《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)與CAD開(kāi)發(fā)》課件-第2章 圖形輸入輸出設(shè)備

Ch2圖形輸入與輸出設(shè)備

圖形輸入設(shè)備圖形顯示設(shè)備圖形輸出設(shè)備本章掌握各種圖形設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能指標(biāo)。2.1圖形輸入設(shè)備

圖形輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、數(shù)字化儀、觸摸屏、數(shù)字?jǐn)z像頭、激光筆等。

1.鍵盤鍵盤是計(jì)算機(jī)通用的輸入設(shè)備。通過(guò)按鍵操作，配合各種事先編排好的程序，可以輸入字符、圖表數(shù)據(jù)及圖形命令等。

2.鼠標(biāo)器

（1）種類

從工作原理不同，分為機(jī)械、光機(jī)、光電、無(wú)線、3D振動(dòng)鼠標(biāo)；從用途可分為游戲鼠標(biāo)和普通鼠標(biāo)。最新出來(lái)的觸摸板鼠標(biāo)（實(shí)際上就是把滾輪換成了觸摸板）。

光電鼠標(biāo)無(wú)線鼠標(biāo)(2)光電鼠標(biāo)的工作原理光電鼠標(biāo)是通過(guò)檢測(cè)鼠標(biāo)器的位移，將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，再通過(guò)程序的處理和轉(zhuǎn)換來(lái)控制屏幕上的鼠標(biāo)箭頭的移動(dòng)。傳感系統(tǒng)是由發(fā)光二極管(LED)、反射式襯墊和光敏元件組成。當(dāng)光電式鼠標(biāo)在帶有特制的反射式襯墊（印有間隔相同的網(wǎng)格）上移動(dòng)時(shí)，傳感系統(tǒng)通過(guò)反射光的強(qiáng)弱變化檢測(cè)出鼠標(biāo)的移動(dòng)。

解析度和刷新率是衡量光電鼠標(biāo)技術(shù)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，它們分別反映了光電鼠標(biāo)在時(shí)間和空間層面上的捕捉能力。

無(wú)線鼠標(biāo)又可以分類為27Mhz、2.4G和藍(lán)牙無(wú)線鼠標(biāo)三類。前用的最多是無(wú)線2.4G。藍(lán)牙鼠標(biāo)隨著筆記本、上網(wǎng)本的普及也開(kāi)始慢慢出現(xiàn)在市面上了。

(3)功能

所有鼠標(biāo)均有拾取、定位和選擇功能。3.圖形掃描儀功能：圖形掃描儀是利用光電技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)，以掃描方式將圖形或圖像或者實(shí)物信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的一種輸入裝置。主要用在圖形圖像處理、排版印刷、人事檔案管理、圖紙存檔管理、文字識(shí)別、機(jī)器翻譯等領(lǐng)域。種類：掃描儀主要分為滾筒式掃描儀和平面掃描儀。近幾年出現(xiàn)了筆式掃描儀、便攜式掃描儀、膠片掃描儀、底片掃描儀和名片掃描儀。按顏色等級(jí)劃分，掃描儀有黑白式、灰度式和彩色式三種

掃描儀工作原理：自然界的每一種物體都會(huì)吸收特定的光波，而沒(méi)被吸收的光波就會(huì)反射出去。掃描儀就是利用此述原理工作的。

掃描儀工作時(shí)發(fā)出的強(qiáng)光照射在稿件上，沒(méi)有被吸收的光線被反射到光學(xué)感應(yīng)器上。光感應(yīng)器接收到這些信號(hào)后，根據(jù)光線的強(qiáng)弱不同將其轉(zhuǎn)換成不同的電平值，并將這些信號(hào)傳送到模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器再將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能讀取的信號(hào)，然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序轉(zhuǎn)換成顯示器上能看到的正確圖像。掃描儀的主要部件為燈管和光電耦合器件（ChargeCoupledDevice，CCD）?！罢障嗍健睊呙鑳x是新一代掃描儀，與傳統(tǒng)的激光掃描儀和三座標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)相比，其測(cè)量速度提高數(shù)十倍。

