計算機圖形學(xué)(計算機圖形系統(tǒng)及硬件基礎(chǔ))

1、計算機圖形學(xué)第2章 計算機圖形系統(tǒng)及硬件基礎(chǔ)本章內(nèi)容計算機圖形系統(tǒng)的組成計算機圖形系統(tǒng)的組成1計算機圖形系統(tǒng)的功能計算機圖形系統(tǒng)的功能2圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備3圖形繪制設(shè)備和輸入設(shè)備圖形繪制設(shè)備和輸入設(shè)備* *42009-2010-2:CG:SCUEC2計算機圖形系統(tǒng)的組成v計算機圖形系統(tǒng)是指用來生成、處理和顯示圖形的一整套硬件和軟件。2009-2010-2:CG:SCUEC3v中央處理機完成對圖形的描述、建立、修改等中央處理機完成對圖形的描述、建立、修改等各種計算，并對圖形實現(xiàn)有效的存儲。各種計算，并對圖形實現(xiàn)有效的存儲。v許多外部設(shè)備增加了固化的圖形處理功能（如許多外部設(shè)備增加了固化的圖

2、形處理功能（如顯卡、繪圖機等），可以接受更高級的繪圖命顯卡、繪圖機等），可以接受更高級的繪圖命令，不但能實現(xiàn)圖形的緩沖，而且能完成大部令，不但能實現(xiàn)圖形的緩沖，而且能完成大部分圖形函數(shù)的功能，從而大大減輕了中央處理分圖形函數(shù)的功能，從而大大減輕了中央處理機的負(fù)擔(dān)，提高了輸出速度。機的負(fù)擔(dān)，提高了輸出速度。 中央處理機（CPU）2009-2010-2:CG:SCUEC4圖形輸入設(shè)備v圖形輸入設(shè)備將用戶的圖形數(shù)據(jù)、各種命令圖形輸入設(shè)備將用戶的圖形數(shù)據(jù)、各種命令等轉(zhuǎn)換成電信號送給計算機等轉(zhuǎn)換成電信號送給計算機 設(shè)備名稱設(shè)備名稱典型設(shè)備典型設(shè)備定位設(shè)備鼠標(biāo)、操作桿、數(shù)字化儀筆畫設(shè)備數(shù)字化儀、圖形輸入板

3、選擇設(shè)備功能鍵、光筆拾取設(shè)備鼠標(biāo)、觸摸屏數(shù)值設(shè)備數(shù)值鍵盤字符串設(shè)備字符鍵盤v常用圖形輸入設(shè)備及其分類常用圖形輸入設(shè)備及其分類2009-2010-2:CG:SCUEC5圖形輸出設(shè)備v圖形輸出設(shè)備將計算機處理好的結(jié)果轉(zhuǎn)換成可圖形輸出設(shè)備將計算機處理好的結(jié)果轉(zhuǎn)換成可見的圖形見的圖形v常用圖形輸出設(shè)備及其分類常用圖形輸出設(shè)備及其分類設(shè)備類型設(shè)備名稱典型設(shè)備圖形顯示設(shè)備CRT顯示器光柵掃描顯示器、隨機掃描顯示器、直視存儲管顯示器平板顯示器液晶顯示器(Liquid Crystal Display)等離子顯示器(Palsma Display Panel) 圖形繪制設(shè)備繪圖儀平板繪圖儀、滾筒式繪圖儀打印機點陣

4、式打印機、噴墨打印機、激光打印機2009-2010-2:CG:SCUEC6v 一個計算機圖形系統(tǒng)至少應(yīng)具有計算、存儲、輸入、一個計算機圖形系統(tǒng)至少應(yīng)具有計算、存儲、輸入、 輸出和交互等基本功能，各功能之間的關(guān)系如下：輸出和交互等基本功能，各功能之間的關(guān)系如下：輸入輸入計算計算輸出輸出存儲存儲交互交互圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備圖形輸出設(shè)備圖形輸出設(shè)備顯示器顯示器數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫計算機圖形系統(tǒng)的功能2009-2010-2:CG:SCUEC71) 1) 圖形的描述、分析和設(shè)計；圖形的描述、分析和設(shè)計；2) 2) 點、線（包括直線和曲線）、面（包點、線（包括直線和曲線）、面（包 括平面和曲面）的表示及其求交

5、、分括平面和曲面）的表示及其求交、分 類（用于圖形的集合運算）；類（用于圖形的集合運算）；3) 3) 圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、投影、透視等幾圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、投影、透視等幾 何變換；何變換；4) 4) 曲線、曲面的生成；曲線、曲面的生成；5) 5) 圖形的交點、交線、交面的計算；圖形的交點、交線、交面的計算；6) 6) 光、色模型的建立和計算；光、色模型的建立和計算；7) 7) 圖形之間相互關(guān)系的檢測等。圖形之間相互關(guān)系的檢測等。 計算機圖形系統(tǒng)的功能計算功能計算功能2009-2010-2:CG:SCUEC8在計算機的內(nèi)存、外存中能存放各種圖形數(shù)在計算機的內(nèi)存、外存中能存放各種圖形數(shù)據(jù)，尤其是各種圖

