计算机图形学计算机图形系统及硬

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1、2.1 2.1 概述概述 2.1.1 2.1.1 计算机系统中的图形设备计算机系统中的图形设备计算机图形系统用来生成、处理和显示图形，计算机图形系统用来生成、处理和显示图形，通常由以下通常由以下三三部分构成：部分构成：中央中央处理处理器：图形计算及有效的存储；器：图形计算及有效的存储；图形图形输入输入设备：键盘和鼠标、跟踪球、空间球、设备：键盘和鼠标、跟踪球、空间球、光笔、数字化仪、触摸板、扫描仪、手写输入光笔、数字化仪、触摸板、扫描仪、手写输入板、语音输入、数据手套等；板、语音输入、数据手套等；图形图形输出输出设备：包括图形显示设备（显示器）设备：包括图形显示设备（显示器）和图形绘制设备（打

2、印机、绘图仪）。和图形绘制设备（打印机、绘图仪）。2.1.2 2.1.2 图形系统的基本功能图形系统的基本功能一个计算机图形系统至少应具有一个计算机图形系统至少应具有计算计算、存储存储、输入输入、输出输出、交互交互等基本功能。等基本功能。计算计算功能功能：1 1） 图形的描述、分析和设计；图形的描述、分析和设计；2 2） 点、线、面的表示及其求交、分类；点、线、面的表示及其求交、分类；3 3） 图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换；图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换；4 4） 曲线、曲面的生成；曲线、曲面的生成；5 5） 图形的交点、交线和交面的计算；图形的交点、交线和交面的计算；6 6

3、） 光、色模型的建立和计算；光、色模型的建立和计算；7 7） 图形之间相互关系的检测等。图形之间相互关系的检测等。存储存储功能功能：图图形形数数据据库库可可以以存存放放各各种种图图形形的的几几何何数数据据及及图图形形之之间间的的相相互互关关系系以以及及各各种种属属性性信信息息，并并能能快快速速方方便便地地实实现现对对图图形形的的删删除除、增增加加、修修改改等等操操作。作。输入输入功能功能：通通过过图图形形输输入入设设备备将将基基本本的的图图形形数数据据（如如点点、线线等等），必必要要的的参参数数和和各各种种绘绘图图命命令令输输入入到到计计算机中，从而构造更复杂的几何图形。算机中，从而构造更复杂

4、的几何图形。输出输出功能功能：图图形形数数据据经经过过计计算算后后可可在在显显示示器器上上显显示示当当前前的的状状态态以以及及经经过过图图形形编编辑辑后后的的结结果果，同同时时还还能能通通过过绘绘图图仪仪、打打印印机机等等设设备备实实现现硬硬拷拷贝贝输输出出，以以便长期保存。便长期保存。交互交互功能功能：设设计计人人员员可可通通过过显显示示器器或或其其他他人人机机交交互互设设备备直直接接进进行行人人机机通通信信，对对计计算算结结果果和和图图形形利利用用定定位位、拾拾取取等等手手段段进进行行修修改改，同同时时对对设设计计者者或或操操作作员员输入的错误给以必要的提示和帮助。输入的错误给以必要的提示

5、和帮助。图形的基本处理流程图形的基本处理流程 图形输入设备图形输入设备 输入输入 计算计算 输出输出 图形输出设备图形输出设备 存储存储 交互交互 显示器显示器 数据库数据库2.2 2.2 图形显示设备图形显示设备图形显示设备主要有以下图形显示设备主要有以下三三种：种：阴极射线管阴极射线管显示器（显示器（Cathode Ray Tube Cathode Ray Tube CRTCRT）液晶液晶显示器（显示器（Liquid Crystal Display Liquid Crystal Display LCDLCD）等离子体平板等离子体平板显示器（显示器（Palsma Display Palsma

6、 Display Panel PDPPanel PDP）2.2.1 CRT2.2.1 CRT显示器显示器1.CRT1.CRT显示器显示原理显示器显示原理 CRTCRT显示器主要由显示器主要由阴极阴极、电平控制器电平控制器（即控制极）、（即控制极）、聚焦系统聚焦系统、加速系统加速系统、偏偏转系统转系统和和阳极荧光粉涂层阳极荧光粉涂层组成，这组成，这六六部分都在真空部分都在真空管内。管内。CRTCRT显示器原理图显示器原理图水平偏转板垂直偏转板灯丝阴极聚焦系统加速系统电平控制器石墨层吸收轰击磷粉涂层后逃逸在荧光屏内的杂撒电子送至第二阳极,形成电流回路。 荧光粉（磷粉涂层） 电子枪 偏转系统 荧光屏

7、第一阳极第一阳极第二阳极第二阳极 偏转线圈 高压入口经石墨层接第二阳极 用于磁偏转系统 用于静电偏转系统荧光屏偏转的电子束刷新刷新刷新刷新：刷新一次指电子束从上到下将荧光：刷新一次指电子束从上到下将荧光屏扫描一次。屏扫描一次。扫描转换扫描转换：将图形的几何信息转换成存储：将图形的几何信息转换成存储在帧缓存中的光栅（点阵）图像并以一定在帧缓存中的光栅（点阵）图像并以一定格式的视频图像显示的过程叫格式的视频图像显示的过程叫扫描转换扫描转换。只有刷新频率高到一定值后，图像才能稳只有刷新频率高到一定值后，图像才能稳定显示。大约达到每秒定显示。大约达到每秒6060帧，即帧，即60Hz60Hz时，时，人眼

8、才能感觉到屏幕不闪烁，要使人眼觉人眼才能感觉到屏幕不闪烁，要使人眼觉得舒服，一般必须有得舒服，一般必须有85Hz85Hz以上的刷新频率。以上的刷新频率。隔行扫描技术隔行扫描技术每一帧分为每一帧分为两个场两个场显示，每个场只包含一半画显示，每个场只包含一半画面。两个场是交错的，一个场包含所有的奇数面。两个场是交错的，一个场包含所有的奇数扫描行，另一个场包含所有的偶数扫描行，两扫描行，另一个场包含所有的偶数扫描行，两个场以个场以1/601/60秒的时间间隔交替显示。秒的时间间隔交替显示。扫描从扫描从奇数场奇数场左上角开始，每一行都是自左向左上角开始，每一行都是自左向右。电子束在横向扫描的同时以一个

9、较低的速右。电子束在横向扫描的同时以一个较低的速率向下移动，当扫描线到达屏幕右端时，就将率向下移动，当扫描线到达屏幕右端时，就将其隐去并迅速返回屏幕左端。这个过程称为其隐去并迅速返回屏幕左端。这个过程称为水水平回扫平回扫。接着下一奇数行重复这一过程。接着下一奇数行重复这一过程。当整场扫描完毕时，扫描线正好停在底部的中当整场扫描完毕时，扫描线正好停在底部的中央。接着扫描线迅速回到屏幕顶部中央，这就央。接着扫描线迅速回到屏幕顶部中央，这就是奇数场是奇数场垂直回扫垂直回扫。接着进行接着进行偶数场偶数场扫描，偶数场扫描结束于屏幕扫描，偶数场扫描结束于屏幕右下角，垂直回归后电子束返回屏幕左上角。右下角，

