计算机图形学 第2章

CRT显示器经历了多个发展阶段，出现过各种 不同类型的CRT显示器，如存储式显示器、随 机扫描显示器，但是这些显示器有明显的缺点， 图形表现能力也很弱。20世纪70年代开始出现 的刷新式光栅扫描显示技术走向成熟的一个标 志。尤其是彩色光栅扫描显示器的出现，将人 们带入一个多彩的世界。
一 CRT显示器工作原理
与一般计算机系统一样，计算机图形系统也 是由硬件和软件两部分组成。硬件包括主机、输 入设备和输出设备。输入设备通常为键盘、鼠标、 数字化仪、扫描仪和光笔等。输出设备则为图形 显示器、绘图仪和打印机。这里主要介绍图形输 出设备，而图形输入设备的内容放在交互技术那 一章去介绍。 而输出设备主要为显示设备和硬 拷贝设备。
0.25mm
G B R G B R G GB
d=0.28mm
0.31mm
点距为.25的柱 面显示器
0.22mm
点距为.28的球 面显示器
柱面和球面显示器点距定义示意图
三、随机扫描的图形显示器
随机扫描显示器又称矢量显示器、笔划显示 器，随机扫描显示器电子束的定位和偏转具有随 机性，只在需要的地方扫描，而不必全屏扫描。
是一种真空器件，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 表面的荧光材料而产生可见图形。CRT由五部分组 成：电子枪、加速电极、聚焦系统、偏转系统和荧 光屏，这五部分都封装在真空管内，其构造见下图。
阴级
聚焦系统
灯丝
加速电极 偏转系统 控制栅
荧光涂层
阴极射线管(CRT)
➢ 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：成本低 缺点：只能产生有限几种颜色
2、荫罩式
根据屏幕上荧光点的排列不同，控制栅也就不 一样。普通的显示器一般用三角的排列方式，这 种显像管被称为荫罩式显像管。荫罩法常用于光 栅扫描系统，因为它能产生的彩色范围比电子束 穿透法宽广得多。
而不是单独的荧光点。通过电
子枪射出电子束，穿过栅条打
在荧光条上使其发光。这种结 荫栅
构因消除了纵向间距，透光率
比荫罩式显示器高30%，加之 垂直的荧光粉条，所以亮度更
荧光屏 RGB
高，色彩比其它的显像管系统 荫栅式彩色CRT显色原理 亮丽细致。
荫栅式与荫罩式显像管的区别主要表现在 选色板及荧光粉的排列方式。荫罩式显像 管的选色板为孔状金属板，荧光粉为点状 排列，点距是0.28；荫栅式显像管的选色 板采用垂直金属线组成，荧光粉的排列为R、 G、B三色荧光粉条，点距是0.25，透光率 更强，因而显示色彩更丰富亮丽。荫栅式 显像管在垂直方向不存在弧度，所以垂直 方向无失真。
由计算机加工成为显示器的显示文件。显示文件经 接口电路送到显示器的缓冲存储器，而固定存储器 中则存放各种常用字符、数字等显示指令。DPU取 出缓冲存储器或固定存储器中的显示指令，依次执 行，再由控制电随路机扫使描电显子示束器以特所点需的亮度偏转到所 需的位置。
特点：
1.无多余扫描、速度快、图象清晰、比光栅系 统更高的分辨率、生成光滑线条。
–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，被其内表面的 荧光物质吸收，发光产生可见的图形。 –结构
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
二 彩色CRT显示器
CRT显示器利用能发射不同颜色的荧光物质 的组合来显示彩色图形。组合不同荧光物质的 发射光，便能生成一定范围的彩色。用CRT产 生彩色显示的两种基本技术是电子束穿透法和 荫罩法。
1、电子束穿透法
电子束穿透法用于随机扫描显示器。两层荧光 层，通常是一红一绿，涂覆在CRT屏幕的内层， 而显示的颜色取决于电子束穿透进荧光层的深浅。 慢速的电子束只激活外面的红色层，快速的电子 束穿过红色层并激活里面的绿色层。而中速的电 子束，通过红、绿光发射的组合，来生成另外的 两种颜色：橙色和黄色。电子束穿透法是随机扫 描显示器生成彩色的廉价途径，但只可能有四色， 而且图形质量不如其它方法。
主要内容：
2.1 图形硬件设备
2.1.1 显示设备 2.1.2 硬拷贝设备
2.2 图形软件系统
2.1 图形硬件设备
2.1.1 显示设备
图形系统一般使用视频显示器作为基本的输出设 备，目前大部分视频显示器的操作是基于标准的 阴极射线管（CRT：Cathode Ray Tube）设计 的。此外，还有液晶显示器和等离子板显示器等， 它们体积小，功耗少，主要用于便携式电脑上。
2.不能显示逼真场景、驱动系统也较复杂。
3.不能显示太复杂的图形，因为显示文件会太 长，重复扫描图形会闪烁。
四、存储管式的图形显示器
是20世纪60年代后期开始出现的图形显示器，最 大特点在于它的荧光粉能够在足够长的时间内（以 小时计）保持图形而不需要刷新，因此价格低廉， 可以不闪烁地显示任意多的线条和字符，而且相当 清晰。致命弱点在于图形的修改和删除方面，它只 能一次擦除整屏的图形，而且擦除时间长达数秒， 若想有选择地擦除某一部分图形则是不可能的。这 样，就限制了它在动态作图和交互修改作图方面的 应用。体现。
刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
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）
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
采用荫栅式显像管的显示器有柱面显示和平面显 示器。柱面显示它的表面在水平方向仍然略微凸起， 但是在垂直方向上却是笔直的，可将屏幕上方的光 线反射到下方，减弱眩光。平面显示器，屏幕完全 平面，大大提高质量。
这种条状荫栅由固定在一个拉 力极大的铁框中的，互相平行
红 绿兰
的垂直铁线阵列
三色荧光屏 荫罩 三个电子枪
能显示16兆种颜色的显示系统叫做真彩色显示系统
3、荫栅式
普通的显象管采用的都是荫罩式显象管，显象管 的表面呈略微凸起的球面状，故称之为“球面管”。 荫罩式球面显示器几何失真大，而且三角形的荧光 点排列造成即使点很密很细也不会特别清晰，所以 近几年荫栅式显示器逐渐流行起来。