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1、v2.1图形系统的组成图形系统的组成第二讲第二讲 图形系统图形系统一、组成：计算机图形系统是由计算机、图形输入、图形输出设备和一、组成：计算机图形系统是由计算机、图形输入、图形输出设备和软件组成的综合系统。软件组成的综合系统。计算机图形系统计算机图形系统硬硬件件软软件件计算机计算机图形输入设备图形输入设备图形输出设备图形输出设备系统软件系统软件图形软件图形软件应用软件应用软件 （数据库）（数据库）阴极射线管阴极射线管(CRT)n工作原理工作原理w高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特
2、定位置。由于荧光物质在高速电子屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。由于高能态很能量从低能态变为高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子不稳定，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，这时将发出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荧光，屏幕上的那一点就会亮了n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n刷新频率刷新频率w刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的过程
3、过程w刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示示电子枪电子枪电灯丝，阴极和控制栅组成。电灯丝，阴极和控制栅组成。阴极：由灯丝加热发出电子束，阴极：由灯丝加热发出电子束，控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小控制栅：加上负电压后，能够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高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点的亮度。的亮度。聚焦系统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正的高压电（几万伏），使电子
4、束高速加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动。运动。 偏转系统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。电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就会增电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度被称为大。到达屏幕最边缘的偏转角度被称为最大偏最大偏转角转角最大偏转角最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指标，是衡量系统性能的最重要的指标，显示器长短与此有关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屏 荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光l持续发光时间：电子束离
5、开某点后，该点的持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值亮度值衰减到初始值1/10所需的时间所需的时间l刷新刷新(Refresh)：为了让荧光物质保持一个稳：为了让荧光物质保持一个稳定的亮度值定的亮度值l刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率=1秒/荧光物质的持续发光时间（例如）=1000/40(毫秒)=25Hz荧光屏荧光屏w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w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
