《计算机图形学》PPT课件.ppt

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1、第第2 2章章 交互式计算机图形处理系统交互式计算机图形处理系统计算机学院苏小红1 1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（强大的浮点运算要求主机性能更高（强大的浮点运算要求主机性能更高（强大的浮点运算要求主机性能更高（强大的浮点运算能力），速度更快，存储容量更大，能力），速度更快，存储容量更大，能力），速度更快，存储容量更大，能力），速度更快，存储容量更大，外设种类更齐全外设种类更齐全外设种类更齐全外设种类更齐全l l

2、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，大屏幕显示器图形加速卡，大屏幕显示器2 2硬件发展硬件发展图形输入设备的发展图形输入设备的发展第一阶段：第一阶段：第一阶段：第一阶段：控制开关、穿孔纸等控制开关、穿孔纸等控制开关、穿孔纸等控制开关、穿孔纸等第二阶段：第二阶段：第二阶段：第二阶段：键盘、光笔键盘、光笔键盘、光笔键盘、光笔第三阶段：第三阶段：第三阶段：第三阶段：二维定位设备，如鼠标、坐标数字化仪、跟踪球、二维定位设备，如鼠标、坐标数字化仪、跟踪球、二维定位设备，如鼠标、坐标数字化仪、跟踪球、二维定位设备，如鼠标、坐标数字化仪、跟踪球、触摸屏、操纵杆、扫描仪等触摸屏、操纵杆

3、、扫描仪等触摸屏、操纵杆、扫描仪等触摸屏、操纵杆、扫描仪等第四阶段：第四阶段：第四阶段：第四阶段：三维输入设备（如三维鼠标、空间球、数据手套、三维输入设备（如三维鼠标、空间球、数据手套、三维输入设备（如三维鼠标、空间球、数据手套、三维输入设备（如三维鼠标、空间球、数据手套、数据衣）数据衣）数据衣）数据衣）智能人机接口：用户的手势、表情、语音等智能人机接口：用户的手势、表情、语音等智能人机接口：用户的手势、表情、语音等智能人机接口：用户的手势、表情、语音等3 3三维鼠标三维鼠标空间球空间球根据球根据球在不同方向受到的推或拉的压力在不同方向受到的推或拉的压力来实现定位和选择来实现定位和选择 图形输

4、入设备（图形输入设备（1/13）4 4图形输入设备（图形输入设备（2/13）l l数据手套数据手套数据手套数据手套(Data glove)(Data glove)可测量出手的位置和形状，从而实现环境中的虚拟手及其对可测量出手的位置和形状，从而实现环境中的虚拟手及其对可测量出手的位置和形状，从而实现环境中的虚拟手及其对可测量出手的位置和形状，从而实现环境中的虚拟手及其对虚拟物体的操纵。虚拟物体的操纵。虚拟物体的操纵。虚拟物体的操纵。数据手套通过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、数据手套通过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、数据手套通过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、数据手套通

5、过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、弧度传感器，确定手及关节的位置和方向。弧度传感器，确定手及关节的位置和方向。弧度传感器，确定手及关节的位置和方向。弧度传感器，确定手及关节的位置和方向。5 5图形输入设备（图形输入设备（3/13）用于虚拟现实环境的显示器类型用于虚拟现实环境的显示器类型用于虚拟现实环境的显示器类型用于虚拟现实环境的显示器类型头盔式显示器头盔式显示器头盔式显示器头盔式显示器(Head Mounted Display(Head Mounted Display(Head Mounted Display(Head Mounted Display，HMD)HMD)HMD)HMD)

6、空间沉浸式显示器空间沉浸式显示器空间沉浸式显示器空间沉浸式显示器(SID,(SID,(SID,(SID,如洞穴式和园顶式如洞穴式和园顶式如洞穴式和园顶式如洞穴式和园顶式)显示硬件显示硬件显示硬件显示硬件头盔式显示器头盔式显示器头盔式显示器头盔式显示器将观察者的头部位置及运动方向告诉计算机，计算机就可将观察者的头部位置及运动方向告诉计算机，计算机就可将观察者的头部位置及运动方向告诉计算机，计算机就可将观察者的头部位置及运动方向告诉计算机，计算机就可以调整观察者所看到的图景，使得呈现图像更趋于真实感以调整观察者所看到的图景，使得呈现图像更趋于真实感以调整观察者所看到的图景，使得呈现图像更趋于真实感

