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1、第二章 图形设备与系统2.1 图形显示设备图形显示设备2.2 图形系统及其标准图形系统及其标准图形输出设备图形输出设备图形输出图形输出图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图图形显示形显示指的是在屏幕上输出图形指的是在屏幕上输出图形图形绘制图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷通常指把图形画在纸上，也称硬拷贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备设备2.1 图形显示器2.1.1 阴极射线管阴极射线管2.1.2 彩色阴极射线管彩色阴极射线管射线穿透法射线穿透法影孔板法影孔板法2.1.3 随机扫描显示系统随机扫描显示系统2.
2、1.4 光栅扫描系统光栅扫描系统l 阴极射线管阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube)组成：包括电子枪、加速结构、聚焦组成：包括电子枪、加速结构、聚焦系统、偏转系统、荧光屏系统、偏转系统、荧光屏阴极射线管（CRT)阴极射线管剖面图阴极射线管(CRT)工作原理工作原理电子枪电子枪发出高速的电子束，经过发出高速的电子束，经过聚焦系统、聚焦系统、加速系统加速系统和和偏转系统偏转系统到达荧光屏的特定位置。到达荧光屏的特定位置。荧光物质在高速电子的轰击下发生电子跃迁，荧光物质在高速电子的轰击下发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。即电子吸收到能量从低能态变为高能态。高能态很不
3、稳定，在很短的时间内荧光物质高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电子束。射电子束。刷新频率刷新频率刷新刷新一次是指电子束从上到下扫描一次一次是指电子束从上到下扫描一次的过程。的过程。刷新频率高到一定值后，图象才能稳定刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示。显示。电子枪灯丝，阴极灯丝，阴极和和控制栅控制栅组成。组成。阴极阴极：由灯丝加热发出电子束，：由灯丝加热发出电子束，控控制制
4、栅栅：加加上上负负电电压压后后，能能够够控控制制通通过过其其中中小小孔孔的的带带负负电电的的电电子子束束的的强强弱弱。通通过过调调节节负负电电压压高高低低来来控控制制电电子子数数量量，即即控控制制荧荧光光屏屏上上相相应应点点的亮度。的亮度。聚焦系统保证电子束在轰击屏幕保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。时，汇聚成很细的点。加速电极加速电极 加加正正的的高高压压电电（几几万万伏伏），使使电电子子束束高高速运动。速运动。 偏转系统控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。电电子子束束要要到到达达屏屏幕幕的的边边缘缘时时，偏偏转转角角度度就就会会增增大大。到到达达屏
5、屏幕幕最最边边缘缘的的偏偏转转角角度度被称为被称为最大偏转角最大偏转角最最大大偏偏转转角角是是衡衡量量系系统统性性能能的的最最重重要要的的指标，显示器长短与此有关指标，显示器长短与此有关CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长显示器屏幕越大整个显象管就越长荧光屏 荧光物质：荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光当它被电子轰击时发出亮光l持续发光时间：持续发光时间：电子束离开某点后，该点的电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值亮度值衰减到初始值1/10所需的时间所需的时间l刷新频率：刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数每秒钟重绘屏幕的次数某种某种某种某种CRTCRT产生稳定图像所需要的产生稳定图像所需要的
6、产生稳定图像所需要的产生稳定图像所需要的最小刷新频率最小刷新频率最小刷新频率最小刷新频率 =1 =1秒秒秒秒/ /荧光物质的持续发光时间。荧光物质的持续发光时间。荧光物质的持续发光时间。荧光物质的持续发光时间。 例如：一种荧光物质持续发光时间例如：一种荧光物质持续发光时间例如：一种荧光物质持续发光时间例如：一种荧光物质持续发光时间4040毫秒，毫秒，毫秒，毫秒，刷新频率为刷新频率为刷新频率为刷新频率为1000/40=251000/40=25帧帧帧帧/ /秒，发光时间短，适用秒，发光时间短，适用秒，发光时间短，适用秒，发光时间短，适用于动态图形显示。发光时间长，适用于静态图形于动态图形显示。发光
