第2章計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及硬件

基礎(chǔ)

Contents

?概述

,圖形顯示原理

?繪圖設(shè)備

?圖形輸入設(shè)備

2.1概述

2.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的圖形設(shè)備

■計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)用來(lái)生成、處理和顯示圖形，通

常由以下三部分構(gòu)成：

-中央處理器

-圖形輸出設(shè)備

-圖形輸入設(shè)備

中央處理器（CPU）

?中央處理器完成對(duì)圖形的描述、建立、修改等

各種計(jì)算，并對(duì)圖形實(shí)現(xiàn)有效的存儲(chǔ)。

?許多外設(shè)所增加的固化的圖形處理功能，可接

受更高級(jí)的繪圖命令，實(shí)現(xiàn)圖形的緩沖，以及

完成大部分圖形函數(shù)的功能，從而大大減輕了

CPU的負(fù)擔(dān)。

圖形輸入設(shè)備

-常用的圖形輸入設(shè)備

-鍵盤(pán)

-鼠標(biāo)

?另外

-跟蹤球、空間球

,-光筆、觸摸板、圖形掃描儀

-數(shù)字化儀、手寫(xiě)輸入板

-語(yǔ)音輸入

-數(shù)據(jù)手套

圖形輸出設(shè)備

?包括圖形顯示設(shè)備和圖形繪制設(shè)備

-圖形顯示設(shè)備：用于在屏幕上輸出圖形

?基于陰極射線管的監(jiān)視器

?液晶顯示器

?等離子顯示器

-圖形繪制設(shè)備：用于把圖形畫(huà)在紙上，也稱(chēng)硬拷貝

?打印機(jī)

?繪圖儀

2.1.2圖形的輸入輸出處理流程

?一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)至少應(yīng)具有計(jì)算、存儲(chǔ)、輸

入、輸出、交互等基本功能，各功能關(guān)系如下：

圖形系統(tǒng)基本功能框圖

1.計(jì)算功能

計(jì)算功能包括：

1）圖形的描述、分析和設(shè)計(jì)；

2）圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、投影、透視等幾何變換;

3）曲線、曲面的生成；

4）圖形之間相互關(guān)系的檢測(cè)等。

2.存儲(chǔ)功能和輸入功能

?存儲(chǔ)功能

圖形數(shù)據(jù)庫(kù)可以存放各種圖形的幾何數(shù)據(jù)及圖形

之間的相互關(guān)系，并能快速方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的刪除、

增加、修改等操作。

?輸入功能

通過(guò)圖形輸入設(shè)備可將基本的圖形數(shù)據(jù)（如點(diǎn)、

線等）和各種繪圖命令輸入到計(jì)算機(jī)中，從而構(gòu)造更

復(fù)雜的幾何圖形。

3.輸出功能和交互功能

?輸出功能

圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算后可在顯示器上顯示當(dāng)前的狀態(tài)

以及經(jīng)過(guò)圖形編輯后的結(jié)果，同時(shí)還能通過(guò)繪圖儀、

打印機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)硬拷貝輸出，以便長(zhǎng)期保存。

?交互功能

設(shè)計(jì)人員可通過(guò)顯示器或其他人機(jī)交互設(shè)備直接進(jìn)

行人機(jī)通信，對(duì)計(jì)算結(jié)果和圖形利用定位、拾取等手

段進(jìn)行修改，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)者或操作員輸入的錯(cuò)誤給以

必要的提示和幫助。

圖形的基本處理流程

?利用各種圖形輸入設(shè)備及軟件或其他交互設(shè)備將圖形

輸入到計(jì)算機(jī)中，以便進(jìn)行處理；

■在計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)圖形進(jìn)行各種變換（如幾何變換、投

影變換）和運(yùn)算（如圖形的并、交、差運(yùn)算等）；

?處理后，將圖形轉(zhuǎn)換成圖形輸出系統(tǒng)便于接受的表示

形式，并在輸出設(shè)備上輸出；

?在交互式的系統(tǒng)中上述過(guò)程可重復(fù)進(jìn)行多次，直至產(chǎn)

生滿意的結(jié)果。

2.2圖形顯示原理

圖形顯示設(shè)備主要有以下三種:

