计算机图形系统及硬件.pptx

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1、2.1 2.1 概述概述计算机系统中的图形设备计算机图形系统用来生成、处理和显示图形，通常由以下三部分构成：中央处理器图形输出设备图形输入设备第1页/共88页中央处理器（中央处理器（CPUCPU）中央处理器完成对图形的描述、建立、修改等各种计算，并对图形实现有效的存储。许多外设所增加的固化的图形处理功能，可接受更高级的绘图命令，实现图形的缓冲，以及完成大部分图形函数的功能，从而大大减轻了CPU的负担。第2页/共88页图形输出设备图形输出设备包括图形显示设备和图形绘制设备图形显示设备:用于在屏幕上输出图形基于阴极射线管的监视器液晶显示器等离子显示器图形绘制设备:用于把图形画在纸上，也称硬拷贝打印

2、机绘图仪 第3页/共88页图形输入设备图形输入设备常用的图形输入设备 键盘鼠标另外跟踪球、空间球光笔、触摸板、图形扫描仪数字化仪、手写输入板语音输入数据手套第4页/共88页图形的输入输出处理流程图形的输入输出处理流程一个计算机图形系统至少应具有计算、存储、输入、输出、交互等基本功能，各功能关系如下：图形系统基本功能框图显示器交互输出计算输入存储数据库图形输出设备图形输入设备第5页/共88页1.1.计算功能计算功能计算功能包括：1）图形的描述、分析和设计；2）图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换；3）曲线、曲面的生成；4）图形之间相互关系的检测等。第6页/共88页2.2.存储功能存储功能和和输

3、入功能输入功能存储功能 图形数据库可以存放各种图形的几何数据及图形之间的相互关系，并能快速方便地实现对图形的删除、增加、修改等操作。输入功能 通过图形输入设备可将基本的图形数据（如点、线等）和各种绘图命令输入到计算机中，从而构造更复杂的几何图形。第7页/共88页3.3.输出功能和交互功能输出功能和交互功能输出功能 图形数据经过计算后可在显示器上显示当前的状态以及经过图形编辑后的结果，同时还能通过绘图仪、打印机等设备实现硬拷贝输出，以便长期保存。交互功能 设计人员可通过显示器或其他人机交互设备直接进行人机通信，对计算结果和图形利用定位、拾取等手段进行修改，同时对设计者或操作员输入的错误给以必要的

4、提示和帮助。第8页/共88页图形的基本处理流程图形的基本处理流程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；在计算机内部对图形进行各种变换（如几何变换、投影变换）和运算（如图形的并、交、差运算等）；处理后，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；在交互式的系统中上述过程可重复进行多次，直至产生满意的结果。第9页/共88页2.2 2.2 图形显示原理图形显示原理 图形显示设备主要有以下三种：CRT显示器液晶显示器等离子显示器第10页/共88页显示器显示器1.CRT显示器显示原理 CRT显示器主要由阴极、电平控制器（即控制极）、聚焦系统、加速

5、系统、偏转系统和阳极荧光粉涂层组成，这六部分都在真空管内。第11页/共88页CRTCRT显示器原理图显示器原理图水平偏转板垂直偏转板灯丝阴极聚焦系统加速系统电平控制器石墨层吸收轰击磷粉涂层后逃逸在荧光屏内的杂撒电子送至第二阳极,形成电流回路。荧光纷（磷粉涂层）电子枪 偏转系统 荧光屏第一阳极 第二阳极 偏转线圈 高压入口经石墨层接第二阳极 用于磁偏转系统 用于静电偏转系统荧光屏偏转的电子束第12页/共88页2.2.彩色彩色CRTCRT显示器的显示原理显示器的显示原理RGB模型R绿(0,1,0)黄(1,1,0)白(1,1,1)品红(1,0,1)青(0,1,1)黑(0,0,0)蓝(0,0,1)红(

6、1,0,0)GBRGB颜色立方体 由红、绿、蓝三种颜色组成的原色系统称为RGB模型。它是定义于某个红绿蓝颜色坐标系统中的单位立方体。坐标原点代表黑色，坐标点(1,1,1)代表白色。坐标轴上的顶点代表三个基色，余下的顶点则代表每一个基色的补色。第13页/共88页彩色CRT光栅扫描显示器有三个电子枪，它的荧光屏上涂有三种荧光物质，分别能发红、绿、蓝三种颜色的光。电子枪通常成三角形排列，与CRT屏幕上的三角形红、绿、蓝荧光点相对应。RBGRBGRBGRBGBRBGRGRBGRBGRBGRBGRBGRBGRBGBRBGRG荫罩式CRT荧光点的排布方案第14页/共88页电子枪和对应的荧光点必须在一条直线

