图形输入输出设备.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,图形输入输出设备,硬件开展,图形输入设备的开展,第一阶段：控制开关、穿孔纸等,第二阶段：键盘、光笔,第三阶段：二维定位设备，如鼠标、坐标数字化仪、跟踪球、触摸屏、操纵杆、扫描仪等,第四阶段：三维输入设备如三维鼠标、空间球、数据手套、数据衣，用户的手势、表情等,2025/10/28 周二,2,图形输出(显示、打印设备,阴极射线管显示器CRT,液晶显示器LCD,绘图仪,打印机,2025/10/28 周二,3,未来显示器,发光聚合物技术,坚不可摧；柔韧性好，可以卷起来,显示画面具有无与伦比的清晰度,真正的平面直角,采用空气等离子体技术,空气等离子体可想象成一个个微型霓虹灯，红绿蓝三种不同颜色的像素,显示屏薄，挂在墙上,无锯齿现象，分辨率好,无需刷新缓存，重量轻，无辐射,价格贵,2025/10/28 周二,4,CRT显示器分类,阴极射线管CRTCathode Ray Tube,单色CRT,彩色CRT,2025/10/28 周二,5,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,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，被其内外表的,荧光物质吸收，发光产生可见的图形。,构造,2025/10/28 周二,6,荧光屏,荧光物质：吸收电子束而发光,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,刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数,像素(Pixel)：构成屏幕图像的最小元素,分辨率(Resolution)：在假定 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640*480，800*600，1024*768，,1280*1024等等,某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率,=1秒/荧光物质的持续发光时间Hz,2025/10/28 周二,7,彩色CRT,渗透型,常用于随机扫描显示器,射线穿透法,多枪型,常用于光栅扫描显示器,影孔板法阴罩法,彩色阴极射线管,2025/10/28 周二,8,射线穿透法beam penetration,原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，不同速度电子束穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色,应用：主要用于画线显示器,优点：本钱低,缺点：只能产生有限几种颜色,2025/10/28 周二,9,影孔板法,原理：影孔板被安装在荧光屏的内外表，用于准确定位像素的位置,影孔板的类型,点状影孔板,代表：大多数球面与柱面显像管,栅格式影孔板,代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi的 Diamondtron显像管,沟槽式影孔板,代表：LG的Flatron显像管,2025/10/28 周二,10,点状影孔板工作原理,红、绿、兰三基色,三色荧光点很小并充分靠近-像素,三支电子枪,如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级，那么显示器能同时显示256*256*256=16M种颜色，称为真彩色系统,2025/10/28 周二,11,CRT显示器分类,直视存储管式Direct-View Storage Tubes,利用管子本身存储信息，类似于一个长余辉的CRT，不必刷新,刷新式,随机扫描式Random-Scan,光栅扫描式Raster-Scan,2025/10/28 周二,12,随机扫描的显示系统,特点,数据表示：矢量表示，只有端点信息，无线段中间点,扫描方式：电子束像一支快速移动的画笔，可随意移动，只扫描荧屏上要显示的局部，与示波器工作原理类似,显示图形：几何属性geometric attribute为主，线架图,优点：扫描速度快，分辨率高，线条质量好，易修改交互性好，动态性能好,缺点：价格贵，只能显示线画图形，应用于军事、CAD领域,2025/10/28 周二,13,光栅扫描的显示系统,特点：,数据表示：像素矩阵,扫描方式：从上到下，从左到右，与电视工作原理类似,显示图形：几何属性+视觉属性Visual attribute，真实感图形,2025/10/28 周二,14,显示器的分辨率,电子束按固定的扫描顺序扫描,N,条扫描线，每条,扫描线有,M,个像素，,M*N,显示器的分辨率。,帧,2025/10/28 周二,15,绘图仪,printer,Computer,DPU,输入设备,视频控制器,display,逻辑部件：,帧缓冲存储器Frame Buffer),视频控制器Video Controller),显示处理器Display Processing Uuit，简称DPU,CRT,2025/10/28 周二,16,帧缓冲存储器Frame Buffer),作用：存储屏幕上像素的颜色值,也称刷新存储器(Refreshing Buffer),简称帧缓冲器，俗称显存,帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目一样,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。,显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关。,2025/10/28 周二,17,位面bit plane技术,把显存分成假设干色平面，各平面上一样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。