6、形的幾何數(shù)據(jù)及圖形之間據(jù)，尤其是各種圖形的幾何數(shù)據(jù)及圖形之間的相互關(guān)系和各種屬性信息，并可基于設(shè)計的相互關(guān)系和各種屬性信息，并可基于設(shè)計人員的要求快速方便地實現(xiàn)對有關(guān)信息的實人員的要求快速方便地實現(xiàn)對有關(guān)信息的實時檢索和對圖形的刪除、增加、修改等操作。時檢索和對圖形的刪除、增加、修改等操作。通過圖形輸入設(shè)備將基本的圖形數(shù)據(jù)（如點、通過圖形輸入設(shè)備將基本的圖形數(shù)據(jù)（如點、線等），圖形的形狀、尺寸，必要的參數(shù)和線等），圖形的形狀、尺寸，必要的參數(shù)和各種繪圖命令輸入到計算機中，從而構(gòu)造更各種繪圖命令輸入到計算機中，從而構(gòu)造更復(fù)雜的幾何圖形。其中約束條件、屬性參數(shù)復(fù)雜的幾何圖形。其中約束條件、屬性參數(shù)

7、都是必不可少的。都是必不可少的。存儲功能存儲功能計算機圖形系統(tǒng)的功能輸入功能輸入功能2009-2010-2:CG:SCUEC9圖形系統(tǒng)應(yīng)具有文字、圖形、圖像信息的輸圖形系統(tǒng)應(yīng)具有文字、圖形、圖像信息的輸出功能，以方便長期保存分析計算的結(jié)果或出功能，以方便長期保存分析計算的結(jié)果或交互需要的圖形和非圖形信息。根據(jù)對輸出交互需要的圖形和非圖形信息。根據(jù)對輸出結(jié)果的精度、形式和時間等的不同要求，相結(jié)果的精度、形式和時間等的不同要求，相應(yīng)的有多種不同的輸出設(shè)備。應(yīng)的有多種不同的輸出設(shè)備。 設(shè)計人員可通過顯示器或其他人機交互設(shè)備設(shè)計人員可通過顯示器或其他人機交互設(shè)備直接進行人機通信，通過觀察屏幕上顯示的直

8、接進行人機通信，通過觀察屏幕上顯示的計算結(jié)果和圖形，利用選擇、定位等手段對計算結(jié)果和圖形，利用選擇、定位等手段對不滿意的部分進行修改。另外，可以由系統(tǒng)不滿意的部分進行修改。另外，可以由系統(tǒng)追溯到以前的工作步驟，跟蹤檢索出出錯的追溯到以前的工作步驟，跟蹤檢索出出錯的地方，同時對設(shè)計者或操作員輸入的錯誤給地方，同時對設(shè)計者或操作員輸入的錯誤給以必要的提示和幫助。以必要的提示和幫助。輸出功能輸出功能交互功能交互功能計算機圖形系統(tǒng)的功能2009-2010-2:CG:SCUEC10主要介紹主要介紹CRT(Cathode Ray Tube)顯示器：顯示器：CRT的組成的組成圖形顯示設(shè)備CRT的顯示原理的顯

9、示原理彩色彩色CRT的顯示原理的顯示原理隨機掃描隨機掃描CRT光柵掃描光柵掃描CRT直視存儲管直視存儲管CRT2009-2010-2:CG:SCUEC11CRTCRT顯示器主要由陰極、顯示器主要由陰極、電平控制器（即控制電平控制器（即控制極）、聚焦系統(tǒng)、加速極）、聚焦系統(tǒng)、加速系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和陽極系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和陽極熒光粉涂層組成，這熒光粉涂層組成，這6 6部分都在真空管內(nèi)。部分都在真空管內(nèi)。CRT顯示器的組成2009-2010-2:CG:SCUEC12水平偏轉(zhuǎn)板水平偏轉(zhuǎn)板垂直偏轉(zhuǎn)板垂直偏轉(zhuǎn)板燈絲燈絲陰極陰極聚焦系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)加速系統(tǒng)加速系統(tǒng)電平控制器電平控制器石墨層吸收轟擊磷粉涂層后逃逸在熒光

10、屏內(nèi)石墨層吸收轟擊磷粉涂層后逃逸在熒光屏內(nèi)的雜撒電子送至第二陽極的雜撒電子送至第二陽極,形成電流回路。形成電流回路。 熒光紛（磷粉涂層）熒光紛（磷粉涂層） 電子槍電子槍 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 熒光屏熒光屏第一陽極第一陽極 第二陽極第二陽極 偏轉(zhuǎn)線圈偏轉(zhuǎn)線圈 高壓入口經(jīng)石墨層接第二陽極高壓入口經(jīng)石墨層接第二陽極 用于磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)用于磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 用于靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)用于靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏偏轉(zhuǎn)的電子束偏轉(zhuǎn)的電子束CRT的顯示原理2009-2010-2:CG:SCUEC13v 隔行掃描（見下圖）將掃描分成兩場，先掃描奇數(shù)行隔行掃描（見下圖）將掃描分成兩場，先掃描奇數(shù)行1、3、5、7，再掃描偶數(shù)行再掃描偶數(shù)