6、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。在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕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，如所能容纳的像素个数描述，如640*480，800*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彩色阴极射线管彩色阴极射线管彩色阴极射线管彩色阴极射线管-射线穿透法射线穿透法 原理：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浅，决定所产生的颜色电子束电子束荧光涂层荧光涂
7、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彩色阴极射线管-射线穿透法射线穿透法w应用：主要用于画线显示器应用：主要用于画线显示器w优点：成本低优点：成本低w缺点：只能产生有限几种颜色缺点：只能产生有限几种颜色彩色阴极射线管彩色阴极射线管-影孔板法影孔板法n影孔板法影孔板法w原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，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用于精确定位像素的位置外层玻璃荧光涂层影孔板影孔板n影孔板的类型影孔板的类型w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
8、w栅格式影孔板栅格式影孔板代表：代表：Sony的的Trinitron与与Mitsubishi的的Diamondtron显像管显像管w沟槽式影孔板沟槽式影孔板代表：代表：LG的的Flatron显像管显像管彩色阴极射线管彩色阴极射线管-影孔板法影孔板法n点状影孔板工作原理点状影孔板工作原理w红、绿、兰三基色红、绿、兰三基色w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）w三支电子枪三支电子枪电子枪、影孔板中的一个小孔和荧光荧光点点呈一直线；每个小孔与一个像素（即三个荧光点荧光点）对应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度有256个等
9、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中所含电子的数目，即可控制各色光点亮度。n球面显示器与柱面显示器球面显示器与柱面显示器w普通的显象管采用的都是点状影孔板显象普通的显象管采用的都是点状影孔板显象管，显象管的表面呈略微凸起的球面状，管，显象管的表面呈略微凸起的球面状，故称之为故称之为“球面管球面管”。而柱面显象管采用而柱面显象管采用荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的，微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的，呈圆柱状，故称之为呈圆柱状，故称之为“柱面管柱面管”w常用的
10、点状影孔板显象管有日本索尼公司常用的点状影孔板显象管有日本索尼公司的特丽珑管（的特丽珑管（Trinitron）和三菱公司的）和三菱公司的钻石珑管（钻石珑管（Diamondtron）R G B红绿兰荫栅荧光屏荫栅式彩色CRT显色原理R GG BB0.25mmd=0.28mm0.22mm0.31mmR GBG点距为. 2 5 的 柱面显示器点距为. 2 8 的 球面显示器柱面和球面显示器点距定义示意图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特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分。部分。 逻辑部件：刷新存储器逻辑部件：刷新存储器(Refreshing
11、 Buffer),显显示处理器（示处理器（DPU:Display Processing Uuit）和）和CRTl 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，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。 工作原理工作原理光栅扫描的显示系统光栅扫描的显示系统光栅扫描显示系统光栅扫描显示系统n特点：光栅扫描特点：光栅扫描n扫描线扫描线n帧帧n水平回扫期水平回扫期n垂直回扫期垂直回扫期几个概念几个概念水平扫描频率为行频。垂直扫描频率为帧频。水平扫描频率为行频。垂直