10、垂直回归后电子束返回屏幕左上角。奇数场从第一行开始，水平回扫用虚线表示奇数场从第一行开始，水平回扫用虚线表示1234567 有有7 7条扫描线的隔行扫描条扫描线的隔行扫描2.2.彩色彩色CRTCRT显示器的显示原理显示器的显示原理颜色模型颜色模型： 所谓颜色模型就是指某个三维颜色所谓颜色模型就是指某个三维颜色空间中的一个空间中的一个可见光子集可见光子集，它包含某，它包含某个颜色域的所有颜色。采用颜色模型个颜色域的所有颜色。采用颜色模型的目的是在某个颜色域中方便地制定的目的是在某个颜色域中方便地制定颜色。颜色。RGBRGB模型模型R绿(0,1,0)黄(1,1,0)白(1,1,1)品红(1,0,1

11、)青(0,1,1)黑(0,0,0)蓝(0,0,1)红(1,0,0)GBRGBRGB颜色立方体颜色立方体 由由红红、绿绿、蓝蓝三种颜三种颜色组成的原色系统称为色组成的原色系统称为RGBRGB模型。它是定义于某模型。它是定义于某个红绿蓝颜色坐标系统个红绿蓝颜色坐标系统中的单位立方体。坐标中的单位立方体。坐标原点代表黑色，坐标点原点代表黑色，坐标点(1,1,1)(1,1,1)代表白色。坐标代表白色。坐标轴上的顶点代表三个基轴上的顶点代表三个基色，余下的顶点则代表色，余下的顶点则代表每一个基色的补色。每一个基色的补色。 RGB颜色模型所覆盖的颜色域取颜色模型所覆盖的颜色域取决于显示设备荧光点的颜色特性

12、，决于显示设备荧光点的颜色特性，是与硬件相关的是与硬件相关的 电子枪和对应的荧光电子枪和对应的荧光点必须在一条直线上。为点必须在一条直线上。为保证每个电子枪都能击中保证每个电子枪都能击中对应颜色的荧光点，在电对应颜色的荧光点，在电子枪和荧光屏之间放置一子枪和荧光屏之间放置一个有孔的金属网格（即荫个有孔的金属网格（即荫罩）。调整彩色电子枪的罩）。调整彩色电子枪的排布方式可让三个电子束排布方式可让三个电子束都汇聚于荫罩上。这样，都汇聚于荫罩上。这样，某颜色的电子束通过荫罩某颜色的电子束通过荫罩后，就可后，就可避免和另外两种避免和另外两种颜色的荧光点相交颜色的荧光点相交，而只，而只能与自己对应颜色的

13、荧光能与自己对应颜色的荧光点相交。点相交。彩色彩色CRTCRT电子枪和荫罩的排布电子枪和荫罩的排布绿枪电子束绿枪电子束蓝枪电子束蓝枪电子束红枪电子束红枪电子束荫罩荫罩屏幕屏幕红绿蓝荧光点荧光点如果每一个电子枪都有如果每一个电子枪都有256256级级（8 8位位）的强度控制，那么这个）的强度控制，那么这个显象管所能产生的颜色就是我显象管所能产生的颜色就是我们平时所说的们平时所说的2424位真彩色了位真彩色了 1)1)荫罩显示器荫罩显示器 彩色彩色CRT光栅扫描显示器有三个电子枪（最早是三枪光栅扫描显示器有三个电子枪（最早是三枪三束，现在有一枪三束，即三个阴极），它的荧光屏三束，现在有一枪三束，即

14、三个阴极），它的荧光屏上涂有三种荧光物质，分别能发红、绿、蓝三种颜色上涂有三种荧光物质，分别能发红、绿、蓝三种颜色的光。电子枪通常成三角形排列或水平排列，与的光。电子枪通常成三角形排列或水平排列，与CRT屏幕上的三角形红、绿、蓝荧光点相对应。屏幕上的三角形红、绿、蓝荧光点相对应。电子枪水平排列电子枪水平排列孔状荫罩孔状荫罩沟槽状荫罩沟槽状荫罩 2 2）荫栅显示器）荫栅显示器荫栅式显示器其工作原理如下图所示荫栅式显示器其工作原理如下图所示 : : 荫栅工作原理原理示意图荫栅工作原理原理示意图 如果我们说某个品牌的显示器的分辨率为如果我们说某个品牌的显示器的分辨率为80DPI80DPI，是指在显示

15、器的有效显，是指在显示器的有效显示范围内，显示器的的显像设备可以在每英寸荧光屏上产生示范围内，显示器的的显像设备可以在每英寸荧光屏上产生8080个光点。个光点。举个例子来说，一台举个例子来说，一台1414英寸的显示器（荧光屏对角线长度为英寸的显示器（荧光屏对角线长度为1414英寸），英寸），其点距为其点距为0.28mm0.28mm，那么：，那么： 显示器分辨率显示器分辨率=25.3995mm/inch0.28mm/Dot90DPI=25.3995mm/inch0.28mm/Dot90DPI。（1 inch=25.3995mm1 inch=25.3995mm）显示器出厂时一般并不标出表征显示器分

16、辨率的）显示器出厂时一般并不标出表征显示器分辨率的DPIDPI值，只给出点距，我们根据上述公式即可算出显示器的分辨率。根据值，只给出点距，我们根据上述公式即可算出显示器的分辨率。根据我们算出的我们算出的DPIDPI值，进而可以推算出显示器支持的最高显示模式。值，进而可以推算出显示器支持的最高显示模式。Dpi-Dpi-每英寸的像素点数每英寸的像素点数R R G GB BB B0.25mm0.25mmd=0.28mmd=0.28mm0.24mm0.24mm0.31mm0.31mmR R G GB BG G点距为点距为0.250.25的柱面显示器的柱面显示器点距为点距为0.280.28的球面显示器的

17、球面显示器3.3.光栅扫描式图形显示器光栅扫描式图形显示器1)1)光栅扫描式图形显示器是光栅扫描式图形显示器是画点设备画点设备，可看成一，可看成一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元的个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元的亮度。亮度。2)2)发出的电子束的偏转方式是固定的，发出的电子束的偏转方式是固定的，自上而下，自上而下，从左到右从左到右扫描在荧光屏上形成光栅形状。扫描在荧光屏上形成光栅形状。3)3)图形是通过电子束扫描到光栅上的图形像素点图形是通过电子束扫描到光栅上的图形像素点时呈现的亮度或颜色与光栅背景的亮度或颜色时呈现的亮度或颜色与光栅背景的亮度或颜色不同而衬托出的，可形成多级灰度

18、或颜色的实不同而衬托出的，可形成多级灰度或颜色的实面积自然图像。面积自然图像。4)4)由于图像是由像素阵列组成，显示一幅图像由于图像是由像素阵列组成，显示一幅图像所需要的时间等于显示整个光栅所需的时间，所需要的时间等于显示整个光栅所需的时间，而与而与图像的复杂程度无关图像的复杂程度无关。 综上，可把光栅图形显示器看做许多综上，可把光栅图形显示器看做许多离散点离散点组成的矩阵，每个点都可以发光。除非特殊组成的矩阵，每个点都可以发光。除非特殊情况，一般在矩阵中是情况，一般在矩阵中是不能直接从一个点到不能直接从一个点到另一个点另一个点（或一个像素到另一个像素）画一（或一个像素到另一个像素）画一条笔直