11、行0、2、4、6，順序從頂部掃描到底部，順序從頂部掃描到底部 。隔行掃描技術(shù)1234567水平回掃（消隱）水平回掃（消隱）奇數(shù)場垂直回掃（消隱）奇數(shù)場垂直回掃（消隱）v 隔行掃描只需用逐行掃描一半的時間就能看見整個屏幕顯示，因此隔行掃描只需用逐行掃描一半的時間就能看見整個屏幕顯示，因此隔行掃描技術(shù)用于較慢的刷新頻率。例如刷新頻率為隔行掃描技術(shù)用于較慢的刷新頻率。例如刷新頻率為3030幀幀/ /秒，如采秒，如采用逐行掃描顯示，可注意到圖形在閃爍，但采用隔行掃描，掃描一用逐行掃描顯示，可注意到圖形在閃爍，但采用隔行掃描，掃描一幀的時間只用了原來一半，也就是說刷新頻率接近幀的時間只用了原來一半，也就

12、是說刷新頻率接近6060幀幀/ /秒，這時圖秒，這時圖形顯示質(zhì)量提高，不再閃爍形顯示質(zhì)量提高，不再閃爍。2009-2010-2:CG:SCUEC14v 采用的是RGB模型R綠(0,1,0)黃(1,1,0)白(1,1,1)品紅(1,0,1)青(0,1,1)黑(0,0,0)藍(0,0,1)紅(1,0,0)GBRGB顏色立方體 由紅、綠、藍三種顏色組成的原色系統(tǒng)稱為RGB模型。它是定義于某個紅綠藍顏色坐標(biāo)系統(tǒng)中的單位立方體。彩色CRT的顯示原理v 彩色彩色CRT的熒光屏上涂有分別能發(fā)紅、綠、藍三種顏色的熒光屏上涂有分別能發(fā)紅、綠、藍三種顏色的熒光粉，同時彩色的熒光粉，同時彩色CRT裝有三個電子槍能分

13、別發(fā)出電裝有三個電子槍能分別發(fā)出電子束來激發(fā)這三種物質(zhì)。熒光粉受到不同強度的電子束子束來激發(fā)這三種物質(zhì)。熒光粉受到不同強度的電子束激發(fā)使發(fā)出的色光產(chǎn)生混合，從而形成彩色圖形。根據(jù)激發(fā)使發(fā)出的色光產(chǎn)生混合，從而形成彩色圖形。根據(jù)三色熒光粉在熒光屏上的排列方式不同，彩色三色熒光粉在熒光屏上的排列方式不同，彩色CRT可分可分為蔭罩式為蔭罩式CRT和蔭柵式和蔭柵式CRT2009-2010-2:CG:SCUEC15v 蔭罩式蔭罩式CRT的熒光屏上涂滿了成百萬個能夠分的熒光屏上涂滿了成百萬個能夠分別發(fā)出紅、綠、藍三色光的熒光小點，每個熒別發(fā)出紅、綠、藍三色光的熒光小點，每個熒光小點的三色熒光粉成等邊三角形

14、排列，同時光小點的三色熒光粉成等邊三角形排列，同時三支電子槍安裝成三支電子槍安裝成“品品”字形，與熒光屏上的字形，與熒光屏上的三角形紅、綠、藍三色熒光點相對應(yīng)。三角形紅、綠、藍三色熒光點相對應(yīng)。 RBGRBGRBGRBGBRBGRGRBGRBGRBGRBGRBGRBGRBGBRBGRG蔭罩式蔭罩式CRTCRT熒光點的排布方案熒光點的排布方案蔭罩式CRT2009-2010-2:CG:SCUEC16v為保證每個電子槍都能擊中為保證每個電子槍都能擊中對應(yīng)顏色的熒光點，在電子槍對應(yīng)顏色的熒光點，在電子槍和熒光屏之間放置一個有孔的和熒光屏之間放置一個有孔的金屬控制網(wǎng)格（即蔭罩）。金屬控制網(wǎng)格（即蔭罩）。

15、控控制網(wǎng)格與熒光點排列成相同的制網(wǎng)格與熒光點排列成相同的三角形或直線型。三角形或直線型。調(diào)整彩色電調(diào)整彩色電子槍的排布子槍的排布方式可讓三個電子方式可讓三個電子束都匯聚于蔭罩上。這樣，某束都匯聚于蔭罩上。這樣，某顏色的電子束通過蔭罩后，就顏色的電子束通過蔭罩后，就可避免和另外兩種顏色的熒光可避免和另外兩種顏色的熒光點相交，而只與自己對應(yīng)顏色點相交，而只與自己對應(yīng)顏色的熒光點相交。的熒光點相交。彩色彩色CRTCRT電子槍和蔭罩的排布電子槍和蔭罩的排布綠槍電子束綠槍電子束藍槍電子束藍槍電子束紅槍電子束紅槍電子束蔭罩蔭罩屏幕屏幕紅紅綠綠藍藍熒光點熒光點蔭罩式CRT2009-2010-2:CG:SCU