12、扫描频率为帧频。隔行扫描方式是先扫偶数行扫描线，再扫奇数行隔行扫描方式是先扫偶数行扫描线，再扫奇数行扫描线。扫描线。几个概念几个概念整个屏幕被扫描线分成整个屏幕被扫描线分成 n 行，每行有行，每行有 m 个点，个点，每个点为一个象素。整个屏幕有每个点为一个象素。整个屏幕有 m n 个象个象素。素。是指是指CRT在水平或垂直方向的单位长度上能分辨在水平或垂直方向的单位长度上能分辨出的最大光点（象素）数，分为水平分辨率和出的最大光点（象素）数，分为水平分辨率和垂直分辨率。通常用屏幕上象素的数目来表示。垂直分辨率。通常用屏幕上象素的数目来表示。比如上述的比如上述的 n 行，每行行，每行 m 点的屏幕
13、分辨率为点的屏幕分辨率为 m n 。分辨率越高，相邻象素点之间的距。分辨率越高，相邻象素点之间的距离越小，显示的字符或图像也就越清晰。分辨离越小，显示的字符或图像也就越清晰。分辨率受显示器生产工艺、扫描频率以及显示存储率受显示器生产工艺、扫描频率以及显示存储器容量的限制。器容量的限制。几个概念几个概念相邻象素点之间的距离，与分辨率指标相关。相邻象素点之间的距离，与分辨率指标相关。指显示字符、图形特别是动态图像的速度，与显指显示字符、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有关。可用最大带宽示器的分辨率及扫描频率有关。可用最大带宽（水平象素数（水平象素数 垂直象素数垂直象素数 最大帧
14、频）来最大帧频）来表示。表示。几个概念几个概念亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度变亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度变化。色彩包括可选择显示器颜色的数目以及一化。色彩包括可选择显示器颜色的数目以及一帧画面可同时显示的颜色数，与荧光屏的质量帧画面可同时显示的颜色数，与荧光屏的质量有关，并受显示存储器有关，并受显示存储器VRAM容量的影响。容量的影响。由于由于CRT内侧的荧光粉在接受电子束的轰击时，内侧的荧光粉在接受电子束的轰击时，只能维持短暂的发光，根据人眼视觉暂留的特只能维持短暂的发光，根据人眼视觉暂留的特性，需要不断进行刷新才能有稳定的视觉效果，性，需要不断进行刷新才能有稳定的视
15、觉效果，因此刷新是指以每秒因此刷新是指以每秒30帧以上的频率反复扫描帧以上的频率反复扫描不断地显示每一帧图像。图像的刷新频率等于不断地显示每一帧图像。图像的刷新频率等于帧扫描的频率（帧频），用每秒刷新的帧数表帧扫描的频率（帧频），用每秒刷新的帧数表示。目前刷新频率标准为每秒示。目前刷新频率标准为每秒50120帧。帧。几个概念几个概念 存储用于刷新的图像信息的存储器。帧缓冲存存储用于刷新的图像信息的存储器。帧缓冲存储器的大小通常用储器的大小通常用X方向（行）和方向（行）和Y方向（列）方向（列）可寻址的地址数的乘积来表示，称为帧缓冲存可寻址的地址数的乘积来表示，称为帧缓冲存储器的分辨率。储器的分辨
16、率。- 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。n逻辑部件：帧缓冲存储器（逻辑部件：帧缓冲存储器（Frame Buffer)，视频控制器（视频控制器（Video Controller)，显示处，显示处理器（理器（Display Processor），），CRTn帧缓冲存储器帧缓冲存储器w作用：存储屏幕上像素的颜色值作用：存储屏幕上像素的颜色值w简称帧缓冲器，俗称显存简称帧缓冲器，俗称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，
17、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）。 LCD液晶显示器液晶显示器nCRT固有的物理结构限制了它向更广的显示领域发固有的物理结构限制了它向更广的显示领域发展展w屏幕的加大必然导致显象管的加长，显示器的体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，在使用时候就会受到空间的限制积必然要加大，在使用时候就会受到空间的限制wCRT显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像，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