19、的直线，但可以条笔直的直线，但可以用一系列的点用一系列的点（或像（或像素）来素）来近似地表示近似地表示这条直线。这条直线。 显显然然，只只有有画画水水平平、垂垂直直或或正正方方形形的的对对角角线线时时，才才能能用用点点或或像像素素画画出出一一条条真真正正的的直直线线，其其他他情情况况下下的的直直线线均均呈呈阶阶梯梯状状，这这种种现现象象称称为为走走样样或或锯锯齿齿( (如如下下图图所所示示) )。采采用用反反走走样样技技术术可可适当减轻阶梯效果。适当减轻阶梯效果。光栅化的直线光栅化的直线(b)ABCD(a)图像元素图像元素或像素或像素可寻址点可寻址点BA帧缓冲存储器（帧缓存）帧缓冲存储器（帧缓

20、存）1)1)帧缓冲存储器是一块帧缓冲存储器是一块连续连续的存储空间。的存储空间。2)2)光栅中的每个像素在帧缓存中至少要有光栅中的每个像素在帧缓存中至少要有1 1位位（bitbit）, ,每个像素每个像素1 1位的存储容量称为位的存储容量称为位面位面（bit planebit plane）。）。画面就是由帧缓存中的这画面就是由帧缓存中的这些位信息组成的。些位信息组成的。 3)3)图形在计算机中是一位一位产生的，每一图形在计算机中是一位一位产生的，每一个存储位只有个存储位只有0 0或或1 1两个状态，因此一个位两个状态，因此一个位面的帧缓存只能产生黑白图形面的帧缓存只能产生黑白图形。实现光栅实现

21、光栅CRTCRT图形显示器的最常见方法是使用图形显示器的最常见方法是使用帧缓存帧缓存。4)4)帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备，帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备，要把帧缓存中的信息在光栅显示器屏幕上输要把帧缓存中的信息在光栅显示器屏幕上输出必须经过出必须经过数字数字/ /模拟转换模拟转换，这个工作由，这个工作由DACDAC（数模转换器（数模转换器 digital/analog digital/analog convertorconvertor）完成。）完成。具有具有1 1位帧缓存的黑白光栅显示器结构图位帧缓存的黑白光栅显示器结构图帧缓冲存储器CRT光栅电子枪寄存器1DAC 光栅图形

22、显示器中需要有光栅图形显示器中需要有足够的位面和帧缓足够的位面和帧缓存存结合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。结合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。 如图，显示器上每个像素的亮度由如图，显示器上每个像素的亮度由N N个位面中对应的每个位面中对应的每个像素位置的内容共同决定，即每一位的二进制被存入指定个像素位置的内容共同决定，即每一位的二进制被存入指定的寄存器中的寄存器中, ,该寄存器中二进制的数被翻译成灰度等级，其该寄存器中二进制的数被翻译成灰度等级，其范围在范围在0 02 2N N1 1之间。之间。N00帧缓冲存储器1N=3 2N级1004 2N DAC寄存器N电子枪CRT光栅具有具有N N

23、位帧缓存的黑白灰度光栅显示器结构图位帧缓存的黑白灰度光栅显示器结构图 为避免帧缓存的增加，可采用为避免帧缓存的增加，可采用颜色查找表颜色查找表来提高来提高灰度级别，如下图所示，帧缓存中的位面号为颜色查灰度级别，如下图所示，帧缓存中的位面号为颜色查找的索引，颜色查找表必须有找的索引，颜色查找表必须有2 2N N项，每一项具有项，每一项具有W W位字位字宽。当宽。当W W大于大于N N时，可有时，可有2 2W W灰度等级，但每次只有灰度等级，但每次只有2 2N N个不个不同灰度等级可用。若要使用同灰度等级可用。若要使用2 2N N种以外的灰度等级，需改种以外的灰度等级，需改变颜色查找表中的内容（重

24、装颜色查找表）。变颜色查找表中的内容（重装颜色查找表）。 具有具有N N位帧缓存和位帧缓存和W W位颜色查找表的光栅显示器结构图位颜色查找表的光栅显示器结构图N=3 2N表项N00帧缓冲存储器11004寄存器N2N为总光强等级2W为每次可显示 光强等级电子枪11W查找表 2W DAC1011W=4CRT光栅 由于只有三种原色，所以可用三个位面实现一个由于只有三种原色，所以可用三个位面实现一个简单的简单的彩色帧缓冲存储器彩色帧缓冲存储器。下图为简单的彩色光栅显。下图为简单的彩色光栅显示器，由分别对应红示器，由分别对应红(R)(R)、绿、绿(G)(G)、蓝、蓝(B)(B)三原色的三三原色的三个位面

25、的帧缓存，个位面的帧缓存，DACDAC，三个电子枪和，三个电子枪和CRTCRT光栅组成。光栅组成。CRT光栅300帧缓冲存储器1寄存器彩色电子枪0DAC蓝0DAC绿1DAC红一个简单的彩色帧缓冲存储器一个简单的彩色帧缓冲存储器 对对每每个个颜颜色色的的电电子子枪枪可可通通过过增增加加帧帧缓缓存存位位面面来来提提高高颜颜色色种种类类的的灰灰度度等等级级。如如下下图图，每每种种原原色色电电子子枪枪有有8 8个个位位面面的的帧帧缓缓存存和和8 8位位的的DACDAC，每每种种原原色色有有2 28 8种种灰灰度度等等级级，三三种种原原色色的的组组合合有有2 22424种种颜颜色色。这这种种显显示示器器

26、称称为为全全色光栅扫描图形显示器色光栅扫描图形显示器，其帧缓存称为，其帧缓存称为全色帧缓存全色帧缓存。 若各组位面存放的不是直接的颜色值而是颜色查找若各组位面存放的不是直接的颜色值而是颜色查找表的表的地址索引地址索引，则全色帧缓存的颜色还可进一步丰富，则全色帧缓存的颜色还可进一步丰富。彩色电子枪8N8寄存器帧缓冲存储器8W位DAC红W位DAC绿W位DAC蓝CRT光栅2N表项颜色查找表W = 10一个具有一个具有2424位面的彩色帧缓存和位面的彩色帧缓存和1010位颜色查找表的结构图位颜色查找表的结构图1 1）分辨率）分辨率指显示器在屏幕水平指显示器在屏幕水平( (垂直垂直) )方向显示多少像素

27、方向显示多少像素分辨率越高，显示的字符或图像越清晰分辨率越高，显示的字符或图像越清晰分辨率以像素点为基本单位，表示方法为分辨率以像素点为基本单位，表示方法为640480640480、10247681024768、1280102412801024等。等。显示分辨率与显卡上的缓冲存储器的容量有关，显示分辨率与显卡上的缓冲存储器的容量有关，容量越大，显示分辨率越高。容量越大，显示分辨率越高。2 2）刷新频率刷新频率指屏幕刷新的速度指屏幕刷新的速度刷新频率越低，图像闪烁和抖动现象就越严重；刷新频率越低，图像闪烁和抖动现象就越严重；光栅扫描显示器的主要性能参数光栅扫描显示器的主要性能参数3 3）水平扫描