16、EC17v蔭柵式顯象管的紅、綠、蔭柵式顯象管的紅、綠、藍三色熒光點在屏幕上呈藍三色熒光點在屏幕上呈垂直條形排列，并將蔭罩垂直條形排列，并將蔭罩網(wǎng)改為條狀蔭柵，這種條網(wǎng)改為條狀蔭柵，這種條狀蔭柵由固定在一個拉力狀蔭柵由固定在一個拉力極大的鐵框中的互相平行極大的鐵框中的互相平行的垂直鐵線陣列組成，且的垂直鐵線陣列組成，且整個柵欄從屏幕頂一直通整個柵欄從屏幕頂一直通到屏幕底。電子槍發(fā)出的到屏幕底。電子槍發(fā)出的三個電子束穿過柵條打在三個電子束穿過柵條打在熒光條上使其發(fā)光。熒光條上使其發(fā)光。 蔭柵式蔭柵式CRTCRT工作原理圖工作原理圖蔭柵蔭柵熒光屏熒光屏BGR藍藍綠綠紅紅蔭柵式CRT2009-2010

17、-2:CG:SCUEC18從原理來說，蔭罩式顯示器和蔭柵式顯示器只是從原理來說，蔭罩式顯示器和蔭柵式顯示器只是射線的選擇方式和熒光點的排列不同而已。射線的選擇方式和熒光點的排列不同而已。從顯示效果來說，從顯示效果來說，蔭柵式顯示器蔭柵式顯示器的蔭柵可以透過的蔭柵可以透過更多的光線，從而可以達到更高的亮度和對比度，更多的光線，從而可以達到更高的亮度和對比度，令圖像色彩更加鮮艷、逼真和自然；另外，其柵令圖像色彩更加鮮艷、逼真和自然；另外，其柵距經(jīng)過長時間使用也不會改變，就算使用多年也距經(jīng)過長時間使用也不會改變，就算使用多年也不會出現(xiàn)畫質(zhì)的下降。不會出現(xiàn)畫質(zhì)的下降。 蔭罩式與蔭柵式的區(qū)別2009-2

18、010-2:CG:SCUEC19隨機掃描顯示器v 特點：電子束掃描沒有固定的掃描路徑和順序，即電子束的掃描軌跡隨顯示內(nèi)容而變化，只掃描屏幕上要顯示的部分，故此得名v 電子束形成的軌跡是由短矢量（類似于筆劃）組成，又稱為矢量式或筆劃式圖形顯示器v 隨機掃描顯示器的邏輯圖如下2009-2010-2:CG:SCUEC20隨機掃描顯示器v工作原理：工作原理：應(yīng)用程序發(fā)出繪圖命令解析成顯示處理器可接受命令格式，存放在刷新存儲器中。刷新存儲器中所有的繪圖命令組成一個顯示文件，由顯示處理器負(fù)責(zé)解釋執(zhí)行(刷新)驅(qū)動電子槍在屏幕上繪圖v優(yōu)點：優(yōu)點：掃描速度快，分辨率高，線條質(zhì)量好，易 修改v缺點：不能顯示色彩逼

19、真圖形，有時會出現(xiàn)滿屏閃爍，價格昂貴2009-2010-2:CG:SCUEC21v 結(jié)構(gòu)組成及工作原理直視存儲管顯示器屏幕存儲柵收集柵寫電子槍電子流讀出電子槍寫陰極直視存儲管圖形顯示器的結(jié)構(gòu)圖直視存儲管圖形顯示器的結(jié)構(gòu)圖2009-2010-2:CG:SCUEC22直視存儲管顯示器v 優(yōu)點：無需刷新；很復(fù)雜的圖形都可以在極高的分辨率下無閃爍地顯示；成本較低；v 缺點：不能顯示彩色；不能局部修改；擦除和重畫過程可能持續(xù)較長時間。2009-2010-2:CG:SCUEC23光柵掃描顯示器水平掃描（顯示）水平掃描（顯示）水平回掃（消隱）水平回掃（消隱）垂直回掃（消隱）垂直回掃（消隱）v 是畫點設(shè)備，屏

20、幕可看成一個像素陣列，并可控制是畫點設(shè)備，屏幕可看成一個像素陣列，并可控制每個點像素的亮度。每個點像素的亮度。v 發(fā)出的電于束的偏轉(zhuǎn)方式是固定的，自上而下，從發(fā)出的電于束的偏轉(zhuǎn)方式是固定的，自上而下，從左到右掃描在熒光屏上形成光柵形狀。左到右掃描在熒光屏上形成光柵形狀。2009-2010-2:CG:SCUEC24v圖形是通過電子束掃描到光柵上的圖形象素點時呈現(xiàn)的亮度或顏色與光柵背景的亮度或顏色不同而襯托出的，可形成多級灰度或顏色的實面積自然圖像。光柵掃描顯示器v光柵掃描顯示器的邏輯部件及工作原理2009-2010-2:CG:SCUEC25v幀緩存是一塊連續(xù)的存儲空間。幀緩存是一塊連續(xù)的存儲空間