7、以调整观察者所看到的图景，使得呈现图像更趋于真实感绝大多数头盔式显示器使用两个显示器绝大多数头盔式显示器使用两个显示器绝大多数头盔式显示器使用两个显示器绝大多数头盔式显示器使用两个显示器利用特殊光学设备对图像进行处理，使图像看上去立体感利用特殊光学设备对图像进行处理，使图像看上去立体感利用特殊光学设备对图像进行处理，使图像看上去立体感利用特殊光学设备对图像进行处理，使图像看上去立体感更强更强更强更强把用户的视觉、听觉和其他感觉封装起来，产生一种身在把用户的视觉、听觉和其他感觉封装起来，产生一种身在把用户的视觉、听觉和其他感觉封装起来，产生一种身在把用户的视觉、听觉和其他感觉封装起来，产生一种身

8、在虚拟环境中的错觉。虚拟环境中的错觉。虚拟环境中的错觉。虚拟环境中的错觉。6 6图形输入设备（图形输入设备（4/13）7 7图形输入设备（图形输入设备（5/13）数据衣数据衣也是虚拟现实系统中用的人机交互设备也是虚拟现实系统中用的人机交互设备也是虚拟现实系统中用的人机交互设备也是虚拟现实系统中用的人机交互设备一件虚拟现实的数据紧身服一件虚拟现实的数据紧身服一件虚拟现实的数据紧身服一件虚拟现实的数据紧身服可使你有在水中或泥沼中游泳的感觉可使你有在水中或泥沼中游泳的感觉可使你有在水中或泥沼中游泳的感觉可使你有在水中或泥沼中游泳的感觉 8 8图形输入设备（图形输入设备（6/13）l l扫描仪常用类型

9、扫描仪常用类型扫描仪常用类型扫描仪常用类型 滚筒式滚筒式滚筒式滚筒式l l由电子分色机发展而来，用光电倍增管作为颜色感受器，将光信由电子分色机发展而来，用光电倍增管作为颜色感受器，将光信由电子分色机发展而来，用光电倍增管作为颜色感受器，将光信由电子分色机发展而来，用光电倍增管作为颜色感受器，将光信号转换为电信号号转换为电信号号转换为电信号号转换为电信号l l扫描图像质量相对较高，可扫描幅面更大扫描图像质量相对较高，可扫描幅面更大扫描图像质量相对较高，可扫描幅面更大扫描图像质量相对较高，可扫描幅面更大 平板式平板式平板式平板式l l采用电荷耦合器件采用电荷耦合器件采用电荷耦合器件采用电荷耦合器件

10、CCDCCD （Charge Coupled Device Charge Coupled Device）9 9图形输入设备（图形输入设备（7/13）l l扫描仪工作原理扫描仪工作原理扫描仪工作原理扫描仪工作原理 用光源照射原稿用光源照射原稿用光源照射原稿用光源照射原稿 投射光线经过一组光学镜头射到投射光线经过一组光学镜头射到投射光线经过一组光学镜头射到投射光线经过一组光学镜头射到CCDCCD器件上，得到元件的器件上，得到元件的器件上，得到元件的器件上，得到元件的颜色信息颜色信息颜色信息颜色信息 再经过模再经过模再经过模再经过模/数转换器，图象数据暂存器等数转换器，图象数据暂存器等数转换器，图象

11、数据暂存器等数转换器，图象数据暂存器等 最终输入到计算机最终输入到计算机最终输入到计算机最终输入到计算机1010图形输入设备（图形输入设备（8/13）l l指标指标指标指标 分辨率分辨率分辨率分辨率l l光学分辨率：单位长度上能采样信息点数光学分辨率：单位长度上能采样信息点数光学分辨率：单位长度上能采样信息点数光学分辨率：单位长度上能采样信息点数l l插值分辨率：驱动软件插值计算得到的分辨率插值分辨率：驱动软件插值计算得到的分辨率插值分辨率：驱动软件插值计算得到的分辨率插值分辨率：驱动软件插值计算得到的分辨率l l扫描分辨率：扫描时的实际输入分辨率扫描分辨率：扫描时的实际输入分辨率扫描分辨率：