28、频率）水平扫描频率水平扫描频率又称为水平扫描频率又称为行频行频，是指电子枪每秒在屏幕上扫描过，是指电子枪每秒在屏幕上扫描过的水平点数；的水平点数；4 4）亮度等级数目和色彩）亮度等级数目和色彩亮度等级数目亮度等级数目指单种颜色亮度可变化的数目指单种颜色亮度可变化的数目亮度亮度等级等级范围的提升可使图像看上去更柔和自然范围的提升可使图像看上去更柔和自然色彩色彩包括可选择显示颜色的数目以及一帧画面可同时显示的包括可选择显示颜色的数目以及一帧画面可同时显示的颜色数；颜色数；5 5）点距点距“点距点距”指相邻像素点之间的距离（即像素的直径）指相邻像素点之间的距离（即像素的直径）“点距点距”决定了每英寸

29、最多能产生多少个点。决定了每英寸最多能产生多少个点。6 6）显示速度）显示速度指显示字符、图形，特别是动态图像的速度，与显示器的指显示字符、图形，特别是动态图像的速度，与显示器的分分辨率辨率及及扫描频率扫描频率有关有关-可用可用最大带宽最大带宽表示：表示： 水平像素数水平像素数* *垂直像素数垂直像素数* *最大刷新率最大刷新率2.2.2 2.2.2 液晶显示器液晶显示器1.1.液晶的物理特性液晶的物理特性液晶即液态晶体，是具液晶即液态晶体，是具有有线状结晶结构线状结晶结构的分子，的分子，可象液体那样流动。可象液体那样流动。液晶分子的排列液晶分子的排列柔软易柔软易变形变形，受电场、磁场、温，受

30、电场、磁场、温度、应力等外部条件作用度、应力等外部条件作用时会重新排列。时会重新排列。 极化性：极化性：当通电和不通电时液晶分子处于当通电和不通电时液晶分子处于两两种种不同的排列，一种排列光线容易通过，而另不同的排列，一种排列光线容易通过，而另一种排列阻止光线通过。一种排列阻止光线通过。2.2.单色液晶显示器的原理单色液晶显示器的原理1)1)玻璃板玻璃板：在液晶显示器中，液晶是灌入两：在液晶显示器中，液晶是灌入两个列有细槽的平面之间，也就是两片涂有个列有细槽的平面之间，也就是两片涂有配向膜配向膜（PIPI，polyimidepolyimide聚酰亚胺聚酰亚胺）的玻璃）的玻璃板，用来夹住液晶。液

31、晶分子顺着开槽均板，用来夹住液晶。液晶分子顺着开槽均匀排列。匀排列。2)2)偏光板偏光板：一系列逐步变细的平行线，或称：一系列逐步变细的平行线，或称栅栏，用来阻隔掉不与栅栏平行的光线。栅栏，用来阻隔掉不与栅栏平行的光线。偏光板的光透过图：偏光板的光透过图：液晶显示器依靠液晶显示器依靠偏光板偏光板( (极化滤光片极化滤光片) )影响光线穿过液晶。自影响光线穿过液晶。自然光线是朝所有方向随机发散的。只有两个然光线是朝所有方向随机发散的。只有两个偏光板偏光板的线完的线完全平行，或者通过第一个全平行，或者通过第一个偏光板偏光板的光线本身已扭转到与第的光线本身已扭转到与第二个二个偏光板偏光板相匹配，光线

32、才得以穿过第二个相匹配，光线才得以穿过第二个偏光板偏光板。如下如下图所示，两个图所示，两个偏光板偏光板互相垂直，穿过第一个互相垂直，穿过第一个偏光板偏光板的光线，的光线，经过扭曲的液晶后，光线被扭曲经过扭曲的液晶后，光线被扭曲9090，正好可以穿过第二个，正好可以穿过第二个偏光板偏光板。光线方向光线穿透示意图光线穿透示意图 但若为液晶加一个但若为液晶加一个电压电压，液晶分子又会重新排列并完全平，液晶分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，将被第二个行，使光线不再扭转，将被第二个偏光板偏光板挡住。总之，加电光挡住。总之，加电光线将被阻断，不加电光线将射出，如下图所示线将被阻断，不加电光线将射

33、出，如下图所示光线阻断示意图光线阻断示意图3)3)电极：电极：玻璃板和液晶材料之间是透明电极，电极分为行电极玻璃板和液晶材料之间是透明电极，电极分为行电极和列电极，在行和列和列电极，在行和列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，从而改变屏幕上相应像素的亮度。旋光状态，从而改变屏幕上相应像素的亮度。综上可得像素综上可得像素点亮点亮过程：过程：背光板背光板发出的光线穿过第一层偏振过滤层后进入液晶层。发出的光线穿过第一层偏振过滤层后进入液晶层。液晶层液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格一

34、个或多个单元格 构成屏幕上的一个像素。构成屏幕上的一个像素。 通过电极上电压的改变，通过电极上电压的改变， 改变液晶的改变液晶的扭转状态扭转状态， 相应改变光线的相应改变光线的行进方行进方 向向，从而决定相应像素，从而决定相应像素 的亮度。液晶材料在这的亮度。液晶材料在这 里作用类似一个小的里作用类似一个小的光阀光阀。4)4)背光板：背光板：由荧光物质组成，可以发射光线，提供一个高由荧光物质组成，可以发射光线，提供一个高亮度，且亮度分布均匀的亮度，且亮度分布均匀的光源光源。由显示屏两边作为光源。由显示屏两边作为光源的灯管，反射板，导光板等等组成。的灯管，反射板，导光板等等组成。偏光板偏光板偏光

35、板偏光板光线光线光线光线液晶液晶分子分子图图液晶显示器原理示意图液晶显示器原理示意图(a)(b)3. 3. 彩色液晶显示器的工作原理彩色液晶显示器的工作原理彩色彩色LCDLCD要具备专门处理彩色显示的要具备专门处理彩色显示的色色彩过滤层彩过滤层（滤光板）。（滤光板）。彩色彩色LCDLCD面板中的每一个像素由面板中的每一个像素由3 3个个液液晶单元格晶单元格构成，其中每一个单元格前构成，其中每一个单元格前面都分别有红色、绿色或蓝色的过滤面都分别有红色、绿色或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线可器。这样，通过不同单元格的光线可在屏幕上显示出不同的颜色。在屏幕上显示出不同的颜色。 液晶的分类液

36、晶的分类 液晶显示器（液晶显示器（LCDLCD）依驱动方式分为）依驱动方式分为静态驱动、单纯静态驱动、单纯 矩阵驱动和主动矩阵驱动矩阵驱动和主动矩阵驱动3 3种。种。 液晶显示的液晶显示的驱动驱动就是用来调整加在液晶显示器件电极就是用来调整加在液晶显示器件电极上的电位信号的相位，峰值等，建立上的电位信号的相位，峰值等，建立驱动电场驱动电场，以实现液，以实现液晶器件的显示效果。晶器件的显示效果。 单纯驱动分为：单纯驱动分为：扭转式向列型（扭转式向列型（TwistedNematic,TN）和）和超扭转式向列型（超扭转式向列型（SuperTwistedNematic,STN ） 主动矩阵驱动分为：主