7、时间长，适用于静态图形于动态图形显示。发光时间长，适用于静态图形于动态图形显示。发光时间长，适用于静态图形显示。显示。显示。显示。荧光屏l像素像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图构成屏幕（图像）的最小元素像）的最小元素l分辨率分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数，方向单位长度上能识别的最大像素个数，单位通常为单位通常为dpi（dots per inch)。在假定屏在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所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，如能容纳的像素个数描述，如640*480，800*
8、600，1024*768，1280*1024等等。等等。产生彩色的常用方法：产生彩色的常用方法： 射线穿透法射线穿透法 影孔板法影孔板法2.1.2 彩色阴极射线管2.1.2 彩色阴极射线管-射线穿透法原理：原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电子束轰击穿透荧光层的深种发光物质，电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色浅，决定所产生的颜色电子束电子束荧光涂层荧光涂层产生颜色产生颜色低速电子束低速电子束较低速电子束较低速电子束较高速电子束较高速电子束高速电子束高速电子束彩色阴极射线管-射线穿透法应用：应用：主要用于画线显示器主要用于画线显示器优点：优点
9、：成本低成本低缺点：缺点：只能产生有限几种颜色只能产生有限几种颜色2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法影孔板法影孔板法原理：原理：影孔板法通常用于光栅扫描显示器，影孔板法通常用于光栅扫描显示器，颜色范围广，每个象素有三个荧光点（红、颜色范围广，每个象素有三个荧光点（红、绿、蓝三基色）。影孔板被安装在荧光屏绿、蓝三基色）。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的内表面，用于精确定位像素的位置影孔板影孔板外层玻璃外层玻璃荧光涂层荧光涂层影孔板的类型影孔板的类型点状影孔板点状影孔板代表：大多数球面与柱面显像管代表：大多数球面与柱面显像管栅格式影孔板栅格式影孔板代表：代表：Sony的的T
10、rinitron与与Mitsubishi的的Diamondtron显像管显像管沟槽式影孔板沟槽式影孔板代表：代表：LG的的Flatron显像管显像管2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法点状影孔板工作原理点状影孔板工作原理红、绿、兰三基色红、绿、兰三基色三色荧光点（很小并充分靠近三色荧光点（很小并充分靠近-像素）像素）三支电子枪三支电子枪电子枪、影孔板中的一电子枪、影孔板中的一个小孔和个小孔和荧光点荧光点呈一直呈一直线；线；每个小孔与一个像素每个小孔与一个像素（即三个（即三个荧光点荧光点）对应）对应象素象素象素象素绿绿 蓝蓝红红红红绿绿 蓝蓝（a）（b）电子枪电子枪影孔板影孔板蓝蓝绿绿红红红红绿
11、绿蓝蓝屏幕屏幕显示器能同时显示的颜色个数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如果每支电子枪发出的电子束的强度有度有256个等级，则显示器能同时显个等级，则显示器能同时显示示256*256*256=16M种颜色，称为种颜色，称为真彩系统真彩系统l调节各电子枪调节各电子枪发射的电子束中发射的电子束中所含电子的数目，所含电子的数目，即可控制各色光即可控制各色光点亮度。点亮度。球面显示器与柱面显示器普普通通的的显显象象管管采采用用的的都都是是点点状状影影孔孔板板显显象象管管，显显象象管管的的表表面面呈呈略略微微凸凸起起的的球球面面状状，故故称称之之为为“球球面面管管”。而而柱柱面面
12、显显象象管管采采用用荫荫栅栅式式结结构构，它它的的表表面面在在水水平平方方向向仍仍然然略略微微凸凸起起，但但是是在在垂垂直直方方向向上上却却是是笔笔直直的的，呈呈圆圆柱柱状状，故故称称之之为为“柱面管柱面管”常常用用的的点点状状影影孔孔板板显显象象管管有有日日本本索索尼尼公公司司的的特特丽丽珑珑管管（Trinitron）和和三三菱菱公公司司的的钻钻石石珑珑管管（Diamondtron）返回2.1.3 随机扫描的显示系统随机扫描的显示系统特特点点：电电子子束束可可随随意意移移动动，只只扫扫描描荧荧屏屏上上要要显显示示的的部分。部分。 逻逻辑辑部部件件：刷刷新新存存储储器器(Refreshing
13、Buffer),显显示示处理器（处理器（DPU:Display Processing Uuit）和和CRT 应用程序发出绘图命令，应用程序发出绘图命令，解析成显示处理器可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释执行(刷新刷新)， 驱动电子枪在屏幕上绘图。驱动电子枪在屏幕上绘图。 修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。 工作原理工作原理2.1.4 光栅扫描的显示系统光