12、扫描时的实际输入分辨率扫描分辨率：扫描时的实际输入分辨率 能放置原稿的原稿尺寸能放置原稿的原稿尺寸能放置原稿的原稿尺寸能放置原稿的原稿尺寸 原稿放大倍数原稿放大倍数原稿放大倍数原稿放大倍数l l如光学分辨率为如光学分辨率为如光学分辨率为如光学分辨率为6000dpi6000dpi，所需图像分辨率为，所需图像分辨率为，所需图像分辨率为，所需图像分辨率为300dpi300dpi，则可放大，则可放大，则可放大，则可放大2020倍倍倍倍 位深度、色深度位深度、色深度位深度、色深度位深度、色深度l l决定可以获取图像的最大灰度级数、最多颜色数决定可以获取图像的最大灰度级数、最多颜色数决定可以获取图像的最大

13、灰度级数、最多颜色数决定可以获取图像的最大灰度级数、最多颜色数 最高密度范围最高密度范围最高密度范围最高密度范围l l决定图像的暗调层次，越大越好决定图像的暗调层次，越大越好决定图像的暗调层次，越大越好决定图像的暗调层次，越大越好 色调灵敏度色调灵敏度色调灵敏度色调灵敏度l l制造商不公开制造商不公开制造商不公开制造商不公开1111图形输入设备（图形输入设备（9/13）l l数码相机数码相机数码相机数码相机 采用的摄像感应器有两种采用的摄像感应器有两种采用的摄像感应器有两种采用的摄像感应器有两种l lCCDCCDl lCMOSCMOS：便宜，但质量相对较差：便宜，但质量相对较差：便宜，但质量相

14、对较差：便宜，但质量相对较差1212图形输入设备（图形输入设备（10/13）l l图形输入的一个特殊领域图形输入的一个特殊领域图形输入的一个特殊领域图形输入的一个特殊领域 真实物体的三维信息的输入真实物体的三维信息的输入真实物体的三维信息的输入真实物体的三维信息的输入 l l零件进行大规模生产必须在计算机中生成三维实体模型零件进行大规模生产必须在计算机中生成三维实体模型零件进行大规模生产必须在计算机中生成三维实体模型零件进行大规模生产必须在计算机中生成三维实体模型 这个模型有时要通过已有的实物零件得到这个模型有时要通过已有的实物零件得到这个模型有时要通过已有的实物零件得到这个模型有时要通过已有

15、的实物零件得到 采集实物表面各个点的位置信息采集实物表面各个点的位置信息采集实物表面各个点的位置信息采集实物表面各个点的位置信息l l扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息 在计算机中产生这些艺术品的三维模型在计算机中产生这些艺术品的三维模型在计算机中产生这些艺术品的三维模型在计算机中产生这些艺术品的三维模型 1313l l美国斯坦福大学计算机系的著名图形美国斯坦福大学计算机系的著名图形美国斯坦福大学计算机系的著名图形美国斯坦福大学计算机系的著名图形学专家学

16、专家学专家学专家Marc LevoyMarc Levoy曾经带领他的曾经带领他的曾经带领他的曾经带领他的3030人工作小组（包括美国斯坦福大学及人工作小组（包括美国斯坦福大学及人工作小组（包括美国斯坦福大学及人工作小组（包括美国斯坦福大学及美国华盛顿大学的教师和学生）美国华盛顿大学的教师和学生）美国华盛顿大学的教师和学生）美国华盛顿大学的教师和学生）l l于于于于1998199819991999学年在意大利，专门学年在意大利，专门学年在意大利，专门学年在意大利，专门对文艺复兴时代的对文艺复兴时代的对文艺复兴时代的对文艺复兴时代的雕刻大师米开朗基雕刻大师米开朗基雕刻大师米开朗基雕刻大师米开朗基罗

