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1、*1Graphics Lab. BUAA第二讲第二讲 计算机图形系统计算机图形系统2.1 图形外部设备 2.2 图形软件 2.3 图形系统及其标准 2.4 Windows图形环境 2.5 OpenGL介绍 *2Graphics Lab. BUAAl图形输出系统： 显示：阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子显示器 打印：绘图仪、打印机l图形输入设备： 二维：键盘、鼠标、图形输入板、跟踪球、光笔、触摸屏、操纵杆、扫描仪 三维：空间球、数据手套 2.1 2.1 图形外部设备图形外部设备*3Graphics Lab. BUAA2.1.1 2.1.1 图形显示器图形显示器2.1.1.
2、1 阴极射线管 2.1.1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 2.1.1.3 随机扫描显示系统 2.1.1.4 光栅扫描系统 2.1.1.5 液晶显示器*4Graphics Lab. BUAAl2.1.1.1 阴极射线管（CRT:Cathode Ray Tube ）组成：电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统 、荧光屏工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、 加速电极、偏转系统，轰击到荧光屏的不同部位 ，被其内表面的荧光物质吸收，发光产生可见的 图形。结构*5Graphics Lab. BUAA电子枪l电灯丝：阴极和控制栅组成。l阴极：由灯丝加热发出电子束。l控制栅：加上负电压后，能够
3、控制通过其中小 孔的带负电的电子束的强弱。通过调节负电压 高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点 的亮度。*6Graphics Lab. BUAA聚焦系统聚焦系统通过电场和磁场控制电 子束，“变细”，保证亮 点足够小，提高分辩率加速电极加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动 。 *7Graphics Lab. BUAA偏转系统偏转系统l控制电子束，静电场或磁场，产生偏转 ，最大偏转角是衡量系统性能的最重要 的指标，显示器长短与此有关。*8Graphics Lab. BUAA荧光屏荧光屏荧光物质：吸收电子束而发光 持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值 衰减到初始值1/10所需的时间
4、刷新(Refresh)：为了让荧光物质保持一个稳定的亮 度值 刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数 像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像）的最小 元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长 度上能识别的最大 像素个数，单位通常为dpi（dots per inch)。在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用 整个屏幕所能容纳的像素个数描述，如640*480， 800*600，1024*768， 1280*1024等等*9Graphics Lab. BUAA产生彩色的常用方法：射线穿透法、影孔板法 射线穿透法l原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光 物质，电
5、子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产 生的颜色l应用：主要用于画线显示器l优点：成本低l缺点：只能产生有限几种颜色电子束荧光涂层产生颜色低速电子束较低速电子束较高速电子束高速电子束2.1.1.2 2.1.1.2 彩色阴极射线管彩色阴极射线管*10Graphics Lab. BUAA2.1.1.2 2.1.1.2 彩色阴极射线管（续）彩色阴极射线管（续）影孔板（荫罩）法l原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精 确定位像素的位置外层玻璃荧光涂层影孔板*11Graphics Lab. BUAA影孔板的类型l点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管l栅格式影孔板 代表：Sony的Trinitron与
6、Mitsubishi的 Diamondtron显像管l沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管*12Graphics Lab. BUAA2.1.1.2 2.1.1.2 彩色阴极射线管（续）彩色阴极射线管（续）点状影孔板工作原理l红、绿、兰三基色l三色荧光点（很小并充分靠近-像素）l三支电子枪电子枪、影孔板中的一个小孔和荧光点呈一直线 ；每个小孔与一个像素（即三个荧光点）对应*13Graphics Lab. BUAAl显示器能同时显示的颜色个数如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级 ，则显示器能同时显示256*256*256=16M种颜色， 称为真彩系统l调节各电子枪发生的 电子束
7、中所含电子的数 目，即可控制各色光点 亮度。*14Graphics Lab. BUAA2.1.1.3 2.1.1.3 随机扫描的显示系统随机扫描的显示系统特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分。逻辑部件：刷新存储器(Refreshing Buffer),显示处理器（ DPU:Display Processing Unit）和CRT*15Graphics Lab. BUAAl工作原理应用程序发出绘图命令，解析成显示处理器可接受命令格式，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所 有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解 释执行(刷新)， 驱动电子枪在屏幕上绘图。修改图形，实际是修改显示