37、动矩阵驱动分为：薄膜晶体管液晶显示器薄膜晶体管液晶显示器（TFTLCD，Thinfilmtransistorliquidcrystaldisplay) ) 和二端子二级和二端子二级管型（管型（metal/insulator/metal,MIM）TFTTFT液晶显示器的构造液晶显示器的构造4. 4. 液晶显示器的特点液晶显示器的特点优点优点：工作电压低、功耗小；工作电压低、功耗小；无辐射，对人体健康无损害；无辐射，对人体健康无损害；完全平面，无闪烁、失真，可视面积大，完全平面，无闪烁、失真，可视面积大，又薄又轻，能大量节省空间；又薄又轻，能大量节省空间；抗干扰能力比抗干扰能力比CRTCRT显示器

38、强得多。显示器强得多。 缺点缺点：视角太小、亮度和对比度不够大视角太小、亮度和对比度不够大 2.2.3 2.2.3 等离子显示器等离子显示器 等等离离子子显显示示器器是是新新一一代代显显示示设设备备，它它采采用用了了近近几几年年来来高高速速发发展展的的等等离离子子平面屏幕技术平面屏幕技术。1.1.等离子显示器的工作原理等离子显示器的工作原理等等离离子子显显示示器器由由密密封封在在玻玻璃璃膜膜夹夹层层中中的的晶晶格格矩矩阵阵（光光栅栅）组组成成，每每个个晶晶格格充充有有低低压压气气体体( (氖或氖氩混合气体氖或氖氩混合气体) )。在在高高电电压压作作用用下下，气气体体会会电电离离解解。电电离离解

39、解后后的的气气体体称称为为等等离离子子体体，所所以以这这种种显显示示器器称称为为等离子显示器。等离子显示器。当当电电子子又又重重新新与与原原子子结结合合在在一一起起时时，能能量量就就会会以以光光子子的的形形式式释释放放出出来来，这这时时气气体体就就会会释释放出具有特征的放出具有特征的橙红色辉光橙红色辉光。 等等离离子子显显示示器器有有交交流流(AC)(AC)激激发发的的、直直流流(DC)(DC)激激发发的的、交交直直流流(AC/DC)(AC/DC)混混合合激激发发的的三三种种类类型型。直直流流激激发发的等离子显示器的基本结构如下图所示。的等离子显示器的基本结构如下图所示。阴极阴极玻璃玻璃电介质

40、隔板电介质隔板透明阳极透明阳极玻璃玻璃气泡气泡工工作作过过程程：要要点点亮亮某某个个地地址址的的气气泡泡，开开始始要要在在相相应应行行上上加加较较高高的的电电压压，气气泡泡点点亮亮后后，可可用用低低电电压压维维持持气气泡泡的的亮亮度度。关关掉掉某某个个气气泡泡，只只要要将将相相应应的的电电压压降降低低。改改变变控控制制电压电压，可使等离子板显示不同灰度的图形。，可使等离子板显示不同灰度的图形。彩色等离子显示器彩色等离子显示器 PDPPDP成像过程成像过程是：利用惰性气体放电产生是：利用惰性气体放电产生紫外线紫外线来激发彩色荧来激发彩色荧光粉发光，再转换成人眼可见的光。采用等离子管作为发光光粉发

41、光，再转换成人眼可见的光。采用等离子管作为发光元件，大量的元件，大量的等离子管等离子管排列在一起构成屏幕排列在一起构成屏幕( (如图所示如图所示) )，每，每个等离子对应的每个小室内都充有个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体氖氙气体。在等离子管电。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光，并激励平板显示屏上的红绿蓝三基色体会产生紫外光，并激励平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光荧光粉粉发出可见光。每个等离子管作为一个像素，由这些像素的发出可见光。每个等离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生

42、各种灰度和色彩的图像，类似明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和色彩的图像，类似显像管发光。显像管发光。2.2.等离子显示器的特点等离子显示器的特点优点优点：重量较轻、完全无重量较轻、完全无X X射线辐射；射线辐射；屏幕亮度非常均匀，不存在明显的亮区和暗区；屏幕亮度非常均匀，不存在明显的亮区和暗区；不存在某些区域聚焦不良或散焦的毛病；不存在某些区域聚焦不良或散焦的毛病；屏幕更平展，观察视角更大屏幕更平展，观察视角更大 。 缺点缺点：价格较高；价格较高；显示屏上的玻璃较薄使屏幕较脆弱。显示屏上的玻璃较薄使屏幕较脆弱。2.2.4 32.2.4 3种显示技术的比较种显示技术的比较性质性质阴极射线管阴极

43、射线管液晶显示器液晶显示器等离子显示器等离子显示器功耗功耗大大小小中中屏幕屏幕大大小小大大厚度厚度大大小小小小平面度平面度一般一般好好好好亮度亮度好好适中适中好好分辨率分辨率中中一般一般好好对比度对比度中中差差好好灰度等级灰度等级好好差差好好视角视角大大小小大大色彩色彩丰富丰富中中丰富丰富价格价格低低中中高高2.3 2.3 绘图设备绘图设备2.3.1 2.3.1 喷墨打印机喷墨打印机 喷墨打印机喷墨打印机是一种是一种光栅光栅类型类型的图形输出设备，的图形输出设备，基本原理是基本原理是将小将小墨点喷射到介质墨点喷射到介质上。上。 如如下下图图所所示示，喷喷墨墨装装置置多多数数情情况况安安装装在在

44、类类似似打打印印机机的的机机头头上上，纸纸绕绕在在滚滚筒筒上上快快速速旋旋转转，喷喷墨墨头头则则在在滚滚筒筒上上缓缓慢慢水水平平运运动动。打打印印机机的的墨墨水水泵泵将将黄黄、品品红红、青青三三种种颜颜色色的的墨墨水水分分别别注注入入3 3支支很很细细的的喷喷笔笔中中。在在高高压压下下，墨墨水水通通过喷笔内细而长的玻璃毛细管喷到纸上过喷笔内细而长的玻璃毛细管喷到纸上。 喷墨绘图机的结构喷墨绘图机的结构打印机打印机控制部件控制部件墨水泵墨水泵滚筒滚筒喷笔喷笔笔架笔架丝杠丝杠电机电机步进电机步进电机纸或胶片纸或胶片喷墨打印机的喷墨打印机的分辨率分辨率取决于墨滴也就是取决于墨滴也就是喷嘴喷嘴的大小。

45、的大小。某些喷墨打印机可以接收视频及数字信号，因此可用于某些喷墨打印机可以接收视频及数字信号，因此可用于光栅显示屏幕的光栅显示屏幕的硬拷贝硬拷贝，此时图像分辨率受到视频输入，此时图像分辨率受到视频输入分辨率的限制。分辨率的限制。2.3.2 2.3.2 笔式绘图机笔式绘图机 笔笔式式绘绘图图机机是是矢矢量量型型设设备备，在在操操作作过过程程中中，绘绘图图笔笔相相对对纸纸作作 随随 意意 移移 动动 。笔笔式式绘绘图图机机分分为为滚滚筒筒式式和和平平板式板式。滚筒式绘图机滚筒式绘图机平板式绘图机平板式绘图机1.1.滚筒式绘图机滚筒式绘图机 笔和纸都是运动的。笔和纸都是运动的。绘图纸绘图纸卷在卷在滚