-CRT顯示器

-液晶顯示器

-等離子顯示器

2.2.1CRT顯示器

1.CRT顯示器顯示原理

CRT顯示器主要由陰極、

電平控制器（即控制極）、聚

焦系統(tǒng)、加速系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

和陽(yáng)極熒光粉涂層組成，這六

部分都在真空管內(nèi)。

CRT顯示器原理圖

第一陽(yáng)極第二陽(yáng)極偏轉(zhuǎn)線圈高壓入口經(jīng)石墨層接第二陽(yáng)極

（磷粉涂層）

石墨層吸收轟擊磷粉涂層后逃逸在熒光屏內(nèi)

的雜撒電子送至第二陽(yáng)極，形成電流回路。

2.彩色CRT顯示器的顯示原理

?RGB模型

由紅、綠、藍(lán)三種

顏色組成的原色系統(tǒng)稱(chēng)

為RGB模型。它是定義

于某個(gè)紅綠藍(lán)顏色坐標(biāo)

系統(tǒng)中的單位立方體。

坐標(biāo)原點(diǎn)代表黑色，坐

標(biāo)點(diǎn)（1,1,1）代表白色。

坐標(biāo)軸上的頂點(diǎn)代表三

個(gè)基色，余下的頂點(diǎn)則

代表每一個(gè)基色的補(bǔ)色。

彩色CRT光柵掃描顯示器有三個(gè)電子槍?zhuān)?/p>

熒光屏上涂有三種熒光物質(zhì)，分別能發(fā)紅、綠、藍(lán)

三種顏色的光。電子槍通常成三角形排列，與CRT

屏幕上的三角形紅、綠、藍(lán)熒光點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

蔭罩式CRT熒光點(diǎn)的排布方案

電子槍和對(duì)應(yīng)的熒光點(diǎn)必

須在一條直線上。為保證紅槍電子束綠槍電子束

每個(gè)電子槍都能擊中對(duì)應(yīng)

顏色的熒光點(diǎn)，在電子槍

和熒光屏之間放置一個(gè)有

孔的金屬網(wǎng)格（即蔭罩）。

調(diào)整彩色電子槍的排布方

式可讓三個(gè)電子束都匯聚

于蔭罩上。這樣，某顏色

的電子束通過(guò)蔭罩后，就

彩色CRT電子槍和蔭罩的排布

可避免和另外兩種顏色的

熒光點(diǎn)相交，而只能與自

己對(duì)應(yīng)顏色的熒光點(diǎn)相交。

刷新頻率

?將圖形的幾何信息轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)在幀緩存中的光柵

（點(diǎn)陣）圖像并以一定格式的視頻圖像顯示的過(guò)

程叫掃描轉(zhuǎn)換。

?刷新一次指電子束從上到下將熒光屏掃描一次，

只有刷新頻率高到一定值后，圖像才能穩(wěn)定顯示。

大約達(dá)到每秒60幀，即60Hz時(shí)，人眼才能感覺(jué)到

屏幕不閃爍，要使人眼覺(jué)得舒服，一般必須有

85Hz以上的刷新頻率。

隔行掃描技術(shù)

?每一幀分為兩個(gè)場(chǎng)顯示，每個(gè)場(chǎng)只包含一半畫(huà)面。

兩個(gè)場(chǎng)是交錯(cuò)的，一個(gè)場(chǎng)包含所有的奇數(shù)掃描行,

另一個(gè)場(chǎng)包含所有的偶數(shù)掃描行，兩個(gè)場(chǎng)以1/60

秒的時(shí)間間隔交替顯示。

?掃描從奇數(shù)場(chǎng)左上角開(kāi)始，每一行都是自左向右。

電子束在橫向掃描的同時(shí)以一個(gè)較低的速率向下

移動(dòng)，當(dāng)掃描線到達(dá)屏幕右端時(shí)，就將其隱去并

迅速返回屏幕左端。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為水平回掃。接

著下一奇數(shù)行重復(fù)這一過(guò)程。

.當(dāng)整場(chǎng)掃描完畢時(shí)，掃描線正好停在底部a1

央。接著掃描線迅速回到屏幕頂部中央，這就

是奇數(shù)場(chǎng)垂直回掃。

?接著進(jìn)行偶數(shù)場(chǎng)掃描，偶數(shù)場(chǎng)掃描第金彳町幕

右下角，垂直回歸后電子束返回屏雅左上角。

一一一

2一—一一一一一一

一-》二「一

___.一一、、一一一

一一一一一J'一一一一一

一一一"L一

一一一一一一一二\二一

__一一1-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

奇數(shù)場(chǎng)從第一行開(kāi)始，水平回掃用虛線表示

有7條掃描線的隔行掃描

3.光柵掃描式圖形顯示器

1）是畫(huà)點(diǎn)設(shè)備，可看成一個(gè)點(diǎn)陣單元發(fā)生器，并

可控制每個(gè)點(diǎn)陣單元的亮度。

2）發(fā)出的電于束的偏轉(zhuǎn)方式是固定的，自上而下,

從左到右掃描在熒光屏上形成光柵形狀。

3）圖形是通過(guò)電子束掃描到光柵上的圖形象素點(diǎn)