14、栅扫描显示系统光栅扫描显示系统特点：光栅扫描特点：光栅扫描扫描线扫描线帧帧水平回扫期水平回扫期垂直回扫期垂直回扫期绘图过程绘图过程逻辑部件：逻辑部件：帧缓冲存储器帧缓冲存储器（Frame Buffer)，视频控制器视频控制器（Video Controller)，显示处理显示处理器器（Display Processor），），CRT帧缓冲存储器帧缓冲存储器作用作用：存储屏幕上像素的颜色值：存储屏幕上像素的颜色值简称简称帧缓冲器，俗称帧缓冲器，俗称显存显存象素所呈现的颜色或灰度由数值表示，视频控象素所呈现的颜色或灰度由数值表示，视频控制器刷新时，需反复读这些数值。制器刷新时，需反复读这些数值。用来
15、存储象素颜色（灰度）值的存储器就称为用来存储象素颜色（灰度）值的存储器就称为帧缓冲存储器。简称帧缓冲器（显存）。帧缓冲存储器。简称帧缓冲器（显存）。帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同，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。对应像素的颜色。显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有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）。关（图示帧缓冲器的每个单元只有一位）。 黑白光栅扫描显示器黑白光栅扫描显示器黑白光栅显示器的逻辑框图如上：其中帧缓黑白光栅显示器的逻辑框图
16、如上：其中帧缓存是一块连续的计算机存储器。对于黑白单存是一块连续的计算机存储器。对于黑白单灰度显示器每一象素需要一位存储器，对一灰度显示器每一象素需要一位存储器，对一个个1024102410241024象素组成的黑白单灰度显示器象素组成的黑白单灰度显示器所需要的最小缓存为所需要的最小缓存为2 22020，并在一个位面上。，并在一个位面上。一个位面的缓存只能存储黑白图形，帧缓存一个位面的缓存只能存储黑白图形，帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备，因而是数字设备，光栅显示器是模拟设备，因而还需要数模转换器还需要数模转换器( (DAC)DAC)。帧缓冲存储器帧缓冲存储器数模转换器数模转换器寄存器寄
17、存器1电子枪电子枪CRTCRT光栅光栅具有具有1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黑白光栅扫描显示器黑白光栅扫描显示器在光栅图形显示器中需要足够的位面和帧缓存结在光栅图形显示器中需要足够的位面和帧缓存结合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。如下图合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。如下图是一个具有是一个具有N N位面灰度等级的帧缓存。显示器上位面灰度等级的帧缓存。显示器上每个象素的亮度是由每个象素的亮度是由N N位面中对应的每个象素位位面中对应的每个象素位置的内容控制的。该存储器的中的二进制的数被置的内容控制的。该存储器的中的二进制的数被翻译成灰度等级，范围是翻
18、译成灰度等级，范围是0 0到到2 2N-1N-1之间。之间。具有具有N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电子枪电子枪2N 数模数模 转换器转换器2N=3010彩色光栅扫描显示器彩色光栅扫描显示器下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于红、绿、蓝三原色有三个位面的帧缓存红、绿、蓝三原色有三个位面的帧缓存和三个电子枪。和三个电子枪。寄存器寄存器数模转换器数模转换器101一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彩色彩色电子枪电子枪CRTCRT光栅光栅彩色光栅扫描显示器彩色光栅扫描显示器每个颜色的电子枪可以通过增加帧缓存位面来每
19、个颜色的电子枪可以通过增加帧缓存位面来提高颜色种类的灰度等级。如上图，每种原色提高颜色种类的灰度等级。如上图，每种原色电子枪有电子枪有8 8个位位面的帧缓存和个位位面的帧缓存和8 8位的数模转换位的数模转换器，每种原色可有器，每种原色可有256256中灰度，三种原色的组中灰度，三种原色的组合将是合将是(2(28 8) )3 3=2=22424。寄存器寄存器一个具有一个具有24位面的彩色帧缓冲存储器位面的彩色帧缓冲存储器N8位位 DACDAC8位位 DACDAC8位位 DACDAC1 11 10 01 10 00 01 10 00 00 01 11 10 01 10 01 10 01 10 01