46、筒滚筒上，步进电机上，步进电机带动链轮作正向和反向旋转，带动带动链轮作正向和反向旋转，带动图纸图纸作作X X方向方向的正向的正向和负向运动，滚筒上方的和负向运动，滚筒上方的笔架笔架可存放多支画笔，画笔由可存放多支画笔，画笔由另一个步进电机带动作另一个步进电机带动作Y Y方向方向的正负向往返运动，两种的正负向往返运动，两种运动的结合使画笔画出各种图形。运动的结合使画笔画出各种图形。方向步进电机滚筒式绘图机结构滚筒式绘图机结构Y方向步进电机X笔架落笔抬笔+X+Y2.2.平板式绘图机平板式绘图机 绘图笔在纸上沿绘图笔在纸上沿X X和和Y Y两个方向运动，两个方向运动，图纸通常静止图纸通常静止不动，装

47、有不动，装有笔架笔架的导轨作的导轨作X X方向方向移动，笔架在导轨上作移动，笔架在导轨上作Y Y方向方向移动，两种运动配合画出多种图形。移动，两种运动配合画出多种图形。平板式绘图机结构平板式绘图机结构X方向步进电机Y方向步进电机+Y抬笔落笔+X 平板式绘图机的分类平板式绘图机的分类机械传动机械传动驱动装置一般为钢丝绳或齿轮条箱；驱动装置一般为钢丝绳或齿轮条箱；速度低、精度低、寿命短，价格相对便宜速度低、精度低、寿命短，价格相对便宜。平面电机驱动平面电机驱动绘绘图图台台有有两两块块平平板板，上上面面的的平平板板称称为为滑滑动动导导板板，即电机定子，下面的平板称为绘图台板；即电机定子，下面的平板称

48、为绘图台板；两两块块平平板板之之间间是是电电机机动动子子，画画笔笔装装在在电电机机动动子子的下部，画笔之下是绘图台板。的下部，画笔之下是绘图台板。2.3.3 2.3.3 激光打印机激光打印机激光打印机是一种既可激光打印机是一种既可用于打印用于打印字符字符又可用又可用于于绘图绘图的设备。的设备。激光打印机的工作原理激光打印机的工作原理1)1)激光打印机主要由激光打印机主要由感光鼓感光鼓、粉盒粉盒、打打底电晕丝底电晕丝和和转移电转移电晕丝晕丝等组成，如图等组成，如图（a a）所示。所示。 滚筒转移电晕丝打印纸打底电晕丝感光鼓碳粉(a)(a)2)2)激光打印机开始工作时，感光鼓旋转通过激光打印机开始

49、工作时，感光鼓旋转通过打底电晕丝，使整个打底电晕丝，使整个感光鼓的表面带感光鼓的表面带上上电电荷荷，如图（，如图（b b）所示。所示。 打底电晕丝(b)(b)+鼓表面未带电荷感光鼓旋转方向鼓表面带电荷3)3)打印机处理器将打印数据转换成可以驱动打印打印机处理器将打印数据转换成可以驱动打印引擎动作的引擎动作的信号信号组组( (类似数据表类似数据表) )，并送至激光，并送至激光发射器。发射器。发射器发射器发射的激光照射在发射的激光照射在多棱反射镜多棱反射镜上，反射镜的旋转和激光的发射同时进行，依上，反射镜的旋转和激光的发射同时进行，依照打印数据来决定照打印数据来决定激光的发射或停止。激光的发射或停

50、止。每个光点打在反射每个光点打在反射镜上，随着反射镜镜上，随着反射镜的转动，不断变换的转动，不断变换角度，将激光点反角度，将激光点反射到射到感光鼓感光鼓上，如上，如图（图（c c）所示。）所示。(c)(c)多棱反射镜激光发射器4)4)感光鼓上被激光照到的点将感光鼓上被激光照到的点将失去电荷失去电荷，在感光，在感光鼓表面形成一幅肉眼看不到的鼓表面形成一幅肉眼看不到的磁化现象磁化现象。感光。感光鼓旋转到上粉盒，其表面被磁化的点将鼓旋转到上粉盒，其表面被磁化的点将吸附碳吸附碳粉粉，从而在感光鼓上形成将要打印的碳粉图像，从而在感光鼓上形成将要打印的碳粉图像，如图如图（d d）所示。所示。 (d)(d)

51、碳粉滚筒感光鼓旋转方向5)5)打印纸从感光鼓和转移电晕丝之间通过，转移打印纸从感光鼓和转移电晕丝之间通过，转移电晕丝将产生比感光鼓上更强的电晕丝将产生比感光鼓上更强的磁场磁场，碳粉受，碳粉受吸引从感光鼓上脱离，向转移电晕丝方向移动，吸引从感光鼓上脱离，向转移电晕丝方向移动，结果是在不断向前运动的打印纸上形成碳结果是在不断向前运动的打印纸上形成碳粉图像。打印纸继粉图像。打印纸继续向前运动，通过续向前运动，通过高温的高温的溶凝部件溶凝部件，定型在打印纸上，定型在打印纸上，产生永久图像，如产生永久图像，如图（图（e e）所示。）所示。(e)(e)感光鼓碳粉转移电晕丝激光打印机的优点激光打印机的优点有

52、效利用了有效利用了激光定向性激光定向性、单色性单色性和和能量密集能量密集性性，并结合了电子扫描技术的，并结合了电子扫描技术的高灵敏度高灵敏度和和快快速存取速存取等特性。等特性。输出图形图像的质量非常高，分辨率可达输出图形图像的质量非常高，分辨率可达300300600600点点/ /英寸英寸。图形及文本图形及文本质量非常高质量非常高，可直接作为制版的，可直接作为制版的原稿原稿。 2.4 2.4 图形输入设备图形输入设备各种图形模型的建立、操作和修改都离不开各种图形模型的建立、操作和修改都离不开图形输入设备。图形输入设备。常用的图形输入设备有：常用的图形输入设备有： 键盘、鼠标键盘、鼠标光笔、数字

53、化仪光笔、数字化仪触摸板、图形扫描仪、手写输入板触摸板、图形扫描仪、手写输入板语音输入、数据手套语音输入、数据手套空间球、操纵杆、拨号盘、按钮盒空间球、操纵杆、拨号盘、按钮盒2.4.1 2.4.1 键盘键盘-字母数字键：输入文本、数值字母数字键：输入文本、数值-光标控制键：选择、定位光标控制键：选择、定位-功能键：输入常用的操作功能键：输入常用的操作可水洗的键盘可水洗的键盘标准多夫拉克标准多夫拉克( (Dvorak ) )键盘的设计键盘的设计微软人体工学键盘微软人体工学键盘Natural Keyboard爱国者人体工学键盘爱国者人体工学键盘 0505年罗技无线键盘年罗技无线键盘 苹果公司内置触