18、扰容易受电磁波干扰w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nLCD显示器的优点显示器的优点w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。w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现的闪烁现象现的闪烁现象w工作电压低，功耗小，节约能源工作电压低，功耗小，节约能源w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LCD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 Displ
19、ay)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LCD显示器基本原理显示器基本原理w液晶液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它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，而产生色彩化，而产生色彩w液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第一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，而当光线透过液晶层偏光
20、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二块偏光板液晶显示有主动式和被动式两液晶显示有主动式和被动式两种种n被动式液晶屏幕有被动式液晶屏幕有STN（Super TN超扭曲超扭曲向列向列LCD）和）和DSTN（Double layer Super TN双层超扭曲向列双层超扭曲向列LCD）等）等n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）n主动式液晶
21、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显示器的基本指标显示器的基本指标w可视角度可视角度n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
22、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。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两种标准来判断液晶显示器的可视角度视角度LCD显示器的基本指标显示器的基本指标w点距与分辨率点距与分辨率n液晶屏幕的点距就是两个液晶颗粒液晶屏幕的点距就是两个液晶颗粒（光点）之间的距离，一般（光点）之间的距离，一般0.280.32mm就能得到较好的显示就能得到较好的显示效果效果n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
23、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，且价格偏高格偏高。图形处理器图形处理器w图形处理器是图形系统结构的重要元件，图形处理器是图形系统结构的重要元件，是连接计算机和显示终端的纽带是连接计算机和显示终端的纽带w早期的图形处理器只包含简单的存储器和早期的图形处理器只包含简单的存储器和帧缓冲区，它们实际上只起了一个图形的帧缓冲区，它们实际上只起了一个图形的存储和传递作用，一切操作都必须有存储和传递作
24、用，一切操作都必须有CPU来控制来控制w现在的图形处理器不单单存储图形，而且现在的图形处理器不单单存储图形，而且能完成大部分图形函数，专业的图形卡已能完成大部分图形函数，专业的图形卡已经具有很强的经具有很强的3D处理能力，大大减轻了处理能力，大大减轻了CPU的负担的负担,提高了显示质量和显示速度提高了显示质量和显示速度图形处理器图形处理器w作用：代替作用：代替CPU完成部分图形处理功能，完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等纹理映射等等图形处理器的组成图形处理器的组成w显示主芯片显示主芯片n显卡的核心，俗称显卡的核心，俗称GP
