第二章图形系统综述
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第2章计算机图形系统ppt课件
3
3.输入功能
由图形输入设备将所设计的图形形体的几何参数〔例如 大小、位置等〕和各种绘图命令输入到图形系统中。
4.输出功能
图形系统应有文字、图形、图像信息输出功能。在显 示屏幕上显示设计过程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。
5.对话功能
〔如画线、画多边形、
画〕换位将 的 ， 存填基成图显，屏机〔屏映即储充本为〔示这幕每A幕像位器区画相bc存时当次上〔图中itt域 图 应imv储存前只显 放 。Im或命的e为图示容送面a器储正能示入pa写令点P了形，需到能g的区在向)图显a字扫阵eg使能显要监以存样左中分划显一形示）e符描，C持示不视一）储屏右的页分示个点个值位来R等转即续存断器定。器 幕 移 整处成的页T阵元来映对屏地储地，的的只屏个理若页进的素表射应幕进器读使频页能功画干称行:每就示〔屏显上行的出得率面显能面页为读一是灰幕b示的显内并画刷i可示，。，可写t点像度上存m以画用每见操与素或一储a比面户一页作屏值色点器p屏的可p页〔，幕，彩的中i幕一以n存这V像通。光同gi位部看放个s素常栅〕时u图分到一页一用图a技存l大，显幅就一形1术放P～得通示a位称对显：多g1多过存图作应示e由幅2），上储位。活，技若画。这下器二物动点术干面主进理页阵位制中数数每据
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2.CRT彩色显示原理
(1).穿透式彩色CRT
采用了多层不同的荧光粉。提在高绿加色速荧电光压粉后层，上再沉
积一层红色荧光粉。
电子束速度增加，
电子束速度较低时，轰 击荧光屏的能量只能使
穿透绿色荧光层， 显示绿色
表层红色荧光粉受激励
，产生红色亮点
通过改变电子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉 层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合 成不同的颜色，因而，可显示红、橙、黄、绿四种 颜色。
3.输入功能
由图形输入设备将所设计的图形形体的几何参数〔例如 大小、位置等〕和各种绘图命令输入到图形系统中。
4.输出功能
图形系统应有文字、图形、图像信息输出功能。在显 示屏幕上显示设计过程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。
5.对话功能
〔如画线、画多边形、
画〕换位将 的 ， 存填基成图显，屏机〔屏映即储充本为〔示这幕每A幕像位器区画相bc存时当次上〔图中itt域 图 应imv储存前只显 放 。Im或命的e为图示容送面a器储正能示入pa写令点P了形，需到能g的区在向)图显a字扫阵eg使能显要监以存样左中分划显一形示）e符描，C持示不视一）储屏右的页分示个点个值位来R等转即续存断器定。器 幕 移 整处成的页T阵元来映对屏地储地，的的只屏个理若页进的素表射应幕进器读使频页能功画干称行:每就示〔屏显上行的出得率面显能面页为读一是灰幕b示的显内并画刷i可示，。，可写t点像度上存m以画用每见操与素或一储a比面户一页作屏值色点器p屏的可p页〔，幕，彩的中i幕一以n存这V像通。光同gi位部看放个s素常栅〕时u图分到一页一用图a技存l大，显幅就一形1术放P～得通示a位称对显：多g1多过存图作应示e由幅2），上储位。活，技若画。这下器二物动点术干面主进理页阵位制中数数每据
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2.CRT彩色显示原理
(1).穿透式彩色CRT
采用了多层不同的荧光粉。提在高绿加色速荧电光压粉后层，上再沉
积一层红色荧光粉。
电子束速度增加，
电子束速度较低时，轰 击荧光屏的能量只能使
穿透绿色荧光层， 显示绿色
表层红色荧光粉受激励
，产生红色亮点
通过改变电子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉 层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合 成不同的颜色，因而，可显示红、橙、黄、绿四种 颜色。
图形系统概述
2019/7/6
计算机图形学
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荧光屏
像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像） 的最小元素
分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方 向单位长度上能识别的最大像素个数，单 位通常为dpi（dots per inch)。在假定屏幕 尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能 容纳的像素个数描述，如640*480， 800*600，1024*768，1280*1024等等
计算机图形学
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黑白光栅扫描显示器