時(shí)呈現(xiàn)的亮度或顏色與光柵背景的亮度或顏色

不同而襯托出的，可形成多級(jí)灰度或顏色的圖

像。

4）由于圖像是由像素陣列組成，顯示一幅圖像

所需要的時(shí)間等于顯示整個(gè)光柵所需的時(shí)間,

而與圖像的復(fù)雜程度無(wú)關(guān)。

綜上，可把光柵圖形顯示器看做許多離散點(diǎn)組

成的矩陣，每個(gè)點(diǎn)都可以發(fā)光。除非特殊情況，

一般在矩陣中是不能直接從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)

（或一個(gè)像素到另一個(gè)像素）畫(huà)一條筆直的直

線，但可以用一系列的點(diǎn)（或像素）來(lái)近似地

表示這條直線。

顯然，只有畫(huà)水平、垂直或正方形的對(duì)角線

時(shí)，才能用點(diǎn)或像素畫(huà)出一條真正的直線，其他

情況下的直線均呈階梯狀，這種現(xiàn)象稱(chēng)為走樣或

鋸齒（如下圖所示）。采用反走樣技術(shù)可適當(dāng)減輕

階梯效果。

(a)(b)

光柵化的直線

幀緩沖存儲(chǔ)器（幀緩存）

實(shí)現(xiàn)光柵CRT圖形顯示器的最常見(jiàn)方法是使用幀緩存。

1）幀緩沖存儲(chǔ)器是一塊連續(xù)的存儲(chǔ)空間。

2）光柵中的每個(gè)像素在幀緩存中至少要有1位

（bit）,每個(gè)像素1位的存儲(chǔ)空間稱(chēng)為位面

（bitplane）o畫(huà)面就是由幀緩存中的這些

位信息組成的。

3）圖形在計(jì)算機(jī)中是一位一位產(chǎn)生的,,工

個(gè)存儲(chǔ)彳立只看?；?兩個(gè)狀態(tài),因此一個(gè)位

面的幀緩存只能產(chǎn)生黑白圖形。

4）幀緩存是數(shù)字設(shè)備，光柵顯示器是模擬設(shè)備，

要把幀緩存中的信息在光柵顯示器屏幕上輸

出必須經(jīng)過(guò)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，這個(gè)工作由DAC

（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）完成。

具有1位幀緩存的黑白光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖

光柵圖形顯示器中需要有足夠的位面和幀緩

存結(jié)合起來(lái)才能反映圖形的顏色和灰度等級(jí)。

具有N位幀緩存的黑白灰度光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖

顯示器上每個(gè)像素的亮度由N個(gè)位面中對(duì)應(yīng)的每個(gè)像素

位置的內(nèi)容共同決定，即每一位的二進(jìn)制被存入指定的寄存

器中，該寄存器中二進(jìn)制的數(shù)被翻譯成灰度等級(jí)，其范圍在

0?2"—1之間。

為避免幀緩存的增加，可采用顏色查找表來(lái)提高

灰度級(jí)別，如下圖所示，幀緩存中的位面號(hào)為顏色查

找的索引，顏色查找表必須有2N項(xiàng)，每一項(xiàng)具有W位

字寬。當(dāng)W大于M寸，可有2皿灰度等級(jí)，但每次只有2"

個(gè)不同灰度等級(jí)可用。若要使用2N種以外的灰度等級(jí),

需改變顏色查找表中的內(nèi)容（重裝顏色查找表）。

CRT光柵

具有N位幀緩存和W位顏色查找表的光柵顯示器結(jié)構(gòu)圖

由于只有三種原色，所以可用三個(gè)位面實(shí)現(xiàn)一個(gè)

簡(jiǎn)單的彩色幀緩沖存儲(chǔ)器。下圖為簡(jiǎn)單的彩色光柵顯

示器，由分別對(duì)應(yīng)紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三原色的三個(gè)