17、罗罗罗的众多艺术品进行扫描，保存其形的众多艺术品进行扫描，保存其形的众多艺术品进行扫描，保存其形的众多艺术品进行扫描，保存其形状和面片信息状和面片信息状和面片信息状和面片信息l l专门设计了一套硬件和软件系统专门设计了一套硬件和软件系统专门设计了一套硬件和软件系统专门设计了一套硬件和软件系统l l数据量惊人，光数据量惊人，光数据量惊人，光数据量惊人，光大卫像大卫像大卫像大卫像就有就有就有就有2020亿个多亿个多亿个多亿个多边形和边形和边形和边形和70007000张彩色图象，总共需要张彩色图象，总共需要张彩色图象，总共需要张彩色图象，总共需要72G72G的磁盘容量的磁盘容量的磁盘容量的磁盘容量l

18、 l实体图形输入的一个颠峰之作实体图形输入的一个颠峰之作实体图形输入的一个颠峰之作实体图形输入的一个颠峰之作 图形输入设备（图形输入设备（11/13）1414图形输入设备（图形输入设备（12/13）l l三维数字化仪三维数字化仪三维数字化仪三维数字化仪l l工作原理工作原理工作原理工作原理 电磁感应技术电磁感应技术电磁感应技术电磁感应技术 由一块数据板和一根触笔组成由一块数据板和一根触笔组成由一块数据板和一根触笔组成由一块数据板和一根触笔组成 数据板中布满了金属栅格，当触笔在数据数据板中布满了金属栅格，当触笔在数据数据板中布满了金属栅格，当触笔在数据数据板中布满了金属栅格，当触笔在数据板上移动

19、时，其正下方的金属栅格上就会板上移动时，其正下方的金属栅格上就会板上移动时，其正下方的金属栅格上就会板上移动时，其正下方的金属栅格上就会产生相应的感应电流产生相应的感应电流产生相应的感应电流产生相应的感应电流 根据已产生电流的金属栅格的位置，就可根据已产生电流的金属栅格的位置，就可根据已产生电流的金属栅格的位置，就可根据已产生电流的金属栅格的位置，就可以判断出触笔当前的几何位置以判断出触笔当前的几何位置以判断出触笔当前的几何位置以判断出触笔当前的几何位置 许多数字化仪提供了多种压感电流，用不许多数字化仪提供了多种压感电流，用不许多数字化仪提供了多种压感电流，用不许多数字化仪提供了多种压感电流，

20、用不同的压力就会有不同的信息传向计算机同的压力就会有不同的信息传向计算机同的压力就会有不同的信息传向计算机同的压力就会有不同的信息传向计算机 1515美术家数字化仪美术家数字化仪（带压力传感器，无绳触（带压力传感器，无绳触笔）笔）通过控制笔的压力绘制不同风格的画通过控制笔的压力绘制不同风格的画现在非常流行的汉字手写系统就是一种数现在非常流行的汉字手写系统就是一种数字化仪字化仪 图形输入设备（图形输入设备（13/13）1616l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），液晶显示器（），液晶显示器（LCD）等）等l绘图仪，打印机，绘图仪，打

21、印机，l双监视器图形工作站双监视器图形工作站lMediaWall多屏幕系统多屏幕系统监视器阵列监视器阵列 交易展示、大型会议、博物馆、旅客候机厅等交易展示、大型会议、博物馆、旅客候机厅等 1717CRT显示器分类阴极射线管（阴极射线管（CRT）Cathode Ray TubeCathode Ray Tube单色单色单色单色CRTCRT彩色彩色彩色彩色CRTCRT1818l阴极射线管阴极射线管(CRT)组成组成包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏工作原理工作原理电子枪发射电子束电子枪发射电子束经过聚焦系统、加速电极、偏转系统经过聚焦系统