黑白光栅显示器的逻辑框图如上：对一 个1024×1024象素组成的黑白单灰度显 示器所需要的最小缓存为220，并在一个 位面上。一个位面的缓存只能存储黑白 图形。
2019/7/6
计算机图形学
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灰度光栅扫描显示器
在光栅图形显示器中需要足够的位面和 帧缓存结合起来才能反映图形的颜色和 灰度等级。如下图是一个具有N位面灰度 等级的帧缓存。显示器上每个象素的亮 度是由N位面中对应的每个象素位置的内 容控制的。该存储器的中的二进制的数 被翻译成灰度等级，范围是0到2N-1之间。
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计算机图形学
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视频控制器
作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一 对应，负责刷新
逻辑结构
普通显卡=视频控制器+显存
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计算机图形学
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显示处理器
低档图形显示系统，扫描转换工作直接由CPU
来完成。这时候是不需要显示处理器的。 对较复杂的待显示图形的扫描转换，需 要用到显示处理器。
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计算机图形学
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工作原理
应用程序发出绘图命令，→解析成显示处理器可 接受命令格式，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所 有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解 释执行(刷新)， →驱动电子枪在屏幕上绘图。
第二章图形系统综述
OpenGL 与其他系统的接口
• 与Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP 系统接口 、 、 、 、 、 • OpenGL for ＭＳ ＭＳWindows 图形库 OpenGL图形库一共有100多个函数。 其中核心函数有115个，它们是最基本的函数，其前缀 是gl， OpenGL实用库（OpenGL utility library，GLU）的函数 功能更高一些，如绘制复杂的曲线曲面、高级坐标变换、 多边形分割等，共有43个，前缀为glu； OpenGL辅助库（OpenGL auxiliarylibrary，GLAUX）的 函数是一些特殊的函数，包括简单的窗口管理、输入事 件处理、某些复杂三维物体绘制等函数，共有31个，前 缀为aux。
• 基本图形软件实现方法
–图形软件包 –修改高级语言 –专用高级图形语言
• 图形软件标准
图形网络
• 图形服务器( Graphics Server) 监视器、处理器、输入设备 • 客户端（Client） • 客户端运行图形应用程序将结果通过网络传送 至图形服务器上显示。
可移植性的四个方面
• 应用程序在不同系统间的可移植性; • 应用程序和图形设备的可移植性; • 图形数据的可移植性; • 程序员的可移植性。
– 彩色表 Color Table –光栅操作 读、写、复制
帧缓存的概念
屏幕
1 0
768
1 0 1 1 0 1
Hale Waihona Puke (x,y)像素寄存器
(x,y)
1024
位平面
Frame Buffer 每一个象素点有多少种颜色可以选择？ 屏幕上可以同时出现多少种颜色？
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0 0 0 1
0 1 0 0
图形系统综述
高性能图形显示卡 E&S Tornado
• 分辨率最高到1920 x 1200 (24位显示缓存，24位Z-缓存）
• 双屏模式 2048 x 768
• 3D矢量 5M/s
• 3D三角形 5M/s
• 纹理填充 100M像素/s
图形软件
• 分类：
–基本图形软件---支撑软件 –应用图形软件---专用软件
• 平板显示器
–液晶显示器 To 17 –等离子体显示器 to
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• 三维观察设备
To 26
CRT电子枪原理
CRT工作原理
刷新式CRT工作原理
构造 阴极：灯丝 控制栅极：控制电子发出的多少 聚焦系统 加速阳极 XY向偏转系统 荧光屏：荧光物质点阵，象素 工作过程 受控电子束，在聚焦系统、加速系统、 偏转系统作用下轰击荧光屏发光 • 余辉时间 从发光到亮度衰减成1/10的时间 • 刷新 30帧（1/30秒） • 分辩率( resolution) Pixel 图2.5
– 彩色表 Color Table –光栅操作 读、写、复制
帧缓存的概念
屏幕
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(x,y)
像素寄存器
(x,y)