它采用可見(jiàn)光將特定的光柵條紋投影到測(cè)量工作表面，借助兩個(gè)高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)對(duì)光柵干涉條紋進(jìn)行拍照，利用光學(xué)拍照定位技術(shù)和光柵測(cè)量原理，可在極短時(shí)間內(nèi)獲得復(fù)雜工作表面的完整點(diǎn)云。

由于有效地控制了整合誤差，整體測(cè)量精度大大提高。三維“照相式”掃描儀

4.數(shù)字化儀

結(jié)構(gòu)與工作原理：由臺(tái)板和游標(biāo)（或觸筆）組成。

臺(tái)板內(nèi)在X、Y方向每隔一定距離有許多平行的印制線。游標(biāo)的前端是一檢測(cè)線圈，當(dāng)線圈中通有交流信號(hào)時(shí)，在十字叉線的中心產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)。當(dāng)游標(biāo)移動(dòng)時(shí)，繼而產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)使用者在臺(tái)板上移動(dòng)游標(biāo)到指定位置，并將十字叉的交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)數(shù)字化的點(diǎn)位時(shí)，按動(dòng)按鈕，數(shù)字化儀則將此時(shí)對(duì)應(yīng)的命令符號(hào)和該點(diǎn)的位置坐標(biāo)值排列成有序的一組信息，通過(guò)接口（多用串行接口）傳送到計(jì)算機(jī)。

種類：按結(jié)構(gòu)與工作原理分，有電位梯度式、靜電耦合式、超聲波式及電磁感應(yīng)式等，其中電磁感應(yīng)式應(yīng)用較多。

功能：具有定位、拾取、選擇三個(gè)基本功能。

主要性能指標(biāo)有:(1)分辨率:指每英寸或每毫米長(zhǎng)度上印制線的條數(shù)。

(2)數(shù)據(jù)精度:指圖形輸入板輸出點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)的精度。

(3)幅面:指可數(shù)字化的區(qū)域。

在許多的專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，用戶需要繪制大面積的圖紙，僅靠CAD系統(tǒng)是無(wú)法完全完成圖紙繪制的，在精度上也會(huì)有較大的偏差，因此必須通過(guò)數(shù)字化儀來(lái)滿足用戶的需求。

高精度的數(shù)字化儀適用于地質(zhì)、測(cè)繪、國(guó)土等行業(yè)。普通的數(shù)字化儀適用于工程、機(jī)械、服裝設(shè)計(jì)等行業(yè)。

5.觸摸屏觸摸屏最早應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)管制方面，后來(lái)作為計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備應(yīng)用得越來(lái)越廣泛。

觸摸屏是一種能對(duì)物體觸摸產(chǎn)生反應(yīng)的屏幕，當(dāng)人的手指或其他物體觸到屏幕不同位置時(shí)，計(jì)算機(jī)能接收到觸摸信號(hào)并按照軟件要求進(jìn)行相應(yīng)的處理。

按工作原理劃分，觸摸屏有電阻式、電容式、紅外線式、聲表面波式幾種。6.數(shù)字?jǐn)z像頭數(shù)字?jǐn)z像頭是一種連機(jī)圖像實(shí)時(shí)輸入設(shè)備，在多媒體課堂教學(xué)、視頻電話通信、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、電腦攝影等方面有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)字?jǐn)z像頭的核心部件是CCD器件。CCD器件很小，面積通常只有3mm×5mm，在此面積上分布著250～350萬(wàn)個(gè)與光學(xué)像素點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的單元，每一單元又包含紅、綠、藍(lán)三列色彩基元，以實(shí)現(xiàn)彩色圖像輸入。CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，攝像頭內(nèi)部的電路將電信號(hào)再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并直接輸入計(jì)算機(jī)。Ch2圖形輸入與輸出設(shè)備

圖形輸入設(shè)備圖形顯示設(shè)備圖形輸出設(shè)備本章掌握各種圖形設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能指標(biāo)。

