟擊的電子束能穿透綠色熒光層，增加顯示亮點中綠色成分。通過電子束轟擊穿透熒光層的深淺，決定所產(chǎn)生的顏色。彩色陰極射線管–穿透式彩色顯像管（了解）彩色陰極射線管–穿透式彩色顯像管（了解）電子束低速電子束較低速電子束較高速電子束高速電子束穿透式彩色CRT示意圖應用：主要用于畫線顯示器優(yōu)點：成本低缺點：只能產(chǎn)生有限幾種顏色種隨機掃描的圖形顯示器（隨機掃描顯示器）存儲管式的圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器

CRT圖形顯示器分類隨機掃描的圖形顯示器和存儲管式的顯示器都是畫線設備，在屏幕上顯示一條直線是從屏幕上的一個可編址點直接畫到另一個可編址點。工作過程：從顯示文件存儲器中取出畫線指令或顯示字符指令、方式指令（如高度、線型等），送到顯示控制器，由顯示控制器控制電子束的偏轉(zhuǎn)，轟擊熒光屏上的熒光材料，從而呈現(xiàn)出一條發(fā)亮的圖形軌跡。隨機掃描的圖形顯示器（簡稱：隨機掃描顯示器），其電子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機性，在某一時刻，顯示屏上只有一個光點發(fā)光，因而可以畫出線很細的圖形，因而又稱為畫線顯示器、矢量顯示器、向量顯示器。.1隨機掃描的圖形顯示器.1隨機掃描的圖形顯示器.1隨機掃描的圖形顯示器t當水平、垂直線圈中分別加上x,y信號時，其在屏幕上合成集合圖形。在電子束的軌跡中不需要輝亮的地方，就在z軸上加一個消隱信號，使得光點不輝亮。隨機掃描工作原理圖優(yōu)點：電子束可隨意移動，只掃描熒屏上要顯示的部分無冗余掃描；速度快、圖象清晰、分辨率高、可生成較為光滑線條。缺點：是為畫線應用設計的，不能顯示逼真場景、價格貴、驅(qū)動系統(tǒng)也較復雜。.1隨機掃描的圖形顯示器數(shù)據(jù)表示：像素矩陣。掃描方式：在光柵掃描系統(tǒng)中，電子束橫向掃描屏幕，一次一行，從上到下、從左到右順次進行。當電子束橫向沿每一行移動時，電子束的強度不斷變化來建立亮點的圖案。.2光柵掃描的圖形顯示器光柵掃描示意圖水平掃描（顯示）水平回掃（消隱）垂直回掃（消隱）工作原理：光柵掃描是控制電子束按某種光柵形狀進行的順序掃描，而字符、圖像是靠Z軸信號控制輝亮來形成的。.2光柵掃描的圖形顯示器.2光柵掃描的圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器是典型的畫點設備。它不能直接從單元陣列中的一個可編址的像素畫一條直線到另一個可編址的像素，只可能用盡可能靠近這條直線路徑的像素點集來近似地表示這條直線。只有畫水平、垂直或正方形的對角線時，才能用點或像素畫出一條真正的直線，其他情況下的直線均呈階梯狀，這種現(xiàn)象稱為走樣或鋸齒。.2光柵掃描的圖形顯示器是一種低電壓、輕小型、數(shù)字化顯示器件。平板顯示器分類：非發(fā)射顯示器發(fā)射顯示器2.2.2平板顯示器Flat

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Display（光學效應，將光轉(zhuǎn)換為圖形圖案）液晶顯示器（LCD）（電能轉(zhuǎn)化為光能）等離子顯示器(Plasma