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位平面
Frame Buffer 每一个象素点有多少种颜色可以选择？ 屏幕上可以同时出现多少种颜色？
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0
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R
G
B
屏幕
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(x,y)
(x,y)
？
1024
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颜色查找表（color lookup table)
屏幕上可以同时出现多少种颜色？
图形系统综述PPT演示文稿
2020/10/26
11
Focusing system & Deflection System
聚焦系统作用？ 偏转系统作用？
2020/10/26
12
Phosphor-coated screen（荧光屏）
荧光质两种状态: 受激态和基本态
Persistence(余辉): 定义为荧光质从发光开始到 衰减到最大亮度的10%的这段时间。
2020/10/26
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Persistence(余辉):is defined as the time it takes the emitted light from the screen to decay to one-tenth of its original intensity.
▪ Refresh CRT: 采用电子束周期性地回到同一点 的方式来保持图象的CRT。
2020/10/26
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显示纵横比Aspect ratio
Def. 在屏幕的两个方向产生相等长度的线 段所需的垂直点数和水平点数之比。 如：3/4表示？
也可以解释为水平点数和垂直点数的比值 如：640X480, 800X600,1024X768
2020/10/26
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Raster-Scan Displays 光栅扫描显示设备
2020/10/26
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由于荧光屏发射的光会很快衰减，要保持 显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电 子束，在某处反复重画图像。在屏幕上重 复画图的这个频率就叫做刷新频率。
2020/10/26
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Electron Gun
++++++++++++
计算机图形学_PPT完整版
图形软件主要类型
3. 专用图形软件包 针对某一种设备或应用，设计/配置专用的图形 生成语言或函数集，例如： 场景描述：Open Inventor 建立虚拟世界的三维模型：VRML 生成三维Web显示：Java3D 创建Java applet中的二维场景：Java 2D 生成各种光照模型下的场景：Renderman Interface（Pixar）……
图元的绘制、显示过程
顶点
法向量、颜色、纹理…
像素
图元操作、像素操作 光栅化（扫描转换）
像素信息 帧缓存 显示器
调用底层函数，如 setPixel (x,y)；将当 前像素颜色设定值存 入帧缓存的整数坐标 位置（x,y）处。
图元描述与操作
几何图元由一组顶点（Vertex）描述 这一组顶点可以是一个或是多个。每个顶点信息二维或 三维，使用 2~4 个坐标。顶点信息由位置坐标、颜色 值、法向量、纹理坐标等组成。 图元操作： 几何变换、光照、反走样、消隐、像素操作等，然后准 备进行光栅化处理。 扫描转换或光栅化（Rasterization ） 将对象的数学描述、颜色信息转换成像素信息（像素段 写入帧缓存），送到屏幕显示。
应用程序
图形应用程序
图形语言连接 外部应用 数据库 内部应用 数据库 API GKS/GKS 3D PHIGS OpenGL
图形编程软件包，如OpenGL、 VRML、Java2D、Java3D……
GKSM
图形设备驱动程序，如显卡驱动、 打印机/绘图仪驱动…… 支持图形处理的操作系统,如 Macintosh、Windows、Unix、 Linux 、各种嵌入式OS…… 图形输
计算机图形软件的标准化意义
可移植性 通用、与设备无关 推动、促进计算机图形学的推广、应用 资源信息共享
第二章图形系统综述
3/31/2020
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Focusing system & Deflection System
聚焦系统作用？ 偏转系统作用？
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Phosphor-coated screen（荧光屏）
荧光质两种状态: 受激态和基本态
