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第二章图形本讲稿第一页，共八十三页2.1 概述v计算机图形系统用来生成、处理和显示图形，通常有中央处理器、图形输出设备和图形输入设备构成。v中央处理设备实现对图形的描述，建立和修改等各种计算。v输出设备包括图形显示设备和图形绘制设备。本讲稿第二页，共八十三页v常用的输入设备有，键盘，鼠标等。本讲稿第三页，共八十三页图形的输入输出处理流程v计算功能 图形的描述、分析和设计。图形的平移、旋转、投影及透视等几何变换。曲线和曲面的生成。图形之间相互关系的检测等。本讲稿第四页，共八十三页v存储功能v输入功能v输出功能v交互功能本讲稿第五页，共八十三页本讲稿第六页，共八十三页v图形的基本流程 1.利用各种图形输入设备及软件或其他交互设备将图形输入到计算机中，以便进行处理。2.在计算机内部对图形进行各种变换和运算。3.将图形转换成图形输出系统便于接受的表示形式，并在输出设备上输出。本讲稿第七页，共八十三页图形工作站与pc机v工作站是具有高速度的科学计算和丰富的图形处理能力，可配置大容量的内存和硬盘，I/O和网络功能完善，使用多任务、多用户操作系统的小型个人化的计算机系统。vPC工作站采用高性能的X86处理器，稳定的windows操作系统，符合专业标准的图形，存储，I/O，网络等子系统本讲稿第八页，共八十三页2.2图形显示原理vCRT显示器 阴极，电平控制器，聚焦系统，加速系统，偏转系统和阴极荧光粉涂层，并且这6部分都在真空管内。本讲稿第九页，共八十三页彩色CRT显示器的显示原理v彩色CRT光栅扫描显示器有3各个电子枪，它的荧光屏上涂有三张荧光物质能发出红，绿，蓝三种光v注意：电子枪和对应的荧光点必须在一条直线上。为了保证每个电子枪都击中对应颜色的荧光点，在电子枪和荧光屏之间放置一个有空的金属网格（荫罩）。本讲稿第十页，共八十三页v荫罩（荫罩（Shadow mask）：）：是显像管的造色机构，是安装在荧光屏内侧的上面刻有40多万个孔的薄钢板。荫罩孔的作用在于保证三个电子共同穿过同一个荫罩孔，准确地激发荧光粉，使之发出红、绿、蓝三色光,而荫罩可分为孔状荫罩和条栅状荫罩两种类型。本讲稿第十一页，共八十三页RGGBRBRRBRBG本讲稿第十二页，共八十三页本讲稿第十三页，共八十三页v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出必须经过数字/模拟转换，这个工作有DAC（数模转换器）完成。帧缓存中的每一位像素都必须读出并转换为模拟量后才能在显示器上产生。本讲稿第十四页，共八十三页本讲稿第十五页，共八十三页光栅扫描显示器的性能参数v分辨率v亮度等级数目和色彩v点距v显示速度本讲稿第十六页，共八十三页光栅扫描显示器的主要性能参数v分辨率v亮度等级数目和色彩v点距v显示速度本讲稿第十七页，共八十三页4.随机扫描的图形显示器v随机扫描的图形显示器和存储管理式的显示器都是画线设备，在屏幕上显示一条直线是从屏幕上的一个可编址点直接画到另一个可编址点。本讲稿第十八页，共八十三页工作过程v从显示文件存储器中取出画线指令或显示字符指令，方式指令，送到显示器，由显示控制器控制电子束的偏转，轰击荧光屏上的荧光材料。从而呈现出一条发亮的图形轨迹。v刷新频率通常为25Hz-50Hz，在扫描显示器中，电子束根据需要可在荧光屏的任意方向上连续扫描，没有固定扫描线和规定扫描顺序。本讲稿第十九页，共八十三页2.2.2液晶显示器v液晶的物理特性是：当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。本讲稿第二十页，共八十三页单色液晶显示器的原理单色液晶显示器的原理 vLCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。当液晶上加一个电压时，液晶分子便会转动，改变光透过率,从而实现多灰阶显示。vLCD是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。vLCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。