Panel)薄片光電顯示器（Thin-FilmElectroluminescentDisplay）發(fā)光二極管顯示器(Liquid-EmittingDiode,LED)None-EmissiveDisplayEmissiveDisplay液晶：液晶即液態(tài)晶體，具有線狀結(jié)構(gòu)的分子，可像液體那樣流動。如果把它加熱會呈現(xiàn)透明狀的液體狀態(tài)，把它冷卻則會呈現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)，具有液體與晶體的特性，故稱之為“液晶”。液晶的電光效應：液晶分子的排列在微弱的外部電場、磁場或者應力、溫度變化等作用下非常容易改變。當液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場作用下變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時，液晶的光學性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)生光被電場調(diào)制的現(xiàn)象稱為液晶的電光效應。即：當通電和不通電時液晶分子處于兩種不同的排列，一種排列光線容易通過，另外一種排列阻止光線通過。液晶顯示器原理：液晶顯示器件本身不發(fā)光，而是利用液晶的電光效應，通過施加電壓改變液晶的光學特性，從而造成對入射光的調(diào)制，使通過液晶的透射光或反射光受所加電壓的控制，達到顯示的目的。即：通過能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來自周圍的或內(nèi)部光源的偏振光。液晶顯示器優(yōu)點：工作電壓低、功耗??；沒有輻射，對人體健康無損害；完全平面，無閃爍、無失真、可視面積大，輕薄，能大量節(jié)省空間；抗干擾能力比CRT強。缺點：視角太小，亮度和對比度不夠大。液晶顯示器可視角是指站在始于屏幕法線的某個角度的位置時仍可清晰看見屏幕圖像所構(gòu)成的最大角度，對顯示器來說，可視角越大越好。柔性顯示屏：采用發(fā)光聚合物技術(shù)，堅不可摧，柔韌性好，可以卷起來。三維顯示器未來顯示器OLED:有機發(fā)光二極管（OrganicLight-EmittingDiode,OLED）是一種由柯達公司開發(fā)并擁有專利的顯示技術(shù)，這項技術(shù)使用有機聚合材料作為發(fā)光二極管中的半導體（semiconductor）材料。它具有自發(fā)光、結(jié)構(gòu)簡單、超輕薄、響應速度快、寬視角、低功耗及可實現(xiàn)柔性顯示等特性，被譽為“夢幻顯示器”。未來顯示器全息投影顯示：全息投影是利用光的折射和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像，簡單的來說就是一種無需配戴3D眼鏡，就可以產(chǎn)生立體效果的一種技術(shù)。未來顯示器未來顯示器2.1圖形輸入設備2.2圖形顯示設備2.3圖形顯示子系統(tǒng)2.4其它概念2.圖形硬件設備用計算機做圖形處理常常涉及大量的計算和數(shù)據(jù)處理，為了減輕主機CPU的負擔，具有圖形處理能力的計算機都配置顯卡。顯卡主要作用是：根據(jù)CPU提供的指令和有關(guān)數(shù)據(jù)將程序運行過程和結(jié)果進行相應的處理，并轉(zhuǎn)換成顯示器能夠接受的文字和圖形顯示信號，通過屏幕顯示出來。2.3圖形顯示子系統(tǒng)2.3圖形顯示子系統(tǒng)高級光柵圖形顯示子系統(tǒng)

顯示處理器的功能：

掃描轉(zhuǎn)換待顯示的圖形；生成各種線型；進行各種光柵操作；執(zhí)行幾何變換、窗口裁剪等2.3圖形顯示子系統(tǒng)高級光柵圖形顯示子系統(tǒng)幀緩沖存儲器：用來存儲像素顏色（灰度）值的存儲器。雙緩存：一個緩存用來刷新的同時，另一個寫入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個緩存可互換角色。這種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動畫流暢而沒有滑動感。2.3圖形顯示子系統(tǒng)高級光柵圖形顯示子系統(tǒng)幀緩沖存儲器：用來存儲像素顏色（灰度）值的存儲器。雙緩存：一個緩存用來刷新的同時，另一個寫入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個緩存可互換角色。這種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動畫流暢而沒有滑動感。2.3圖形顯示子系統(tǒng)高級光柵圖形顯示子系統(tǒng)幀緩沖存儲器：用來存儲像素顏色（灰度）值的存儲器。雙緩存：一個緩存用來刷新的同時，另一個寫入數(shù)據(jù)信息，爾后這兩個緩存可互換角色。這種方式稱為雙緩存，它可以使得顯示的動畫流暢而沒有滑動感。2.3圖形顯示子系統(tǒng)高級光柵圖形顯示子系統(tǒng)顯示控制器（DisplayController），又稱視頻控制器（VideoController），主要功能是依據(jù)設定的顯示工作方式，自主地、反復不斷地讀取幀緩存中的圖像點陣（包括圖形、字符文本）數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換成R、G、B三色信號并配以同步信號送至顯示器，即可刷新屏幕。GPU英文全稱GraphicProcessingUnit,

是顯卡的心臟。與CPU類似，只是GPU是專門為執(zhí)行復雜的數(shù)學和幾何計算而設計的。特點：GPU是能夠從硬件上支持T&L（TransformandLighting，多邊形轉(zhuǎn)換與光源處理）的顯示芯片。T&L是3D渲染中的一個重要部分，其作用是計算多邊形的3D位置和處理動態(tài)光線效果，一個好的T&L單元，可以提供細致的3D物體和高級的光線特效。GPU不只是局限在硬件T&L：在浮點運算、并行計算等部分計算方面，GPU可以提供數(shù)十倍乃至于上百倍于CPU的性能。GPU通用計算方面的標準目前有OPENCL、CUDA。2.3圖形顯示子系統(tǒng)-

GPUCUDA(ComputeUnifiedDeviceArchitecture,統(tǒng)一計算設備架構(gòu))，顯卡廠商NVIDIA推出的運算平臺。CUDA?是一種由