7、上。为保证每个电子枪都能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孔的金属网格（即荫罩）。调整彩色电子枪的排布方式可让三个电子束都汇聚于荫罩上。这样，某颜色的电子束通过荫罩后，就可避免和另外两种颜色的荧光点相交，而只能与自己对应颜色的荧光点相交。彩色CRT电子枪和荫罩的排布绿枪电子束蓝枪电子束红枪电子束荫罩屏幕红绿蓝荧光点第15页/共88页刷新频率刷新频率将图形的几何信息转换成存储在帧缓存中的光栅（点阵）图像并以一定格式的视频图像显示的过程叫扫描转换。刷新一次指电子束从上到下将荧光屏扫描一次，只有刷新频率高到一定值后，图像才能稳定显示。大约达到每秒60帧，即60Hz时，人眼才能感觉到

8、屏幕不闪烁，要使人眼觉得舒服，一般必须有85Hz以上的刷新频率。第16页/共88页隔行扫描技术隔行扫描技术每一帧分为两个场显示，每个场只包含一半画面。两个场是交错的，一个场包含所有的奇数扫描行，另一个场包含所有的偶数扫描行，两个场以1/60秒的时间间隔交替显示。扫描从奇数场左上角开始，每一行都是自左向右。电子束在横向扫描的同时以一个较低的速率向下移动，当扫描线到达屏幕右端时，就将其隐去并迅速返回屏幕左端。这个过程称为水平回扫。接着下一奇数行重复这一过程。第17页/共88页当整场扫描完毕时，扫描线正好停在底部的中央。接着扫描线迅速回到屏幕顶部中央，这就是奇数场垂直回扫。接着进行偶数场扫描，偶数场

9、扫描结束于屏幕右下角，垂直回归后电子束返回屏幕左上角。奇数场从第一行开始，水平回扫用虚线表示1234567有7条扫描线的隔行扫描第18页/共88页3.3.光栅扫描式图形显示器光栅扫描式图形显示器1)是画点设备，可看成一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元的亮度。2)发出的电于束的偏转方式是固定的，自上而下，从左到右扫描在荧光屏上形成光栅形状。3)图形是通过电子束扫描到光栅上的图形象素点时呈现的亮度或颜色与光栅背景的亮度或颜色不同而衬托出的，可形成多级灰度或颜色的实面积自然图像。第19页/共88页4)由于图像是由像素阵列组成，显示一幅图像所需要的时间等于显示整个光栅所需的时间，而与图像的复杂程

10、度无关。综上，可把光栅图形显示器看做许多离散点组成的矩阵，每个点都可以发光。除非特殊情况，一般在矩阵中是不能直接从一个点到另一个点（或一个像素到另一个像素）画一条笔直的直线，但可以用一系列的点（或像素）来近似地表示这条直线。第20页/共88页 显然，只有画水平、垂直或正方形的对角线时，才能用点或像素画出一条真正的直线，其他情况下的直线均呈阶梯状，这种现象称为走样或锯齿(如下图所示)。采用反走样技术可适当减轻阶梯效果。光栅化的直线(b)ABCD图像元素或象素可寻址点B(a)A第21页/共88页帧缓冲存储器（帧缓存）帧缓冲存储器（帧缓存）1)帧缓冲存储器是一块连续的存储空间。2)光栅中的每个像素在

11、帧缓存中至少要有1位（bit）,每个像素1位的存储容量称为位面（bit plane）。画面就是由帧缓存中的这些位信息组成的。3)图形在计算机中是一位一位产生的，每一个存储位只有0或1两个状态，因此一个位面的帧缓存只能产生黑白图形。实现光栅CRT图形显示器的最常见方法是使用帧缓存。第22页/共88页4)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，这个工作由DAC（数模转换器）完成。具有1位帧缓存的黑白光栅显示器结构图帧缓冲存储器CRT光栅电子枪寄存器1DAC第23页/共88页 光栅图形显示器中需要有足够的位面和帧缓存结合起来才能反映图形