本讲稿第二十一页，共八十三页彩色液晶显示器的工作原理v对于笔记本电脑或者桌面型的LCD显示器需要采用的更加复杂的彩色显示器而言，还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。本讲稿第二十二页，共八十三页特点v机身薄，节省空间 与比较笨重的CRT显示器相比，液晶显示器只要前者三分之一的空间。v省电，不产生高温它属于低耗电产品，可以做到完全不发热(主要耗电和发热部分存在于背光灯管或LED)，而CRT显示器，因显像技术不可避免产生高温。v低辐射，益健康 液晶显示器的辐射远低于CRT显示器（仅仅是低，并不是完全没有辐射，电子产品多多少少都有辐射），这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。v画面柔和不伤眼不同于CRT技术，液晶显示器画面不会闪烁，可以减少显示器对眼睛的伤害，眼睛不容易疲劳。本讲稿第二十三页，共八十三页等离子显示设备v等离子电视全称是等离子电视全称是Plasma Display Panel，中文叫等离子电视，它是在两张超薄的玻璃中文叫等离子电视，它是在两张超薄的玻璃板之间注入混合气体，并施加电压利用荧光板之间注入混合气体，并施加电压利用荧光粉发光成像的设备。与粉发光成像的设备。与CRT显像管显像管显示器相显示器相比，具有比，具有分辨率分辨率高，屏幕大，超薄，色彩丰高，屏幕大，超薄，色彩丰富、鲜艳的特点。与富、鲜艳的特点。与LCD相比，具有亮度高，相比，具有亮度高，对比度对比度高，可视角度大，颜色鲜艳和接口丰高，可视角度大，颜色鲜艳和接口丰富等特点。富等特点。本讲稿第二十四页，共八十三页v等离子电视是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。当使用涂有三原色（也称三基色）荧光粉的荧光屏时，紫外线激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当每一原色单元实现256级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。等离子体显示器技术按其工作方式可分为电极与气体直接接触的直流型PDP和电极上覆盖介质层的交流型PDP两大类。目前研究开发的彩色PDP的类型主要有三种：单基板式（又称表面放电式）交流PDP、双式（又称对向放电式）交流PDP和脉冲存储直流PDP。本讲稿第二十五页，共八十三页v（1）薄而轻的结构）薄而轻的结构v由于PDP显示模块配身具有薄而轻的特点，决定了显示屏在总体上相应的结构特征，同时显示尺寸的增大也不需要相应地增大屏体的厚度。（2）宽视）宽视vPDP可以做到和CRT同样宽的视角，上下左右大于160度。而液晶（LCD）在水平方向视角一般为120度左，垂直方向则更少。（3）防电磁干扰）防电磁干扰v由于显示原理的差别，来自外界的电磁干扰，如马达、扬声器等，对PDP的图像几乎没有影响。相比之下，CRT受电磁场的干扰要明显得多。（4）图像无扭曲）图像无扭曲vPDP的RGB栅格在平面上呈均匀分布，而在纯平CRT中内表面非平的，会造成典型的枕形失真。并且当画面的局部亮度不均匀时，CRT往往还会产生相应的图像扭曲失真，而PDP就没有这种现象。v（5）会聚和聚焦）会聚和聚焦v等离子电视机属于高新尖端的电子产品，对许多顾客来说都是比较陌生的，许多人在使用时都因不了解其原理而小心翼翼的，从而不能完全享受到等离子电视机所带来的享受。其实等离子电视机的使用寿命是普通电视机的两倍左右。如果一台普通电视机的使用寿命是10年，那么等离子就可使用20年左右，并且等离子电视在显示、色彩、外观等许多方面都优于普通电视机，所以等离子电视机是未来电视的发展方向。本讲稿第二十六页，共八十三页LED显示器vLED显示屏（显示屏（LED panel），是一种通过控），是一种通过控制制半导体发光二极管半导体发光二极管的显示方式，用来显示的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。像信号等各种信息的显示屏幕。本讲稿第二十七页，共八十三页LED显示器结构及分类显示器结构及分类v通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。