22、、加速电极、偏转系统轰击到荧光屏的不同部位轰击到荧光屏的不同部位被其内表面的荧光物质吸收被其内表面的荧光物质吸收发光产生可见的图形发光产生可见的图形结构结构1919电子枪电子枪电灯丝的组成电灯丝的组成阴极阴极阴极阴极由灯丝加热发出电子束由灯丝加热发出电子束由灯丝加热发出电子束由灯丝加热发出电子束控制栅控制栅控制栅控制栅加加加加上上上上负负负负电电电电压压压压后后后后，能能能能够够够够控控控控制制制制通通通通过过过过其其其其中中中中小小小小孔孔孔孔的的的的带带带带负负负负电电电电的的的的电子束的强弱电子束的强弱电子束的强弱电子束的强弱通过调节负电压高低来控制电子数量通过调节负电压高低来控制电子数

23、量通过调节负电压高低来控制电子数量通过调节负电压高低来控制电子数量即即即即控制荧光屏上相应点的亮度控制荧光屏上相应点的亮度控制荧光屏上相应点的亮度控制荧光屏上相应点的亮度2020聚焦系统聚焦系统通过电场和磁场通过电场和磁场通过电场和磁场通过电场和磁场控制电子束变细控制电子束变细控制电子束变细控制电子束变细，保证亮点足够小，提高分辩率，保证亮点足够小，提高分辩率，保证亮点足够小，提高分辩率，保证亮点足够小，提高分辩率 加速电极加速电极 加正的高压电（几万伏）加正的高压电（几万伏）加正的高压电（几万伏）加正的高压电（几万伏）使电子束高速运动使电子束高速运动使电子束高速运动使电子束高速运动 控控控控

24、制制制制静静静静电电电电场场场场或或或或磁磁磁磁场场场场，使使使使电电电电子子子子束束束束产产产产生生生生偏偏偏偏转转转转，最最最最大大大大偏偏偏偏转转转转角角角角是是是是衡衡衡衡量量量量系系系系统统统统性能的最重要的指标，显示器长短与此有关。性能的最重要的指标，显示器长短与此有关。性能的最重要的指标，显示器长短与此有关。性能的最重要的指标，显示器长短与此有关。偏转系统偏转系统2121荧光屏荧光屏 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刷新刷新(

25、Refresh)：为了让荧光物质保持一个稳定的亮度值为了让荧光物质保持一个稳定的亮度值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l像素像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素构成屏幕（图像）的最小元素l分辨率分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数在水平或竖直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在假定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 如如640*480，800*600，1024*

26、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（例如）（例如）=1000/40=25Hz2222彩色彩色CRT渗透型渗透型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穿透法射线穿透法射线穿透法多枪型多枪型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影孔板法影孔板法影孔板法彩色阴极射线管彩色阴极射线管2323射线穿透法（射线穿透法（beam penetratio

27、n）原理：原理：原理：原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，不同速两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，不同速两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，不同速两层荧光涂层，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，决定所产生的颜色度电子束穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色度电子束穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色度电子束穿透荧光层的深浅，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：成本低成本低缺点：缺

28、点：只能产生有限几种颜色只能产生有限几种颜色2424影孔板法影孔板法 原理：原理：原理：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影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的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位置位置位置外层玻璃外层玻璃荧光涂层荧光涂层影孔板影孔板2525影孔板的类型影孔板的类型点状影孔板（荫罩式）点状影孔板（荫罩式）点状影孔板（荫罩式）点状影孔板（荫罩式）代表：球面显像管代表：球面显像管代表：球面显像管代表：球面显像管栅格式影孔板（荫栅式）栅格式影孔板（荫栅式）栅格式影孔板（荫栅式）栅格式影孔板

29、（荫栅式）代表：柱面显像管代表：柱面显像管代表：柱面显像管代表：柱面显像管 日本索尼公司的特丽珑管（日本索尼公司的特丽珑管（日本索尼公司的特丽珑管（日本索尼公司的特丽珑管（TrinitronTrinitron）三菱公司的钻石珑管（三菱公司的钻石珑管（三菱公司的钻石珑管（三菱公司的钻石珑管（DiamondtronDiamondtron）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2626l荫罩式（点状）影孔板工作原理荫罩式（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