20、 10 00 00 00 0红红 1010绿绿 172172蓝蓝 7575寄存器寄存器彩色光栅扫描显示器 若若每每个个单单元元有有24位位（每每种种基基色色占占8位位）即即显显示示系系统统可可同同时时产产生生224种种颜颜色色（24位位真彩色）。真彩色）。分辨率分辨率M*N、颜色个数颜色个数K与显存大与显存大小小V的关系的关系彩色光栅扫描显示器3个位面分辩率是个位面分辩率是10241024的显示器，需要的显示器，需要310241024（3145728）位的存储器。）位的存储器。若若存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比关系。的颜色种数成反比
21、关系。1兆字节的帧缓存，若设分辩率为兆字节的帧缓存，若设分辩率为640480，则，则帧缓存每个单元可有帧缓存每个单元可有24位，可能同时显示位，可能同时显示224种种颜色，若设分辩率为颜色，若设分辩率为1024768，则每个单元分，则每个单元分得的位数仅略多于得的位数仅略多于8，只能工作于，只能工作于256色显示模色显示模式下。式下。彩色光栅扫描显示器显存问题显存问题高分辨率和真彩要求有大的显存；高分辨率和真彩要求有大的显存；曾经是个问题！曾经是个问题！解决方法：采用解决方法：采用查色表查色表(Lookup Table）或称或称彩色表彩色表(Color Table)查色表工作原理查色表工作原理
22、1024*768真彩模式需要真彩模式需要3M字节显存字节显存查色表（look up Table）是是一一维维线线性性表表，其其每每一一项项的的内内容容对对应应一一种种颜颜色色，它它的的长长度度由由帧帧缓缓存存单单元元的的位位数数决决定定，例例如如：每每单单元元有有8位位，则则查查色色表表的的长长度度为为28256目目的的：在在帧帧缓缓存存单单元元的的位位数数不不增增加加的的情情况况下下，具有具有大范围内挑选颜色的能力大范围内挑选颜色的能力：查色表图形系统为更灵活控制图形和颜色的变化，图形系统为更灵活控制图形和颜色的变化，往往不直接将帧缓冲器中的数值作为显示的往往不直接将帧缓冲器中的数值作为显示
23、的亮度值，而是先经过颜色查找表（又称调色亮度值，而是先经过颜色查找表（又称调色板）结构产生变换值来控制光点的亮度。板）结构产生变换值来控制光点的亮度。工作方式：工作方式： 显存中某位值显存中某位值 颜色表地址颜色表地址 屏幕上的亮度屏幕上的亮度带宽带宽T与分辨率、帧频与分辨率、帧频F的关系的关系带宽问题带宽问题高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽-依然是个问题！依然是个问题！解决方法：解决方法：隔行扫描（隔行扫描（现在已经基本不用，现在已经基本不用， 主流显示器都采用主流显示器都采用逐行扫描逐行扫描方式）方式）隔行扫描：把一帧分两隔行扫描：把一帧分两场场，即奇数
24、场与，即奇数场与 偶数场偶数场场频：场频：=2*帧频帧频彩色光栅扫描显示器帧缓冲器：分页帧缓冲器的容量往往设计得比屏幕画面的位图帧缓冲器的容量往往设计得比屏幕画面的位图大得多，大得多，也就是说，帧缓冲器可以同时存放多也就是说，帧缓冲器可以同时存放多幅画面的位图。幅画面的位图。帧缓冲器区域可分成若干页面，每个页面存放帧缓冲器区域可分成若干页面，每个页面存放一幅位图，并通过控制器实现不同画面的切换。一幅位图，并通过控制器实现不同画面的切换。页面的大小可以划分得比屏幕位图大得多，甚页面的大小可以划分得比屏幕位图大得多，甚至是整个帧缓冲器，此时物理屏幕仅是一个至是整个帧缓冲器，此时物理屏幕仅是一个窗口
25、，显示的是全部画面的一部分，通过上下窗口，显示的是全部画面的一部分，通过上下滚动（滚动（Scroll）和左右移屏（）和左右移屏（Pan）功能，用户）功能，用户可以看到帧缓冲器中的整个画面。可以看到帧缓冲器中的整个画面。隔行扫描工作原理一帧完整的画面分成两场。一帧完整的画面分成两场。一场一场160秒，（场频秒，（场频60HZ），（），（帧频帧频30HZ）画面更新频率仍为画面更新频率仍为60HZ，降低降低了闪烁效应，每一场了闪烁效应，每一场160秒内，帧缓存秒内，帧缓存中数据量比逐行扫描少一半。降低了视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频控制器存取帧缓存的速度及传
26、输带宽的要求。的要求。简单的光栅扫描图形显示系统的结构简单的光栅扫描图形显示系统的结构其中，帧缓存为系统其中，帧缓存为系统内存任一块区域，视内存任一块区域，视频控制器能够直接存频控制器能够直接存取该区域以刷取该区域以刷新屏幕。新屏幕。较为典型的光栅扫描图形显示系统的结较为典型的光栅扫描图形显示系统的结构构其中，帧缓存可以其中，帧缓存可以是专用的存储器，是专用的存储器，也可以是系统内存也可以是系统内存中的一块固定区域。中的一块固定区域。视频控制器视频控制器作用：作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应，负责对应，负责刷新刷新逻辑结构逻辑结构 普通显卡视频控制器显存普