Persistence(余辉): 定义为荧光质从发光开始到 衰减到最大亮度的10%的这段时间。
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D. Direct-View Storage Tubes
Idea: A DVST 将图片信息以电荷分布存储在荧 光屏后。
从电子枪
屏幕 存储栅
主电子枪 聚焦与偏转系统
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收集栅
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D. Direct-View Storage Tubes
DVST vs. Refresh CRT
减小亮度
提高刷新率
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图形信息存储
图形定义存储在被称作帧缓冲区(Frame Buffer)的内存区域中，FB存储一组对应屏 幕所有点的强度值。
视频控制器(P.29~31)
Frame Buffer
Video Controller monitor
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3/31/2020
Pixel (Picture element) 像素点
帧缓冲区容量=显示分辨 率x色深
适于画线应用
适于逼真显示包含细微阴 影和色彩模式的场景
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C. Color CRT Monitors彩色CRT监视器 Beam-penetration 电子渗透法 Shadow-mask 荫罩法
计算机图形图像处理技术综述
计算机图形图像处理技术综述一、引言计算机图形图像处理技术的发展可以追溯到1960年代，随着计算机硬件和软件的不断发展，图形图像处理技术的应用越来越广泛，逐渐成为计算机科学中一个重要的研究领域。
本文将综述图形图像处理技术的发展历程和应用领域，重点介绍图像处理算法和技术。
二、图形图像处理技术的发展历程1. 可编程图形处理器（GPU）GPU于20世纪90年代中期推出，其强大的并行运算能力使得其成为计算机图形图像处理领域的重要技术。
GPU主要用于加速渲染和图像处理等领域，其性能已经超越了传统的中央处理器(CPU)。
随着GPU技术的不断提升，GPU已经成为计算机图形图像处理领域的重要技术之一。
2. 数字图像处理技术数字图像处理技术是指用数字计算机对图像进行处理和分析的技术。
随着计算机技术和数字图像技术的不断发展，数字图像处理技术已经广泛应用于医学图像处理、遥感图像处理等领域。
数字图像处理技术的研究成果在不断地推动着图像处理技术的发展。
3. 图像识别技术图像识别技术是指在计算机上对图像进行识别和分类的技术。
这种技术包含了数字图像处理技术、机器学习、统计学等多个领域，而机器学习是其中的重要技术，包括支持向量机(SVM)、神经网络、决策树等算法。
图像识别技术已经被广泛应用于人脸识别、自然语言处理等领域。
4. 视频处理技术视频处理技术是指对视频进行处理和分析的技术，包括视频压缩、视频编解码、视频传输等，这些技术都是实现高质量视频传输的基础。
视频处理技术已经在实时视频会议、视频监控、互联网直播等领域得到广泛应用。
三、图形图像处理技术的应用领域1. 模拟仿真模拟仿真是一种通过计算机图形图像处理技术来模拟真实环境的技术。
它被广泛应用于航空、汽车、航天等领域中，以及军事训练、医疗仿真中等领域，为这些领域的发展做出了巨大贡献。
2. 数字非接触式测量技术数字非接触式测量技术是指通过计算机图形图像处理技术来进行测量的技术。
此技术可广泛应用于多个领域，包括工业、医学、军事等，能够大幅度提高精度和生产效率。
第1讲计算机图形系统概述
电子枪
灯丝，阴极和控制栅组成
灯丝：产生热量 阴极：由灯丝加热发出电子束 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负
电的电子束的强弱。通过调节负电压高低来控制电子数 量，即控制荧光屏上相应点的亮度
聚焦系统及加速电极
聚焦系统
通过电场和磁场控制电子束“变细”，保证亮点足够小， 提高分辨率
电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分 对应的显示器为画线设备
逻辑部件
刷新存储器(Refreshing Buffer) 显示处理器（DPU:Display Processing Unit）
刷新(Refresh)：
为了让荧光物质保持 一个稳定的亮度值
刷新频率：
每秒钟重绘屏幕的次数
观 察 方 向
液晶显示器（LCD）
液晶显示器（LCD）
液晶显示器（LCD）
眼镜型液晶显示屏☺
计算机图形系统的组成 图形硬件设备
输入设备 输出设备
图形硬件显示系统
图形软件系统
图形显示系统
组成（光栅式）
显示设备：显示器 显示处理器
图形处理功能
视频控制器：
控制显示设备 通过访问帧缓冲来刷新屏幕
平板型显示器：液晶、等离子
特点：器件薄，适合便携 缺点：亮度和对比度相对较低、色彩不够鲜艳，
价格偏高
阴极射线管（CRT）
工作原理
一种真空器件，它利用电磁场产生高速的、经过聚 焦的电子束，偏转到屏幕的不同位置，轰击屏幕表面的 荧光材料，从而产生可见图形
主要组成部分
电子枪 聚焦系统 加速电极 偏转系统 荧光屏