位面的幀緩存，DAC,三個(gè)電子槍和CRT光柵組成。

一個(gè)簡(jiǎn)單的彩色幀緩沖存儲(chǔ)器

對(duì)每個(gè)顏色的電子槍可通過(guò)增加幀緩存位面來(lái)提

高顏色種類(lèi)的灰度等級(jí)。如下圖，每種原色電子槍有8

個(gè)位面的幀緩存和8位的DAC,每種原色有28種灰度等

級(jí)，三種原色的組合有224種顏色。這種顯示器稱(chēng)為全

色光柵掃描圖形顯示器，其幀緩存稱(chēng)為全色幀緩存。

寄存器

-?I1iol111111olol-----?8位DAC

藍(lán)172-------------

I藍(lán)I

-1-L_II川()1()11111DI削----?8位DAC

綠12

/Ii綠

()1口()1()111()15J——?8位DAC

紅36

彩色電子槍I紅卜

幀緩沖存儲(chǔ)器

CRT光柵

一個(gè)具有24位面的彩色幀緩沖存儲(chǔ)器

若各組位面存放的不是直接的顏色值而是顏色查找

表的地址索引，則全色幀緩存的顏色還可進(jìn)一步豐富。

一個(gè)具有24位面的彩色幀緩存和10位顏色查找表的結(jié)構(gòu)圖

光柵掃描顯示器的主要性能參數(shù)

?分辨率

-指顯示器在屏幕水平（垂直）方向可顯示多少像素

-分辨率越高，顯示的字符或圖像越清晰

?亮度等級(jí)數(shù)目和色彩

-指單種顏色亮度可變化的數(shù)目

-亮度等級(jí)范圍的提升可使圖像看上去更柔和自然

?點(diǎn)距

-指相鄰像素點(diǎn)之間的距離（即像素的直徑）

?顯示速度

-指顯示字符、圖形，特別是動(dòng)態(tài)圖像的速度

4.隨機(jī)掃描的圖形顯示器

?隨機(jī)掃描的圖形顯示器是畫(huà)線設(shè)備，在屏幕

上顯示一條直線是從屏幕上的一個(gè)可編址點(diǎn)

直接畫(huà)到另一個(gè)可編址點(diǎn)。

?電子束的定位和偏轉(zhuǎn)具有隨機(jī)性，在某一時(shí)

亥U,顯示屏上只有一個(gè)光點(diǎn)發(fā)光，因而可畫(huà)

出線很細(xì)的圖形，故又稱(chēng)之為畫(huà)線式顯示器。

基本工作過(guò)程

?從顯示文件存儲(chǔ)器中取出畫(huà)線指令或顯示字符

指令、方式指令，送到顯示控制器。

?顯示控制器控制電子束的偏轉(zhuǎn)，轟擊熒光屏上

的熒光材料，從而呈現(xiàn)出一條發(fā)亮的圖形軌跡。

?由于屏幕采用短余輝的熒光粉，因此，必須不

斷地要復(fù)掃描顯示文件（即刷新），以獲得穩(wěn)

定的畫(huà)面。

2.2.2液晶顯示器

液晶顯示器（LCD）

依驅(qū)動(dòng)方式分為靜態(tài)