2.2圖形顯示設(shè)備

常用的有光柵掃描圖形顯示器、液晶顯示器（LCD）、等離子體顯示器（PDP），它們都屬于點(diǎn)陣顯示設(shè)備，其圖形顯示及顯示控制的基本原理是相同的，不同的是監(jiān)視器的物理結(jié)構(gòu)和“點(diǎn)亮”像素的方式。LED顯示器基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，電流通過(guò)其中的化學(xué)物質(zhì)而產(chǎn)生的光。

本節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)：

（1）基本概念

（2）光柵掃描顯示器的結(jié)構(gòu)、工作原理

一、光柵掃描顯示器概念

顯示器尺寸（顯像管對(duì)角線的尺寸，以英寸為單位(1"=2.54cm)，如15"、19"顯示器）

像素點(diǎn)（Pixel)（1024×768640×480)

屏幕分辨率(ScreenResolution)

點(diǎn)陣縱橫比(AspectRatio)(豎直與水平方向每英寸像素點(diǎn)之比）

前景(Foreground)

（屏幕上被字符和圖形填充的區(qū)域）

背景(Background)二、光柵掃描顯示器的結(jié)構(gòu)組成返回顯示器3121.圖形監(jiān)視器

圖形監(jiān)視器是一個(gè)單獨(dú)的部件，它類似于家用電視機(jī)，但無(wú)調(diào)諧系統(tǒng)。大多數(shù)圖形監(jiān)視器采用了電視掃描（光柵掃描）技術(shù)來(lái)不斷刷新屏幕上的圖像。圖形監(jiān)視器的核心部件是陰極射線管（CathodeRayTube，CRT），與電視機(jī)顯像管類似。CRT結(jié)構(gòu)與組成：

陰極－－》當(dāng)燈絲加熱它時(shí)發(fā)射出電子；

控制柵－－》控制發(fā)射的電子方向和電子的發(fā)射率；CRT結(jié)構(gòu)

加速結(jié)構(gòu)－－》提高電子的速度以使電子束轟擊熒光屏?xí)r能產(chǎn)生一個(gè)可見(jiàn)的亮點(diǎn)；

聚焦系統(tǒng)－－》使電子束變細(xì)以使它轟擊熒光屏?xí)r成為一個(gè)細(xì)小的點(diǎn)；

偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)－－》控制電子束在希望的位置轟擊熒光屏而產(chǎn)生亮點(diǎn)；

熒光粉層－－》當(dāng)電子束轟擊它時(shí)發(fā)出輝光。CRT結(jié)構(gòu)

電子槍黑白CRT中僅有一支電子槍。彩色CRT有三支電子槍

彩色CRT的三支電子槍，發(fā)射的電子束分別轟擊熒光粉層上的紅、綠、藍(lán)熒光點(diǎn)。圖示為一種帶有蔭罩板的彩色CRT，可用于光柵掃描圖形顯示器。

在蔭罩式彩色CRT中，三支電子槍分別對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)（即RGB）三原色。通常，三支電子槍安置成三角形，和CRT表面上的紅、綠、藍(lán)熒光點(diǎn)的類似三角形圖案相對(duì)應(yīng)。光柵掃描顯示器——借助高速電子轟擊熒光粉“點(diǎn)亮”像素；液晶顯示器（LCD)——白色光通過(guò)RGB濾光片產(chǎn)生RGB三色光，然后依靠液晶的翻轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)光通道的控制，實(shí)現(xiàn)彩色顯像。等離子體（PDP）顯示器——是用紫外線激發(fā)熒光管發(fā)光的技術(shù)實(shí)現(xiàn)顯像。

PDP的發(fā)光原理與CRT更為接近，屬于主動(dòng)發(fā)光；而液晶則是被動(dòng)發(fā)光的典型代表。顯示器成像的不同點(diǎn)：一、顯示器的結(jié)構(gòu)組成返回顯示器312