30、、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电子枪、影孔板中的一个小电子枪、影孔板中的一个小孔和孔和荧光点荧光点呈一直线呈一直线每个小孔与一个像素（即三每个小孔与一个像素（即三个个荧光点荧光点）对应）对应2727l l荫罩式显示器的缺点：荫罩式显示器的缺点：荫罩式显示器的缺点：荫罩式显示器的缺点：球面荧光屏，几何失真大球面荧光屏，几何失真大球面荧光屏，几何失真大球面荧光屏，几何失真大 三角形的荧光点排列造成即使三角形的荧光点排列造成即使三角形的荧光点排列造成

31、即使三角形的荧光点排列造成即使点很密很细也不会特别清晰点很密很细也不会特别清晰点很密很细也不会特别清晰点很密很细也不会特别清晰l l最近几年最近几年最近几年最近几年 荫栅式显示器逐渐流行起来荫栅式显示器逐渐流行起来荫栅式显示器逐渐流行起来荫栅式显示器逐渐流行起来 2828l l原理的区别原理的区别原理的区别原理的区别 光线的选择方式和荧光点的排列不同光线的选择方式和荧光点的排列不同光线的选择方式和荧光点的排列不同光线的选择方式和荧光点的排列不同 l l荫栅式显象管的优点荫栅式显象管的优点荫栅式显象管的优点荫栅式显象管的优点 亮度更高，色彩也更鲜艳亮度更高，色彩也更鲜艳亮度更高，色彩也更鲜艳亮度

32、更高，色彩也更鲜艳 柱面和平面显示器柱面和平面显示器柱面和平面显示器柱面和平面显示器 2929CRT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）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CRTCRT，不必刷新，不必刷新，不必刷新，不必刷新刷新式刷新式随机扫描式随机扫描式随机扫描式随机扫描式（Random-ScanRandom-Scan）光栅扫描式光栅扫描式光栅扫描式光栅扫描式（Raster-ScanRaster-Scan）3

33、030随机扫描的显示系统随机扫描的显示系统特点特点 数据表示数据表示数据表示数据表示：矢量表示，只有端点信息，无线段中间点：矢量表示，只有端点信息，无线段中间点：矢量表示，只有端点信息，无线段中间点：矢量表示，只有端点信息，无线段中间点 扫描方式扫描方式扫描方式扫描方式：电子束像一支快速移动的画笔，可随意移动，只：电子束像一支快速移动的画笔，可随意移动，只：电子束像一支快速移动的画笔，可随意移动，只：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，与扫描荧屏上要显示的部分，与扫描荧屏上要显示的部分，与扫描荧屏上要显示的部分，与示波器示波器示波器示波器工作原理类似工作原理类似工

34、作原理类似工作原理类似 显示图形显示图形显示图形显示图形：几何属性（：几何属性（：几何属性（：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 优点优点优点优点：扫描速度快，分辨率高，线条质量好，易修改，交互：扫描速度快，分辨率高，线条质量好，易修改，交互：扫描速度快，分辨率高，线条质量好，易修改，交互：扫描速度快，分辨率高，线条质量好，易修改，交互性好，动态性能好性好，动态性能好性好，动态性能好性好，动态性能好 缺点缺点缺点缺点：价格贵，只能显示线画图形，应用于军事、：价格贵，只能显示线画图形，应用

35、于军事、：价格贵，只能显示线画图形，应用于军事、：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3131光栅扫描的显示系统光栅扫描的显示系统l特点：特点：数据表示数据表示数据表示数据表示：像素矩阵：像素矩阵：像素矩阵：像素矩阵 扫描方式扫描方式扫描方式扫描方式：从上到下，从左到右，与：从上到下，从左到右，与：从上到下，从左到右，与：从上到下，从左到右，与电视电视电视电视工作原理类似工作原理类似工作原理类似工作原理类似 显示图形显示图形显示图形显示图形：几何属性：几何属性：几何属性：几何属性+视觉属性（视觉属性（视觉属性（视觉属性（Visual attributeVisual