驅(qū)動(dòng)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)-1

和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)3種。

1.液晶的物理特性

?液晶即液態(tài)晶體，具有線狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分子，

可象液體那樣流動(dòng)。

?液晶分子的排列柔軟易變形，受電場(chǎng)、磁場(chǎng)、

溫度、應(yīng)力等外部條件作用時(shí)會(huì)重新排列。

?當(dāng)通電和不通電時(shí)液晶分子處于兩種不同的排

歹U,一種排列光線容易通過(guò)，而另一種排列阻

止光線通過(guò)。

2.單色液晶顯示器的原理

?在液晶顯示器中，液晶是灌入兩個(gè)有細(xì)槽的平

面之間。

?液晶顯示器依靠極化濾光器（片）影響光線穿

過(guò)液晶。

-自然光線是朝所有方向隨機(jī)發(fā)散的。

-極化濾光器實(shí)際是一系列逐步變細(xì)的平行線，這些

線阻斷不與它們平行的所有光線。

-只有兩個(gè)濾光器的線完全平行，或者通過(guò)第一個(gè)極

化濾光器的光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個(gè)極化濾光器

相匹配，光線才得以穿過(guò)第二個(gè)極化濾光器。

如下圖所示，兩個(gè)極化濾光器互相垂直，穿過(guò)第一

個(gè)極化濾光器的光線，經(jīng)過(guò)扭曲的液晶后，光線被扭曲

90°,正好可以穿過(guò)第二個(gè)極化濾光器。

TwistedNematicCell

但若為液晶加一個(gè)電壓，液晶分子又會(huì)重新排列

并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，將被第二個(gè)濾光器擋

住?？傊与姽饩€將被阻斷，不加電光線將射出，

PolarizerTwistedNematicCellPolarizer

?液晶材料本身不發(fā)光，所以顯示屏兩邊設(shè)有作為

光源的燈管。

■液晶顯示屏背面有一塊背光板和反光膜，背光板

由熒光物質(zhì)組成，可以發(fā)射光線，提供均勻的背

景光源。

?背光板發(fā)出的光線穿過(guò)第一層偏振過(guò)濾層后進(jìn)入

液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的

單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的

一個(gè)像素。

?玻璃板與液晶材料之間的透明電極分為行和列，

在行與列的交叉點(diǎn)上，通過(guò)改變電壓而改變液晶

的旋光狀態(tài)，從而改變屏幕上相應(yīng)像素的亮度。

3.彩色液晶顯示器的工作原理

?彩色LCD要具備專(zhuān)門(mén)處理彩色顯示的色彩過(guò)

濾層。

?彩色LCD面板中的每一個(gè)像素由3個(gè)液晶單

元格構(gòu)成，每一個(gè)單元格前面都分別有紅色、

綠色或藍(lán)色的過(guò)濾器。這樣，通過(guò)不同單元

格的光線可在屏幕上顯示出不同的顏色。

4.液晶顯示器的特點(diǎn)

?優(yōu)點(diǎn)：

-工作電壓低、功耗??；

-無(wú)輻射，對(duì)人體健康無(wú)損害；

-完全平面，無(wú)閃爍、失真，可視面積大，又

-薄又輕，能大量節(jié)省空間；

-抗干擾能力比CRT顯示器強(qiáng)得多。

?缺點(diǎn)：--

-視角太小、亮度和對(duì)比度不夠大

2.2,3等離子顯示器

等離子顯示器是

新一代顯示設(shè)備，

它采用了近幾年來(lái)

高速發(fā)展的等離子

平面屏幕技術(shù)。

1.等離子顯示器的工作原理

?等離子顯示器由密封在玻璃膜夾層中的晶格

矩陣（光柵）組成，每個(gè)晶格充有低壓氣體。

?在高電壓作用下，氣體會(huì)電離解。電離解后

的氣體稱(chēng)為等離子體，所以這種顯示器稱(chēng)為

等離子顯示器。

?當(dāng)電子又重新與原子結(jié)合在一起時(shí)，能量就

會(huì)以光子的形式釋放出來(lái)，這時(shí)氣體就會(huì)釋

放出具有特征的輝光。

等禺子顯示器有交流(AC)激發(fā)的、直流(DC)激

發(fā)的、交直流(AC/DC)混合激發(fā)的三種類(lèi)型。直流激

發(fā)的等離子顯示器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。

要點(diǎn)亮某個(gè)地址的氣泡，開(kāi)始要在相應(yīng)行上加較高

的電壓，氣泡點(diǎn)亮后，可用低電壓維持氣泡的亮度。關(guān)

掉某個(gè)氣泡，只要將相應(yīng)的電壓降低。改變控制電壓，

可使等離子板顯示不同灰度的圖形。

2.等離子顯示器的特點(diǎn)

?優(yōu)點(diǎn)：

-重量較輕、完全無(wú)x射線輻射；

-屏幕亮度非常均勻，不存在明顯的亮區(qū)和暗區(qū);

-不存在某些區(qū)域聚焦不良或散焦的毛?。?/p>

-屏幕更平展，觀察視角更大。

?缺點(diǎn)：

-價(jià)格較高；

-顯示屏上的玻璃較薄使屏幕較脆弱。

2.2.43種顯示技術(shù)的比較

性質(zhì)陰極射線管液晶顯不器寸?為JMk/J、名］

功耗大小中

屏幕大小大

厚度大小小

平面度一般好好

亮度好適中好

分辨率中一般好

對(duì)比度中差好

灰度等級(jí)好差好

視角大小大

色彩豐富中豐富

價(jià)格低中高

2.2.5顯卡

?顯卡根據(jù)CPU提供的指令和有關(guān)數(shù)據(jù)將程

序運(yùn)行過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理、并轉(zhuǎn)