2.幀緩沖存儲(chǔ)器

一幀即一屏。幀緩沖存儲(chǔ)器（也叫視頻存儲(chǔ)器），簡(jiǎn)稱幀緩存，用來(lái)存放圖形信息。

幀緩存的地址和屏幕地址是一一對(duì)應(yīng)的，其中所存的信息就是屏幕上對(duì)應(yīng)位置的圖形信息，這些信息在存儲(chǔ)器內(nèi)的分布和大小完全和屏幕上所顯示圖形的形狀及顏色、明暗程度一致。

屏幕分辨率多大，幀緩存器中就有多少個(gè)存儲(chǔ)地址，每個(gè)地址存放著以二進(jìn)制表示的像素亮度（色彩）信息。將如1024X768這樣的存儲(chǔ)地址區(qū)稱作位平面。位平面的大小取決于屏幕分辨率。增加位平面?zhèn)€數(shù)，可顯示更多的顏色和灰度。N個(gè)位平面，則顯示的顏色數(shù)為2N

帶有調(diào)色板的幀緩存器工作原理：調(diào)色板(palette):顏色索引與三原色亮度值之間的查找表。它是顏色索引和實(shí)際顯示色之間的映射。從位平面中取出像素的顏色索引（地址、像素值、顏色屬性），由顏色屬性索引從調(diào)色板中查找紅、綠、藍(lán)三原色的亮度值，經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器后得到模擬信號(hào)，用模擬信號(hào)控制電子槍發(fā)出電子束，在屏幕上經(jīng)過(guò)顏色合成后就得到該像素的顯示顏色。

幀緩沖器的一個(gè)重要指標(biāo)是其存儲(chǔ)容量。

存儲(chǔ)容量可由屏幕分辨率和顯示顏色（或灰度等級(jí)）估算，計(jì)算方法為：存儲(chǔ)容量≈屏幕分辨率×(字節(jié))例：屏幕分辨率為640×480,顯示色為16色，則估算的幀緩存器容量為？

一、顯示器的結(jié)構(gòu)組成返回顯示器312

顯示控制器的作用是反復(fù)掃描幀緩存器，取出像素的顏色值（即實(shí)際顏色），并經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后把模擬信號(hào)送給監(jiān)視器的亮度與色彩控制部件。同時(shí)，控制器按像素的X、Y地址控制監(jiān)視器將電子束偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置，轟擊熒光點(diǎn)，產(chǎn)生不同亮度（或色彩）的圖像。3.顯示控制器

2.2圖形顯示設(shè)備

常用的有光柵掃描圖形顯示器、液晶顯示器（LCD）、等離子體顯示器（PDP）等，它們都屬于點(diǎn)陣顯示設(shè)備，其圖形顯示及顯示控制的基本原理是相同的，不同的是監(jiān)視器的物理結(jié)構(gòu)和“點(diǎn)亮”像素的方式。

本節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)：

（1）基本概念

（2）光柵掃描顯示器的結(jié)構(gòu)、工作原理

(3)光柵掃描顯示器性能參數(shù)

顯示器尺寸

點(diǎn)距：指屏幕上兩個(gè)相鄰?fù)瑯宇伾珶晒恻c(diǎn)之間的距離屏幕分辨率掃描頻率：指垂直掃描頻率，即每秒刷新屏幕的次數(shù)，通常用赫茲（Hz）表示。75Hz、85Hz視頻帶寬：指每秒鐘電子槍掃描過(guò)的總像素?cái)?shù)，即反映顯示器每秒數(shù)據(jù)傳輸量的大小。安全認(rèn)證三、光柵掃描顯示器性能參數(shù)液晶顯示器自學(xué)Ch2圖形輸入與輸出設(shè)備

圖形輸入設(shè)備圖形顯示設(shè)備圖形輸出設(shè)備本章掌握各種圖形設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能指標(biāo)。

2.3圖形輸出設(shè)備

1.打印機(jī)：點(diǎn)陣式、熱敏式、噴墨、激光打印機(jī)。

2.

繪圖機(jī)：