12、的颜色和灰度等级。如图，显示器上每个像素的亮度由N个位面中对应的每个像素位置的内容共同决定，即每一位的二进制被存入指定的寄存器中,该寄存器中二进制的数被翻译成灰度等级，其范围在02N1之间。N00帧缓冲存储器1N=3 2N级1004 2N DAC寄存器N电子枪CRT光栅具有N位帧缓存的黑白灰度光栅显示器结构图第24页/共88页 为避免帧缓存的增加，可采用颜色查找表来提高灰度级别，如下图所示，帧缓存中的位面号为颜色查找的索引，颜色查找表必须有2N项，每一项具有W位字宽。当W大于N时，可有2W灰度等级，但每次只有2N个不同灰度等级可用。若要使用2N种以外的灰度等级，需改变颜色查找表中的内容（重装颜

13、色查找表）。具有N位帧缓存和W位颜色查找表的光栅显示器结构图N=3 2N表项N00帧缓冲存储器11004寄存器N2N为总光强等级2W为每次可显示 光强等级电子枪11W查找表 2W DAC1011W=4CRT光栅第25页/共88页 由于只有三种原色，所以可用三个位面实现一个简单的彩色帧缓冲存储器。下图为简单的彩色光栅显示器，由分别对应红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的三个位面的帧缓存，DAC，三个电子枪和CRT光栅组成。CRT光栅300帧缓冲存储器1寄存器彩色电子枪0DAC蓝0DAC绿1DAC红一个简单的彩色帧缓冲存储器第26页/共88页 对每个颜色的电子枪可通过增加帧缓存位面来提高颜色种类的

14、灰度等级。如下图，每种原色电子枪有8个位面的帧缓存和8位的DAC，每种原色有28种灰度等级，三种原色的组合有224种颜色。这种显示器称为全色光栅扫描图形显示器，其帧缓存称为全色帧缓存。彩色电子枪蓝8位DAC8位DAC8位DAC绿红3寄存器蓝 17210011001N3绿 1200011000帧缓冲存储器3红 3600010001CRT光栅一个具有24位面的彩色帧缓冲存储器第27页/共88页 若各组位面存放的不是直接的颜色值而是颜色查找表的地址索引，则全色帧缓存的颜色还可进一步丰富。彩色电子枪8N8寄存器帧缓冲存储器8W位DAC红W位DAC绿W位DAC蓝CRT光栅2N表项颜色查找表W=10一个具

15、有24位面的彩色帧缓存和10位颜色查找表的结构图第28页/共88页光栅扫描显示器的主要性能参数光栅扫描显示器的主要性能参数分辨率指显示器在屏幕水平(垂直)方向可显示多少像素分辨率越高，显示的字符或图像越清晰亮度等级数目和色彩指单种颜色亮度可变化的数目亮度等级范围的提升可使图像看上去更柔和自然点距指相邻像素点之间的距离（即像素的直径）显示速度指显示字符、图形，特别是动态图像的速度第29页/共88页4.4.随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器随机扫描的图形显示器是画线设备，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。电子束的定位和偏转具有随机性，在某一时刻，显示屏上只有

16、一个光点发光，因而可画出线很细的图形，故又称之为画线式显示器。第30页/共88页基本工作过程基本工作过程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，送到显示控制器。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。由于屏幕采用短余辉的荧光粉，因此，必须不断地重复扫描显示文件（即刷新），以获得稳定的画面。第31页/共88页液晶显示器液晶显示器液晶显示器（LCD）依驱动方式分为静态驱动、单纯矩阵驱动和主动矩阵驱动3种。第32页/共88页1.1.液晶的物理特性液晶的物理特性液晶即液态晶体，具有线状结晶结构的分子，可象液体那样流动。液晶分子的排列柔软易变形，

17、受电场、磁场、温度、应力等外部条件作用时会重新排列。当通电和不通电时液晶分子处于两种不同的排列，一种排列光线容易通过，而另一种排列阻止光线通过。第33页/共88页2.2.单色液晶显示器的原理单色液晶显示器的原理在液晶显示器中，液晶是灌入两个列有细槽的平面之间。液晶显示器依靠极化滤光器（片）影响光线穿过液晶。自然光线是朝所有方向随机发散的。极化滤光器实际是一系列逐步变细的平行线，这些线阻断不与它们平行的所有光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者通过第一个极化滤光器的光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿过第二个极化滤光器。第34页/共88页 如下图所示，两个极化滤光器互相垂直，穿