換成顯示器能夠接受的文字和圖形顯示信

號(hào)，通過(guò)屏幕顯示出來(lái)。

?顯示器必須依靠顯卡提供的顯示信號(hào)才能

顯示出各種字符和圖像。

常見(jiàn)顯卡的結(jié)構(gòu)中包括：顯卡BIOS芯片、

圖形處理芯片、顯存、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(RAMDAC)

芯片、接口等。下圖為顯卡的工作原理。

顯卡工作原理圖

1.顯卡BlOS芯片

?顯卡BIOS芯片主要用于保存VGA（Video

GraphicsArray,視頻圖形陣列）BIOS程序。

?VGABIOS是視頻圖形卡基本輸入、輸出

系統(tǒng)，主要用于顯卡上各器件之間正常運(yùn)

行時(shí)的控制和管理，BIOS程序的技術(shù)性

能對(duì)整個(gè)顯卡的性能有很大影響。

2.圖形處理芯片

?圖形處理芯片是顯卡的核心，可將它看作是完

成圖像生成與操縱的、獨(dú)立于CPU的一個(gè)本地

處理器，它管理與系統(tǒng)總線的接口，這個(gè)接口

應(yīng)具有零等待的猝發(fā)式傳送能力。

?圖形處理芯片的主要作用是依據(jù)設(shè)定的顯示工

作方式，自主地、反復(fù)不斷地讀取顯示存儲(chǔ)器

中的圖像點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換成R、G、B三

色信號(hào)并配以同步信號(hào)送至顯示器，即刷新屏

幕。

圖形處理芯片應(yīng)具有:

1）一個(gè)由系統(tǒng)總線至顯示存儲(chǔ)器總線的通

路，以支持屏幕的修改或更新。

2）顏色查找表的功能

3）圖形加速功能

3.顯示存儲(chǔ)器

?顯存（也稱(chēng)為“幀緩存”）的用途

-主要用來(lái)保存由圖形芯片處理好的各幀圖形顯示數(shù)

據(jù)，然后由數(shù)模轉(zhuǎn)換器讀取并逐幀轉(zhuǎn)換為模擬視頻

信號(hào)再提供給顯示器使用。

-顯存的大小直接影響到顯卡可以顯示的顏色多少和

可以支持的最高分辨率。

?衡量顯存的技術(shù)性能的指標(biāo)

-數(shù)據(jù)存取速度（可通過(guò)工作時(shí)鐘頻率體現(xiàn)）

-顯存容量

顯存的種類(lèi)

?單端口顯存：從顯示芯片讀取數(shù)據(jù)以及向

RAMDAC傳輸數(shù)據(jù)都是經(jīng)過(guò)同一個(gè)端口，這

樣數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)和傳輸就無(wú)法同時(shí)進(jìn)行。

?雙端口顯存：可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的“讀”和

“寫(xiě)”，從而提高了顯存的效率，滿足了高

分辨圖形顯示的需要。

4.數(shù)模轉(zhuǎn)換器

?數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，

使顯示器能夠顯示圖像。

?數(shù)模轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)重要作用是提供顯卡

能夠達(dá)到的刷新率，它也影響著顯卡輸出

的圖像質(zhì)量。

?數(shù)模轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)主要是工作時(shí)鐘頻

率。

2.2.6顯卡對(duì)OpenGL的支持

?OpenGL為圖形設(shè)備的軟件接口，只要操作系

統(tǒng)安裝了支持OpenGL的顯卡以及對(duì)OpenGL支

持的應(yīng)用程序就可以使用。

?OpenGL的主要目的是把二維和三維的圖形圖

像繪制到幀緩存中。

?OpenGL的功能由主CPU轉(zhuǎn)移到加速卡上實(shí)現(xiàn),

大大加速了圖形的處理速度。

2.3繪圖設(shè)備

2.3.1噴墨繪圖機(jī)

噴墨繪圖機(jī)

是一種光柵類(lèi)型

的圖形輸出設(shè)備,

基本原理是將小

墨點(diǎn)噴射到介質(zhì)

上。

噴墨裝置多數(shù)情況安裝在類(lèi)似打印機(jī)的機(jī)頭上，

紙繞在滾筒上快速旋轉(zhuǎn)，噴墨頭則在滾筒上緩慢水平

運(yùn)動(dòng)。繪圖機(jī)的墨水泵將黃、品紅、青三種顏色的墨

水分別注入3支很細(xì)的噴筆中。在高壓下，墨水通過(guò)