加速电极
加正的高压电（几万伏） 使电子束高速运动
偏转系统及荧光屏
偏转系统
计算机图形学综述
1.2计算机图形学发展简史
➢ 最后， 强调一下SIGGRAPH 会议， “The Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques”
➢ ACM SIGGRAPH会议是计算机图形学最权威 的国际会议，每年在美国召开，参加会议的人 在50,000人左右。世界上没有第二个领域每年 召开如此规模巨大的专业会议，SIGGRAPH 会议很大程度上促进了图形学的发展。
1.2计算机图形学发展简史
➢70年代，计算机图形学另外两个重要进展是真 实感图形学和实体造型技术的产生。 ➢1970年Bouknight提出了第一个光反射模型， ➢1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思 想，被称为Gourand明暗处理。 ➢1975年Phong 提出了著名的简单光照模型— Phong模型。 这些可以算是真实感图形学最早的开创性工作。 ➢从1973年开始，相继出现了英国剑桥大学CAD 小组的Build系统、美国罗彻斯特大学的PADL-1 系统等实体造型系统。
➢ 图形是传递信息最主要的媒体之一。
➢ 人们使用图形来表达与交流思想有着悠 久的历史，工程领域和各个科学分支都 离不开图。它能使人们通观全局，一目 了然。
➢ 人的眼睛从一张图纸中吸收信息比从一 张数据表格吸收信息快得多(一幅画胜千 言万语)。
➢ 若图形和数字互为补充，则可使人们更 深刻地认识事物的本质及其内在联系。
P（Pointing Devices，指点设备）：便于用 户对屏幕对象进行直接操作。
1.3.2 计算机辅助设计与制造－工业领域
➢计算机辅助设计（ Computer Aided Design）和 计算机图形学（ Computer Graphics）是紧密联 系在一起的。 ➢国内《计算机辅助设计和图形学学报》 ➢国外《Computer Aided Design 》 ➢CAD/CAM是CG在工业界最广泛、最活跃的应 用领域。
最新第2章图形系统概述教学课件
零件进行大规模生产必须在计算机中生成三维实体模型
这个模型有时要通过已有的实物零件得到 采集实物表面各个点的位置信息
扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息
在计算机中产生这些艺术品的三维模型
图形输入设备（11/13）
美国斯坦福大学计算机系的著名图形 学专家Marc Levoy曾经带领他的30 人工作小组（包括美国斯坦福大学及 美国华盛顿大学的教师和学生）
逻辑结构
工作原理—刷新周期开始，光栅扫描发生器置X地址寄存器为0，置Y地
址寄存器为N-1，首先取出对应像素（0，N-1）的帧缓存单元的数值, 放 入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后X的地址寄存器的地址加一， 如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。
位面技术（1/3）
显存分成若干颜色的位平面（bit plane） 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
像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数
单位通常为dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情况下，也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
高分辨率和真彩要求有大的显存
1024*768真彩模式需要3M字节显存
解决方法
采用查色表(Look-up Table）或称彩色表(Color Table)
颜色信息的存放方式
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
这个模型有时要通过已有的实物零件得到 采集实物表面各个点的位置信息
扫描保存古代名贵的雕塑和其它艺术品的三维信息
在计算机中产生这些艺术品的三维模型
图形输入设备（11/13）
美国斯坦福大学计算机系的著名图形 学专家Marc Levoy曾经带领他的30 人工作小组（包括美国斯坦福大学及 美国华盛顿大学的教师和学生）
逻辑结构
工作原理—刷新周期开始，光栅扫描发生器置X地址寄存器为0，置Y地
址寄存器为N-1，首先取出对应像素（0，N-1）的帧缓存单元的数值, 放 入像素值寄存器，用来控制像素的颜色，然后X的地址寄存器的地址加一， 如此重复，直到该扫描线上的最后一个像素。
位面技术（1/3）
显存分成若干颜色的位平面（bit plane） 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
像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数
单位通常为dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情况下，也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
高分辨率和真彩要求有大的显存