本讲稿第二十八页，共八十三页LED显示器结构显示器结构 v基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的。可实现09的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等 本讲稿第二十九页，共八十三页LED显示器的参数 v由于LED显示器是以LED为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。但由于LED显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特殊参数：v1发光强度比 v由于数码管各段在同样的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。比值可以在1.52.3间，最大不能超过2.5。v2脉冲正向电流 v若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为IF，则在脉冲下，正向电流可以远大于IF。脉冲占空比越小，脉冲正向电流可以越大。本讲稿第三十页，共八十三页LED的技术优势的技术优势vLED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为1:10，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，能提供宽达160的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，也可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号，多幅显示屏还可以进行联网播出。有机LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。利用LED技术，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器，拥有广泛的应用前景。本讲稿第三十一页，共八十三页比较vled的驱动电压是很低的，但是做小了分辨率上不去。液晶显示器（LCD）屏幕大小范围就大了，小到手机手表的屏，大的像现在的液晶电视几十寸。原理是利用led作为背光源把光照射液晶分子，在外场的控制液晶分子的运动排列，产生明暗。主要特点是功耗滴，屏幕薄，分辨率高，无辐射，但是倾角有限制。现在的平板显示占了最大市场 等离子体即为PDP，属于电致发光，利用高压放电击穿气体成发出紫外线 轰击荧光粉而产生各种光。特点是耗电量大（一般击穿电压在二百V）且有一定的辐射，但是分辨率很高，无倾角限制，亮度高。总之，个人的话就选择LCD 或PDP，大型公共场合LED更有优势。本讲稿第三十二页，共八十三页显卡v显卡全称显示接口卡（显卡全称显示接口卡（Video card，Graphics card），），又称为显示适配器（又称为显示适配器（Video adapter），显示器配置卡简），显示器配置卡简称为显卡，是个人电脑最基本组成部分之一。显卡的用称为显卡，是个人电脑最基本组成部分之一。显卡的用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，是“人机对话人机对话”的重要设备之一。显卡作为电脑主机里的一个重要组的重要设备之一。显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分，承担输出显示图形的任务，对于从事专业图形成部分，承担输出显示图形的任务，对于从事专业图形设计的人来说显卡非常重要。设计的人来说显卡非常重要。民用显卡图形芯片供应民用显卡图形芯片供应商主要包括商主要包括AMD（ATI）和）和Nvidia(英伟达英伟达)两家。两家。本讲稿第三十三页，共八十三页数据（data）离开CPU，必须通过4个步骤，最后才会到达显示屏：v1从总线（从总线（bus）进入）进入GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）：将，图形处理器）：将CPU送来的数据送到北桥（主送来的数据送到北桥（主桥）再送到桥）再送到GPU（图形处理器）里面进行处理。（图形处理器）里面进行处理。v2从从 video chipset（显卡芯片组）进入（显卡芯片组）进入video RAM（显存）：将芯片处理完的数据送到显存。