18、过第一个极化滤光器的光线，经过扭曲的液晶后，光线被扭曲90，正好可以穿过第二个极化滤光器。光线方向光线穿透示意图第35页/共88页 但若为液晶加一个电压，液晶分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，将被第二个滤光器挡住。总之，加电光线将被阻断，不加电光线将射出，如下图所示光线阻断示意图第36页/共88页液晶材料本身不发光，所以显示屏两边设有作为光源的灯管。液晶显示屏背面有一块背光板和反光膜，背光板由荧光物质组成，可以发射光线，提供均匀的背景光源。背光板发出的光线穿过第一层偏振过滤层后进入液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。玻璃板与液

19、晶材料之间的透明电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，从而改变屏幕上相应像素的亮度。第37页/共88页3.3.彩色液晶显示器的工作原理彩色液晶显示器的工作原理彩色LCD要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。彩色LCD面板中的每一个像素由3个液晶单元格构成，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可在屏幕上显示出不同的颜色。第38页/共88页4.4.液晶显示器的特点液晶显示器的特点优点：工作电压低、功耗小；无辐射，对人体健康无损害；完全平面，无闪烁、失真，可视面积大，又薄又轻，能大量节省空间；抗干扰能力比CRT显示器强得多。缺点：

20、视角太小、亮度和对比度不够大 第39页/共88页等离子显示器等离子显示器 等离子显示器是新一代显示设备，它采用了近几年来高速发展的等离子平面屏幕技术。第40页/共88页1.1.等离子显示器的工作原理等离子显示器的工作原理 等离子显示器由密封在玻璃膜夹层中的晶格矩阵（光栅）组成，每个晶格充有低压气体。在高电压作用下，气体会电离解。电离解后的气体称为等离子体，所以这种显示器称为等离子显示器。当电子又重新与原子结合在一起时，能量就会以光子的形式释放出来，这时气体就会释放出具有特征的辉光。第41页/共88页 等离子显示器有交流(AC)激发的、直流(DC)激发的、交直流(AC/DC)混合激发的三种类型。

21、直流激发的等离子显示器的基本结构如下图所示。阴极玻璃电介质隔板透明阳极玻璃气泡 要点亮某个地址的气泡，开始要在相应行上加较高的电压，气泡点亮后，可用低电压维持气泡的亮度。关掉某个气泡，只要将相应的电压降低。改变控制电压，可使等离子板显示不同灰度的图形。第42页/共88页2.2.等离子显示器的特点等离子显示器的特点优点：重量较轻、完全无X射线辐射；屏幕亮度非常均匀，不存在明显的亮区和暗区；不存在某些区域聚焦不良或散焦的毛病；屏幕更平展，观察视角更大。缺点：价格较高；显示屏上的玻璃较薄使屏幕较脆弱。第43页/共88页种显示技术的比较种显示技术的比较性质阴极射线管液晶显示器等离子显示器功耗大小中屏幕

22、大小大厚度大小小平面度一般好好亮度好适中好分辨率中一般好对比度中差好灰度等级好差好视角大小大色彩丰富中丰富价格低中高第44页/共88页显卡显卡显卡根据CPU提供的指令和有关数据将程序运行过程和结果进行相应的处理、并转换成显示器能够接受的文字和图形显示信号，通过屏幕显示出来。显示器必须依靠显卡提供的显示信号才能显示出各种字符和图像。第45页/共88页 常见显卡的结构中包括：显卡BIOS芯片、图形处理芯片、显存、数模转换器(RAMDAC)芯片、接口等。下图为显卡的工作原理。计算机接口主芯片显示存储器RAMDAC显示器显卡 显卡工作原理图第46页/共88页1.1.显卡显卡BIOSBIOS芯片芯片显卡