27、通显卡视频控制器显存显示处理器显示处理器低档图形显示系统，扫描转换工作直接由低档图形显示系统，扫描转换工作直接由CPU类完成。类完成。任务：扫描转换待显示的图形。任务：扫描转换待显示的图形。简单的：直线、圆弧、多边形等，简单的：直线、圆弧、多边形等，复杂的：光栅操作（象素块的移动、拷贝）复杂的：光栅操作（象素块的移动、拷贝），几何变换、裁剪、消隐，几何变换、裁剪、消隐，.显示处理器显示处理器具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构图形加速卡图形加速卡=视频控制器视频控制器+显存显存+显示处理器显示处理器 优点：优点：成本低成本低易于绘制填充图形易于绘制填充图
28、形色彩丰富色彩丰富刷新频率一定，与图形的复杂程度无关刷新频率一定，与图形的复杂程度无关易于修改图形易于修改图形缺点：缺点：需要扫描转换需要扫描转换会产生混淆会产生混淆缺点正在被克服缺点正在被克服优点使其占据了市场主流优点使其占据了市场主流光栅显示系统的特点光栅显示系统的特点几个概念行频、帧频行频、帧频 行频又称水平扫描频率，是电子枪行频又称水平扫描频率，是电子枪每秒在屏幕上扫描过的水平线条数。帧每秒在屏幕上扫描过的水平线条数。帧频又称垂直扫描频率，是每秒钟屏幕重频又称垂直扫描频率，是每秒钟屏幕重复绘制显示画面的次数，即重绘率。复绘制显示画面的次数，即重绘率。带宽带宽 这是表示显示器显示能力的一
29、个综合这是表示显示器显示能力的一个综合指标。指标。带宽带宽指每秒钟扫描的象素个数；指每秒钟扫描的象素个数；即单位时间内每条扫描线上显示的象素即单位时间内每条扫描线上显示的象素数总和。带宽越大表明显示器显示控制数总和。带宽越大表明显示器显示控制能力越强，显示效果越佳。现在的显示能力越强，显示效果越佳。现在的显示器带宽基本都能达到器带宽基本都能达到80MHz,若能达到若能达到100MHz或或110MHz以上则更好。以上则更好。几个概念色彩与亮度等级色彩与亮度等级 亮度等级又称灰度，主要指单色显亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度变化。色彩包括可选择显示示器的亮度变化。色彩包括可选择显示器颜色的
30、数目以及一帧画面可同时显示器颜色的数目以及一帧画面可同时显示的颜色数，与荧光屏的质量有关，并受的颜色数，与荧光屏的质量有关，并受显示存储器显示存储器VRAM容量的影响。容量的影响。几个概念显示速度显示速度 指显示字符、图形特别是动态图像指显示字符、图形特别是动态图像的速度，与显示器的分辨率及扫描频率的速度，与显示器的分辨率及扫描频率有关。可用最大带宽（水平象素数有关。可用最大带宽（水平象素数垂直垂直象素数象素数最大帧频）来表示。最大帧频）来表示。几个概念几个概念矢量图形（随机显示系统）和矢量图形（随机显示系统）和光栅图形（光栅扫描系统）的属性对照光栅图形（光栅扫描系统）的属性对照显示效率显示效
31、率对形体的复杂度十分敏感对形体的复杂度十分敏感 对形体的复杂度不敏感对形体的复杂度不敏感 存储量需求存储量需求变化的，依赖于景物的复杂度变化的，依赖于景物的复杂度 很大，但恒定不变很大，但恒定不变屏幕显示的走样现象屏幕显示的走样现象没有走样没有走样 会产生走样会产生走样 矢量图形（随机显示系统）和矢量图形（随机显示系统）和光栅图形（光栅扫描系统）的属性对照光栅图形（光栅扫描系统）的属性对照画线设备画线设备 画点设备画点设备物体显示与屏幕刷新物体显示与屏幕刷新 物体显示嵌入屏幕刷新过程物体显示嵌入屏幕刷新过程 扫描变换独立于屏幕刷新过程扫描变换独立于屏幕刷新过程几何变换几何变换连续的，变换作用于
32、几何定义的形体连续的，变换作用于几何定义的形体 离散的，变换作用于区域内的所有象素离散的，变换作用于区域内的所有象素 矢量图形（随机显示系统）和矢量图形（随机显示系统）和光栅图形（光栅扫描系统）的属性对照光栅图形（光栅扫描系统）的属性对照集合运算和块操作集合运算和块操作 困难，需要解析计算困难，需要解析计算 容易容易显示区域内部的能力显示区域内部的能力 没有，仅能显示边界没有，仅能显示边界 有，浓淡或纹理有，浓淡或纹理与数字图象相容性与数字图象相容性 不相容不相容 完全相容完全相容定量测量定量测量精确，但是计算复杂精确，但是计算复杂 简单，但是近似值简单，但是近似值LCD显示器CRT固有的物理
33、结构限制了它向更广的显示固有的物理结构限制了它向更广的显示领域发展领域发展屏幕的加大必然导致显象管的加长，显示屏幕的加大必然导致显象管的加长，显示器的体积必然要加大，在使用时候就会受器的体积必然要加大，在使用时候就会受到空间的限制到空间的限制CRT显示器是利用电子枪发射电子束来产显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像，容易受电磁波干扰生图像，容易受电磁波干扰长期电磁辐射会对人们健康产生不良影响长期电磁辐射会对人们健康产生不良影响LCD显示器的优点显示器的优点外观小巧精致，厚度只有外观小巧精致，厚度只有6.58cm左右。左右。不会产生不会产生CRT那样的因为刷新频率低而出那样的因为刷新频率低而出