（显存）：将芯片处理完的数据送到显存。v3从显存进入从显存进入Digital Analog Converter（=RAM DAC，随机读写存储数，随机读写存储数模转换器）：从显存读取出数据模转换器）：从显存读取出数据再送到再送到RAM DAC进行数据转换的工作（数字信号转模拟进行数据转换的工作（数字信号转模拟信号）。信号）。v4从从DAC 进入显示器（进入显示器（Monitor）：将转换完的模拟信）：将转换完的模拟信号送到显示屏。号送到显示屏。本讲稿第三十四页，共八十三页显卡结构组成v显卡BIOSv图形处理芯片v显示存储器v数模转换器v显卡PCB板本讲稿第三十五页，共八十三页vGPU（类似于主板的CPU）vGPU全称是Graphic Processing Unit，中文翻译为“图形处理器”。NVIDIA公司在发布GeForce 256图形处理芯片时首先提出的概念。GPU使显卡减少了对CPU的依赖，并进行部分原本CPU的工作，尤其是在3D图形处理时。GPU所采用的核心技术有硬件T&L（几何转换和光照处理）、立方环境材质贴图和顶点混合、纹理压缩和凹凸映射贴图、双重纹理四像素256位渲染引擎等，而硬件T&L技术可以说是GPU的标志。GPU的生产主要由nVidia与AMD两家厂商生产。本讲稿第三十六页，共八十三页v显存（类似于主板的内存）显存（类似于主板的内存）v显存是显示内存的简称。其主要功能就是暂显存是显示内存的简称。其主要功能就是暂时储存显示芯片要处理的数据和处理完毕的时储存显示芯片要处理的数据和处理完毕的数据。图形核心的性能愈强，需要的显存也数据。图形核心的性能愈强，需要的显存也就越多。以前的显存主要是就越多。以前的显存主要是SDR的，容量也的，容量也不大。市面上的显卡大部分采用的是不大。市面上的显卡大部分采用的是GDDR3显存，现在最新的显卡则采用了性能更为出显存，现在最新的显卡则采用了性能更为出色的色的GDDR4或或GDDR5显存。显存。本讲稿第三十七页，共八十三页v显卡显卡BIOS（类似于主板的（类似于主板的BIOS）v显卡显卡BIOS主要用于存放显示芯片与驱动主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序，另外还存有显示卡的程序之间的控制程序，另外还存有显示卡的型号、规格、生产厂家及出厂时间等信息。型号、规格、生产厂家及出厂时间等信息。打开计算机时，通过显示打开计算机时，通过显示BIOS 内的一段控制内的一段控制程序，将这些信息反馈到屏幕上。早期显示程序，将这些信息反馈到屏幕上。早期显示BIOS 是固化在是固化在ROM 中的，不可以修改，而中的，不可以修改，而多数显示卡则采用了大容量的多数显示卡则采用了大容量的EPROM，即所，即所谓的谓的Flash BIOS，可以通过专用的程序进行，可以通过专用的程序进行改写或升级。改写或升级。本讲稿第三十八页，共八十三页v数模转换器v是显存和显示器中间的一个设备，可将数字信号转换为模拟信号，是显示器能够显示信息。v另一个重要功能提供显卡能够达到的刷新率，也影响着显卡输出的图像的质量。本讲稿第三十九页，共八十三页v显卡显卡PCB板（类似于主板的板（类似于主板的PCB板）板）v就是显卡的电路板，它把显卡上的其它就是显卡的电路板，它把显卡上的其它部件连接起来。功能类似主板部件连接起来。功能类似主板。本讲稿第四十页，共八十三页显卡分类显卡分类 v集成显卡集成显卡 v集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都做在主板上，集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都做在主板上，与主板融为一体；集成显卡的显示芯片有单独的，但大部与主板融为一体；集成显卡的显示芯片有单独的，但大部分都集成在主板的北桥芯片中；一些主板集成的显卡也在分都集成在主板的北桥芯片中；一些主板集成的显卡也在主板上单独安装了显存，但其容量较小，集成显卡的显示主板上单独安装了显存，但其容量较小，集成显卡的显示效果与处理性能相对较弱，不能对显卡进行硬件升级，但效果与处理性能相对较弱，不能对显卡进行硬件升级，但可以通过可以通过CMOS调节频率或刷入新调节频率或刷入新BIOS文件实现软件升文件实现软件升级来挖掘显示芯片的潜能。