1024*768真彩模式需要3M字节显存
解决方法
采用查色表(Look-up Table）或称彩色表(Color Table)
颜色信息的存放方式
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
图形与系统知识点总结
图形与系统知识点总结图形与系统是计算机科学领域中的重要部分，它涉及了诸多基础概念和技术，对于计算机科学的理论和实践都有着重要的影响。
本文将对图形与系统的相关知识点进行总结和归纳，以帮助读者更好地理解和掌握这一领域的知识。
一、图形学基础1.1 图形学的概念图形学是研究如何使用计算机来生成和处理图像的学科，它涉及了计算机图形学、图像处理、计算机视觉等多个领域。
图形学的研究对象包括代数几何、光学原理、视觉感知、图像处理技术等内容。
1.2 图形学的发展历程图形学作为一门学科，其发展历程可以追溯到20世纪60年代，最初的研究对象是如何使用计算机生成和显示简单的几何图形。
随着计算机技术的发展，图形学的研究内容也不断拓展，逐渐涉及到几何建模、光线追踪、动画等领域。
1.3 图形学的应用领域图形学的应用领域非常广泛，包括电子游戏、电影动画、虚拟现实、工业设计等方面。
图形学技术的不断进步也推动了这些领域的发展，为人们提供了更加丰富多彩的视觉体验。
1.4 图形学的基本概念在学习图形学时，需要了解一些基本概念，包括二维图形、三维图形、坐标系、变换、渲染等内容。
这些基本概念是理解和掌握图形学技术的基础。
1.5 图形学的相关技术和算法图形学涉及了许多重要的技术和算法，如光栅化、多边形填充、纹理映射、光照模型、阴影算法、图像合成等。
这些技术和算法是实现图形学效果的重要手段。
二、计算机系统基础2.1 计算机系统的组成计算机系统是由硬件和软件两个部分组成，硬件包括中央处理器、存储器、输入设备、输出设备等，软件包括操作系统、应用程序、编程语言等。
2.2 计算机系统的工作原理计算机系统是通过执行指令来完成各种计算和处理任务的，其工作原理包括指令执行流程、数据传输过程、存储器访问方式等内容。
2.3 计算机系统的性能评价计算机系统的性能评价是通过各种指标来衡量的，包括速度、容量、可靠性、成本等方面。
对计算机系统性能的评价可以帮助人们选择和设计合适的计算机系统。
第2章图形系统
• 液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特 性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序， 使光线容易通过；不通电时，排列则变得混 乱，阻止光线通过。
2/21/2020
HPU
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LCD显示器基本原理
• 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display) 是由六层薄板组成的平板式显示器
观 察 方 向
2/21/2020
HPU
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2.CRT彩色显示原理
(1).穿透式彩色CRT
采用了多层不同的荧光粉。提在高绿加色速荧电光压粉后层，上再沉
积一层红色荧光粉。
电子束速度增加，
电子束速度较低时，轰 击荧光屏的能量只能使
穿透绿色荧光层， 显示绿色
表层子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉 层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合 成不同的颜色，因此，可显示红、橙、黄、绿四种 颜色。
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HPU
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操纵杆
操纵杆、跟踪球 跟踪球
2/21/2020
HPU
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图形硬件
• 常用的图形输出设备分为两类： 1. 失量型 失量型设备的作画机构随着图形的输出形状而移动 并成像。如笔式绘图仪 。 2. 光栅扫描型 光栅扫描型设备的作画机构按光栅矩阵方式扫描整 张图面，并按输出内容对图形成像。如喷墨式绘图 仪。
交人 互 式 计 算 计算机系统 机 图 形 系 图形设备 统
2/21/2020
HPU
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图形系统的基本功能及其硬件性能要求
计算机图形系统至少应具有以下五个方面基本功能: 1.计算功能 （1）形体设计和分析方法的程序库，描述形体的图形数据库。 （2）坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序库的数据 库。 （3）曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库。 2.存储功能
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HPU
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LCD显示器基本原理