34、现的闪烁现象现的闪烁现象工作电压低，功耗小，节约能源工作电压低，功耗小，节约能源没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响索尼公司的两款索尼公司的两款LCD外形外形液晶显示器的构成液晶显示器的构成液晶显示器液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)LCD(Liquid Crystal Display)是是由六层薄板组成的平板式显示器由六层薄板组成的平板式显示器反射层反射层反射层反射层水平极板水平极板水平极板水平极板水平网水平网水平网水平网格线格线格线格线液晶层液晶层液晶层液晶层垂直网垂直网垂直网垂直网格线格线格线格线垂直极板垂直极板垂直极板垂
35、直极板观观观观察察察察方方方方向向向向LCD显示器基本原理液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物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，而产生色的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩彩液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿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
36、泽光线透过液晶体时，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经过一块彩色滤光片以及第二块偏光板液晶显示有主动式和被动式两种被动式液晶屏幕有被动式液晶屏幕有STN（Super TN超扭曲向超扭曲向列列LCD）和和DSTN（Double layer Super TN双双层超扭曲向列层超扭曲向列LCD）等等最流行的主动式液晶屏幕是最流行的主动式液晶屏幕是TFT（Thin Film Transistor薄膜晶体管）薄膜晶体管）主动式液晶显示器使用了主动式液晶显示器使用了FET场效晶体管以场效晶体管以及共通电极，这样可以
37、让液晶体在下一次的及共通电极，这样可以让液晶体在下一次的电压改变前一直保持电位状态。这样主动式电压改变前一直保持电位状态。这样主动式液晶显示器就不会产生在被动式液晶显示器液晶显示器就不会产生在被动式液晶显示器中常见的鬼影、或是画面延迟的残像等中常见的鬼影、或是画面延迟的残像等LCD显示器的基本指标可视角度可视角度视线与屏幕中心法向成一定角度时，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，而人们就不能清晰地看到屏幕图象，而那个能看到清晰图象的最大角度被我那个能看到清晰图象的最大角度被我们称为可视角度。一般所说的可视角们称为可视角度。一般所说的可视角度是指左右两边的最大角度相加。
38、工度是指左右两边的最大角度相加。工业上有业上有CR10（Contrast Ratio）、）、CR5两种标准来判断液晶显示器的可视角两种标准来判断液晶显示器的可视角度度LCD显示器的基本指标点距与分辨率点距与分辨率mm就能得到较好的显示效果就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点数与垂直方向的像素点数的乘积液晶显示器的缺点液晶显示器的缺点寿命短、怕震动、温度敏感寿命短、怕震动、温度敏感分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏
39、高。格偏高。*纯平显示器*走向平面的显像管走向平面的显像管球面显象管：球面显象管：表面：球面的一部分表面：球面的一部分时间：时间：9090年代初年代初柱面显象管：柱面显象管：表面：柱面的一部分，垂直方向上平表面：柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有弯曲直，水平方向上有弯曲时间：时间：9090年代中期年代中期代表：代表：SonySony公司的公司的TrinitronTrinitron，MitsubishiMitsubishi公司的公司的DiamondtronDiamondtron*纯平显示器*走向平面的显像管走向平面的显像管平面直角显象管平面直角显象管表面：球面的一部分，类似于平面表面：球
40、面的一部分，类似于平面时间：时间：9090年代中后期年代中后期现在市场上的主流显象管现在市场上的主流显象管纯平显象管纯平显象管表面：纯平面表面：纯平面时间：时间：9090年代后期年代后期代表：代表：SonySony公司的公司的FD TrinitronFD Trinitron，MitsubishiMitsubishi公司的公司的DiamondtronDiamondtron，SamsungSamsung公公司的司的DanyFlatDanyFlat，LGLG公司的公司的FlatronFlatron今后的主流显象管今后的主流显象管纯平显示器的技术指标纯平显示器的技术指标点距：点距：带宽：带宽：110M