级来挖掘显示芯片的潜能。本讲稿第四十一页，共八十三页v集成显卡的优点：是功耗低、发热量小、部分集成显卡的性能已经可以媲美入门级的独立显卡，所以不用花费额外的资金购买显卡。v集成显卡的缺点：不能换新显卡，要说必须换，就只能和主板，CPU一次性的换本讲稿第四十二页，共八十三页v独立显卡 v独立显卡是指将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块电路板上，自成一体而作为一块独立的板卡存在，它需占用主板的扩展插槽（ISA、PCI、AGP或PCI-E)。本讲稿第四十三页，共八十三页v独立显卡的优点：单独安装有显存，一般不占用系统内存，在技术上也较集成显卡先进得多，比集成显卡能够得到更好的显示效果和性能，容易进行显卡的硬件升级。v独立显卡的缺点：系统功耗有所加大，发热量也较大，需额外花费购买显卡的资金。本讲稿第四十四页，共八十三页v核心显卡 v核心显卡是Intel新一代图形处理核心，和以往的显卡设计不同，Intel凭借其在处理器制程上的先进工艺以及新的架构设计，将图形核心与处理核心整合在同一块基板上，构成一颗完整的处理器。智能处理器架构这种设计上的整合大大缩减了处理核心、图形核心、内存及内存控制器间的数据周转时间，有效提升处理效能并大幅降低芯片组整体功耗，有助于缩小了核心组件的尺寸，为笔记本、一体机等产品的设计提供了更大选择空间。本讲稿第四十五页，共八十三页v优点：功耗低，性能高。v缺点：价格昂贵。本讲稿第四十六页，共八十三页显卡对OpenGL的支持vOpenGL（全写（全写Open Graphics Library）是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规格，它用于三维图象（二维的亦可）。接口的规格，它用于三维图象（二维的亦可）。OpenGL是个专业的图形程序接口，是一个是个专业的图形程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层图形库。功能强大，调用方便的底层图形库。本讲稿第四十七页，共八十三页vOpenGL 是行业领域中最为广泛接纳的是行业领域中最为广泛接纳的 2D/3D 图形图形 API,其自诞生至今已催生了各种计算机平台及设备上的数其自诞生至今已催生了各种计算机平台及设备上的数千优秀应用程序。千优秀应用程序。OpenGL 是独立于视窗操作系统或是独立于视窗操作系统或其它操作系统的，亦是网络透明的。在包含其它操作系统的，亦是网络透明的。在包含CAD、内、内容创作、能源、娱乐、游戏开发、制造业、制药业及虚拟容创作、能源、娱乐、游戏开发、制造业、制药业及虚拟现实等行业领域中，现实等行业领域中，OpenGL 帮助程序员实现在帮助程序员实现在 PC、工作站、超级计算机等硬件设备上的高性能、极具冲击力工作站、超级计算机等硬件设备上的高性能、极具冲击力的高视觉表现力图形处理软件的开发。的高视觉表现力图形处理软件的开发。本讲稿第四十八页，共八十三页vOpenGL是一个开放的三维图形软件包，它是一个开放的三维图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；移植；OpenGL可以与可以与Visual C+紧密接口，紧密接口，便于实现机械手的有关计算和图形算法，可便于实现机械手的有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性；保证算法的正确性和可靠性；OpenGL使用使用简便，效率高。简便，效率高。本讲稿第四十九页，共八十三页喷墨绘图机v与此相似，热感应式喷墨技术（与此相似，热感应式喷墨技术（thermal inkjet technology）是利用一个薄膜电阻器，在墨水喷出区）是利用一个薄膜电阻器，在墨水喷出区中将小于中将小于0.5%的墨水加热，形成一个汽泡。这个汽泡以的墨水加热，形成一个汽泡。这个汽泡以极快的速度（小于极快的速度（小于10微秒）扩展开来，迫使墨滴从喷嘴微秒）扩展开来，迫使墨滴从喷嘴喷出。汽泡再继续成长数微秒，便消逝回到电阻器上。喷出。汽泡再继续成长数微秒，便消逝回到电阻器上。当汽泡消逝，喷嘴的墨水便缩回。接着表面张力会产生当汽泡消逝，喷嘴的墨水便缩回。