21、。v光柵中的每個像素在幀緩存中至光柵中的每個像素在幀緩存中至少要有少要有1位位(bit),每個像素每個像素1位的存位的存儲容量稱為儲容量稱為位面位面(bit plane)。畫。畫面就是由幀緩存中的這些位信息面就是由幀緩存中的這些位信息組成的。組成的。v圖形在計算機中是一位一位產(chǎn)生圖形在計算機中是一位一位產(chǎn)生的，每一個存儲位只有的，每一個存儲位只有0或或1兩個兩個狀態(tài)，則一個位面的幀緩存只能狀態(tài)，則一個位面的幀緩存只能產(chǎn)生黑白圖形。產(chǎn)生黑白圖形。幀緩沖存儲器幀緩沖存儲器（幀緩存）（幀緩存）實現(xiàn)光柵實現(xiàn)光柵CRT圖形圖形顯示器的最常見方顯示器的最常見方法是使用幀緩存。法是使用幀緩存。光柵掃描顯示器

22、2009-2010-2:CG:SCUEC26v 幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)備，要把幀緩存幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)備，要把幀緩存中的信息在光柵顯示器屏幕上輸出，必須經(jīng)過中的信息在光柵顯示器屏幕上輸出，必須經(jīng)過數(shù)字?jǐn)?shù)字/模擬模擬轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，這個工作由，這個工作由DAC（數(shù)（數(shù)/模轉(zhuǎn)換器）完成。模轉(zhuǎn)換器）完成。單個位面黑白幀緩存組成的光柵單個位面黑白幀緩存組成的光柵CRT圖形顯示器圖形顯示器幀緩沖存儲器幀緩沖存儲器CRT光柵光柵電子槍電子槍寄存器寄存器1DAC光柵掃描顯示器2009-2010-2:CG:SCUEC27N00幀緩沖存儲器幀緩沖存儲器1N=3 2N級級1004 2N

23、DAC寄存器寄存器N電子槍電子槍CRT光柵光柵 由由N個位面組成的灰度幀緩沖存儲器個位面組成的灰度幀緩沖存儲器顯示器上每個像素的亮度由它在各個位面中對應(yīng)的值共同決定，顯示器上每個像素的亮度由它在各個位面中對應(yīng)的值共同決定，把各個位面上與當(dāng)前像素對應(yīng)的把各個位面上與當(dāng)前像素對應(yīng)的0，1值讀入寄存器相應(yīng)的位值讀入寄存器相應(yīng)的位,最終最終得到的二進制數(shù)就是像素的灰度等級，其范圍在得到的二進制數(shù)就是像素的灰度等級，其范圍在02N1之間。之間。 如果增加如果增加幀緩存的幀緩存的位面數(shù)，位面數(shù)，光柵顯示光柵顯示器可以表器可以表示彩色或示彩色或不同的灰不同的灰度等級。度等級。光柵掃描顯示器2009-2010

24、-2:CG:SCUEC28 具有具有N N位幀緩存和位幀緩存和W W位顏色查找表的光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖位顏色查找表的光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖N N=3 =3 2N表項表項N0 00 0幀緩沖存儲器幀緩沖存儲器1 11 10 00 04 4寄存器寄存器N2N為總光強等級為總光強等級2W為每次可顯示為每次可顯示 光強等級光強等級電子槍電子槍1111W查找表查找表 2W DACDAC1 1 0 0 1 1 1 1W W=4=4CRTCRT光柵光柵v 顏色查找表必須有顏色查找表必須有2 2N N 項，每一項具有項，每一項具有W W位字寬。當(dāng)位字寬。當(dāng)W W大于大于N N時，時，可以有可以有2 2W W個灰度等級，

25、但一次只能同時使用其中的個灰度等級，但一次只能同時使用其中的2 2N N個。如果要使個。如果要使用用2 2N N種以外的灰度等級，需要改變顏色查找表中的內(nèi)容。下種以外的灰度等級，需要改變顏色查找表中的內(nèi)容。下圖中圖中，W W=4=4，N N=3,=3,通過設(shè)置顏色查找表可以產(chǎn)生通過設(shè)置顏色查找表可以產(chǎn)生1616種灰度。種灰度。 帶顏色查找表的光柵掃描顯示器2009-2010-2:CG:SCUEC29由于只有三種原色，所以可以用三個位面實現(xiàn)一個簡單的彩由于只有三種原色，所以可以用三個位面實現(xiàn)一個簡單的彩色幀緩沖存儲器。下圖為簡單的彩色光柵顯示器，由分別對色幀緩沖存儲器。下圖為簡單的彩色光柵顯示器