41、208M最大分辨率：最大分辨率：16001200/85，12801024/85对比度：对比度：亮度不均匀性：亮度不均匀性：闪烁：闪烁：功耗：功耗：100W左右左右主要产品主要产品 LG的未来窗，美格的平面龙（的未来窗，美格的平面龙（Sony显像管），显像管），ADI的的MicroScan(Sony显像管显像管)，三星，三星700IFT等等等等*纯平显示器*未来显示器*采用空气等离子体技术，无须刷新缓冲采用空气等离子体技术，无须刷新缓冲存储器存储器空气等离子体可想象成一个个微型霓虹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。灯，红绿蓝三种不同颜色的像素。显示屏薄，挂在墙上。显
42、示屏薄，挂在墙上。发光聚合物技术，坚不可摧；柔韧性好，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可以卷起来；显示画面具有无与伦比的清晰度，无锯齿现象。真正的平面直角。清晰度，无锯齿现象。真正的平面直角。环形时代（二十世纪环形时代（二十世纪8080年代初至九十年代初）：球年代初至九十年代初）：球形屏幕一统天下形屏幕一统天下, ,球面显示器的屏幕呈明显的弧度球面显示器的屏幕呈明显的弧度平面直角时代（二十世纪九平面直角时代（二十世纪九十年代中至九十年代末）：十年代中至九十年代末）：平面直角异军突起平面直角异军突起 按照屏幕表面曲度来划分，显按照屏幕表面曲度来划分，显示器可
43、以分为示器可以分为球面、平面直角、球面、平面直角、柱面、完全平面柱面、完全平面四种。四种。 现在球面管的显示器已基本被现在球面管的显示器已基本被淘汰了，平面直角显示器转而成淘汰了，平面直角显示器转而成为了最普遍的显示器。为了最普遍的显示器。 在在19941994年以前，各式各样的显年以前，各式各样的显示器，都基本属于球面显示器。示器，都基本属于球面显示器。 纯平时代（二十世纪九十年代末至二十一世纪初）：纯平产品后来居上 液晶显示器液晶显示器等离子显示器2.2 图形系统及其标准分类分类基本图形软件基本图形软件支撑软件支撑软件应用图形软件应用图形软件专用软件专用软件基本图形软件实现方法基本图形软件
44、实现方法图形软件包图形软件包修改高级语言修改高级语言专用高级图形语言专用高级图形语言图形软件标准图形软件标准2.2 图形系统及其标准硬件，图形硬件，图形 I/O 设备，系统软件，图形软件。设备，系统软件，图形软件。图形软件：通用编程软件包，专用应用软件包。图形软件：通用编程软件包，专用应用软件包。通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形功能扩展集功能扩展集(比如，比如，OpenGL).基本功能：图元生成，属性设置（颜色，基本功能：图元生成，属性设置（颜色，.）选择观察及实施变换等。）选择观察及实施变换等。专用类：不关心图形操作过程（比如，专用类：不关心图
45、形操作过程（比如，CAD系系统。统。图形支撑软件第一层次是面向系统的，主要解决图形设备与计算机的第一层次是面向系统的，主要解决图形设备与计算机的通讯接口等问题，称为设备驱动程序，包括一些最基本通讯接口等问题，称为设备驱动程序，包括一些最基本的输入、输出程序，事实上，设备驱动程序现在已被作的输入、输出程序，事实上，设备驱动程序现在已被作为操作系统的一部分，由操作系统或设备硬件厂商开发；为操作系统的一部分，由操作系统或设备硬件厂商开发；第二层次是建立在驱动程序之上，完成第二层次是建立在驱动程序之上，完成图元的生成、设图元的生成、设备的管理备的管理等功能，目前这个层次上的图形支撑软件已经等功能，目前
46、这个层次上的图形支撑软件已经标准化，如标准化，如GKS、PHIGS、 CGI等；等；第三层次是在中间层基础上编写的，其主要任务是建立第三层次是在中间层基础上编写的，其主要任务是建立图形数据结构，定义、修改和输出图形，它是图形数据结构，定义、修改和输出图形，它是面向用户面向用户的的，要求具有较强的交互功能，使用方便，风格好，概要求具有较强的交互功能，使用方便，风格好，概念明确，容易阅读，便于维护和移植，念明确，容易阅读，便于维护和移植，OpenGL、DirectX便属于这一层次的软件。便属于这一层次的软件。图形系统标准图形标准：图形系统及其相关应用系统图形标准：图形系统及其相关应用系统中各界面之
47、间进行数据传送和通信的接中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准，以及供图形应用程序调用的子口标准，以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准，前者称为程序功能及其格式标准，前者称为数据数据及文件格式标准及文件格式标准，后者称为，后者称为子程序界面子程序界面标准标准。图形标准的作用位置应用系统应用系统图形系统图形系统设备设备驱动驱动设备设备驱动驱动设备设备驱动驱动元文件元文件输出程序输出程序元文件元文件输入程序输入程序CGMCGMCGICGI数据库数据库IGES STEPIGES STEPGKS,PHIGS,OPENGLGKS,PHIGS,OPENGL可移植性的四个方面应用程序在不同系统间
