第二章随机内容

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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。
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
为了形成稳定 的图形,DPU每 秒至少执行显 示文件30次.
具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构
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图形加速卡=视频控制器+显存+显示处理器
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– 光栅显示系统的特点
优点：
– 成本低 – 易于绘制填充图形 – 色彩丰富 – 刷新频率一定，与图形的复杂程度无关 – 易于修改图形
优点使其占据了市场主流
缺点：
– 需要扫描转换 – 会产生混淆
缺点正在被克服
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液晶显示器使用两个偏振片，液晶夹层的两边各放一个，它 们的偏振方向互成90o。当像素处于“关闭”状态，也就是说不 对像素施加电压(液晶处于扭曲态）时，光进入显示器后首先被 第一个偏振片极化，由于在通过扭曲的液晶夹层时被扭转90”， 它可以通过第二个偏振片打在反射层上，经反射层反射的光线重 新射出显示器表面，这样像素看起来就是亮的。
刷新式光栅扫描显示器
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2.1.3 随机扫描的显示系统
特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分。
逻 辑 部 件 ： 刷 新 存 储 器 ( Refreshing Buffer), 显 示 处 理 器 （DPU:Display Processing Uuit）和CRT
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平板显示器
目前CRT仍是计算机图形显示器的主流，但它也有体积庞 大、笨重、容易打碎等缺点，特别是CRT的对角线尺寸只能在 50英寸之内，远小于投影系统的需要。由于这些缺陷，以及 其他一些原因，平板显示器正逐步显示出其优势。
所有的平板显示器都是光栅刷新显示器。平板显示器一 般可分为主动（发光）型和被动（光调制）型。
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2.1.2 彩色阴极射线管（续）
– 影孔板法
原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位 置
影孔板
外层玻璃
荧光涂层
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– 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
帧缓冲存储器是一大块连续的存储空间
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简单的彩色帧缓冲存储器
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24个位平面的彩色帧缓冲存储器
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-显示器的分辨率 电子束按固定的扫描顺序进行扫描N条扫描线，每条 扫描线有M个像素，M * N显示器的分辨率。
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彩显：
若每个单元有24位（每种基色占8位）即显示系统 可同时产生224种颜色（24位真彩色）。
显像管
沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
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2.1.2 彩色阴极射线管（续）
– 点状影孔板工作原理
红、绿、兰三基色 三色荧光点（很小并充分靠近对应一个像素） 三支电子枪
电子枪、影孔板中的一个
小孔和荧光点呈一直线；
每个小孔与一个像素（即
三个荧光点）对应
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1.是颜色值直接存储在帧缓存中。
2.是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，颜色范围扩充了。
单色系统：查色表固化
彩显：可修改、创建查色表。
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查色表（look up Table）或称 彩色表（color table）
– 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，例如：每单 元有8位，则查色表的长度为28＝256
– 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：
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彩显：
•带宽T与分辨率、帧频F的关系
T MNF
带宽问题 –高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽 --依然是个问题！ –解决方法：隔行扫描（现在已经基本不用，主流 显示器都采用逐行扫描方式） –隔行扫描的：把一帧分两场，即奇数场与偶数场 –场频：==2*帧频
第二章 图形设备与系统
2.1 图形显示设备 2.2 图形系统及其标准
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图形输入设备： 二维：鼠标、图形输入板、跟踪球、光笔、触摸 屏、操纵杆、扫描仪… … 三维：空间球、数据手套… …
图形输出(显示、打印）系统： 阴极射线管显示器， 液晶显示器，等离子显示器，… … 绘图仪,打印机，
例如, t =40ms 则 fmin =1/(40*10-3)=25Hz
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
分辨率M*N、颜色个数K与显存大小V的关系
V M N log 2 K
3个位面分辩率是1024×1024的显示器，需要3×1024×1024 （3145728）位的存储器。若存储器位长固定，则屏幕分辩率 与同时可用的颜色种数成反比关系。1兆字节的帧缓存，若设 分辩率为640×480，则帧缓存每个单元可有24位，可能同时 显示224种颜色，若设分辩率为1024×768，则每个单元分得的 位数仅略多于8，只能工作于256色显示模式下。
平面直角显象管
– 表面：球面的一部分，类似于平面 – 时间：90年代中后期
纯平显象管
– 表面：纯平面 – 时间：90年代后期 – 代表：Sony公司的FD Trinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron，
Samsung公司的DanyFlat，LG公司的Flatron – 主流显象管
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2.1 图形显示器
2.1.2 阴极射线管 2.1.3 彩色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法
2.1.4 随机扫描显示系统 2.1.5 光栅扫描系统
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2.1.1 阴极射线管（CRT）（Cathode Ray Tube）
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