,2025/10/28 周二,18,N,位寄存器,电子枪,CRT,光栅,有N个位面的帧缓存,2,N,DAC,0,1,0,0,0,1,02,N-1,灰度等级,寄存器,蓝色枪,帧缓存,DAC,0,0,0,1,CRT,光栅,0,1,DAC,DAC,红色枪,绿色枪,2025/10/28 周二,19,假设有24个位面每种基色8个位面那么可同时显示(28)3=224=16777216种颜色24位真彩色。,红绿蓝三个位面，组合成,8,种颜色,增加一个亮度位面，形成,16,种颜色,红,绿,蓝,Black,0,0,0,Blue,0,0,1,Green,0,1,0,Cyan,0,1,1,Red,1,0,0,Magenta,1,0,1,Yellow,1,1,0,White,1,1,1,2025/10/28 周二,20,显存容量问题,分辨率M*N、颜色个数K与,显存容量V,的关系,2025/10/28 周二,21,显存容量问题,假设存储器位长固定，那么屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比关系。,1024*768真彩模式需要3M字节显存,高分辨率和真彩要求有大的显存；,解决方法：采用查色表(Look-up Table,2025/10/28 周二,22,查色表LUT,是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色，,它的长度由帧缓存单元的位数决定,目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下，具有,大范围内挑选颜色的能力,。,颜色信息在帧缓存中的两种存放方式：,颜色值直接存储在帧缓存中。,把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存放的是颜色表中各项的索引值，索引色。,单色系统：查色表固化,彩显：可修改、创立查色表。,2025/10/28 周二,23,带宽T与分辨率、帧频刷新频率F的关系,带宽问题,高分辨率和高刷新频率要求高带宽,解决方法：隔行扫描,带宽问题,2025/10/28 周二,24,隔行扫描Interlaced scan工作原理,场频,：=帧频*2,一帧完整的画面分成,两场,，即奇数场与偶数场,优点：,降低了闪烁效应；,只需逐行的一半时间即可显示一屏画面，降低了对扫描频率的要求，也降低了本钱；,帧缓存中数据量比逐行扫描少一半，降低了视频控制器存取帧缓存的速度及传输带宽的要求。,2025/10/28 周二,25,视频控制器显示控制器,作用：,制图形的显示，建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应关系，负责按固定刷新频率和扫描顺序,刷新,屏幕图形,2025/10/28 周二,26,显示处理器,显示处理器,Display Processing Uuit，简称DPU,作用：,代替CPU完成局部图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等,2025/10/28 周二,27,光栅显示系统的特点,优点：,本钱低,易于绘制填充图形,灰度和色彩丰富，图像逼真,可以和电视机兼容,刷新频率一定，与图形的复杂程度无关,缺点：,需要扫描转换,扫描转换速度偏低，交互操作响应慢,分辨率偏低，有阶梯效应,2025/10/28 周二,28,图形软件开展及软件标准形成,三种类型的计算机图形软件系统：,(1)用某种语言写成的子程序包,如:GKS(Graphics Kernel System),PHIGS(ProgrammersHerarchical Iuteractive Graphics system),GL,便于移植和推广、但执行速度相对较慢，效率低,(2扩大计算机语言，使其具有图形生成和处理的功能,如：Turbo C，AutoLisp等。,简练、紧凑、执行速度快，但不可移植,3专用图形系统：效率高，但系统开发量大，可移植性差。,2025/10/28 周二,29,通用的、与设备无关的图形标准,GKS(Graphics Kernel System)(,第一个官方标准，1977),PHIGS(Programmer,s 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,DirectX (MS),Xlib(X-Window,系统),OpenGL(SGI),Adobe,公司,Postscript,2025/10/28 周二,30,开放式的三维图形软件包OpenGL,OpenGL是近几年开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三维图形库为根底制定的一个通用共享的开放式三维图形标准。,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为根底开发出自己的产品。,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。,2025/10/28 周二,31,OpenGL的优越性,独立于窗口系统和操作系统，以它为根底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+严密接口，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。,2025/10/28 周二,32,OpenGL图形库的功能,一共有100多个函数。其中核心函数有115个,除了提供根本的点、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。,根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。,2025/10/28 周二,33,谢谢,谢谢观赏,