噴筆內(nèi)細(xì)而長(zhǎng)的玻璃毛細(xì)管?chē)姷郊埳稀?/p>

噴墨繪圖機(jī)的結(jié)構(gòu)

?噴墨繪圖機(jī)的分辨率取決于墨滴的大小,

也就是噴嘴的大小。

?某些噴墨繪圖機(jī)可以接收視頻及數(shù)字信

號(hào)，因此可用于光柵顯示屏幕的硬拷貝,

此時(shí)圖像分辨率受到視頻輸入分辨率的

限制。

2.3.2激光打印機(jī)

激光打印

機(jī)是一種既可

用于打印字符

又可用于繪圖

的設(shè)備。

激光打印機(jī)的工作原理

1）激光打印機(jī)主要由感光鼓、粉盒、打底電

暈絲和轉(zhuǎn)移電暈絲等組成，如圖（a）所示。

廄

光鼓

碳粉

豈

/

前

￡

>

忠

滾筒

器口打麻

(a)

2）激光打印機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，感光鼓旋轉(zhuǎn)通過(guò)

打底電暈絲，使整個(gè)感光鼓的表面帶上電

荷，如圖（b）所示。

(b)

3）打印機(jī)處理器將打印數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)打印

引擎動(dòng)作的類(lèi)似數(shù)據(jù)表的信號(hào)組，并送至激光

發(fā)射器。發(fā)射器發(fā)射的激光照射在多棱反射鏡

上，反射鏡的旋轉(zhuǎn)和激光的發(fā)射同時(shí)進(jìn)行，依

照打印數(shù)據(jù)來(lái)決定

激光的發(fā)射或停止。

每個(gè)光點(diǎn)打在反射

鏡上，隨著反射鏡

的轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷變換

角度，將激光點(diǎn)反

射到感光鼓上，如

圖（c）所示。

（C）

4)感光鼓上被激光照到的點(diǎn)將失去電荷，在感光

鼓表面形成一幅肉眼看不到的磁化現(xiàn)象。感光

鼓旋轉(zhuǎn)到上粉盒，其表面被磁化的點(diǎn)將吸附碳

粉，從而在感光鼓上形成將要打印的碳粉圖像,

如圖（d）所示。

(d)

5)打印紙從感光鼓和轉(zhuǎn)移電暈絲之間通過(guò)，轉(zhuǎn)移

電暈絲將產(chǎn)生比感光鼓上更強(qiáng)的磁場(chǎng)，碳粉受

吸引從感光鼓上脫離，向轉(zhuǎn)移電暈絲方向移動(dòng),

結(jié)果是在不斷向前運(yùn)動(dòng)的打印紙上形成碳粉圖

像。打印紙繼續(xù)向感光鼓

前運(yùn)動(dòng)，通過(guò)高溫

的溶凝部件，定型

在打印紙上，產(chǎn)生

永久圖像，如圖

(e)所示。

激光打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

?有效利用了激光定向性、單色性和能量密集

性，并結(jié)合了電子掃描技術(shù)的高靈敏度和快

速存取等特性。

?輸出圖形圖像的質(zhì)量非常高，分辨率可達(dá)

300?600點(diǎn)/英寸。

?圖形及文本質(zhì)量非常高，可直接作為制版的

原稿。

2.3.3筆式繪圖機(jī)

筆式繪圖機(jī)

是矢量型設(shè)備,

在操作過(guò)程中,滾筒式繪圖機(jī)

繪圖筆相對(duì)紙

作隨意移動(dòng)。

筆式繪圖機(jī)分

為滾筒式和平

板式。

平板式繪圖機(jī)

1.滾筒式繪圖機(jī)

筆和紙都是運(yùn)動(dòng)的。繪圖紙卷在滾筒上，步進(jìn)電機(jī)

帶動(dòng)鏈輪作正向和反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)圖紙作X方向的正向

和負(fù)向運(yùn)動(dòng)，滾筒上方的筆架可存放多支畫(huà)筆，畫(huà)筆由

另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)作y方向的正負(fù)向往返運(yùn)動(dòng)，兩種

運(yùn)動(dòng)的結(jié)合使畫(huà)筆畫(huà)出各種圖形。

滾筒式繪圖機(jī)結(jié)構(gòu)

2.平板式繪圖機(jī)