36、 attribute），真实），真实），真实），真实感图形感图形感图形感图形3232隔行扫描（隔行扫描（Interlaced scan）工作原理工作原理l l场频场频场频场频=帧频帧频帧频帧频*2 2 一帧一帧一帧一帧1 13030秒，一场秒，一场秒，一场秒，一场1 16060秒秒秒秒 帧频帧频帧频帧频3030HZ HZ，场频场频场频场频6060HZHZl一帧完整的画面分成一帧完整的画面分成两场两场，即奇数场与偶数场，即奇数场与偶数场l l优点优点优点优点：降低了闪烁效应；降低了闪烁效应；降低了闪烁效应；降低了闪烁效应；只需逐行的一半时间即可显示一只需逐行的一半时间即可显示一只需逐行的一半时间

37、即可显示一只需逐行的一半时间即可显示一屏画面，降低了对扫描频率的要屏画面，降低了对扫描频率的要屏画面，降低了对扫描频率的要屏画面，降低了对扫描频率的要求，也降低了成本；求，也降低了成本；求，也降低了成本；求，也降低了成本；帧缓存中数据量比逐行扫描少一帧缓存中数据量比逐行扫描少一帧缓存中数据量比逐行扫描少一帧缓存中数据量比逐行扫描少一半，降低了视频控制器存取帧缓半，降低了视频控制器存取帧缓半，降低了视频控制器存取帧缓半，降低了视频控制器存取帧缓存的速度及传输带宽的要求。存的速度及传输带宽的要求。存的速度及传输带宽的要求。存的速度及传输带宽的要求。3333计算机图形处理系统绘图仪绘图仪printe

38、rComputerDPU输入设备输入设备视频控制器视频控制器display显示处理器显示处理器控制图形的显示控制图形的显示逻辑部件：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（Display Processing Uuit，简称，简称DPU）CRT3434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接受命令格式解析成显示处理器可接受命令格式存放在存放在刷新存储器刷新存储器中中刷新存储器中所有的绘图命令组成一个显示文件刷新存储器中所有的绘图命令组成一个显示文件由由显示处理器显示处理

39、器负责解释执行负责解释执行(刷新刷新)视频控制器视频控制器控制驱动电子枪在屏幕上绘图控制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 光栅扫描显示系统光栅扫描显示系统工作原理工作原理3535l图形处理器图形处理器 俗称俗称俗称俗称显卡显卡显卡显卡 CGA EGA VGA CGA EGA VGA TVGA SVGA XGA SXGATVGA SVGA XGA SXGAl l工作原理工作原理工作原理工作原理l l显示主芯片显示主芯片显示主芯片显示主芯片 显卡的核心，俗称显卡的核心，俗称显卡的核心，俗称显卡的核心，俗称GPUGPU 代

40、替代替代替代替CPUCPU完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等操作、纹理映射等等操作、纹理映射等等操作、纹理映射等等 各图形函数基本上都集成在这里各图形函数基本上都集成在这里各图形函数基本上都集成在这里各图形函数基本上都集成在这里l l显存显存显存显存 存储将要显示的图形信息存储将要显示的图形信息存储将要显示的图形信息存储将要显示的图形信息 保存图形运算的中间数据保存图形运算的中间数据保存图形运算的中间数据

41、保存图形运算的中间数据 它与显示主芯片的关系，就像计算机的内存之于它与显示主芯片的关系，就像计算机的内存之于它与显示主芯片的关系，就像计算机的内存之于它与显示主芯片的关系，就像计算机的内存之于CPUCPU一样一样一样一样 l lRAMDACRAMDAC 视频存储数字模拟转换器视频存储数字模拟转换器视频存储数字模拟转换器视频存储数字模拟转换器 在视频处理中，把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号在视频处理中，把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号在视频处理中，把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号在视频处理中，把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号 早期没有早期没

42、有3636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较为典型的光栅扫描图形显示系统的结构较为典型的光栅扫描图形显示系统的结构较为典型的光栅扫描图形显示系统的结构较为典型的光栅扫描图形显示系统的结构帧缓存为系统内存任一块区域帧缓存为系统内存任一块区域视频控制器能直接存取该区域视频控制器能直接存取该区域以刷新屏幕以刷新屏幕帧缓存可以是专用的存储器帧缓存可以是专用的存储器也可是系统内存中的一块固定区域也可是系统内存中的一块固定区域3737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)F