接着表面张力会产生吸力，拉引新的墨水去补充到墨水喷出区中。吸力，拉引新的墨水去补充到墨水喷出区中。本讲稿第五十页，共八十三页v喷墨打印机按工作原理可分为固体喷墨和液喷墨打印机按工作原理可分为固体喷墨和液体喷墨两种（现在又以后者更为常见），而体喷墨两种（现在又以后者更为常见），而液体喷墨液体喷墨方式方式又可分为气泡式（又可分为气泡式（canon和和hp）与液体压电式（）与液体压电式（epson）。气泡技术）。气泡技术（bubble jet）是通过加热喷嘴，使墨水产生）是通过加热喷嘴，使墨水产生气泡，喷到打印介质上的。气泡，喷到打印介质上的。本讲稿第五十一页，共八十三页工作原理v热喷墨技术是让墨水通过细喷嘴，在强电场的作用下，将热喷墨技术是让墨水通过细喷嘴，在强电场的作用下，将喷头管道中的一部分墨汁气化，形成一个气泡，并将喷嘴处喷头管道中的一部分墨汁气化，形成一个气泡，并将喷嘴处的墨水顶出喷到输出介质表面，形成图案或字符。所以这种的墨水顶出喷到输出介质表面，形成图案或字符。所以这种喷墨打印机有时又被称为气泡打印机。用这种技术制作的喷喷墨打印机有时又被称为气泡打印机。用这种技术制作的喷头工艺比较成熟成本也很低廉，但由于喷头中的电极始终受头工艺比较成熟成本也很低廉，但由于喷头中的电极始终受电解和腐蚀的影响，对使用寿命会有不少影响。所以采用这电解和腐蚀的影响，对使用寿命会有不少影响。所以采用这种技术的打印喷头通常都与墨盒做在一起，更换墨盒时即同种技术的打印喷头通常都与墨盒做在一起，更换墨盒时即同时更新打印头。这样一来用户就不必再对喷头堵塞的问题太时更新打印头。这样一来用户就不必再对喷头堵塞的问题太担心了。同时为降低使用成本，我们常常能看见给墨盒打针担心了。同时为降低使用成本，我们常常能看见给墨盒打针的情形（加注墨水）。在打印头刚刚打完墨水后，立即加注的情形（加注墨水）。在打印头刚刚打完墨水后，立即加注专用的墨水，只要方法得当，可以节约不少的耗材费用。专用的墨水，只要方法得当，可以节约不少的耗材费用。本讲稿第五十二页，共八十三页激光打印机v激光打印机工作过程所需的控制装置和部件的组成、设计结激光打印机工作过程所需的控制装置和部件的组成、设计结构、控制方法和采用的部件会因厂牌和机型不同而有所差别，构、控制方法和采用的部件会因厂牌和机型不同而有所差别，如：如：v对感光鼓充电的极性不同。对感光鼓充电的极性不同。v感光鼓充电采用的部件不同。有的机型使用电感光鼓充电采用的部件不同。有的机型使用电极丝放电方式对感光鼓进行充电，有的机型使用充电极丝放电方式对感光鼓进行充电，有的机型使用充电胶辊（胶辊（FCR）对感光鼓进行充电。）对感光鼓进行充电。v高压转印采用的部件有所不同。高压转印采用的部件有所不同。v感光鼓曝光的形式不同。有的机型使用扫描镜感光鼓曝光的形式不同。有的机型使用扫描镜 直接直接对感光鼓扫描曝光，有的机型使用扫描后的反射激光束对对感光鼓扫描曝光，有的机型使用扫描后的反射激光束对感光鼓进行曝光。感光鼓进行曝光。本讲稿第五十三页，共八十三页v不过他们的工作原理基本一样。由激光不过他们的工作原理基本一样。由激光器发射出的激光束，经反射镜射入声光偏转器发射出的激光束，经反射镜射入声光偏转调制器，与此同时，由计算机送来的二进制调制器，与此同时，由计算机送来的二进制图文点阵信息，从图文点阵信息，从接口接口送至字形发生器，形送至字形发生器，形成所需字形的二进制脉冲信息，由同步器产成所需字形的二进制脉冲信息，由同步器产生的信号控制生的信号控制9个高频个高频振荡器振荡器，再经频率合成，再经频率合成器及功率放大器加至声光调制器上，对由反器及功率放大器加至声光调制器上，对由反射镜射入的激光束进行调制。调制后的光束射镜射入的激光束进行调制。调制后的光束射入多面转镜，再经广角聚焦镜把光束聚焦射入多面转镜，再经广角聚焦镜把光束聚焦后射至光导鼓后射至光导鼓(硒鼓硒鼓)表面上，使角速度扫描变表面上，使角速度扫描变成线速度扫描，完成整个扫描过程。成线速度扫描，完成整个扫描过程。本讲稿第五十四页，共八十三页v硒鼓表面先由充电极充电，使其获得一硒鼓表面先由充电极充电，使其获得一定电位，之后经载有图文映像信息的激光束定电位，之后经载有图文映像信息的激光束的曝光，便在硒鼓的表面形成静电潜像，经的曝光，便在硒鼓的表面形成静电潜像，经过磁刷显影器显影，潜像即转变成可见的墨过磁刷显影器显影，潜像即转变成可见的墨粉像，在经过转印区时，在转印电极的电场粉像，在经过转印区时，在转印电极的电场作用下，墨粉便转印到普通纸上，最后经预作用下，墨粉便转印到普通纸上，最后经预热板及高温热滚定影，即在纸上熔凝出文字热板及高温热滚定影，即在纸上熔凝出文字及图像。