26、，由分別對應(yīng)紅（應(yīng)紅（R R）、綠（）、綠（G G）、藍（）、藍（B B）三原色的三個位面的幀緩存、）三原色的三個位面的幀緩存、DACDAC，三個電子槍和，三個電子槍和CRTCRT光柵組成。光柵組成。CRTCRT光柵光柵3 30 00 0幀緩沖存儲器幀緩沖存儲器1 1寄存器寄存器彩色電子槍彩色電子槍0 0DACDAC藍藍0 0DACDAC綠綠1 1DACDAC紅紅一個簡單的彩色光柵顯示器一個簡單的彩色光柵顯示器彩色光柵掃描顯示器2009-2010-2:CG:SCUEC30可通過增加每個顏色的電子槍所對應(yīng)的幀緩存位面，來提高顏色種類可通過增加每個顏色的電子槍所對應(yīng)的幀緩存位面，來提高顏色種類的灰

27、度等級。如下圖，每種原色電子槍有的灰度等級。如下圖，每種原色電子槍有8 8個位面的幀緩存和個位面的幀緩存和8 8位的位的DACDAC，每種原色有每種原色有2 28 8種灰度等級，三種原色的組合有種灰度等級，三種原色的組合有2 22424種顏色。這種顯示器種顏色。這種顯示器稱為稱為全色光柵掃描圖形顯示器全色光柵掃描圖形顯示器，其幀緩存稱為，其幀緩存稱為全色幀緩存全色幀緩存。彩色電子槍彩色電子槍藍藍8位位DAC8位位DAC8位位DAC綠綠紅紅8寄存器寄存器藍藍8綠綠 1200011000幀緩沖存儲器幀緩沖存儲器8紅紅 3600010001CRT光柵光柵一個具有一個具有24

28、個位面的彩色幀緩存?zhèn)€位面的彩色幀緩存彩色光柵掃描顯示器2009-2010-2:CG:SCUEC31v 若各組位面存放的不是直接的顏色值而是顏色查找表的地若各組位面存放的不是直接的顏色值而是顏色查找表的地址索引，則全色幀緩存的顏色還可進一步豐富。址索引，則全色幀緩存的顏色還可進一步豐富。彩色電子槍彩色電子槍8N8寄存器寄存器幀緩沖存儲器幀緩沖存儲器8W 位位DAC紅紅W位位DAC綠綠W位位DAC藍藍CRT光柵光柵2N表項表項顏色顏色查找表查找表W = 10一個具有一個具有24個位面的彩色幀緩存和個位面的彩色幀緩存和10位顏色查找表的結(jié)構(gòu)圖位顏色查找表的結(jié)構(gòu)圖帶顏色查找表的彩色光柵掃描顯示器200

29、9-2010-2:CG:SCUEC32v工作于高分辨率和真彩色模式下的光柵系統(tǒng)顯示工作于高分辨率和真彩色模式下的光柵系統(tǒng)顯示的圖形精度高、質(zhì)量好，但也帶來兩個問題的圖形精度高、質(zhì)量好，但也帶來兩個問題 需要大容量的幀緩存 要求視頻控制器對幀緩存有較快的存取速度，刷新頻率可能跟不上 光柵掃描顯示器存在的問題v解決辦法解決辦法 針對問題1可采用顏色查找表 針對問題2可采用隔行掃描方法 2009-2010-2:CG:SCUEC33光柵掃描CRT與隨機掃描CRT的比較v 光柵掃描CRT的掃描轉(zhuǎn)換過程比較復(fù)雜，隨機掃描CRT的掃描轉(zhuǎn)換過程比較簡單2009-2010-2:CG:SCUEC34v 光柵掃描C

30、RT是畫點設(shè)備，隨機掃描CRT是畫線設(shè)備v 光柵掃描CRT使輸出真實感圖形成為可能，隨機掃描CRT 不能顯示逼真的有陰影場景v 光柵掃描CRT掃描一副圖形的時間是固定的，隨機掃描CRT掃描一副圖形的時間不是固定的v 光柵掃描CRT的掃描方式與電視機相同，價格比較便宜，隨機掃描CRT的掃描方式與電視機不同，價格比較昂貴v 光柵掃描CRT掃描的直線會有鋸齒，隨機掃描CRT掃描的直線是光滑的12分辨率：分辨率：指顯示器在屏幕水平指顯示器在屏幕水平( (垂直垂直) )方向可顯示多方向可顯示多少像素。分辨率越高，顯示的字符或圖像越清晰。少像素。分辨率越高，顯示的字符或圖像越清晰。刷新頻率：刷新頻率：即屏