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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，提高分辩率
加速电极
加正的高压电（几万伏）， 使电子束高速运动。
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偏转系统
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转， 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的 指标，显示器长短与此有关。
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ห้องสมุดไป่ตู้
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调节各电子枪发生的 电子束中所含电子的数 目，即可控制各色光点 亮度。
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级， 则显示器能同时显示256*256*256=16M种颜色，称
为真彩系统
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– 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 Processor）， CRT
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2.1.2 彩色阴极射线管
– 产生彩色的常用方法：射线穿透法、影孔板法 – 射线穿透法
原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电 子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色 荧光涂层 产生颜色
低速电子束
电子束
较低速电子束 较高速电子束
高速电子束
应用：主要用于画线显示器 优点：成本低 缺点：只等产生有限几种颜色
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隔行扫描工作原理
一帧完整的画面分成两场。 一场1／60秒，（场频60HZ），（帧
频30HZ）画面更新频率仍为60HZ，降低 了闪烁效应，每一场1／60秒内，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。
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简单的光栅扫描图形显示系统的结构
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彩显：
显存问题 – 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 – 曾经是个问题！ – 解决方法：采用查色表(Lookup Table）或称
彩色表(Color Table) – 查色表工作原理
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存放方式
颜色信息在帧缓存中两种存放方式
– 帧缓冲存储器
作用：存储屏幕上像素的颜色值
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相同，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（图示帧缓冲器的每个 单元只有一位）。
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图形显示设备的发展：
画线显示器（矢量显示器/随机扫描显示器） 存储管式显示器
转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的 荧光物质吸收，发光产生可见的图形。 –结构
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电子枪
电灯丝，阴极和控制栅组成。
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。
主动型有平板CRT显示器、等离子气体放电显示器、电荧 光(Electroluminescent，EL)温示器和真空荧光显示器。
被动型以液晶队（LC)显示器和发光二极管（LED）显示 器为代表。
在主动式平板显示器中，当前最适合于大尺寸高分辨率图
形应用场合的有等离子气体放电显示器和荧光显示器。一般 液晶显示器以被动式为佳，除非特殊的场合，比如航空工业 中采用发光二极管就更有利。
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。
双缓冲机制（Double Buffer)
普通显卡=视频控制器+显存
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显示处理器
作用：代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、 裁剪、光栅操作、纹理映射等等
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液晶显示器 等离子显示器和荧光显示器是主动平板技术的代
表，而液晶平板显示器是被动技术的代表。液晶显示 器可以让入射光透过，也可以反射入射光。它利用某 些有机化合物的偏振特性对入射光进行调制。
偏振光的基本原理如图所示。图A中非相干光 在通过第一个（左边的）偏振片后就在XY平面上被极 化了。而第二个偏振片的极化轴与XY平面对齐，所以 光可以通过第二个偏振片。在图B中，第二个偏振片极 化轴的方向旋转了900，结果，穿过第一个偏振片的平 面极化光就无法通过第二个偏振片而被吸收。
荧光屏
荧光物质：吸收电子束而发光 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
1/10所需的时间(10-60ms) 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
如某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率为fmin ,荧光物
质的持续发光时间t ,则 fmin =1/ t (秒)
其中，帧缓存为系统内存 任一块区域，视频控制器 能够直接存取该区域以刷 新屏幕。
较为典型的光栅扫描图形显示系统的结构
其中，帧缓存可以是专用 的存储器，也可以是系统 内存中的一块固定区域。
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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
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
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2.1.4 光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统
– 特点：光栅扫描 – 扫描线 –帧 – 水平回扫期 – 垂直回扫期
电子束按固定的扫描顺序 从左到右,自上而下进行 扫描.
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– 绘图过程
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N位帧缓的灰度光栅显示器 N=3 2N级
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*纯平显示器*
– 走向平面的显像管
球面显象管：
– 表面：球面的一部分 – 时间：~90年代初
柱面显象管：
– 表面：柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有弯曲 – 时间：90年代中期 – 代表：Sony公司的Trinitron，Mitsubishi公司的Diamondtron