23、BIOS芯片主要用于保存VGA(Video Graphics Array，视频图形阵列)BIOS程序。VGA BIOS是视频图形卡基本输入、输出系统，主要用于显卡上各器件之间正常运行时的控制和管理，BIOS程序的技术性能对整个显卡的性能有很大影响。第47页/共88页2.2.图形处理芯片图形处理芯片图形处理芯片是显卡的核心，可将它看作是完成图像生成与操纵的、独立于CPU的一个本地处理器，它管理与系统总线的接口，这个接口应具有零等待的猝发式传送能力。图形处理芯片的主要作用是依据设定的显示工作方式，自主地、反复不断地读取显示存储器中的图像点阵数据，将它们转换成R、G、B三色信号并配以同步信号送至显示

24、器，即刷新屏幕。第48页/共88页图形处理芯片应具有：1)一个由系统总线至显示存储器总线的通路，以支持屏幕的修改或更新。2)颜色查找表的功能 3)图形加速功能第49页/共88页3.3.显示存储器显示存储器显存(也称为“帧缓存”)的用途主要用来保存由图形芯片处理好的各帧图形显示数据，然后由数模转换器读取并逐帧转换为模拟视频信号再提供给显示器使用。显存的大小直接影响到显卡可以显示的颜色多少和可以支持的最高分辨率。衡量显存的技术性能的指标 数据存取速度（可通过工作时钟频率体现）显存容量 第50页/共88页显存的种类显存的种类单端口显存：从显示芯片读取数据以及向RAMDAC传输数据都是经过同一个端口，

25、这样数据的读写和传输就无法同时进行。双端口显存：可以同时进行数据的“读”和“写”，从而提高了显存的效率，满足了高分辨图形显示的需要。第51页/共88页4.4.数模转换器数模转换器数模转换器将数字信号转换为模拟信号，使显示器能够显示图像。数模转换器的另一个重要作用是提供显卡能够达到的刷新率，它也影响着显卡输出的图像质量。数模转换器的技术指标主要是工作时钟频率。第52页/共88页显卡对显卡对OpenGLOpenGL的支持的支持OpenGL为图形设备的软件接口，只要操作系统安装了支持OpenGL的显卡以及对OpenGL支持的应用程序就可以使用。OpenGL的主要目的是把二维和三维的图形图像绘制到帧缓

26、存中。OpenGL的功能由主CPU转移到加速卡上实现，大大加速了图形的处理速度。第53页/共88页2.3 2.3 绘图设备绘图设备喷墨绘图机 喷墨绘图机是一种光栅类型的图形输出设备，基本原理是将小墨点喷射到介质上。第54页/共88页 如下图所示，喷墨装置多数情况安装在类似打印机的机头上，纸绕在滚筒上快速旋转，喷墨头则在滚筒上缓慢水平运动。绘图机的墨水泵将黄、品红、青三种颜色的墨水分别注入3支很细的喷笔中。在高压下，墨水通过喷笔内细而长的玻璃毛细管喷到纸上。喷墨绘图机的结构绘图机控制部件墨水泵滚筒喷笔笔架丝杠电机步进电机纸或胶片第55页/共88页喷墨绘图机的分辨率取决于墨滴的大小，也就是喷嘴的大

27、小。某些喷墨绘图机可以接收视频及数字信号，因此可用于光栅显示屏幕的硬拷贝，此时图像分辨率受到视频输入分辨率的限制。第56页/共88页激光打印机激光打印机 激光打印机是一种既可用于打印字符又可用于绘图的设备。第57页/共88页激光打印机的工作原理激光打印机的工作原理1)激光打印机主要由感光鼓、粉盒、打底电晕丝和转移电晕丝等组成，如图（a）所示。滚筒转移电晕丝打印纸打底电晕丝感光鼓碳粉(a)第58页/共88页2)激光打印机开始工作时，感光鼓旋转通过打底电晕丝，使整个感光鼓的表面带上电荷，如图（b）所示。打底电晕丝(b)+鼓表面未带电荷感光鼓旋转方向鼓表面带电荷第59页/共88页3)打印机处理器将打

