计算机图形系统硬件基础.ppt

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1、第2章计算机图形系统及硬件基础2.1概述2.1.1计算机系统中的图形设备计算机图形系统用来生成、处理和显示图形，通常由以下三部分构成：中央处理器图形输出设备图形输入设备中央处理器（CPU）中央处理器完成对图形的描述、建立、修改等各种计算，并对图形实现有效的存储。许多外设所增加的固化的图形处理功能，可接受更高级的绘图命令，实现图形的缓冲，以及完成大部分图形函数的功能，从而大大减轻了CPU的负担。图形输出设备包括图形显示设备和图形绘制设备图形显示设备:用于在屏幕上输出图形基于阴极射线管的监视器液晶显示器等离子显示器图形绘制设备:用于把图形画在纸上，也称硬拷贝

2、打印机绘图仪图形输入设备常用的图形输入设备键盘鼠标另外跟踪球、空间球光笔、触摸板、图形扫描仪数字化仪、手写输入板语音输入数据手套2.1.2图形的输入输出处理流程一个计算机图形系统至少应具有计算、存储、输入、输出、交互等基本功能，各功能关系如下：图形系统基本功能框图显示器交互输出计算输入存储数据库图形输出设备图形输入设备1.计算功能计算功能包括：1）图形的描述、分析和设计；2）图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换；3）曲线、曲面的生成；4）图形之间相互关系的检测等。2.存储功能和输入功能存储功能图形数据库可以存放各种图形的几何数据及图形之间的相互关系，并

3、能快速方便地实现对图形的删除、增加、修改等操作。输入功能通过图形输入设备可将基本的图形数据（如点、线等）和各种绘图命令输入到计算机中，从而构造更复杂的几何图形。3.输出功能和交互功能输出功能图形数据经过计算后可在显示器上显示当前的状态以及经过图形编辑后的结果，同时还能通过绘图仪、打印机等设备实现硬拷贝输出，以便长期保存。交互功能设计人员可通过显示器或其他人机交互设备直接进行人机通信，对计算结果和图形利用定位、拾取等手段进行修改，同时对设计者或操作员输入的错误给以必要的提示和帮助。图形的基本处理流程利用各种图形输入设备及软件或其他交互设备将图形输入到计算机

4、中，以便进行处理；在计算机内部对图形进行各种变换（如几何变换、投影变换）和运算（如图形的并、交、差运算等）；处理后，将图形转换成图形输出系统便于接受的表示形式，并在输出设备上输出；在交互式的系统中上述过程可重复进行多次，直至产生满意的结果。2.2图形显示原理图形显示设备主要有以下三种：CRT显示器液晶显示器等离子显示器2.2.1CRT显示器CRT显示器显示原理CRT显示器主要由阴极、电平控制器（即控制极）、聚焦系统、加速系统、偏转系统和阳极荧光粉涂层组成，这六部分都在真空管内。CRT显示器原理图水平偏转板垂直偏转板灯丝阴极聚焦系统加速系统电平控制器石墨层

5、吸收轰击磷粉涂层后逃逸在荧光屏内的杂撒电子送至第二阳极,形成电流回路。荧光纷（磷粉涂层）电子枪偏转系统荧光屏第一阳极第二阳极偏转线圈高压入口经石墨层接第二阳极用于磁偏转系统用于静电偏转系统荧光屏偏转的电子束2.彩色CRT显示器的显示原理RGB模型R绿(0,1,0)黄(1,1,0)白(1,1,1)品红(1,0,1)青(0,1,1)黑(0,0,0)蓝(0,0,1)红(1,0,0)GBRGB颜色立方体由红、绿、蓝三种颜色组成的原色系统称为RGB模型。它是定义于某个红绿蓝颜色坐标系统中的单位立方体。坐标原点代表黑色，坐标点(1,1,1)代表白色。坐标轴上的顶点代

6、表三个基色，余下的顶点则代表每一个基色的补色。彩色CRT光栅扫描显示器有三个电子枪，它的荧光屏上涂有三种荧光物质，分别能发红、绿、蓝三种颜色的光。电子枪通常成三角形排列，与CRT屏幕上的三角形红、绿、蓝荧光点相对应。RBGRBGRBGRBGBRBGRGRBGRBGRBGRBGRBGRBGRBGBRBGRG荫罩式CRT荧光点的排布方案电子枪和对应的荧光点必须在一条直线上。为保证每个电子枪都能击中对应颜色的荧光点，在电子枪和荧光屏之间放置一个有孔的金属网格（即荫罩）。调整彩色电子枪的排布方式可让三个电子束都汇聚于荫罩上。这样，某颜色的电子束通过荫罩后，就可避

7、免和另外两种颜色的荧光点相交，而只能与自己对应颜色的荧光点相交。彩色CRT电子枪和荫罩的排布绿枪电子束蓝枪电子束红枪电子束荫罩屏幕红绿蓝荧光点刷新频率将图形的几何信息转换成存储在帧缓存中的光栅（点阵）图像并以一定格式的视频图像显示的过程叫扫描转换。刷新一次指电子束从上到下将荧光屏扫描一次，只有刷新频率高到一定值后，图像才能稳定显示。大约达到每秒60帧，即60Hz时，人眼才能感觉到屏幕不闪烁，要使人眼觉得舒服，一般必须有85Hz以上的刷新频率。隔行扫描技术每一帧分为两个场显示，每个场只包含一半画面。两个场是交错的，一个场包含所有的奇数扫描行，另一个场包含所

8、有的偶数扫描行，两个场以1/60秒的时间间隔交替显示。扫描从奇数场左上角开始，每