• 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display) 是由六层薄板组成的平板式显示器
观 察 方 向
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2.CRT彩色显示原理
(1).穿透式彩色CRT
采用了多层不同的荧光粉。提在高绿加色速荧电光压粉后层，上再沉
积一层红色荧光粉。
电子束速度增加，
电子束速度较低时，轰 击荧光屏的能量只能使
穿透绿色荧光层， 显示绿色
表层子束电压，就可调节电子束穿透荧光粉 层的厚度，从而改变红绿两种发光亮度的比例，合 成不同的颜色，因此，可显示红、橙、黄、绿四种 颜色。
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操纵杆
操纵杆、跟踪球 跟踪球
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图形硬件
• 常用的图形输出设备分为两类： 1. 失量型 失量型设备的作画机构随着图形的输出形状而移动 并成像。如笔式绘图仪 。 2. 光栅扫描型 光栅扫描型设备的作画机构按光栅矩阵方式扫描整 张图面，并按输出内容对图形成像。如喷墨式绘图 仪。
交人 互 式 计 算 计算机系统 机 图 形 系 图形设备 统
2/21/2020
HPU
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图形系统的基本功能及其硬件性能要求
计算机图形系统至少应具有以下五个方面基本功能: 1.计算功能 （1）形体设计和分析方法的程序库，描述形体的图形数据库。 （2）坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序库的数据 库。 （3）曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库。 2.存储功能
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2021/2/28
第二章图形系统综述
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显示纵横比Aspect ratio
Def. 在屏幕的两个方向产生相等长度的线 段所需的垂直点数和水平点数之比。 如：3/4表示？
也可以解释为水平点数和垂直点数的比值 如：640X480, 800X/28
第二章图形系统综述
2021/2/28
第二章图形系统综述
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由于荧光屏发射的光会很快衰减，要保持 显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电 子束，在某处反复重画图像。在屏幕上重 复画图的这个频率就叫做刷新频率。
2021/2/28
第二章图形系统综述
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Electron Gun
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荧光屏亮度控制？在控制栅极上施加电压来控制电子束的
2021/2/28
第二章图形系统综述
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Resolution屏幕分辨率
▪Def. CRT上无覆盖显示的最大光点数 ▪表示方法：
▪水平点数x垂直点数 ▪光点物理直径 ▪DPI（点每英寸） ▪4 影响因素 荧光质类型 、亮度大小以及聚焦和偏转系统
2021/2/28
第二章图形系统综述
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Example
2021/2/28
第二章图形系统综述
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显示原理——电子枪发射的电子束经过聚焦 系统和偏转系统的作用，打在荧光屏上某一位 置，使涂于该处的荧光物质发光形成一个小光 点。
2021/2/28
第二章图形系统综述
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高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、 加速系统和偏转系统就会到达荧光屏的特定 位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会 发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态 变为高能态。由于高能态很不稳定，在很短 的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回 到低能态，
Chapter 2 Overview of Graphics Systems
图形系统构成 体系结构 图形系统硬件平台 图形系统软件平台
2021/2/28
第二章图形系统综述
