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第2章硬件课件.ppt
计算机图形学 机电学院 莫蓉 第二章 图形系统 第一节 系统的组成 第二节 图形硬件设备 第三节 图形软件系统 第四节 图形软件标准 系统的组成 硬件:与一般计算机结构类似 图形显示卡:显示速度快,显存容量大,硬盘容量大 输入设备:鼠标、数字化仪 输出设备:打印机、绘图机 图形硬件设备 一、显示设备 种类: 阴极射线管(CRT) 液晶显示器(LCD)(主流设备) 1 单色CRT(Cathode Ray Tube)构造 电子枪:灯丝、阴极、栅极、加速极 偏转系统:垂直、水平控制电子束 荧光屏:荧光粉 灯丝(加热) 阴极(发射电子束) 聚焦系统(加正电压形成电子束) 栅极(负电压) 垂直偏转 水平偏转 高电压加速 荧光粉 电子束 基本原理——偏转系统 静电场——通过静电场影响电子束偏转(在电子枪内部,较少使用) 磁偏转系统——电子束通过线圈,磁场使电子束产生水平和垂直偏转(在电子枪外颈部)。优点: 亮度高 结构简单 电功率小 光点小 基本原理——荧光屏 荧光粉:电子轰击后形成光点 余辉时间:光亮度值衰减到初始值的1/10 一般余辉时间:几时毫秒到几百毫秒 刷新:电子束重复刷新原来的图形 刷新频率:每秒钟重画图象的次数,现在常用的有60,70,80 显示动画:短余辉荧光粉 动画为何要使用短余辉? 常用术语 分辨率:在水平、垂直方向上能够识别出的最大光点数,例如800x640,1024x768 寻址能力:单位长度内能够利用的单个光点数 2 彩色CRT——影孔板法 荧光屏:涂有多组呈三角形的荧光粉,每个组有3个荧光点:红(R)、绿(G)、蓝(B) 电子枪:3个电子枪对应红、绿、蓝,分别控制每个基色的强度 经聚焦、偏转后的电子束穿过影孔板栅网上的小孔,激励荧光粉,形成一个色点 用于光栅扫描显示器 影孔板对分辨率亮度的影响 影孔板的径距影响分辨率 影孔板影响亮度:只有20%的电子束轰击荧光屏 液晶显示器(LCD) 液晶显示器(LCD): Liquid Crystal Display “液晶”:分子具有方向性的液体 。1888年,由奥地利植物学家发现,是一种介于固体与液体之间,具有规则性分子排列的有机化合物 优点:图像清晰精确、平面显示、厚度薄、重量轻、无辐射、低能耗、工作电压低。 液晶显示器的工作原理: 通过网络自学 液晶显示器的技术参数 可视面积:15吋 可视角度: 点距:可视宽度/水平像素 。例如285.7mm×214.3mm,最大分辨率为1024×768 点距=285.7mm/1024=0.279mm 色彩度:所能显示的颜色 对比值:最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值 响应时间:各像素点对输入信号反应的速度 显示器原理 随机扫描显示器 显示指令→接口电路→缓冲存储器 →固定存储器加图 光栅扫描显示器 光栅扫描显示器 位图-接口电路-帧缓存 图形控制器:扫描屏幕 读出帧缓存的内容:读出一个单元,扫过一个象素(同步) 读出值:控制象素亮度 回扫:扫完一帧,控制器申请中断,修改帧缓冲器内容 计算机 接口 控制器 光栅扫描 帧存储器 固定存储器 基本术语 位图:用帧缓存的内容表示图形,像素图像 扫描转换:将显示几何信息转换成位图(地址计算、颜色赋值) 帧回扫:扫描完一帧,申请中断。在回扫期间,便于实现动画 色彩种类:3基色合成与帧缓存的字长有关。 帧缓存:存储象素的亮度或颜色 24位面 红色: 8位,28=256 蓝色: 8位,28=256 绿色: 8位,28=256 28 x 28 x 28帧缓存 100110100001 24x24x24=4096 9,10,1 象素个数: 1024x768 例: 屏幕 地址对应 彩色表 帧缓存内容:彩色表地址,字长决定可选择多少种颜色彩色表内容:象素的颜色值,字长决定共有多少种颜色 例:总体能够提供4096种颜色,但是屏幕一帧可选择其中的256种颜色 帧缓存 彩色表 100110100001 6728=256 9,10,1 象素个数 屏幕 一帧可显示的颜色数 彩色表和帧缓存的关系? 光栅扫描显示器优点和缺点 优点: 显示面图形——真实感图形显示 扫描刷新与图形复杂度无关 价格便宜 修改帧缓存内容——易于实现动画 缺点: 走样变形——阶梯状图形 图形处理器(DPU) 功能:控制显示设备的操作 输出图素-〉象素位图 象素的移位、修改、复制 裁剪、窗口视图变换(也可软件处理) 交互操作 多处理器:几何处理器、三角形处理器、 缓冲器:Z缓冲器(消隐)、纹理缓冲器 二 硬拷贝设备-输出设备 绘图机: 笔式绘图机 喷墨绘图机 激光打印机 滚筒式绘图仪 平板式绘图机 随机扫描原理的绘图机 笔式绘图机原理:纸与笔
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