图形输入输出设备精.ppt
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1、图形输入输出设备第1页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/8交互式计算机图形处理系统交互式计算机图形处理系统lComputer+人人=交互式交互式Personel Computer图形处理系统图形处理系统workstation图形处理系统图形处理系统l l要求主机性能更高(强大的浮点运算能力)要求主机性能更高(强大的浮点运算能力)要求主机性能更高(强大的浮点运算能力)要求主机性能更高(强大的浮点运算能力),速度更快,存储容量更大,外设种类更,速度更快,存储容量更大,外设种类更,速度更快,存储容量更大,外设种类更,速度更快,存储容量更大,外设种类更齐全齐全齐全齐全l l图形加速卡,
2、大屏幕显示器图形加速卡,大屏幕显示器图形加速卡,大屏幕显示器图形加速卡,大屏幕显示器第2页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/82 2硬件发展图形输入设备的发展图形输入设备的发展n n第一阶段:控制开关、穿孔纸等第一阶段:控制开关、穿孔纸等n n第二阶段:键盘、光笔第二阶段:键盘、光笔n n第三阶段:二维定位设备,如鼠标、坐标数字化第三阶段:二维定位设备,如鼠标、坐标数字化仪、跟踪球、触摸屏、操纵杆、扫描仪等仪、跟踪球、触摸屏、操纵杆、扫描仪等n n第四阶段:三维输入设备(如三维鼠标、空间球、第四阶段:三维输入设备(如三维鼠标、空间球、数据手套、数据衣),用户的手势、表情等数据手
3、套、数据衣),用户的手势、表情等第3页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/83 3l图形输出图形输出(显示、打印)设备显示、打印)设备l阴极射线管显示器(阴极射线管显示器(CRT)l液晶显示器(液晶显示器(LCD)l绘图仪绘图仪l打印机打印机 第4页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/84 4未来显示器未来显示器发光聚合物技术发光聚合物技术发光聚合物技术发光聚合物技术n n坚不可摧;柔韧性好,可以卷起来坚不可摧;柔韧性好,可以卷起来坚不可摧;柔韧性好,可以卷起来坚不可摧;柔韧性好,可以卷起来n n显示画面具有无与伦比的清晰度显示画面具有无与伦比的清晰度显示画面具有无
4、与伦比的清晰度显示画面具有无与伦比的清晰度n n真正的平面直角真正的平面直角真正的平面直角真正的平面直角采用空气等离子体技术采用空气等离子体技术采用空气等离子体技术采用空气等离子体技术n n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像素像素像素n n显示屏薄,挂在墙上显示屏薄,挂在墙上显示屏薄,挂在墙上显示屏薄,挂在墙上n n无锯齿现象,分辨率好无锯齿现象,分辨率好无锯齿现象,分辨率好无锯齿现象,分辨率
5、好n n无需刷新缓存,重量轻,无辐射无需刷新缓存,重量轻,无辐射无需刷新缓存,重量轻,无辐射无需刷新缓存,重量轻,无辐射n n价格贵价格贵价格贵价格贵第5页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/85 5CRT显示器分类阴极射线管(阴极射线管(CRT)()(Cathode Ray Tube)单色单色CRT彩色彩色CRT第6页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/86 6l阴极射线管阴极射线管(CRT)组成:包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏组成:包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏工作原理:电子枪发射电子束,经过聚焦系统、加速电极、偏工作原理:电
6、子枪发射电子束,经过聚焦系统、加速电极、偏转系统,轰击到荧光屏的不同部位,被其内表面的转系统,轰击到荧光屏的不同部位,被其内表面的荧光物质吸收,发光产生可见的图形。荧光物质吸收,发光产生可见的图形。结构结构第7页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/87 7荧光屏荧光屏 l荧光物质:吸收电子束而发光荧光物质:吸收电子束而发光l余辉时间: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余辉时间: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l像素像素(Pixel):构成屏幕(图像)的最小元素:构成屏幕(图
7、像)的最小元素l分辨率分辨率(Resolution):在假定:在假定 屏幕尺寸一定的情况下,可用整个屏幕所能容纳的屏幕尺寸一定的情况下,可用整个屏幕所能容纳的 像素个数描述,如像素个数描述,如640*480,800*600,1024*768,1280*1024等等等等某种某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率产生稳定图像所需要的最小刷新频率=1秒秒/荧光物质的持续发光时间(荧光物质的持续发光时间(Hz)第8页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/88 8彩色彩色CRTn n渗透型渗透型常用于随机扫描显示器常用于随机扫描显示器常用于随机扫描显示器常用于随机扫描显示器射线穿透法射线
8、穿透法射线穿透法射线穿透法n n多枪型多枪型常用于光栅扫描显示器常用于光栅扫描显示器常用于光栅扫描显示器常用于光栅扫描显示器影孔板法(阴罩法)影孔板法(阴罩法)影孔板法(阴罩法)影孔板法(阴罩法)彩色阴极射线管彩色阴极射线管第9页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/89 9射线穿透法(射线穿透法(beam penetration)n n原理:原理:两层荧光涂层,红色光和绿色光两种发两层荧光涂层,红色光和绿色光两种发光物质,不同速度电子束穿透荧光层的深浅,光物质,不同速度电子束穿透荧光层的深浅,决定所产生的颜色决定所产生的颜色应用:应用:主要用于画线显示器主要用于画线显示器优点:优