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2.1 Component of Graphics Systems
人
图形应用 程序
图形软件包
OS
显示器 主机
绘图仪
键盘、 光笔
2021/2/28
第二章图形系统综述
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应用程序层通常直接调用图形软件包提供的函 数实现图形的建立和管理，当然应用程序也可 基于OS提供的图形API实现，或基于驱动程序 提供的基本图形实现函数实现，甚至直接读写 硬件端口、寄存器以及显存实现图形应用。
2021/2/28
第二章图形系统综述
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2.3.3 Video Display Devices (视频显示设备)
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Raster-Scan Displays 光栅扫描显示设备
e.g. 已知屏幕分辨率为1024x768，光点物 理尺寸ø.28mm，需要购买多大的显示器？
解：1 inch = 2.54cm 屏幕长 ：a=1024*0.28mm=286.72mm 屏幕宽 ：b=768*0.28mm=215.04mm 对角线长：sqrt(a2+b2)=358.4mm 结果: about 14inch.
▪ Refresh CRT: 采用电子束周期性地回到同一点 的方式来保持图象的CRT。
2021/2/28
第二章图形系统综述
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光点概念
CRT 屏幕上受激荧 光点的能量分布图
▪Def. 光点
电子束打在显示器的荧光 屏，显示器能够显示的最小 发光点 -- 硬件最小图象点
▪光点物理直径
光点亮度下降到最大亮度 的60%处的直径
Hardware (I/O devices)
2021/2/28
第二章图形系统综述
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最底层是硬件层；
其次设备驱动程序层；
再上是硬件抽象层（Hardware Abstract Layer）,实现OS的通用性；OS层的图形操作依赖 于HAL层，可做到设备无关； OS层上是图形软件包层，该层以图形库函数的形式 提供给应用程序，它的实现可分别基于OS的图形子 模块、设备驱动程序和硬件实现；
硬盘等外 设
➢图形输入 ➢图形计算 ➢图形交互 ➢图形输出 ➢图形存储
2021/2/28
第二章图形系统综述
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2.2 Architecture of graphics system
Graphics Application
Graphics Library(图形软件包层)
OS
HAL(硬件抽象层)
Device Drivers
2021/2/28
第二章图形系统综述
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Phosphor-coated screen（荧光屏）
荧光质两种状态: 受激态和基本态
Persistence(余辉): 定义为荧光质从发光开始到 衰减到最大亮度的10%的这段时间。
2021/2/28
第二章图形系统综述
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Persistence(余辉):is defined as the time it takes the emitted light from the screen to decay to one-tenth of its original intensity.
强弱的，当加上正电压时，电子束就会大量通过，将会在屏 幕上形成较亮的点，当控制电平加上负电压时，依据所加电 压的大小，电子束被部分或全部阻截，通过的电子很少，屏 幕上的点也就比较暗。
2021/2/28
第二章图形系统综述
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Focusing system & Deflection System
聚焦系统作用？ 偏转系统作用？
第二章图形系统综述
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A. Refresh CRT
CRT -- Cathode - Ray Tube 阴极射线管
Electron gun (heated cathode + control grid)电子枪--加热阴极+控制栅极
Focusing system 聚焦系统 Accelerating system 加速阳极 Deflection system 偏转系统 Phosphor-coated screen 荧光屏
Refresh CRT(刷新式CRT) Refresh CRT Types (类型) Color CRT Monitors DVST（direct-view storge tube）直
视存储管 Flat-panel Displays 平板显示器 Comparison 对比
2021/2/28