计算机图形学2-1 图形设备与系统分解

计算机图形学
第2章 计算机图形系统 及硬件基础
本章内容
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计算机图形系统的组成
计算机图形系统的功能
图形显示设备 图形绘制设备和输入设备*
2009-2010-2:CG:SCUEC
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计算机图形系统的组成
计算机图形系统是指用来生成、处理和显示图形 的一整套硬件和软件。
图形应用数据结构 计 算 机 图 形 系 统 图形软件 图形应用软件 图形支撑软件 图形接口 中央处理机 图形硬件 图形输出设备 图形输入设备 图形绘制设备 图形显示设备
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中央处理机（CPU）
中央处理机完成对图形的描述、建立、修改等 各种计算，并对图形实现有效的存储。 许多外部设备增加了固化的图形处理功能（如 显卡、绘图机等），可以接受更高级的绘图命 令，不但能实现图形的缓冲，而且能完成大部 分图形函数的功能，从而大大减轻了中央处理 机的负担，提高了输出速度。
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图形输出设备
图形输出设备将计算机处理好的结果转换成可见 的图形 常用图形输出设备及其分类
设备类型 图形显示 设备 图形绘制 设备 设备名称 CRT显示器 平板显示器 绘图仪 打印机 典型设备 光栅扫描显示器、随机扫描显示器、 直视存储管显示器 液晶显示器(Liquid Crystal Display) 等离子显示器(Palsma Display Panel) 平板绘图仪、滚筒式绘图仪 点阵式打印机、喷墨打印机、激光打印机
蓝(0,0,1)
B
RGB颜色立方体
彩色CRT的荧光屏上涂有分别能发红、绿、蓝三种颜色 的荧光粉，同时彩色CRT装有三个电子枪能分别发出电 子束来激发这三种物质。荧光粉受到不同强度的电子束 激发使发出的色光产生混合，从而形成彩色图形。根据 三色荧光粉在荧光屏上的排列方式不同，彩色CRT可分 为荫罩式CRT和荫栅式CRT

2、荫罩式
根据屏幕上荧光点的排列不同，控制栅也就不 一样。普通的显示器一般用三角的排列方式，这 种显像管被称为荫罩式显像管。荫罩法常用于光 栅扫描系统，因为它能产生的彩色范围比电子束 穿透法宽广得多。
三色荧光屏
荫罩
三个电子枪
能显示16兆种颜色的显示系统叫做真彩色显示系统
3、荫栅式
普通的显象管采用的都是荫罩式显象管，显象管 的表面呈略微凸起的球面状，故称之为“球面管”。 荫罩式球面显示器几何失真大，而且三角形的荧光 点排列造成即使点很密很细也不会特别清晰，所以 近几年荫栅式显示器逐渐流行起来。
喷绘仪实物图
四、静电设备
静电设备沿纸的宽度方向一次一整行地置负电 荷于纸上，尔后，面对调色剂曝光。调色剂充以 正电，被吸引到充以负电的区域，从而产生指定 的输出。 静电绘图仪分辨率可达200dpi，其速度比笔绘 仪高，运行可靠，噪声小，但用纸特殊而价格昂 贵。
静电绘图仪结构图
五、电热式设备
电热式利用点阵打印头的热度，在热感应纸上输 出图案。
二、激光设备
在激光设备里，激光束把要打印的图形写在感光 鼓上，鼓再把这一图形转移到纸上。激光打印机 的主要构成部分有感光鼓、炭粉、打底电晕丝和 转移电晕丝。
激光打印机结构图
三、喷墨设备
喷墨法产生的输出，是沿包裹在鼓上的纸卷逐行 喷墨水来实现的。在高压下墨水形成墨雾，充电 荷的墨雾在电场控制下发生偏转，将墨雾喷印到 纸上。
热升华打印机
六、笔绘仪
笔绘仪有一支或多支笔安装在横跨纸的笔架或滑杆 上，各种彩色和不同粗细的笔用来绘制各种阴影和 线型。与前面几种点阵硬拷贝设备不同，笔绘仪属 于随机画线硬拷贝设备。 笔绘仪的绘图速度取决于绘图笔移动的速度和 加速度。这里，加速度和笔绘仪笔头的质量有关。

主要内容
第2章 图形设备
➢计算机图形系统包含哪些外部设备？
图形输入设备：概念、特点
图形显示设备：概念、结构原理、工作方式、特点
图形绘制设备：概念、特点
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如果每支电子枪发出的电子束 的强度有256个等级，则显示 器能同时显示 256*256*256=16M种颜色，称 为真彩系统
调节各电子枪发出 的电子束中所含电 子的数目，即可控 制各色光点亮度。
从结构上看，CRT为：电子枪、偏转系统、荧光屏
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(1)电子枪
电子枪的主要功能是产生一个沿管轴（Z轴）方向前进的细电子束 轰击荧光屏
电子束应满足下列要求：
a.具有足够的电流强度。
b.电流的大小和有无必须是可控的。
c.具有很高的速度。
d.在荧光屏上应能聚焦很小的光亮，以保证显示器有足够的分 辨率。
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在光栅扫描系统中，电子束横向扫描屏幕，一次一行，从顶到 底顺次进行。当电子束横向沿每一行移动时，电子束的强度不 断变化来建立亮点的图案。
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扫描线 0 1 2 3
n
水平扫描(显示)
水平回扫(消隐) 垂直回扫(消隐)
图2-16光栅扫描示意图
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基本概念 刷新速率：每秒60到80帧，即60Hz或80Hz。 水平回扫（horizontal retrace），行扫描 垂直回扫（verticle retrace），场扫描 逐行扫描和隔行（interlaced）扫描：隔行扫描技术主要用于较 慢的刷新速率，以避免闪烁
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光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统 特点：光栅扫描 扫描线 帧 水平回扫期 垂直回扫期
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几个概念
➢行频、帧频 水平扫描频率为行频。垂直扫描频率为帧频。

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几个概念
点距 相邻象素点之间的距离，与分辨率指标相关。
显示速度 指显示字符、图形特别是动态图像的速度，与显
示器的分辨率及扫描频率有关。可用最大带宽 （水平象素数 × 垂直象素数 × 最大帧频）来 表示。
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几个概念
色彩与亮度等级 亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度变
孔的带负电的电子束的强弱。通过调节负电压 高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点 的亮度。
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聚焦系统
保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。
加速电极
加正的高压电（几万伏），使电子束高速 运动。
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偏转系统
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
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真彩系统
球面显示器与柱面显示器 普通的显象管采用的都是点状影孔板显象 管，显象管的表面呈略微凸起的球面状， 故称之为“球面管”。而柱面显象管采用 荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略 微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的， 呈圆柱状，故称之为“柱面管” 常用的点状影孔板显象管有日本索尼公司 的特丽珑管（Trinitron）和三菱公司的钻 石珑管（Diamondtron）
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电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线；
每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
调节各电子枪 发生的电子束中 所含电子的数目， 即可控制各色光 点亮度。
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强
度有256个等级，则显示器能同时显
示256*256*256=16M种颜色，称为
高速电子束
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