繪圖筆在紙上沿x和丫兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，圖紙通常靜止

不動(dòng)，裝有筆架的導(dǎo)軌作x方向移動(dòng)，筆架在導(dǎo)軌上作

丫方向移動(dòng)，兩種運(yùn)動(dòng)配合畫(huà)出多種圖形。

平板式繪圖機(jī)結(jié)構(gòu)

平板式繪圖機(jī)的分類(lèi)

,機(jī)械傳動(dòng)

-驅(qū)動(dòng)裝置一般為鋼絲繩或齒輪條箱。

-速度低、精度低、壽命短，價(jià)格相對(duì)便宜。

?平面電機(jī)驅(qū)動(dòng)

-繪圖臺(tái)有兩塊平板，上面的平板稱(chēng)為滑動(dòng)導(dǎo)

板，即電機(jī)定子。

-畫(huà)筆裝在電機(jī)動(dòng)子的下部，畫(huà)筆之下是繪圖

臺(tái)板。

2.4圖形輸入設(shè)備

?各種圖形模型的建立、操作和修改都離不開(kāi)

圖形輸入設(shè)備。

-常用的圖形輸入設(shè)備有：

--鍵盤(pán)、鼠標(biāo)

-光筆、數(shù)字化儀

-觸摸板、圖形掃描儀、手寫(xiě)輸入板

-語(yǔ)音輸入、數(shù)據(jù)手套

2.4.1光筆

?光筆有選圖和跟蹤

兩種基本功能。

-選圖（又稱(chēng)標(biāo)定或

指點(diǎn)）是對(duì)顯示器

上已顯示的圖形或字符進(jìn)行加工處理。

-跟蹤是用光筆拖動(dòng)光標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位，可

用于圖形編輯。

光筆的形狀和普通鋼筆相似，它由透鏡、

光導(dǎo)纖維、光電元件、放大整形電路和接

觸開(kāi)關(guān)組成（如下圖）。

透鏡組光導(dǎo)纖維

光筆結(jié)構(gòu)示意圖

光筆的優(yōu)缺點(diǎn)

?優(yōu)點(diǎn)

-不需要特殊的顯示屏幕，與觸摸屏的設(shè)備相比較,

價(jià)格便宜許多；

-在一些不適宜使用鼠標(biāo)的地方，可起到替代作用。

,缺點(diǎn)

-手和筆跡可能將遮擋屏幕圖像的一部分；

—會(huì)造成手腕的疲勞；

-光筆不能檢測(cè)黑暗區(qū)域內(nèi)的位置；

-會(huì)因房間背景光的影響產(chǎn)生誤讀現(xiàn)象。

2.4.2數(shù)字化儀和手寫(xiě)輸入板

1.數(shù)字化儀

數(shù)字化儀是一種

把圖形轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)

能接受的數(shù)字形式的

專(zhuān)用設(shè)備，它可以采

樣幾何圖形上的關(guān)鍵

數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后由程序

進(jìn)行處理。

數(shù)字化儀的工作原理:

?米用電磁感應(yīng)技術(shù)，在一塊布滿金屬柵格的絕

緣平面板上放置一個(gè)可移動(dòng)的定位設(shè)備；

?當(dāng)電流通過(guò)定位設(shè)備上的電感線圈時(shí)，產(chǎn)生相

應(yīng)的磁場(chǎng)，從而使其正下方的金屬柵格上產(chǎn)生

相應(yīng)的感應(yīng)電流；

?根據(jù)已產(chǎn)生電流的金屬柵格的位置，判斷出定

位設(shè)備當(dāng)前所處的坐標(biāo)位置。將這種位置信息

傳送給計(jì)算機(jī)，就實(shí)現(xiàn)了圖形的數(shù)字化。

數(shù)字化儀的主要技術(shù)指標(biāo):

?最大有效幅面

-指能夠有效地進(jìn)行數(shù)字化操作的最大面積，一般按

照工程圖紙的規(guī)格來(lái)劃分。

?數(shù)字化的速率

-每秒幾點(diǎn)到幾百點(diǎn)，多采用可變方式，由用戶選擇。

-最高分辨率

-指輸出坐標(biāo)顯示值增加1的最小可能距離，一般每

毫米幾十線到幾百線。最高分辨率取決于電磁技術(shù)。

2.手寫(xiě)輸入板

手寫(xiě)輸入板是

最常見(jiàn)的定位設(shè)備,

工作原理與數(shù)字化

儀基本相同，不同

之處是前者的臺(tái)面

較小，分辨率也低;

而后者的臺(tái)面較大,

分辨率和精度也高。

2.4.3觸摸屏