25、U，它的主要任务是对，它的主要任务是对系统输入的视频信息进行构建和渲染系统输入的视频信息进行构建和渲染w显示缓存显示缓存n用来存储将要显示的图形信息以及保存图形用来存储将要显示的图形信息以及保存图形运算的中间数据运算的中间数据n显存的大小和速度直接影响着主芯片性能的显存的大小和速度直接影响着主芯片性能的发挥发挥w数字模拟转换器（数字模拟转换器（RAMDAC）n它的作用就是把二进制的数字转换成为和显它的作用就是把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号示器相适应的模拟信号显存模拟信号输出主芯片计算机控制信号RAMDAC显卡工作原理简单示意图* *纯平显示器纯平显示器* *n走向平面的显像管走
26、向平面的显像管w球面显象管：球面显象管：n表面：球面的一部分表面：球面的一部分n时间：时间：9090年代初年代初w柱面显象管：柱面显象管：n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n时间：时间：9090年代中期年代中期n代表：代表：SonySony公司的公司的TrinitronTrinitron，MitsubishiMitsubishi公司的公司的DiamondtronDiamondtron* *纯平显示器纯平显示器* *n走向平面的显像管走向平面的显像管w平面直角显象管平面直角显象管n表面：球面的一部分，类似于平面表面：球面的一
27、部分，类似于平面n时间：时间：9090年代中后期年代中后期n现在市场上的主流显象管现在市场上的主流显象管w纯平显象管纯平显象管n表面：纯平面表面：纯平面n时间：时间：9090年代后期年代后期n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FlatronFlatronn今后的主流显象管今后的主流显象管等离子显示器等离子显示器 在过去的在过去的75年中，大量的主流电
28、视机都是由同一种技术制造的，年中，大量的主流电视机都是由同一种技术制造的，也就是阴极射线管（简称也就是阴极射线管（简称CRT）。阴极射线管由于是由玻璃制造的，）。阴极射线管由于是由玻璃制造的，所以非常易碎，并且屏幕有不易察觉的抖动，不过它的致命弱点并不所以非常易碎，并且屏幕有不易察觉的抖动，不过它的致命弱点并不是上述这些，而是它过于庞大的体积。是上述这些，而是它过于庞大的体积。CRT技术的一个规律就是：屏技术的一个规律就是：屏幕面积越大，显像管也就越长，只有这样才能保证扫描电子枪有足够幕面积越大，显像管也就越长，只有这样才能保证扫描电子枪有足够的深度空间把电子束打到整个屏幕上。的深度空间把电子
29、束打到整个屏幕上。 最近，一种新型的电视开始抢占市场并成为时尚电视换代的代言最近，一种新型的电视开始抢占市场并成为时尚电视换代的代言人，等离子显示屏（人，等离子显示屏（Plasma Display Panel简称简称PDP）。这种新型电视）。这种新型电视具有和基于具有和基于CRT技术生产的电视一样宽大的显示屏，但它的厚度只有技术生产的电视一样宽大的显示屏，但它的厚度只有15厘米！厘米！等离子显示器等离子显示器等离子显示器又称为电浆显示器，是继等离子显示器又称为电浆显示器，是继CRTCRT显示器、显示器、LCDLCD后的新一后的新一代显示器，其特点是极薄（不到代显示器，其特点是极薄（不到100m
30、m100mm），分辨率佳。），分辨率佳。等离子显示技术的优点：等离子显示技术的优点：（1 1）可以制造出超大尺寸的平面显示器）可以制造出超大尺寸的平面显示器（2 2）没有弯曲的视觉表面，从而使视角扩大到）没有弯曲的视觉表面，从而使视角扩大到160160度以上度以上基本原理基本原理等离子显示屏是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采等离子显示屏是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成整个全屏幕。每个等离子管作为一个像素，每个像素由三成整个全屏幕。每个等离子管作为一个像素，每个像素由三种不同颜
31、色的发光体组成种不同颜色的发光体组成红、绿、蓝。由这些像素的明红、绿、蓝。由这些像素的明暗和颜色组合变化产生各种灰度和色彩的图像，这与暗和颜色组合变化产生各种灰度和色彩的图像，这与CRTCRT的原的原理很相似。理很相似。 等离子显示器等离子显示器等离子显示器等离子显示器内部结构等离子显示器等离子显示器主要特点：主要特点：与与CRTCRT相比相比1.1.不会出现不会出现CRTCRT显像管常见的图像几何畸变的现象显像管常见的图像几何畸变的现象2.2.不受磁场的影响不受磁场的影响3.3.消除了消除了CRTCRT显像管某些区域聚焦不良或使用时间过长后会开始聚显像管某些区域聚焦不良或使用时间过长后会开始
