计算机图形学课件之第2章图形输入输出设备.ppt

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1、第二章 交互式计算机图形处理系统硬件发展图形输出图形输出(显示、打印）设备显示、打印）设备l阴极射线管显示器（阴极射线管显示器（CRT）l液晶显示器（液晶显示器（LCD）l绘图仪绘图仪l打印机打印机 CRT显示器分类阴极射线管阴极射线管(CRT)组成：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏组成：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的荧光物质吸收，发光产生可见的图形。荧光物质吸收，发

2、光产生可见的图形。结构结构 l荧光物质：吸收电子束而发光荧光物质：吸收电子束而发光l余辉时间：持续发光时间，电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值余辉时间：持续发光时间，电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值l刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数l像素像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素：构成屏幕（图像）的最小元素l分辨率分辨率(Resolution)：在假定：在假定 屏幕尺寸一定的情况下，可用整个屏幕所能容纳的屏幕尺寸一定的情况下，可用整个屏幕所能容纳的 像素个数描述，如像素个数描述，如640*480，800*600，1024*768，1280*10

3、24等等等等某种某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率产生稳定图像所需要的最小刷新频率=1秒秒/荧光物质的持续发光时间（荧光物质的持续发光时间（Hz）应用：应用：主要用于画线显示器主要用于画线显示器优点：优点：成本低成本低缺点：缺点：只能产生有限几种颜色只能产生有限几种颜色如果每支电子枪发出的电子束的强度有如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级，则显示器能同时显个等级，则显示器能同时显示示256*256*256=16M种颜色，称为真彩色系统种颜色，称为真彩色系统显示器的分辨率显示器的分辨率l电子束按固定的扫描顺序扫描电子束按固定的扫描顺序扫描N条扫描线，每条条扫描线，每条扫描线有扫

4、描线有M个像素，个像素，M*N显示器的分辨率。显示器的分辨率。帧帧绘图仪绘图仪printerComputerDPU输入设备输入设备视频控制器视频控制器display逻辑部件：逻辑部件：帧缓冲存储器（帧缓冲存储器（Frame Buffer)视频控制器（视频控制器（Video Controller)显示处理器（显示处理器（Display Processing Uuit，简称，简称DPU）CRT帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同单元与像素一一对应单元与像素一一对应各单元的数值决定了其对应像素的颜色。各单元的数值决定了其对应像素的颜色。显示颜色的种类与帧缓

5、存中每个单元的位数有关。显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关。把显存分成若干色平面，各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应，同一像素点在各位面占同一地址，不同位面上同一像素地址中的内容决定像素的颜色。色平面越多，可表达的色彩越丰富。增加一个位面，色彩就增加一倍，而存储器写操作程序无需重新计算新地址，程序兼容性好。N位寄存器电子枪CRT光栅有N个位面的帧缓存2NDAC01 000102N-1灰度等级寄存器蓝色枪帧缓存DAC0001CRT光栅01DACDAC红色枪绿色枪红绿蓝三个位面，组合成红绿蓝三个位面，组合成8种颜色种颜色增加一个亮度位面，形成增加一个亮度位面，形成16种颜色种颜

6、色红绿蓝Black000Blue001Green010Cyan011Red100Magenta101Yellow110White111显存容量问题KNMV2log显存容量问题1024*768真彩模式需要真彩模式需要3M字节显存字节显存带宽带宽T与分辨率、帧频（刷新频率）与分辨率、帧频（刷新频率）F的关系的关系带宽问题带宽问题高分辨率和高刷新频率要求高带宽高分辨率和高刷新频率要求高带宽解决方法：解决方法：隔行扫描隔行扫描FNMT工作原理工作原理一帧完整的画面分成一帧完整的画面分成两场两场，即奇数场与偶数场，即奇数场与偶数场 图形软件发展及软件标准形成 通用的、与设备无关的图形标准通用的、与设备无

7、关的图形标准lGKS(Graphics Kernel System)(第一个官方标准，1977)lPHIGS(Programmers Herarchical Iuteractive Graphics system)一些非官方图形软件，广泛应用于工业界，成为事实上的标准一些非官方图形软件，广泛应用于工业界，成为事实上的标准lDirectX (MS)lXlib(X-Window系统)lOpenGL(SGI)lAdobe公司PostscriptOpenGL是近几年发展起来的一个性能卓越的三维图形标准，它是在SGI等多家世界闻名的计算机公司的倡导下，以SGI的GL三维图形库为基础制定的一个通用共享的开

8、放式三维图形标准。目前，包括Microsoft、SGI、IBM、SUN、HP等大公司都采用了OpenGL做为三维图形标准，许多软件厂商也纷纷以OpenGL为基础开发出自己的产品。其中比较著名的产品包括：动画制作软件Softimage和3D Studio MAX、仿真软件Open Inventor、VR软件World Tool Kit、CAM软件ProEngineer、GIS软件ARC/INFO等等。独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；可与Visual C+紧密接口，便于实现机械手的有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性；使用简便，效率高。一共有100多个函数。其中核心函数有115个除了提供基本的点、线、多边形的绘制函数外，还提供了复杂的三维物体（球、锥、多面体、茶壶等）以及复杂曲线和曲面（如Bezier、NURBS等曲线或曲面）绘制函数。基本几何变换和投影变换。颜色模式设置光照和材质设置 纹理映射功能位图显示和图象增强：反走样(Antialiasing)和雾(fog)的特殊图象效果处理 双缓存(Double Buffering)动画：双缓存即前台缓存和后台缓存，即后台缓存计算场景、生成画面，前台缓存显示后台缓存已画好的画面。