54、摸板的键盘，苹果公司内置触摸板的键盘，可以作为鼠标定位，可以作可以作为鼠标定位，可以作为手写笔输入设备，还可以为手写笔输入设备，还可以把它当成一个小绘图板使用把它当成一个小绘图板使用 折叠键盘折叠键盘 罗技罗技TypeAwayTypeAway折叠键盘折叠键盘 折叠键盘折叠键盘, ,键盘折叠后仅仅键盘折叠后仅仅比一般比一般PDAPDA宽一点点宽一点点 西门子虚拟键盘西门子虚拟键盘 2.4.2 2.4.2 鼠标鼠标-光标定位：相对设备光标定位：相对设备-机械鼠：滑轮的移动机械鼠：滑轮的移动-光电鼠：光线的反射光电鼠：光线的反射光光电电鼠鼠标标19681968年，鼠标的原型诞生，道格年，鼠标的原型诞

55、生，道格恩恩格尔巴特。格尔巴特。AppleApple公司公司 Lisa Lisa计算机，计算机，第一台使用鼠标的系统，之后是苹果第一台使用鼠标的系统，之后是苹果个人个人PCPC系列。系列。 最早的机械鼠标最早的机械鼠标机械鼠标内部结构机械鼠标内部结构罗技劲貂罗技劲貂无线电式鼠标的学名叫无线电式鼠标的学名叫DRF（Digitalradiofrequency，数字无线电频率），数字无线电频率），最新式蓝牙鼠标最新式蓝牙鼠标3维鼠标维鼠标2.4.3 2.4.3 光笔光笔光笔有光笔有选图选图和和跟踪跟踪两种基本功能。两种基本功能。选图（又称选图（又称标定标定或或指点指点）是对显示器）是对显示器 上已显

56、示的图形或上已显示的图形或字符进行加工处理。字符进行加工处理。跟踪是用光笔拖跟踪是用光笔拖动光标实现动光标实现定位定位，可用于图形编辑。可用于图形编辑。 光笔的形状和普通钢笔相似，它由光笔的形状和普通钢笔相似，它由透镜透镜、光导纤维光导纤维、光电元件光电元件、放大整形电路放大整形电路和和接接触开关触开关组成（如下图）。组成（如下图）。光笔结构示意图光笔结构示意图光笔的优缺点光笔的优缺点优点优点不需要特殊的显示屏幕，与触摸屏的设备相比较，不需要特殊的显示屏幕，与触摸屏的设备相比较，价格便宜许多；价格便宜许多；在一些不适宜使用鼠标的地方，可起到替代作用。在一些不适宜使用鼠标的地方，可起到替代作用。

57、缺点缺点 手和笔迹可能将遮挡屏幕图像的一部分；手和笔迹可能将遮挡屏幕图像的一部分；会造成手腕的疲劳；会造成手腕的疲劳；光笔不能检测黑暗区域内的位置；光笔不能检测黑暗区域内的位置；会因房间背景光的影响产生误读现象。会因房间背景光的影响产生误读现象。2.4.4 2.4.4 数字化仪数字化仪 数字化仪是一数字化仪是一种把种把图形图形转变为计转变为计算机能接受的算机能接受的数字数字形式形式的专用设备，的专用设备，它可以它可以采样采样几何图几何图形上的关键数据点，形上的关键数据点，然后由程序进行处然后由程序进行处理。理。 数字化仪的工作原理：数字化仪的工作原理：采用采用电磁感应电磁感应技术，在一块布技术

58、，在一块布满金属栅格的绝缘平面板上放满金属栅格的绝缘平面板上放置一个可移动的置一个可移动的定位设备定位设备；当电流通过定位设备上的电感当电流通过定位设备上的电感线圈时，产生相应的磁场，从线圈时，产生相应的磁场，从而使其正下方的金属栅格上产而使其正下方的金属栅格上产生相应的生相应的感应电流感应电流；根据已产生电流的金属栅格的根据已产生电流的金属栅格的位置，判断出定位设备当前所位置，判断出定位设备当前所处的处的坐标位置坐标位置。将这种位置信。将这种位置信息传送给计算机，就实现了图息传送给计算机，就实现了图形的数字化。形的数字化。 数字化仪的主要技术指标数字化仪的主要技术指标： 最大有效幅面最大有效

59、幅面指能够有效地进行数字化操作的最大面积，一般按照指能够有效地进行数字化操作的最大面积，一般按照工程图纸的规格来划分。工程图纸的规格来划分。 数字化的速率数字化的速率每秒几点到几百点，多采用可变方式，由用户选择。每秒几点到几百点，多采用可变方式，由用户选择。 最高分辨率最高分辨率指输出坐标显示值增加指输出坐标显示值增加1 1的最小可能距离，一般每毫的最小可能距离，一般每毫米几十线到几百线。最高分辨率取决于电磁技术。米几十线到几百线。最高分辨率取决于电磁技术。 2.4.5 2.4.5 手写输入板手写输入板手写输入板是手写输入板是最常见的最常见的定位定位设备，设备，工作原理与数字化工作原理与数字化

60、仪基本相同，不同仪基本相同，不同之处是前者的台面之处是前者的台面较小，分辨率也低；较小，分辨率也低；而后者的台面较大，而后者的台面较大，分辨率和精度也高。分辨率和精度也高。 兰兰亭亭玲玲珑珑1 10 00 00 0经经典典普普通通2 20 00 00 0手写平板电脑手写平板电脑2.4.6 2.4.6 图形扫描仪图形扫描仪 图形扫描仪是直接把图形图形扫描仪是直接把图形（如工程图纸）和图像（如照（如工程图纸）和图像（如照片、广告画等）扫描并输入到片、广告画等）扫描并输入到计算机中，以计算机中，以像素信息像素信息进行存进行存储表示的设备。储表示的设备。 图形扫描仪的模块框图图形扫描仪的模块框图220

61、V+5 V-5 V+12 V-12 V透镜荧光灯被扫描的材料步进电机计算机打印机或绘图仪荧光灯电源CCD驱动器电源信号处理器步进电机驱动控制器输出接口存储器微机系统电荷耦合器件电荷耦合器件(CCD)(CCD)扫描仪的工作原理：扫描仪的工作原理：用用光源光源照射被扫描的材料，投射光线经过一组光学镜照射被扫描的材料，投射光线经过一组光学镜头射到头射到CCDCCD器件器件上，再经上，再经模模/ /数转换器数转换器，图像数据暂存图像数据暂存器器等，最终输入到计算机或图形等，最终输入到计算机或图形/ /文字输出设备中。文字输出设备中。2.4.7 2.4.7 触摸屏触摸屏 触摸屏是一触摸屏是一种种定位定位

62、设备，它设备，它通过手指触摸屏通过手指触摸屏幕显示的物体或幕显示的物体或位置来实现选择位置来实现选择的操作。根据采的操作。根据采用的技术不同分用的技术不同分为为电子式电子式、光学光学式和声学式式和声学式触摸触摸屏。屏。 1.1.电子触摸屏电子触摸屏将一个两层导电和高透明度的物质做的将一个两层导电和高透明度的物质做的薄膜涂层薄膜涂层涂在玻璃或塑料表面上，再装涂在玻璃或塑料表面上，再装到屏幕上，或直接涂到屏幕上。到屏幕上，或直接涂到屏幕上。两个透明涂层之间约有两个透明涂层之间约有0.0025mm0.0025mm的距离，的距离，当手指触到屏幕时，在接触点产生一个当手指触到屏幕时，在接触点产生一个电接