8、文件中的某些绘图命令。 *16Graphics Lab. BUAA2.1.1.4 2.1.1.4 光栅扫描的显示系统光栅扫描的显示系统l光栅扫描显示系统特点：光栅扫描扫描线帧水平回扫期垂直回扫期*17Graphics Lab. BUAA绘图过程*18Graphics Lab. BUAA-显示器的分辨率l电子束按固定的扫描顺序进行扫描N条扫描线，每条扫描线有M个像素，M * N显示器的分辨率。*19Graphics Lab. BUAA逻辑部件：帧缓冲存储器（Frame Buffer)，视频控 制器（Video Controller)，显示处理器（Display Processor），CRT帧缓冲
9、存储器l作用：存储屏幕上像素的颜色值l简称帧缓冲器，俗称显存l帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同，单元与像 素一一对应，各单元的数值决定了其对应像素的颜色。l显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关（图示帧 缓冲器的每个单元只有一位）。 *20Graphics Lab. BUAA彩显：彩显：l显存问题 高分辨率和真彩要求有大的显存；曾经是个问题！ 解决方法：采用查色表(Lookup Table ）或称彩色表(Color Table)1024*768真彩模式需要3M字节显存*21Graphics Lab. BUAA带宽T与分辨率、帧频F的关系带宽问题 高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽
10、解决方法：隔行扫描（现在已经基本不用 ，主流显示器都采用逐行扫描方式） 隔行扫描的：把一帧分两场，即奇数场与 偶数场 场频：=2*帧频彩显：彩显：*22Graphics Lab. BUAA隔行扫描隔行扫描工作原理l一帧完整的画面分成两场。l一场160秒，（场频60HZ），（帧 频30HZ）画面更新频率仍为60HZ，降低 了闪烁效应，每一场160秒内，帧缓存 中数据量比逐行扫描少一半。降低了视 频控制器存取帧缓存的速度及传输带宽 的要求。 *23Graphics Lab. BUAA视频控制器视频控制器l作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应，负责刷新l逻辑结构l工作原理刷新周期开始，光栅扫描发
11、生器置X地址寄 存器为0，置Y地址寄存器为N-1，首先取出对应像素（0， N-1）的帧缓存单元的数值, 放入像素值寄存器，用来控制 像素的颜色，然后X的地址寄存器的地址加一，如此重复 ，直到该扫描线上的最后一个像素。 双缓冲机制（Double Buffer)*24Graphics Lab. BUAA显示处理器显示处理器l作用：代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转 换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等l具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构图形加速卡=视频控制器+显存+显示处理器*25Graphics Lab. BUAA光栅显示系统的特点l优点： 成本低 易于绘制填充图形 色彩丰富 刷新频
12、率一定，与图形的复杂程度无关 易于修改图形l缺点： 需要扫描转换 会产生混淆缺点正在被克服优点使其占据了市场主流*26Graphics Lab. BUAA2.1.1.5 2.1.1.5 液晶显示器液晶显示器lCRT固有的物理结构限制了它向更广的显示领 域发展：（1）屏幕的加大必然导致显像管的加长，显示器 的体积必然加大，使用时候就会受到空间的限制； （2） CRT显示器是利用电子枪发射电子束来产生 图像，容易受电磁波干扰； （3）长期电磁辐射会对人们健康产生不良影响。 在这种情况下，人们推出了LCD（Liquid Crystal Display液晶显示器）。 *27Graphics Lab.
13、BUAA基本原理基本原理 液晶是一种介于液体和 固体之间的特殊物质，它 具有液体的流态性质和固 体的光学性质。当液晶受 到电压的影响时，就会改 变它的物理性质而发生形 变，此时通过它的光的折 射角度就会发生变化，而 产生色彩。 Samsung 151P：5499元*28Graphics Lab. BUAAl液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第 一层偏光板，再来到液晶体上，而当光线透过 液晶体时，就会产生光线的色泽改变，从液晶 体射出来的光线，还得必须经过一块彩色滤光 片以及第二块偏光板*29Graphics Lab. BUAA*30Graphics Lab. BUAA*31Graphics
14、 Lab. BUAA液晶显示有主动式和被动式两种l被动式液晶屏幕有STN（Super TN超扭曲 向列LCD）和DSTN（Double layer Super TN双层超扭曲向列LCD）等l最流行的主动式液晶屏幕是TFT（Thin Film Transistor薄膜晶体管）*32Graphics Lab. BUAALCD显示器的基本指标l可视角度 视线与屏幕中心法向成一定角度时，人们就不 能清晰地看到屏幕图象，而能看到清晰图象的 最大角度被称为可视角度。一般所说的可视角 度是指左右两边的最大角度相加。l点距与分辨率 液晶屏幕的点距就是两个液晶颗粒（光点）之 间的距离，一般0.280.32mm就
15、能得到较好的 显示效果 通常所说的液晶显示器的分辨率是指其真实分 辨率，表示水平方向的像素点数与垂直方向的 像素点数的乘积。只含有固定数量的液晶单元 ，只能在全屏幕使用一种分辨率显示。*33Graphics Lab. BUAALCD显示器的优点l外观小巧精致，厚度只有6.58cm左右。l不会产生CRT那样的因为刷新频率低而出现的闪 烁现象l工作电压低，功耗小，节约能源l没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响 LCD显示器的缺点l坏点l拖尾效应：CRT显示器的响应时间不过1-2毫秒 ，而LCD一般40毫秒（好的为25毫秒）l视角小l脆弱l价格稍高*34Graphics Lab. BUAA* *未来显示器未来显示器* *l采用空气等离子体技术，l空气等离子体可想象成一个个微型霓虹 灯，红绿蓝三种不同颜色的像素。l显示屏薄，挂在墙上。l发光聚合物技术，坚不可摧；柔韧性好 ，可以卷起来；显示画面具有无与伦比 的清晰度。真正的平面直角。*35Graphics Lab. BUAA性质 CRT LCD 等离子显示器 功耗 大 小 中屏幕 中 小 大平面度 一般
