易绚CG课件计算机图形显示原理.docxVIP

计算机图形显示原理一、计算机图形显示基本概念随着计算机科学技术的迅猛发展，借助于计算机的图形显示技术、图像处理技术和模式识别技术均取得了重大进展。仅在电视节目制作系统中，就有电视字幕机、三维动画工作站和非线性编辑系统等几大应用领域。而在这几大应用领域中，都离不开计算机图形显示技术。谈到计算机图形显示技术，可分为硬件和软件两大部分，且这两大部分密切相关。就广义的图形来说，可以分为由计算机生成的字幕与图形、由扫描仪输入的图 形、由图像卡输入的活动图像及由该卡捕捉到的单帧图像（可以用某一规定的图形格式来存储）等。当这些图形图像以文件形式存储下来时，可以有静态或动态、低 分辨率或高分辨率等数十种格式。1．图形适配器及其显示模式从1981年问世的ibmpc机到当今的pentium系列微机，其图形显示方式都是通过图形适配器送到光栅扫描帧缓冲式显示器进行显示的，而图形适配器则是一块插在计算机主板上总线扩充槽内的插卡，它沟通了主机与显示器的联系，一般简称作显示卡。在近20年的发展过程中，显示卡的种类与功能一直在不断地扩充。早期的单色显示卡（mda）只能显示单色图形，彩色显示卡（cga）问世后也仅仅是以 320×200的分辨率同屏显示4种颜色。标准vga彩显卡的出现使图形显示的最高分辨率达到了640×480像素点，但仍比pal制电视图像 768×576像素点或ccir601建议的720×576像素点的分辨率低，且此时的颜色只有16色，仍然不能满足电脑动画制作的要求。随着计算机图形显示技术的不断发展，出现了大量与标准vga显示模式兼容的增强型vga显示卡，如ultra－vga、super－vga、 tvga。近些年来，更有具备3d图形加速功能的高分辨率显示卡相继问世，如winfast的3ds600dx等。这些增强的显示卡主要是增加了卡上图形 处理芯片的功能与速度，并相应增加了卡上显示缓冲区的存储容量及提高了时钟频率。因此，增强vga卡可以在1024×768的显示模式下同屏显示256种 颜色直至1670万种颜色，其中3ds600dx显示卡可以在1280×1024的超高分辨率下同屏显示1670万种颜色，更可以在1600×1200超 高分辨率下同屏显示6．5万种颜色。在各种显示模式中，800×600像素点的分辨率超过了普通电视的分辨率，而1670万种颜色也足以超过人眼对色彩的分辨能力。因此，目前与具有 pal制电视编码功能的图像卡配合而输出标准电视信号的图形模式都是基于800×600这一显示模式。此时，在图像卡上视频缓冲区中的图像数据，首先经 d／a转换为模拟r、g、b信号，再经pal制电视编码后即可输出分辨率达768×576像素点的全彩色（也称作真彩色）隔行扫描电视信号。以前几年流行 的字幕机及三维动画工作站为例，经制作并渲染完成的三维动画各帧画面就是经targa图像卡或illuminator图像卡按上述模式输出单帧广播档标 准的pal制电视图像信号的，近年来的三维动画工作站则通过大容量的帧存储器或高速磁盘阵列，配合高效的mpeg－Ⅱ压缩算法，可输出实时的广播档电视信 号。2．光栅图形显示器的工作原理在图形显示卡上都有一个由视频存储器vram组成的显示缓冲区，它接受并暂存计算机送来的图形图像数字信息，经d／a转换为模拟信号后，再送到显示器 去显示。早期的mda卡上仅有4kb容量的显示缓冲存储器，到标准vga卡时容量增至512kb。增强vga卡一般为1mb容量，而目前扩展功能的显示卡 上，显示缓冲区的容量已达到2mb到4mb。显示缓冲区可以看成是一个与屏幕上像素分布一一对应的二维矩阵，其中的每一个存储单元对应着屏幕上的一个像素，其位置可以由二维坐标（x，y）来表示。显示缓冲区的存储单元与显示器屏幕坐标的对应关系可以由图1来示意。由于每一个显示缓冲单元可以由许多个位（bit）来表示，因此在图中用z方向来表示每一个显示缓冲单元的位。它可以只有1位，也可以多达8位、16 位、24位甚至更高。每一个缓冲单元所存储的信息称之为“像素值”，它决定了像素的颜色或灰度，因此，每个缓冲单元的位数越多，则颜色种类或灰度等级也就 越多。当对应每个像素的位数为n时，该像素所能表达的颜色或灰度等级数为2n。因此，当每像素为8位时，可以表示256种颜色或灰度，而当每像素为24位 时，可以表示1670万种颜色或灰度。实际的光栅扫描显示器大多采用荫罩式的crt，由红、绿、蓝三枪发射的电子束通过荫罩板射到荧光屏上对应颜色的荧光粉上。因此，前述的每一个像素值将 通过一个“彩色表”将像素值转换为三种基色的分量信号，经相应的d／a转换后去分别控制三基色电子枪。图2示出了缓冲单元中的像素值为4位时，彩色光栅图 形显示器的工作原理。　3．图形显示过程图形的显示过程应该从硬件和软件两个方面来说。