32、聚焦的毛病。焦的毛病。4.4.不会产生不会产生CRTCRT显像管的色彩漂移现象显像管的色彩漂移现象5.5.高亮度、大视角、全彩色和高对比度高亮度、大视角、全彩色和高对比度等离子显示器等离子显示器主要特点：主要特点：与与LCDLCD液晶显示器相比液晶显示器相比亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对快速变化的画面响应亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对快速变化的画面响应速度快等。速度快等。视野开阔，视角宽广，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和视野开阔，视角宽广，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有的更大观赏角度。前所未有的更大观赏角度。等离子显示器弱点：等离子显示器弱点：1.1.它的表面不能承受太大或
33、太小的大气压力，更不能承受意外它的表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压。的重压。2.2.每一个象素都是独立地自行发光的，耗电量大。每一个象素都是独立地自行发光的，耗电量大。中中低低低低价格价格好好中中好好亮度亮度中中中中丰富丰富色彩色彩中中一般一般大大视角视角好好一般一般中中分辩率分辩率中中好好一般一般平面度平面度中中小小大大屏幕屏幕中中小小大大功耗功耗等离子显示器等离子显示器液晶显示器液晶显示器LCDLCD阴极射线管阴极射线管CRTCRT性质性质* *未来显示器未来显示器* *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
34、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。具有完整人机交互界面，集高性能的计算和图形具有完整人机交互界面，集高性能的计算和图形于一身，可配置大容量的内存和硬盘，于一身，可配置大容量的内存和硬盘，I/OI/O和网和网络功能完善，使用多任务多用户操作系统的小型络功能完善，使用多任务多
35、用户操作系统的小型通用个人化计算机系统。通用个人化计算机系统。19831983年美国年美国APOLLOAPOLLO公司推出第一台适合计算机辅公司推出第一台适合计算机辅助设计（助设计（CADCAD）的工作站。）的工作站。现在全球最有名的图形工作站属现在全球最有名的图形工作站属SGISGI图形工作站。图形工作站。图形工作站图形工作站2.3 图形输入设备 图形输入设备可将用户的图形数据及各种命令等转换成电信号。图形输入设备可将用户的图形数据及各种命令等转换成电信号。 用最通常的输入设备：键盘、鼠标，配合用最通常的输入设备：键盘、鼠标，配合CRTCRT显示器即可组成简易的显示器即可组成简易的交互式图形
36、系统。交互式图形系统。但高性能交互式图形系统还可配备其它图形输入设备。但高性能交互式图形系统还可配备其它图形输入设备。图形输入设备从逻辑上分为图形输入设备从逻辑上分为6 6种，见下表。种，见下表。实际的图形输入设备往往是某些逻辑输入功能的组合。实际的图形输入设备往往是某些逻辑输入功能的组合。图形输入设备名称名称基本功能基本功能定位设备定位设备(Locator)指定一个点的坐标位置指定一个点的坐标位置(x,y)笔划设备笔划设备(Stroke)指定一系列点的坐标指定一系列点的坐标数值设备数值设备(Valuator)输入一个整数或实数输入一个整数或实数字符串设备字符串设备(String)输入一串字符
37、输入一串字符选择设备选择设备(Choice)选择某个菜单项选择某个菜单项拾取设备拾取设备(Pick)选择显示着的图形的组成部分选择显示着的图形的组成部分逻辑设备：逻辑设备：是指按照逻辑功能定义的设备，并非具体的物理设备。一种逻是指按照逻辑功能定义的设备，并非具体的物理设备。一种逻辑设备对应于一种或一类特定的物理设备，而实际的物理设备又往往是某辑设备对应于一种或一类特定的物理设备，而实际的物理设备又往往是某些逻辑输入功能的组合些逻辑输入功能的组合图形输入设备 1. .鼠标器鼠标器 是一种移动光标和做选择操作的计算机输入设备，除了键盘外，它已成是一种移动光标和做选择操作的计算机输入设备，除了键盘外