在打印图文信息前，清洁辊把未转及图像。在打印图文信息前，清洁辊把未转印走的墨粉清除印走的墨粉清除，消电灯把鼓上残余电荷清，消电灯把鼓上残余电荷清除，再经清洁纸系统作彻底的清洁，即可进除，再经清洁纸系统作彻底的清洁，即可进入新的一轮工作周期。入新的一轮工作周期。本讲稿第五十五页，共八十三页需要的激光光束必须具有以下特性：需要的激光光束必须具有以下特性：v高方向性。发出的光束在一定的距离内没高方向性。发出的光束在一定的距离内没有散射和漫射。有散射和漫射。v高单色性。纯白光由七色光组成。高单色性。纯白光由七色光组成。v高亮度，有利于光束的集中并带有很高的高亮度，有利于光束的集中并带有很高的物理能量。物理能量。v高相干性，容易叠加和分离。激光器是激高相干性，容易叠加和分离。激光器是激光扫描系统的光源，具有方向性好、单色性强、光扫描系统的光源，具有方向性好、单色性强、相干性高及能量集中、便于相干性高及能量集中、便于 调制和偏转的特点。调制和偏转的特点。本讲稿第五十六页，共八十三页感光鼓的特点耐磨性好。耐磨性好。温度稳定性好。温度稳定性好。光电导性好。光电导性好。耐疲劳。耐疲劳。本讲稿第五十七页，共八十三页v激光打印机使用的感光鼓，一般为三层结构。激光打印机使用的感光鼓，一般为三层结构。第一层是铝合金圆筒（导电层），第二层是第一层是铝合金圆筒（导电层），第二层是在圆筒表面上采用真空蒸镀的方法，镀上一在圆筒表面上采用真空蒸镀的方法，镀上一层层 光导体材料（光导层），第三层是在光导光导体材料（光导层），第三层是在光导材料的外面再镀一层绝缘材料（绝缘层）。材料的外面再镀一层绝缘材料（绝缘层）。有的感光鼓为了更好地释放电荷，在光导层有的感光鼓为了更好地释放电荷，在光导层与铝合金导电层中间，加镀一层超导材料，与铝合金导电层中间，加镀一层超导材料，以使电荷更迅速地释放。以使电荷更迅速地释放。本讲稿第五十八页，共八十三页笔式绘图机v笔式绘图机是矢量型设备，在操作过程中，笔式绘图机的绘图笔相对纸作随意移动。v笔式绘图机分为滚筒式和平板式。本讲稿第五十九页，共八十三页滚筒式绘图机v主要特征：笔和纸都是运动的。v特点：结构简单，价格便宜，绘图精度比平板式绘图机低，绘图过程不易看清，并对纸张的大小有要求。本讲稿第六十页，共八十三页平板式绘图机v绘图笔在纸上可沿绘图笔在纸上可沿X和和Y方向运动，而图纸方向运动，而图纸静止不动，装有笔架静止不动，装有笔架的导轨做的导轨做X方向移动，方向移动，笔架在导轨上做笔架在导轨上做Y方方向移动，两种运动向移动，两种运动相配合可画出多种相配合可画出多种图形。图形。本讲稿第六十一页，共八十三页v按所采用的驱动装置可分为机械传动和平面按所采用的驱动装置可分为机械传动和平面点击驱动两种。点击驱动两种。本讲稿第六十二页，共八十三页2.4图形输入设备v常用的图形输入设备 键盘，鼠标，光笔，数字化仪，触摸屏，图形扫描仪，手写输入板，数字墨水，数据手套。本讲稿第六十三页，共八十三页光笔v光笔有选图和跟踪两种基本功能v选图的目的是对显示器上已经显示的图形或字符进行加工。v跟踪功能是用光笔拖动光标实现定位，可用于图形编辑。本讲稿第六十四页，共八十三页v光笔的不足之处：光笔的不足之处：当光笔指向屏幕时，手和笔迹将遮挡屏幕图当光笔指向屏幕时，手和笔迹将遮挡屏幕图像的一部分，而且长时间使用光笔，会造成像的一部分，而且长时间使用光笔，会造成手腕的疲劳，对于某些应用，光笔需要专门手腕的疲劳，对于某些应用，光笔需要专门的工具，因为它不能检测黑暗区域内的位置，的工具，因为它不能检测黑暗区域内的位置，为了使光笔能选择任何屏幕区域的位置，应为了使光笔能选择任何屏幕区域的位置，应该将每个屏幕像素设为一些非零亮度，光笔该将每个屏幕像素设为一些非零亮度，光笔对电子束打到特定点时荧光层瞬时发射的突对电子束打到特定点时荧光层瞬时发射的突发光很敏感，而对其他光源不能检测。发光很敏感，而对其他光源不能检测。本讲稿第六十五页，共八十三页数字化仪和手写输入板v数字化仪是一种能够把图形转变为计算机能够接受的数字形式的专用设备，它可以采样几何图形上的关键数据点，然后进行处理。