63、触，使该点处的电接触，使该点处的电阻电阻发生变化。通发生变化。通过测得电阻的改变量就能确定触摸的位过测得电阻的改变量就能确定触摸的位置。置。 2. 2. 光学触摸屏光学触摸屏利用利用红外线红外线和和光电转换原理光电转换原理制成。制成。与与屏屏幕幕尺尺寸寸相相仿仿的的框框架架的的水水平平和和垂垂直直边边框框上上各各安装均匀密布的安装均匀密布的红外线发送器红外线发送器和和接收器接收器。使使用用时时把把框框架架安安装装在在屏屏幕幕四四周周，用用手手指指在在屏屏幕幕上上点点一一下下，在在指指点点处处障障碍碍物物挡挡住住了了一一条条垂垂直直红红外外线线和和一一条条水水平平红红外外线线，相相应应的的两两个

64、个红红外外线线接接收收器器发发出出电电信信号号，根根据据发发出出信信号号的的接接收收器器所所在在位位置置可可知知障障碍碍物物所所在在点点坐坐标标，将将坐坐标标值值送送入入计计算机进行处理。算机进行处理。3.3.声学触摸屏声学触摸屏由由发射器发射器、反射器反射器和和触摸屏触摸屏等组成，其中发等组成，其中发射器和反射器一起工作。射器和反射器一起工作。声源发射器沿玻璃板的水平和垂直方向交替声源发射器沿玻璃板的水平和垂直方向交替地发射地发射高频声波脉冲高频声波脉冲，当用手指触摸屏幕时，当用手指触摸屏幕时，有一部分声波被反射回声源处，通过计算声有一部分声波被反射回声源处，通过计算声波脉冲从发射到反射回声

65、源发射器的时间间波脉冲从发射到反射回声源发射器的时间间隔，来确定手指的位置。隔，来确定手指的位置。 2.4.8 2.4.8 新的输入设备新的输入设备数字墨水是一种新的以数字墨水是一种新的以人为中心人为中心的的人机界面技术人机界面技术，它充分利用了书写的自然性和墨水丰富的表达能力，可它充分利用了书写的自然性和墨水丰富的表达能力，可直接使用手写内容。直接使用手写内容。 1.1.数字墨水数字墨水数字墨水的处理包括了数字墨水的数字墨水的处理包括了数字墨水的表示表示、压缩压缩和和显显示示，智能的墨水，智能的墨水分析分析，墨水，墨水标记标记和和注解注解，墨水的，墨水的智智能操作能操作以及墨水以及墨水存储存

66、储和和搜索搜索等技术。等技术。 数字墨水可用数字墨水可用“墨水格式墨水格式”（inkink文件）进行保存。文件）进行保存。数字墨水技术是自鼠标问世以来最重大的数字墨水技术是自鼠标问世以来最重大的人机交流人机交流模式模式转变。转变。 数字墨水结合了个人计算机强大的计算和处理能力数字墨水结合了个人计算机强大的计算和处理能力以及纸的易用性。以及纸的易用性。 2.2.数据手套数据手套数据手套测量戴者数据手套测量戴者手指的运动手指的运动，传送给计算机，复杂的数据手套，传送给计算机，复杂的数据手套也测量肘和腕的运动。也测量肘和腕的运动。数据手套可包含数据手套可包含控制按钮控制按钮，也可作为，也可作为输出设

67、备输出设备。数据手套能够数据手套能够指向、握紧或推动物体指向、握紧或推动物体。 数据手套由一系列检测手和手指三维位置和运动的数据手套由一系列检测手和手指三维位置和运动的传感器传感器构成。构成。 也可以使用机电技术，在手套的指关节中嵌入也可以使用机电技术，在手套的指关节中嵌入压力传感器压力传感器。 3 3维交互设备维交互设备三维位置测试仪三维位置测试仪3.3.三维鼠标（三维鼠标（3D Mouse3D Mouse）是三维空间控制器的一是三维空间控制器的一种，有种，有六六个自由度，分个自由度，分别描述三维对象的别描述三维对象的宽度宽度、深度深度、高度高度、俯仰角俯仰角、转动角转动角、偏转角偏转角。

68、三维鼠标产生的空间位置是相对的，多用于需三维鼠标产生的空间位置是相对的，多用于需要三维空间要三维空间绝对定位技术绝对定位技术的应用系统（如虚拟现的应用系统（如虚拟现实系统）。实系统）。 手柄：手柄：罗技公司的罗技公司的WingManExtreme 操纵杆操纵杆手柄：微软的手柄：微软的SidewinderFreestylePro 力反馈设备力反馈设备轨迹球轨迹球4.4.声音系统声音系统用于图形操作的初始化或用于图形操作的初始化或输入数据；输入数据；工作原理是使输入与预先工作原理是使输入与预先定义的字和词组的字典相定义的字和词组的字典相匹配；匹配； 优点优点：当输入命令时，操：当输入命令时，操作员

69、的注意力不必从一个设作员的注意力不必从一个设备转换到另一个设备。备转换到另一个设备。 语音识别语音识别依据手的运动依据手的运动识别数字的手机识别数字的手机表情识别表情识别视线跟踪视线跟踪新型显示设备新型显示设备3 3维显示器维显示器20102010年年3 3月月9 9日，一场由世嘉公司在日本举办的虚拟偶日，一场由世嘉公司在日本举办的虚拟偶像初音未来全息图像演唱会刚刚落下帷幕。这是世界像初音未来全息图像演唱会刚刚落下帷幕。这是世界上首次以计算机虚拟的偶像为主角的演唱会，上首次以计算机虚拟的偶像为主角的演唱会，25002500张张门票几乎在瞬间就被抢购一空，当晚更有超过门票几乎在瞬间就被抢购一空，

70、当晚更有超过3 3万名万名忠实拥簇者通过付费网络直播观看了整场演唱会，科忠实拥簇者通过付费网络直播观看了整场演唱会，科技再一次向我们展现出它的魅力。技再一次向我们展现出它的魅力。 正因为初音未来是一个虚拟的形象，所以这场演唱会正因为初音未来是一个虚拟的形象，所以这场演唱会上的初音未来是通过上的初音未来是通过一整套一整套3D3D全息投影技术全息投影技术完成。初完成。初音在演唱会上以全彩的可爱形象出现，表演时间长达音在演唱会上以全彩的可爱形象出现，表演时间长达2 2个小时，其间还穿插了各种闪电换装，初音的虚拟个小时，其间还穿插了各种闪电换装，初音的虚拟伙伴也一起同台献艺，从技术含量上来说，本次演唱

71、伙伴也一起同台献艺，从技术含量上来说，本次演唱会绝对可以算虚拟偶像领域一个里程碑。会绝对可以算虚拟偶像领域一个里程碑。 第二章第二章 计算机图形系统及硬件基础计算机图形系统及硬件基础了解：了解：图形系统的图形系统的组成组成、图形系统的、图形系统的硬、软件硬、软件 设备设备理解：理解：图形的输入输出处理图形的输入输出处理流程流程、图形系统的、图形系统的 基本功能基本功能、各种绘图设备和图形输入设各种绘图设备和图形输入设 备的应用备的应用原理原理，几种显示技术的比较几种显示技术的比较掌握：掌握：图形显示原理图形显示原理（CRTCRT、液晶、等离子显示、液晶、等离子显示 器的构造及显示原理）器的构造及显示原理）