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一、概述

1、计算机及系统中的图形设备

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:
图形输入设备
中央处理器
图形输出设备

常用的图形输入设备:
键盘、鼠标
此外还有
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

中央处理器:
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:

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。打印机、绘图仪

2、图形系统的基本功能

 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:

 

 

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。

计算功能:
1) 图形的描述、分析和设计;--建模
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。--隐藏线隐藏、面消除、碰撞检测   

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,并能快速方便地实现对图形的删除、增加、修改等操作。

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;

 

二、图形显示设备

图形显示设备主要有以下三种:
CRT(Cathode Ray Tube)显示器 = 阴极射线管显示器
LCD(Liquid Crystal Display)= 液晶显示器
PDP(Plasma Display Panel)= 等离子显示器

1、CRT显示器

a.CRT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。

 

 

刷新:

 要保持屏幕上有稳定的图像就必须不断地发射电子束刷新一次指电子束从左到右,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。
*1)人的视觉系统要用一定的时间才能识别图像元素,每帧图像的停留时间长于人眼观察所需的时间,则人的视觉残留可以消除画面的闪烁现象。
* 2)刷新频率高到一定值后,图像才能稳定显示。

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,每一行都是自左向右。电子束在横向扫描的同时以一个较低的速率向下移动,当扫描线到达屏幕右端时,就将其隐去并迅速返回屏幕左端。这个过程称为水平回扫。接着下一奇数行重复这一过程。


当整场扫描完毕时,扫描线正好停在底部的中央。接着扫描线迅速回到屏幕顶部中央,这就是奇数场垂直回扫
接着进行偶数场扫描,偶数场扫描结束于屏幕右下角,垂直回归后电子束返回屏幕左上角。

 

b. 彩色CRT显示器的显示原理

1)、颜色模型:
   所谓颜色模型就是指某个三维颜色空间中的一个可见光子集,它包含某个颜色域的所有颜色。

2)、RGB模型
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

本文标签: 计算机图形硬件基础图形学