28、印数据转换成可以驱动打印引擎动作的类似数据表的信号组，并送至激光发射器。发射器发射的激光照射在多棱反射镜上，反射镜的旋转和激光的发射同时进行，依照打印数据来决定激光的发射或停止。每个光点打在反射镜上，随着反射镜的转动，不断变换角度，将激光点反射到感光鼓上，如图（c）所示。(c)多棱反射镜激光发射器第60页/共88页4)感光鼓上被激光照到的点将失去电荷，在感光鼓表面形成一幅肉眼看不到的磁化现象。感光鼓旋转到上粉盒，其表面被磁化的点将吸附碳粉，从而在感光鼓上形成将要打印的碳粉图像，如图（d）所示。(d)碳粉滚筒感光鼓旋转方向第61页/共88页5)打印纸从感光鼓和转移电晕丝之间通过，转移电晕丝将产生

29、比感光鼓上更强的磁场，碳粉受吸引从感光鼓上脱离，向转移电晕丝方向移动，结果是在不断向前运动的打印纸上形成碳粉图像。打印纸继续向前运动，通过高温的溶凝部件，定型在打印纸上，产生永久图像，如图（e）所示。(e)感光鼓碳粉转移电晕丝第62页/共88页激光打印机的优点激光打印机的优点有效利用了激光定向性、单色性和能量密集性，并结合了电子扫描技术的高灵敏度和快速存取等特性。输出图形图像的质量非常高，分辨率可达300600点/英寸。图形及文本质量非常高，可直接作为制版的原稿。第63页/共88页笔式绘图机笔式绘图机 笔式绘图机是矢量型设备，在操作过程中，绘图笔相对纸作 随 意 移 动。笔式绘图机分为滚筒式和

30、平板式。滚筒式绘图机平板式绘图机第64页/共88页1.1.滚筒式绘图机滚筒式绘图机 笔和纸都是运动的。绘图纸卷在滚筒上，步进电机带动链轮作正向和反向旋转，带动图纸作X方向的正向和负向运动，滚筒上方的笔架可存放多支画笔，画笔由另一个步进电机带动作Y方向的正负向往返运动，两种运动的结合使画笔画出各种图形。方向步进电机滚筒式绘图机结构Y方向步进电机X笔架落笔抬笔+X+Y第65页/共88页2.2.平板式绘图机平板式绘图机 绘图笔在纸上沿X和Y两个方向运动，图纸通常静止不动，装有笔架的导轨作X方向移动，笔架在导轨上作Y方向移动，两种运动配合画出多种图形。平板式绘图机结构X方向步进电机Y方向步进电机+Y抬

31、笔落笔+X第66页/共88页 平板式绘图机的分类平板式绘图机的分类机械传动驱动装置一般为钢丝绳或齿轮条箱。速度低、精度低、寿命短，价格相对便宜。平面电机驱动绘图台有两块平板，上面的平板称为滑动导板，即电机定子。画笔装在电机动子的下部，画笔之下是绘图台板。第67页/共88页2.4 2.4 图形输入设备图形输入设备各种图形模型的建立、操作和修改都离不开图形输入设备。常用的图形输入设备有：键盘、鼠标光笔、数字化仪触摸板、图形扫描仪、手写输入板语音输入、数据手套第68页/共88页光笔光笔光笔有选图和跟踪两种基本功能。选图（又称标定或指点）是对显示器 上已显示的图形或字符进行加工处理。跟踪是用光笔拖动光

32、标实现定位，可用于图形编辑。第69页/共88页 光笔的形状和普通钢笔相似，它由透镜、光导纤维、光电元件、放大整形电路和接触开关组成（如下图）。光笔结构示意图第70页/共88页光笔的优缺点光笔的优缺点 优点 不需要特殊的显示屏幕，与触摸屏的设备相比较，价格便宜许多；在一些不适宜使用鼠标的地方，可起到替代作用。缺点 手和笔迹可能将遮挡屏幕图像的一部分；会造成手腕的疲劳；光笔不能检测黑暗区域内的位置；会因房间背景光的影响产生误读现象。第71页/共88页数字化仪和手写输入板数字化仪和手写输入板1.数字化仪 数字化仪是一种把图形转变为计算机能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

33、后由程序进行处理。第72页/共88页数字化仪的工作原理数字化仪的工作原理：采用电磁感应技术，在一块布满金属栅格的绝缘平面板上放置一个可移动的定位设备；当电流通过定位设备上的电感线圈时，产生相应的磁场，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格的位置，判断出定位设备当前所处的坐标位置。将这种位置信息传送给计算机，就实现了图形的数字化。第73页/共88页数字化仪的主要技术指标数字化仪的主要技术指标：最大有效幅面指能够有效地进行数字化操作的最大面积，一般按照工程图纸的规格来划分。数字化的速率每秒几点到几百点，多采用可变方式，由用户选择。最高分辨率指输出坐标显示值增加1的最