9、点: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第10页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/81010影孔板法影孔板法n n原理:影孔板被安装在荧光屏的内表面,用于精确定位像素原理:影孔板被安装在荧光屏的内表面,用于精确定位像素原理:影孔板被安装在荧光屏的内表面,用于精确定位像素原理: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的位置的位置的位置n n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Trinitron与与Mitsubishi的的 Di
10、amondtron显像管显像管沟槽式影孔板沟槽式影孔板沟槽式影孔板沟槽式影孔板 代表:代表:代表:代表:LGLG的的的的FlatronFlatron显像管显像管显像管显像管第11页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/81111n n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)像素)像素)三支电子枪三支电子枪三支电子枪三支电子枪如果每支电子枪发出的电子束的强度有如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级,则
11、显示器能同时显示个等级,则显示器能同时显示256*256*256=16M种颜色,称为真彩色系统种颜色,称为真彩色系统第12页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/81212CRT显示器分类显示器分类直视存储管式(直视存储管式(Direct-View Storage Tubes)n n利用管子本身存储信息,类似于一个长余辉的利用管子本身存储信息,类似于一个长余辉的CRT,不必刷新,不必刷新刷新式刷新式n n随机扫描式(随机扫描式(Random-Scan)n n光栅扫描式(光栅扫描式(Raster-Scan)第13页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/81313随机扫描的
12、显示系统随机扫描的显示系统特点特点n n数据表示:矢量表示,只有端点信息,无线段中间点数据表示:矢量表示,只有端点信息,无线段中间点数据表示:矢量表示,只有端点信息,无线段中间点数据表示:矢量表示,只有端点信息,无线段中间点n n扫描方式:电子束像一支快速移动的画笔,可随意移动,只扫描荧屏上扫描方式:电子束像一支快速移动的画笔,可随意移动,只扫描荧屏上扫描方式:电子束像一支快速移动的画笔,可随意移动,只扫描荧屏上扫描方式:电子束像一支快速移动的画笔,可随意移动,只扫描荧屏上要显示的部分,与示波器工作原理类似要显示的部分,与示波器工作原理类似要显示的部分,与示波器工作原理类似要显示的部分,与示波
13、器工作原理类似n n显示图形:几何属性(显示图形:几何属性(显示图形:几何属性(显示图形:几何属性(geometric attributegeometric attribute)为主,线架图)为主,线架图)为主,线架图)为主,线架图n n优点:扫描速度快,分辨率高,线条质量好,易修改,交互性好,动态优点:扫描速度快,分辨率高,线条质量好,易修改,交互性好,动态优点:扫描速度快,分辨率高,线条质量好,易修改,交互性好,动态优点:扫描速度快,分辨率高,线条质量好,易修改,交互性好,动态性能好性能好性能好性能好n n缺点:价格贵,只能显示线画图形,应用于军事、缺点:价格贵,只能显示线画图形,应用于军
14、事、缺点:价格贵,只能显示线画图形,应用于军事、缺点:价格贵,只能显示线画图形,应用于军事、CADCAD领域领域领域领域第14页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/81414光栅扫描的显示系统光栅扫描的显示系统l特点:特点:n n数据表示:像素矩阵数据表示:像素矩阵n n扫描方式:从上到下,从左到右,与电视工作原理类扫描方式:从上到下,从左到右,与电视工作原理类似似n n显示图形:几何属性显示图形:几何属性显示图形:几何属性显示图形:几何属性+视觉属性(视觉属性(视觉属性(视觉属性(Visual attributeVisual attribute),真实),真实),真实),真实感
15、图形感图形感图形感图形第15页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/81515显示器的分辨率显示器的分辨率l电子束按固定的扫描顺序扫描电子束按固定的扫描顺序扫描N条扫描线,每条条扫描线,每条扫描线有扫描线有M个像素,个像素,M*N显示器的分辨率。显示器的分辨率。帧帧第16页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/81616绘图仪绘图仪printerComputerDPU输入设备输入设备视频控制器视频控制器display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)显示处理器(显示处理器(
16、Display Processing Uuit,简称,简称DPU)CRT第17页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/81717帧缓冲存储器(帧缓冲存储器(帧缓冲存储器(帧缓冲存储器(Frame Buffer)Frame Buffer)n n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n n也称刷新存储器也称刷新存储器也称刷新存储器也称刷新存储器(Refreshing Buffer)(Refreshing Buffer)n n简称帧缓冲器,俗称简称帧缓冲器,俗称简称帧缓冲器,俗称简称帧缓冲器,俗称显存显存显存显存l
17、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l单元与像素一一对应单元与像素一一对应l各单元的数值决定了其对应像素的颜色。各单元的数值决定了其对应像素的颜色。l显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关。显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关。第18页,本讲稿共34页2022/10/82022/10/81818位面(位面(bit plane)技术)技术把显存分成若干色平面,各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应,同一像素点在各位面占同一地址,不同位面上同一像素地址中的内容决定像素的颜色。色平面越多,可表达的色彩越丰富。增加一个位面,色彩就增加一倍,
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