31、幕刷新的速度。刷新頻率越低，圖即屏幕刷新的速度。刷新頻率越低，圖像閃爍和抖動的就越厲害，眼睛疲勞的就越快。過像閃爍和抖動的就越厲害，眼睛疲勞的就越快。過低的刷新頻率，會產(chǎn)生令人難受的頻閃效應(yīng)。低的刷新頻率，會產(chǎn)生令人難受的頻閃效應(yīng)。 3水平掃描頻率：水平掃描頻率：又稱為行頻，是指電子槍每秒在屏又稱為行頻，是指電子槍每秒在屏幕上掃描過的水平點數(shù)，以幕上掃描過的水平點數(shù)，以KHz為單位。行頻越大為單位。行頻越大越好，至少要達到越好，至少要達到50KHz。CRT顯示器的主要性能參數(shù)2009-2010-2:CG:SCUEC35456亮度等級數(shù)目和色彩：亮度等級數(shù)目和色彩：亮度等級數(shù)目主要指單種顏色亮度

32、等級數(shù)目主要指單種顏色亮度可變化的數(shù)目，亮度等級范圍的提升可以使圖像亮度可變化的數(shù)目，亮度等級范圍的提升可以使圖像看上去更加柔和自然。色彩包括可選擇顯示顏色的數(shù)看上去更加柔和自然。色彩包括可選擇顯示顏色的數(shù)目以及一幀畫面可同時顯示的顏色數(shù)，與熒光屏的質(zhì)目以及一幀畫面可同時顯示的顏色數(shù)，與熒光屏的質(zhì)量有關(guān)，并受顯示存儲器量有關(guān)，并受顯示存儲器VRAMVRAM大小的影響。大小的影響。點距：點距：指同一像素中兩個顏色相近的熒光體間的距離，指同一像素中兩個顏色相近的熒光體間的距離，與圖像分辨率有關(guān)。點距越小，顯示出來的圖像越細(xì)膩，與圖像分辨率有關(guān)。點距越小，顯示出來的圖像越細(xì)膩，當(dāng)然其成本也越高。當(dāng)然

33、其成本也越高。 顯示速度：顯示速度：顯示字符、圖形，特別是動態(tài)圖像的速度，顯示字符、圖形，特別是動態(tài)圖像的速度，與顯示器的分辨率及掃描頻率有關(guān)?？捎米畲髱捙c顯示器的分辨率及掃描頻率有關(guān)?？捎米畲髱? (即即水平像素數(shù)水平像素數(shù)垂直像素數(shù)垂直像素數(shù)最大刷新頻率最大刷新頻率) )來表示。來表示。CRT顯示器的主要性能參數(shù)2009-2010-2:CG:SCUEC36圖形繪制設(shè)備繪圖儀繪圖儀打印機打印機2009-2010-2:CG:SCUEC37滾筒式繪圖機滾筒式繪圖機平板式繪圖機平板式繪圖機筆式繪圖機是矢量型設(shè)筆式繪圖機是矢量型設(shè)備，繪圖筆相對紙作隨備，繪圖筆相對紙作隨意移動。意移動。筆式繪圖機

34、分為滾筒式筆式繪圖機分為滾筒式和平板式兩種。和平板式兩種。繪圖儀2009-2010-2:CG:SCUEC38v 是一種光柵設(shè)備，特別適合于是一種光柵設(shè)備，特別適合于低開銷的彩色打印輸出，基本低開銷的彩色打印輸出，基本原理是將小墨點噴射到介質(zhì)上原理是將小墨點噴射到介質(zhì)上，形成文字和圖形。，形成文字和圖形。v 分為連續(xù)噴墨和即用即噴兩種分為連續(xù)噴墨和即用即噴兩種類型。前者的墨汁是連續(xù)噴射類型。前者的墨汁是連續(xù)噴射的，射速較快，但需要墨水泵的，射速較快，但需要墨水泵和墨水回收裝置，結(jié)構(gòu)比較復(fù)和墨水回收裝置，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。后者只有在需要寫點的時雜。后者只有在需要寫點的時候才噴射墨汁，射速較低，不候才噴

35、射墨汁，射速較低，不需墨水瓶和墨水回收裝置。需墨水瓶和墨水回收裝置。噴墨打印機2009-2010-2:CG:SCUEC39激光打印機是一種激光打印機是一種光柵掃描設(shè)備，既光柵掃描設(shè)備，既可用于打印字符又可用于打印字符又可用于繪圖可用于繪圖。激光打印機2009-2010-2:CG:SCUEC40圖形輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)鍵盤、鼠標(biāo)光筆光筆數(shù)字化儀數(shù)字化儀手寫輸入板手寫輸入板圖形掃描儀圖形掃描儀觸摸屏觸摸屏新的輸入設(shè)備新的輸入設(shè)備2009-2010-2:CG:SCUEC41光筆結(jié)構(gòu)示意圖光筆結(jié)構(gòu)示意圖光筆的筆尖處開有一個圓孔，熒光屏的光通過這個孔進光筆的筆尖處開有一個圓孔，熒光屏的光通過這個孔進入光筆