48、的可移植性；应用程序在不同系统间的可移植性；应用程序和图形设备的可移植性；应用程序和图形设备的可移植性；图形数据的可移植性；图形数据的可移植性；程序员的可移植性；程序员的可移植性；图形系统标准分类面向图形设备的接口标准：面向图形设备的接口标准：计算机图形元文件计算机图形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,)计算机图形接口计算机图形接口(CGI).设备驱动程序。设备驱动程序。面向应用软件的标准：面向应用软件的标准：程序员层次交互式图形系统（程序员层次交互式图形系统（PHIGS）,GL (图形图形程序包程序包)（三维）图形核心系统（三维）图形核心系统（3D-)GKS面向图形应用系统中工程和产品
49、数据模型及其面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其文件格式：文件格式：基本图形转换规范（基本图形转换规范（IGES）产品数据转换规范（产品数据转换规范（STEP）CGI（ISO DP 9636)- 提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法。提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法。- 也可看作图形设备驱动程序的一种标准。也可看作图形设备驱动程序的一种标准。- 在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立于在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立于设备的方式提供图形信息的描述和通信。设备的方式提供图形信息的描述和通信。CGM（ISO IS8632)- 与设备无关的语义、词法定义的图形文件格式。与设备无关的语义
50、、词法定义的图形文件格式。- 规定了生成、存储、传送图形信息的格式。规定了生成、存储、传送图形信息的格式。- 面向系统和系统开发者，和面向系统和系统开发者，和CGI配套提供。配套提供。- 通用性是其关键属性。通用性是其关键属性。GKS- 提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的 功能接口。功能接口。- 与语言无关。与语言无关。- GKS提供了一个称为元文件的顺序文件接口提供了一个称为元文件的顺序文件接口- 应用程序的所有图形资源由应用程序的所有图形资源由GKS控制（通过控制（通过GKS元文件元文件-GKSM）- GKSM用于用于:图形信息存档；系统传送图
51、形信息；图形信息存档；系统传送图形信息； 在在GKS应用程序间传送图形信息；应用程序间传送图形信息； 与图形信息相关的非图形信息的存与图形信息相关的非图形信息的存 储和复用。储和复用。PHIGS（ISO IS9592）- 向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接口；口；- 图形数据按层次结构组织；图形数据按层次结构组织；- 提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。是一提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。是一个高度动态化和交互式图形系统。个高度动态化和交互式图形系统。GL图形程序库，图形程序库，UNIX下运行，下运行，OpenGL微微机，机，分类：基本
52、图素；坐标变换；设置属性分类：基本图素；坐标变换；设置属性和显示方式；和显示方式；I/O 处理；真实图形显示。处理；真实图形显示。IGES（基本图形转换规范）- Initial Graphics Exchange Specification- 作用：不同的作用：不同的CAD/CAM系统之间交换数据。系统之间交换数据。-文件格式是文件格式是ASCII码，五节：开始节，目录码，五节：开始节，目录入口入口(DE)，参数参数(DP)节，整体节和结束节。节，整体节和结束节。STEP（产品模型数据转换标准）- Standard for the Exchange of Product model Data.
53、- 覆盖产品整个生命周期覆盖产品整个生命周期- 强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整表示。表示。-克服克服IGES中的问题和缺点。中的问题和缺点。持续发光时间持续发光时间刷新刷新像素像素 CRT的分辨率的分辨率阴极射线管的组成部分及其功能阴极射线管的组成部分及其功能射线穿透法及影孔板法产生彩色的工作原理射线穿透法及影孔板法产生彩色的工作原理随机扫描显示系统的逻辑部件及工作机理随机扫描显示系统的逻辑部件及工作机理光栅扫描显示系统的逻辑部件及工作机理光栅扫描显示系统的逻辑部件及工作机理查色表及其工作原理查色表及其工作原理显存大小、屏幕分辨率及可同时显示的颜色数目之间的关系显存大小、屏幕分辨率及可同时显示的颜色数目之间的关系图形系统及其标准图形系统及其标准概念与术语