43、rame Buffer)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 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)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

44、种类与帧缓存中每个单元的位数有关3838视频控制器（显示控制器）视频控制器（显示控制器）作用：作用：作用：作用：控制图形的显示，建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应关系，控制图形的显示，建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应关系，控制图形的显示，建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应关系，控制图形的显示，建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应关系，负责按固定刷新频率和扫描顺序负责按固定刷新频率和扫描顺序负责按固定刷新频率和扫描顺序负责按固定刷新频率和扫描顺序刷新刷新刷新刷新屏幕图形屏幕图形屏幕图形屏幕图形逻辑结构逻辑结构逻辑结构逻辑结构工作原理工作原理工作原理工作原理刷新周期开始，光栅扫描发生器置刷新周期开

45、始，光栅扫描发生器置刷新周期开始，光栅扫描发生器置刷新周期开始，光栅扫描发生器置X X地址寄存器为地址寄存器为地址寄存器为地址寄存器为0 0，置，置，置，置Y Y地地地地址寄存器为址寄存器为址寄存器为址寄存器为N-1N-1，首先取出对应像素（首先取出对应像素（首先取出对应像素（首先取出对应像素（0 0，N-1N-1）的帧缓存单元的数值的帧缓存单元的数值的帧缓存单元的数值的帧缓存单元的数值,放放放放入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后X X的地址寄存器的地址加一，的地址寄存

46、器的地址加一，的地址寄存器的地址加一，的地址寄存器的地址加一，如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。3939位面技术（位面技术（1/3）显存分成若干颜色的位平面（显存分成若干颜色的位平面（显存分成若干颜色的位平面（显存分成若干颜色的位平面（bit planebit plane）各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应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

47、面占同一地址同一像素点在各位面占同一地址同一像素点在各位面占同一地址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不同位面上同一像素地址中的内容决定像素的颜色不同位面上同一像素地址中的内容决定像素的颜色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，色彩就增加一倍增加一个位面，色彩就增加一倍而存储器写操作程序无需重新计算新地址而存储器写操作程序无需重新计算新地址程序兼容性好程序兼容性好4040N位寄存器电子枪CRT光栅有N个位面的帧缓存2NDAC01 000102N-1灰度等级寄存器蓝色枪帧缓存DA

48、C0001CRT光栅01DACDAC红色枪绿色枪位面技术（位面技术（2/3）4141l l若有若有若有若有2424个位面（每种基色个位面（每种基色个位面（每种基色个位面（每种基色8 8个位面）个位面）个位面）个位面）l l可同时显示可同时显示可同时显示可同时显示(2(28 8)3 3=2=22424=16777216=16777216种颜色（种颜色（种颜色（种颜色（2424位真彩色）位真彩色）位真彩色）位真彩色）l红绿蓝三个位面，组合成红绿蓝三个位面，组合成8种颜色种颜色l增加一个亮度位面，形成增加一个亮度位面，形成16种颜色种颜色红红绿绿蓝蓝BlackBlack0 00 00 0BlueBl

49、ue0 00 01 1GreenGreen0 01 10 0CyanCyan0 01 11 1RedRed1 10 00 0MagentaMagenta1 10 01 1YellowYellow1 11 10 0WhiteWhite1 11 11 1位面技术（位面技术（3/3）4242显存容量分辨率分辨率M*N、颜色个数颜色个数K与与显存容量显存容量V的关系的关系3 3个位面分辩率是个位面分辩率是个位面分辩率是个位面分辩率是1024102410241024的显示器的显示器的显示器的显示器需要需要需要需要310241024310241024（31457283145728）位的存储器）位的存储器）

50、位的存储器）位的存储器4343显存容量问题若存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比若存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比若存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比若存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比 1 1兆字节的帧缓存兆字节的帧缓存 若设分辩率为若设分辩率为640480640480，则帧缓存每个单元可有，则帧缓存每个单元可有2424位，可能位，可能同时显示同时显示2 22424种颜色种颜色 若设分辩率为若设分辩率为10247681024768，则每个单元分得的位数仅略多于，则每个单元分得的位数仅略多于8 8，只能工作于，只能