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第二讲：图形系统简介 Overview of Graphics System 2.1 视频显示设备 图形系统一般使用视频显示器作为基本的输出设备。大部分视频监视器的操作是基于标准的阴极射线管(CRT Cathode—Ray Tube)设计的，但是也存在一些另外的技术，如液晶显示器、等离子显示器等。 CRT按其结构和工作原理可分为单色CRT、直视型存储管、电子束穿透式CRT和多枪型彩色CRT四类。电子束穿透式CRT是非刷新式射线管，其他三种为刷新式射线管。 2.1 视频显示设备 2.1.1刷新CRT工作原理 CRT包括以下几部分 2.1 视频显示设备 刷新CRT工作原理： 灯丝加热-〉阴极温度升高发射电子-〉控制栅控制电子强度-〉聚焦系统聚焦-〉加速系统加速-〉偏转-到达荧光屏正确位置。 控制栅极是一金属圆筒，紧挨着阴极安装。若在控制栅上加高负压，则挡住电子，截断电子束，使之停止从控制栅极末端的小孔通过。而在控制栅施以较低的负压，则仅仅减少通过的电子数量。由于荧光涂层发射光的强度依赖轰击屏幕的电子数量，则可以通过改变控制栅的电压来控制显示的光强。我们使用图形软件命令设定各个屏幕位置的亮度级 。 2.1 视频显示设备 CRT的聚焦系统用来控制电子束，在轰击荧光屏时会聚到一个小点。否则，由于电子互相排斥，电子束在靠近屏幕时会散开。可以是静电聚焦或磁场聚焦，静电聚焦是带正电荷的金属原筒，磁场聚焦是包围crt的线圈。 加速系统利用一个加速阳极，或者是由带正电荷的金属产生一个加速电势。 2.1 视频显示设备 偏转系统：采用电场偏转或磁场偏转，电场偏转是两对平行的带电平板分别控制垂直和水平的偏转，磁场偏转是两对线圈，通过调整线圈中的电流产生磁场控制电子束的偏移 电子束经过控制格栅、聚焦系统、加速系统、片转系统、达到荧光屏的确定位置，电子束轰击荧光屏，轰击点吸收电子束能量而发光，不同的电子束强度产生不同亮度，从而产生不同亮度的颜色。 荧光在吸收电子能量发光，当一处电子束后发光逐渐消失。光点从发光到逐渐消失至原来发光强度的1/10所经历的时间为荧光的延迟（persistence）。为了使 2.1 视频显示设备 画面能够保持，需要每隔一段时间重新发射电子束对该点再次轰击，这个过程为刷新（refresh)。延迟越大的荧光屏需要的刷新频率越小。对于动画来说，较低的延迟是必要的。但对于复杂的静态图像，较高的延迟更有益。 一般的荧光屏的延迟为10-60ms。 由于电子束中心部分密度最大， 所以荧光点的中心部分发光最强。 光强成高斯分布。 2.1 视频显示设备 CRT显示器主要性能参数： 分辨率（resolution) ：可以显示的点的最多数目。 刷新频率( refresh frequency)：1s内显示屏扫描的次数 。 显示器尺寸：以英寸表示，大小为对角线的长度。 屏幕纵横比（ aspect ratio）：屏幕竖直方向和水平方向点数的比率。 2.1 视频显示设备 2.1.2光栅扫描显示器 （Raster-Scan Displays） 电子枪依次按行从 左至右，从上向下在荧光 屏上运动，轰击屏幕上的 荧光点发光产生图形，这 个过程叫扫描。对整个屏 幕扫描完成后，电子束回 到屏幕左上角重新开始下 一次扫描。 2.1 视频显示设备 有些光栅系统在扫描时， 不是逐行进行扫描的，而 是从第一行开始，隔一行 扫描一行，待完成最后一 行扫描后回到第二行开始 完成没有扫描的那些行。 这种扫描方式叫隔行扫描 2.1 视频显示设备 在扫描每一行中，电子束密度强弱变化使荧光屏光 点形成不同的亮度。图形的定义存放在一块存储空间，称为刷新缓存（refresh buffer) 或侦缓存(frame buffer),刷新缓存中存储的是图形在屏幕上各点的亮度值。屏幕上的每个光点称为像素。 屏幕象素点的亮度级依赖于具体的光栅系统。最简单的二值（只有黑和白）系统每一个像素只用1bit即可控制。对于真彩色，每个象素用24bit来控制，屏幕分辨率为1024*1024，需要的贞缓存要多大？ 2.1 视频显示设备 光栅扫描的特点 优点：因为对于任意的图形，系统都需要将所有的 屏幕的像素点都扫描一遍。所以扫描速度和图形的复杂 度无关，可显示任意复杂的图形而不会出现闪烁。 缺点：线条不直、圆弧不圆