34、小可能距离，一般每毫米几十线到几百线。最高分辨率取决于电磁技术。第74页/共88页2.2.手写输入板手写输入板手写输入板是最常见的定位设备，工作原理与数字化仪基本相同，不同之处是前者的台面较小，分辨率也低；而后者的台面较大，分辨率和精度也高。第75页/共88页触摸屏触摸屏 触摸屏是一种定位设备，它通过手指触摸屏幕显示的物体或位置来实现选择的操作。根据采用的技术不同分为电子式、光学式和声学式触摸屏。第76页/共88页1.1.电子触摸屏电子触摸屏将一个两层导电和高透明度的物质做的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。两个透明涂层之间约有0.0025mm的距离，当手指触到屏幕

35、时，在接触点产生一个电接触，使该点处的电阻发生变化。通过测得电阻的改变量就能确定触摸的位置。第77页/共88页2.2.光学触摸屏光学触摸屏利用红外线和光电转换原理制成。与屏幕尺寸相仿的框架的水平和垂直边框上各安装均匀密布的红外线发送器和接收器。使用时把框架安装在屏幕四周，用手指在屏幕上点一下，在指点处障碍物挡住了一条垂直红外线和一条水平红外线，相应的两个红外线接收器发出电信号，根据发出信号的接收器所在位置可知障碍物所在点坐标，将坐标值送入计算机进行处理。第78页/共88页3.3.声学触摸屏声学触摸屏由发射器、反射器和触摸屏等组成，其中发射器和反射器一起工作。声源发射器沿玻璃板的水平和垂直方向交

36、替地发射高频声波脉冲，当用手指触摸屏幕时，有一部分声波被反射回声源处，通过计算声波脉冲从发射到反射回声源发射器的时间间隔，来确定手指的位置。第79页/共88页图形扫描仪图形扫描仪 图形扫描仪是直接把图形（如工程图纸）和图像（如照片、广告画等）扫描并输入到计算机中，以像素信息进行存储表示的设备。第80页/共88页图形扫描仪的模块框图220V+5 V-5 V+12 V-12 V透镜荧光灯被扫描的材料步进电机计算机打印机或绘图仪荧光灯电源CCD驱动器电源信号处理器步进电机驱动控制器输出接口存储器微机系统第81页/共88页电荷耦合器件电荷耦合器件(CCD)(CCD)扫描仪的工作原理扫描仪的工作原理用光

37、源照射被扫描的材料，投射光线经过一组光学镜头射到CCD器件上，再经模/数转换器，图像数据暂存器等，最终输入到计算机或图形/文字输出设备中。为了使投射在被扫描材料上的光线分布均匀，扫描仪中使用的是长条形光源。第82页/共88页数字墨水数字墨水 数字墨水是一种新的以人为中心的人机界面技术，它充分利用了书写的自然性和墨水丰富的表达能力，可直接使用手写内容。第83页/共88页数字墨水的处理包括了数字墨水的表示、压缩和显示，智能的墨水分析，墨水标记和注解，墨水的智能操作以及墨水存储和搜索等技术。数字墨水可用“墨水格式”（ink文件）进行保存。数字墨水技术是自鼠标问世以来最重大的人机交流模式转变。数字墨水

38、结合了个人计算机强大的计算和处理能力以及纸的易用性。第84页/共88页数据手套数据手套数据手套测量戴者手指的运动，并传送给计算机，复杂的数据手套也测量肘和腕的运动。数据手套可包含控制按钮，也可作为输出设备。数据手套能够指向、握紧或推动物体。第85页/共88页 数据手套由一系列 检测手和手指三维位置和运动的传感器构成。也可以使用机电技术，在手套的指关节中嵌入压力传感器。第86页/共88页三维鼠标（三维鼠标（3D Mouse）是三维空间控制器的一种，有六个自由度，分别描述三维对象的宽度、深度、高度、俯仰角、转动角、偏转角。三维鼠标产生的空间位置是相对的，多用于需要三维空间绝对定位技术的应用系统（如虚拟现实系统）。第87页/共88页感谢您的观看。第88页/共88页