38、，它已成为我们使用计算机的主要输入工具。随着为我们使用计算机的主要输入工具。随着“所见即所得所见即所得”环境越来越普环境越来越普及，使用鼠标器的机会也就越来越多。及，使用鼠标器的机会也就越来越多。基本工作原理：基本工作原理：当移动鼠标器时，它把移动距离及方向的信息变成脉冲送给计算机，当移动鼠标器时，它把移动距离及方向的信息变成脉冲送给计算机，计算机再把脉冲转换成鼠标器光标的坐标数据，从而达到指示位置计算机再把脉冲转换成鼠标器光标的坐标数据，从而达到指示位置的目的。的目的。鼠标分类：鼠标分类：光电式光电式:底部有一个发光二极管（底部有一个发光二极管（LED），并且需要一块反射板发光二），并且需要
39、一块反射板发光二极管发出的光被反射板反射，可以被鼠标检测到。光电式鼠标就是根据反射光极管发出的光被反射板反射，可以被鼠标检测到。光电式鼠标就是根据反射光强弱变化来判断鼠标的移动和当前位置的强弱变化来判断鼠标的移动和当前位置的 机械式三种机械式三种:在它的底部有一个滚球在它的底部有一个滚球,当推动鼠标时当推动鼠标时,滚球就会不断触动旁边滚球就会不断触动旁边的小滚轮的小滚轮,产生不同强度的脉波产生不同强度的脉波,通过这种连锁效应通过这种连锁效应,电脑才能运算出游标电脑才能运算出游标的正确位置。的正确位置。 光机式光机式:它是一种光电和机械相结合的鼠标它是一种光电和机械相结合的鼠标 图形输入设备 2
40、.2.光笔光笔由光笔检测到屏幕的光信号，然后传输给计算机，从而达到输入由光笔检测到屏幕的光信号，然后传输给计算机，从而达到输入的目的。的目的。3.3.触摸屏触摸屏是一种对于物体触摸能产生反应的屏幕。当人的手指或其他物体是一种对于物体触摸能产生反应的屏幕。当人的手指或其他物体触摸到屏幕不同位置时，计算机能接收到触摸信号并按照软件要触摸到屏幕不同位置时，计算机能接收到触摸信号并按照软件要求进行相应的处理。求进行相应的处理。 触摸输入有光学的（触摸输入有光学的（红外线式红外线式）、电子的（）、电子的（电阻式和电容式电阻式和电容式）和声学的（和声学的（声表面波式声表面波式）。精度最高的属声学的。）。精
41、度最高的属声学的。图形输入设备 基本工作原理：基本工作原理： 采用电磁感应技术，通常在一块布满金采用电磁感应技术，通常在一块布满金属栅格的绝缘平面板上放置一个可移动属栅格的绝缘平面板上放置一个可移动的定位设备，当有电流通过该定位设备的定位设备，当有电流通过该定位设备上的电感线圈，便会产生相应的磁场，上的电感线圈，便会产生相应的磁场，从而使其正下方的金属栅格上产生相应从而使其正下方的金属栅格上产生相应的感应电流。根据已产生电流的金属栅的感应电流。根据已产生电流的金属栅格的位置，就可以判断出定位设备当前格的位置，就可以判断出定位设备当前所处的几何位置。将这种位置信息，以所处的几何位置。将这种位置信
42、息，以坐标的形式传送给计算机，就实现了数坐标的形式传送给计算机，就实现了数字化的功能。字化的功能。4.4.坐标数字化仪坐标数字化仪是一种把图形转变成计算机能接收的数字形式专用设备。是一种把图形转变成计算机能接收的数字形式专用设备。图形输入设备 4.4.坐标数字化仪坐标数字化仪标准的坐标数字化仪有两个主要部分：标准的坐标数字化仪有两个主要部分：（1）坚固的、内部有金属栅格阵列的图板，在它上面对图形进行）坚固的、内部有金属栅格阵列的图板，在它上面对图形进行数字化数字化（2）定位器，由它提供图形的位置信息）定位器，由它提供图形的位置信息坐标数字化仪的主要性能指标有如下几项：坐标数字化仪的主要性能指标
43、有如下几项：（1）最大有效幅面：能够有效进行数字化操作的最大面积）最大有效幅面：能够有效进行数字化操作的最大面积（2）数字化的速率：由每秒几点到每秒几百点，大多采用可变方）数字化的速率：由每秒几点到每秒几百点，大多采用可变方式，可由用户选择式，可由用户选择（3）最高分辨率：指数字化仪的输出坐标显示值增加）最高分辨率：指数字化仪的输出坐标显示值增加1的最小可能的最小可能距离，一般为每毫米几十线到几百线之间距离，一般为每毫米几十线到几百线之间图形输入设备 5.5.图形扫描仪图形扫描仪图形扫描仪是直接把图形（如工程纸图）和图像（如照片、广图形扫描仪是直接把图形（如工程纸图）和图像（如照片、广告画）扫
44、描输入到计算机中，以象素信息进行存储的设备告画）扫描输入到计算机中，以象素信息进行存储的设备。CCDCCD扫描仪的工作原理扫描仪的工作原理：用光源照射原稿，投射光线经过一组光学镜用光源照射原稿，投射光线经过一组光学镜头射到电荷耦合器件上，再经过模头射到电荷耦合器件上，再经过模/ /数转换器、图像数据暂存器等，数转换器、图像数据暂存器等，最终输入到计算机。最终输入到计算机。2.4硬拷贝设备硬拷贝设备绘图仪绘图仪（程序控制） 笔式绘图仪（有滚筒式Drum Plotter和平板式Flatbeel Plotter） 静电式绘图仪（Electrostatic Plotter） 喷墨式绘图仪（Ink-je