本讲稿第六十六页，共八十三页工作原理（了解）v采用电磁感应技术，在一块不满金属栅格的绝缘平面板上放置一个可以移动的定位设备（类似鼠标）当有电流通过定位设备上的电感线圈时，便会产生相应的磁场，从而使其正下方的金属栅格上产生感应电流，根据已经产生电流的金属栅格的位置，便可判断出定位设备当前所处的坐标位置，将这种信息传送给计算机，就实现了图形的数字化。本讲稿第六十七页，共八十三页技术指标（了解）v最大有效幅面v数字化的速率v最高分辨率本讲稿第六十八页，共八十三页手写输入板v工作原理与数字化仪类似，不同之处就是手写输入板的面积相对较小，分辨率也低，而数字化仪的面积较大，分辨率和精度也相对较高。本讲稿第六十九页，共八十三页触摸屏是一种定位设备，本讲稿第七十页，共八十三页v从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台；红外线技术触摸屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容技术触摸屏设计构思合理，但其图像失真问题很难得到根本解决；电阻技术触摸屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损；表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰不容易被损坏，适于各种场合，缺点是屏幕表面如果有水滴和尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，要了解哪种触摸屏适用于哪种场合，关键就在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点。本讲稿第七十一页，共八十三页电子触屏式是一个两层导电和高透明度的物质做成薄膜涂层涂在玻璃或塑料表面上，再装到屏幕上，或直接涂到屏幕上，光学触摸是利用红外线和光电转换原理制成的。声学触摸屏由发射器，反射器，和触摸屏组成，其中发射器和反射器一起工作。光学触摸屏分辨率相对较低，电子和声学触摸屏分辨率较高。本讲稿第七十二页，共八十三页工作原理v为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。本讲稿第七十三页，共八十三页图形扫描仪本讲稿第七十四页，共八十三页v图形扫描仪是直接把图形和图像扫描并输入到计算机中，以像素信息进行存储表示的设备。v按支持的颜色分：单色和彩色扫描仪v按采用的固态件分：电荷耦合器件，MOS电路和紧贴型扫描仪。v按扫描宽度和操作方式：大型，台式，和手动式扫描仪。本讲稿第七十五页，共八十三页工作原理v用光源照射被扫描材料，投射光线经过一组光学镜头射到感应器件上，再经模数转换器，图像暂存器，最终输入到计算机或图形/文字输出设备中。本讲稿第七十六页，共八十三页v扫描仪的工作原理如下：扫描仪的工作原理如下：自然界的每一种物体都会吸收特自然界的每一种物体都会吸收特定的光波，而没被吸收的光波就会反射出去。扫描仪就是利定的光波，而没被吸收的光波就会反射出去。扫描仪就是利用上述原理来完成对稿件的读取的。扫描仪工作时发出的强用上述原理来完成对稿件的读取的。扫描仪工作时发出的强光照射在稿件上，没有被吸收的光线将被反射到光学感应器光照射在稿件上，没有被吸收的光线将被反射到光学感应器上。光感应器接收到这些信号后，将这些信号传送到模数上。光感应器接收到这些信号后，将这些信号传送到模数（A/D）转换器，模数转换器再将其转换成计算机能读取）转换器，模数转换器再将其转换成计算机能读取的信号，然后通过驱动程序转换成显示器上能看到的正确的信号，然后通过驱动程序转换成显示器上能看到的正确图像。待扫描的稿件通常可分为：反射稿和透射稿。前者图像。待扫描的稿件通常可分为：反射稿和透射稿。前者泛指一般的不透明文件，如报刊、杂志等，后者包括幻灯泛指一般的不透明文件，如报刊、杂志等，后者包括幻灯片（正片）或底片（负片）。如果经常需要扫描透射稿，片（正片）或底片（负片）。如果经常需要扫描透射稿，就必须选择具有光罩（光板）功能的扫描仪。就必须选择具有光罩（光板）功能的扫描仪。本讲稿第七十七页，共八十三页数字墨水v是一种新的人机界面技术，他借鉴了手写识别技术，同时又克服了手