36、。光筆的頭部有一個透鏡組，把所收集的光聚集入光筆。光筆的頭部有一個透鏡組，把所收集的光聚集至光導(dǎo)纖維的一個端面上，光導(dǎo)纖維再把光引至光筆另至光導(dǎo)纖維的一個端面上，光導(dǎo)纖維再把光引至光筆另一端的光電倍增管，從而將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過一端的光電倍增管，從而將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過整形后輸出一個有合適信噪比的邏輯電平，并作為中斷整形后輸出一個有合適信噪比的邏輯電平，并作為中斷信號送給計算機和顯示器的顯示控制器。信號送給計算機和顯示器的顯示控制器。光筆輸出信號光導(dǎo)纖維透鏡組導(dǎo)線筆體光孔觸鈕開關(guān)光電轉(zhuǎn)換放大整形開關(guān)電路2009-2010-2:CG:SCUEC42數(shù)字化儀是在物體上繪畫、著色或交互選

37、擇坐標(biāo)位置的常數(shù)字化儀是在物體上繪畫、著色或交互選擇坐標(biāo)位置的常用設(shè)備，可用來輸入二維或三維空間的坐標(biāo)值，是一種把用設(shè)備，可用來輸入二維或三維空間的坐標(biāo)值，是一種把圖形轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能接受的數(shù)字形式的專用設(shè)備。圖形轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能接受的數(shù)字形式的專用設(shè)備。 數(shù)字化儀2009-2010-2:CG:SCUEC43手寫輸入板是最常見的定位設(shè)備。可以和手寫輸入板是最常見的定位設(shè)備?？梢院虲RT圖形顯示圖形顯示器一起使用，也可以單獨使用，后者中的輸入板就是通器一起使用，也可以單獨使用，后者中的輸入板就是通常所說的數(shù)字化儀。常所說的數(shù)字化儀。手寫輸入板2009-2010-2:CG:SCUEC44圖形掃描儀是直

38、接把圖圖形掃描儀是直接把圖形（如工程圖紙）和圖形（如工程圖紙）和圖像（如照片、廣告畫等像（如照片、廣告畫等）掃描并輸入到計算機）掃描并輸入到計算機中，以像素信息進行存中，以像素信息進行存儲表示的設(shè)備。儲表示的設(shè)備。 圖形掃描儀2009-2010-2:CG:SCUEC45觸摸屏允許用手指觸摸觸摸屏允許用手指觸摸屏幕顯示的物體或位置屏幕顯示的物體或位置來實現(xiàn)選擇操作。一般來實現(xiàn)選擇操作。一般有一個與屏幕尺寸相仿有一個與屏幕尺寸相仿的框架，在水平和垂直的框架，在水平和垂直邊框上安裝了許多發(fā)光邊框上安裝了許多發(fā)光器和光檢測器。任何東器和光檢測器。任何東西，如手指，只要隔斷西，如手指，只要隔斷了兩根垂直

39、光線就會產(chǎn)了兩根垂直光線就會產(chǎn)生一對生一對X,YX,Y坐標(biāo)。坐標(biāo)。觸摸屏的典型應(yīng)用是對用圖形符號表示的觸摸屏的典型應(yīng)用是對用圖形符號表示的處理選項進行選擇。處理選項進行選擇。觸摸屏2009-2010-2:CG:SCUEC46作為一種新的人機界面技術(shù)，是自鼠作為一種新的人機界面技術(shù)，是自鼠標(biāo)問世以來最重大的人機交流模式的標(biāo)問世以來最重大的人機交流模式的轉(zhuǎn)變。它充分利用了書寫的自然性和轉(zhuǎn)變。它充分利用了書寫的自然性和墨水豐富的表達能力，將個人計算機墨水豐富的表達能力，將個人計算機數(shù)字墨水?dāng)?shù)字墨水強大的計算和處理能力以強大的計算和處理能力以及紙的易用性結(jié)合起來，及紙的易用性結(jié)合起來，成為一種以人為中

40、心的技成為一種以人為中心的技術(shù)。術(shù)。新的輸入設(shè)備2009-2010-2:CG:SCUEC47數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套可以測量手指的三維數(shù)據(jù)手套可以測量手指的三維位置和運動，并傳送給計算機，位置和運動，并傳送給計算機，復(fù)雜的數(shù)據(jù)手套還可以測量肘復(fù)雜的數(shù)據(jù)手套還可以測量肘和腕的運動。數(shù)據(jù)手套可包含和腕的運動。數(shù)據(jù)手套可包含控制按鈕，可作為輸出設(shè)備，控制按鈕，可作為輸出設(shè)備，能夠指向、握緊或推動物體，能夠指向、握緊或推動物體，可用在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中。可用在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中。新的輸入設(shè)備2009-2010-2:CG:SCUEC48三維鼠標(biāo)三維鼠標(biāo)三維鼠標(biāo)（三維鼠標(biāo)（3D Mouse3D Mouse）屬于三維輸）屬于三維輸入設(shè)備，是三維空間控制器的一種。入設(shè)備，是三維空間控制器的一種。它可以拾取一個對象，使之旋轉(zhuǎn)并它可以拾取一個對象，使之旋轉(zhuǎn)并按任意方向移動，或者通過三維場按任意方向移動，或者通過三維場景來控制觀察位置和方向。景來控制觀察