45、t Plotter）打印机打印机 种类： 点阵式（724针） 激光式 喷墨式等等 由于打印机是廉价的图形输出设备，也是计算机系统中配置率最高的输出设备，故知道如何设置它的图形方式、用它进行屏幕的硬拷贝是非常实用的。硬拷贝设备 2.4.1 打印机打印机 2.4.2 绘图仪绘图仪 图形显示设备只能再屏幕上产生各种图形，但在计算图形显示设备只能再屏幕上产生各种图形，但在计算机图形学中还必须把图形画在纸上，以便可永久保存，常机图形学中还必须把图形画在纸上，以便可永久保存，常用的图形绘制设备也称之为硬拷贝设备。用的图形绘制设备也称之为硬拷贝设备。2.4.1 打印机一、喷墨打印机一、喷墨打印机 喷墨式打印
46、机既可用于打印文字又可用于绘图。喷墨打印机的喷墨式打印机既可用于打印文字又可用于绘图。喷墨打印机的关键部件是喷墨头。目前，常用的喷墨头有：关键部件是喷墨头。目前，常用的喷墨头有：（1 1）压电式）压电式使用压电器件替代墨水泵的压力使用压电器件替代墨水泵的压力, ,根据印字、图的信息对压电器件作用根据印字、图的信息对压电器件作用电压，压迫墨水喷成墨滴进行印字印图电压，压迫墨水喷成墨滴进行印字印图。（2 2）气泡式）气泡式对发热体加电使墨水受热而产生气泡，随着温度的升高气泡膨胀，将墨对发热体加电使墨水受热而产生气泡，随着温度的升高气泡膨胀，将墨水挤出喷嘴进行印字印图。水挤出喷嘴进行印字印图。（3
47、3）静电式）静电式采用高沸点的油性墨水，利用静电吸引力把墨水喷在纸上采用高沸点的油性墨水，利用静电吸引力把墨水喷在纸上（4 4）固体式）固体式采用固体墨，有采用固体墨，有9696个喷嘴个喷嘴2.4.1 打印机二、激光打印机二、激光打印机 激光打印机也是一种既可用于打印字符又可用于绘图的设备，激光打印机也是一种既可用于打印字符又可用于绘图的设备，主要有感光鼓、上粉盒、打底电晕丝和转移电晕丝组成主要有感光鼓、上粉盒、打底电晕丝和转移电晕丝组成激光打印机工作步骤：激光打印机工作步骤：1.1.感光鼓表面带上电荷感光鼓表面带上电荷2.2.将激光点反射到感光鼓上将激光点反射到感光鼓上3.3.在感光鼓上形成
48、将要打印的炭粉图像在感光鼓上形成将要打印的炭粉图像4.4.在打印纸上形成炭粉图像在打印纸上形成炭粉图像5.5.产生永久图像产生永久图像2.4.2 绘图仪一、笔式绘图仪一、笔式绘图仪1.1.滚筒式绘图仪滚筒式绘图仪体积小，价格低，精度中等，但图纸被滚筒反复拖动，会错体积小，价格低，精度中等，但图纸被滚筒反复拖动，会错位而形成废图。位而形成废图。2.4.2 绘图仪一、笔式绘图仪一、笔式绘图仪2.2.平台式绘图仪平台式绘图仪采用静电吸附、真空吸附、磁条压铁等方式固定纸张，机械采用静电吸附、真空吸附、磁条压铁等方式固定纸张，机械运动减少，精度得到提高，但墨水的堵塞和拖笔问题，也会运动减少，精度得到提高
49、，但墨水的堵塞和拖笔问题，也会造成废图。造成废图。2.4.2 绘图仪二、喷墨绘图仪二、喷墨绘图仪1.1.抛弃了传统的用笔绘图的模式，其绘图速度比笔式快得多（可抛弃了传统的用笔绘图的模式，其绘图速度比笔式快得多（可高高2020倍），有单色和彩色两种，精度可达倍），有单色和彩色两种，精度可达300300600DPI600DPI，可绘制，可绘制0.08mm0.08mm的细线的细线2.2.可选择上百种颜色和阴影可选择上百种颜色和阴影3.3.可使用各种纸张：普通纸、证券纸、羊皮纸、半透明纸等可使用各种纸张：普通纸、证券纸、羊皮纸、半透明纸等4.4.有有4MB4MB以上的缓存，有足够的空间对多个图表进行排
50、列以上的缓存，有足够的空间对多个图表进行排列2.4.2 绘图仪绘图仪三、静电、热敏、热蜡转印绘图仪三、静电、热敏、热蜡转印绘图仪1.1.采用了高新技术采用了高新技术2.2.热蜡转印绘图仪更具代表性热蜡转印绘图仪更具代表性装配装配8 8条热蜡色带，采用条热蜡色带，采用CMYKCMYK混色印刷技术，输出的颜色可混色印刷技术，输出的颜色可达达1616万多种，支持万多种，支持PostscriptPostscript语言和语言和TIFF,TARGATIFF,TARGA等多种图等多种图像格式，可以直接绘制扫描图片，操作简单，耗材成本低。像格式，可以直接绘制扫描图片，操作简单，耗材成本低。2.3图形软件系统