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计算机制图与数据库 主讲教师： 武法东 第一章 计算机图形系统 第一节计算机图形系统的组成 第二节 图形硬件设备简介 第三节 图形软件系统 第一节 计算机图形系统的组成 一、计算机图形系统的结构 二、计算机图形系统的基本功能 三、计算机图形系统分类及硬件工作平台 一、计算机图形系统的结构 计算机图形系统由两部分组成： 二、计算机图形系统的基本功能 1 计算功能 （1）形体设计和分析方法的程序库、描述形体的图形数据库 （2）坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序的数据库 （3）曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库 3 输入功能 由输入设备将图形形体的几何参数（包括大小、位置）和各种绘图命令输入的图形系统中 二、计算机图形系统的基本功能 要实现上述功能，对图形系统的硬件性能要求 三、计算机图形系统分类及硬件工作平台 1 计算机图形系统分类 根据硬件配置和信息传递方式，系统可分为： 2 计算机图形系统的硬件平台 平台是指操作者（用户）面对计算机的工作环境（包括软件和硬件平台两部分） 第二节 图形硬件设备简介 一、显示设备 二、输入设备 三、输出设备 一、显示设备 1 CRT显示器工作原理 （1）CRT单色显示原理 它利用电场产生高速的聚焦电子束，偏转到屏幕表面的不同部位，以产生可见图形。CRT主要由3部分组成： a 电子枪 电流通过灯丝对阴极加热而发射出电子束。在聚焦极上加上一定的正电压，使电子束聚焦并成为很细的电子束。再由加速极加上正电压对电子束加速，使其有足够的能量射向荧光屏。靠近阴极的控制极，加上负电压后能控制电子束的强弱，即能控制电子束打在荧光屏上所产生的光的强度 b 偏转系统 是能够在屏幕上产生图形的最关键的部分。可以用静电场或磁场控制电子束的偏转： 静电场偏转：属内部偏转，在射线管内放置垂直和水平两套平板。 磁偏转：属外部偏转，有两个线圈绕在管颈上，一个线圈使电子 束产生水平偏转，另一个线圈产生垂直偏转。 偏转系统最重要的特性是灵敏度，它反映了偏转信号所能产生的偏转角度的大小。如果一个CRT的灵敏度低，为获得较大的偏转角度，只能加长管子的长度，其结果，显示器就非常笨重。静电偏转技术的灵敏度由下式确定： tanα＝LVd／(2DVa) α为偏转角度； Va为加速电压； Vd为偏转电压； L为偏转板的长度； D为板间距离。 显然，当偏转角α给定以后，Va愈大(即电子束速度愈高)，所要求的偏转电压(Vd)也愈高。 一般说来，磁偏转方法允许用较高速的电子束，因而能产生亮度较高的图象。另外，磁偏转系统可以使电子束会聚成更小的光点，且具有结构简单及所需电功率较小等优点，所以大多数CRT都用磁偏转系统。 c 荧光屏 荧光屏上涂有荧光粉，电子束打在荧光屏上，荧光粉就会发光而形成光点。除了颜色不同外，各类荧光物质之间的主要区别在于荧光物质的余辉时间。 通常，由电子束轰击荧光层某点产生荧光，当电子束离开该点后其亮度值随时间按指数规律衰减。 余辉时间就是指光亮度值衰减到初始值的1／10所需的时间。各种荧光物质的余辉时间差别很大，可以从几微秒到几秒，而用于图形设备的大多数荧光物质的余辉时间一般为几十到几百毫秒。 为了得到一幅稳定的、不闪烁的画面：①使电子束不断重复地描绘出原来的图形，如果重复频率足够快，某点的亮度值对观察者来说是 一个常数；②增长余辉时间。余辉时间是决定产生不闪烁图形所需刷新速率的主要因素。余辉时间越长，所需的刷新速率就越低。 c 荧光屏 一般短余辉的荧光物质适用于动画显示；而长余辉的荧光物质则适用于显示复杂的、静态的画面。 单色CRT显示图象的质量取决于： ①设备固有的单个光点直径的大小 ②“可寻址能力”(addressability)。可寻址能力可以理解为单位长度内能够利用的光点的数目。下图表示不同寻址能力显示图形的效果。通常总是希望点的直径大于点间距，以得到较光滑的图形。 荧光屏的分辨率 一个CRT在水平或垂直方向上能够识别出的光点最大数目称为分辨率。这是衡量CRT的重要指标，它取决于所用荧光物质的类型以及聚焦和偏转系统。有时我们也把分辨率理解成所能识别的光点的最小距离。显然，点数愈多，距离愈小，分辨率愈高，显示图形也就愈精确。分辨率与光点直径大小有关。 （2）CRT彩色显示原理 之所以能发出彩色，是由于使用了不同颜色荧光粉的结果。有两种类型： a 穿透式彩色CRT b 影孔板（荫罩）式彩色CRT 它能显示的颜色要比前者宽的多，常用于光栅扫描显示器。 这种CRT在屏幕内壁上涂有由红（R）绿（G）兰（B）三种颜色构成的荧光粉点，按RGB顺序分行交错排成密集的三角形形状。在距离荧光屏1cm处安装着影孔板，其上