第2章 图形输入输出设备
计算机图形学第2章图形系统
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。
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。
喷绘仪实物图
四、静电设备
静电设备沿纸的宽度方向一次一整行地置负电 荷于纸上，尔后，面对调色剂曝光。调色剂充以 正电，被吸引到充以负电的区域，从而产生指定 的输出。 静电绘图仪分辨率可达200dpi，其速度比笔绘 仪高，运行可靠，噪声小，但用纸特殊而价格昂 贵。
静电绘图仪结构图
五、电热式设备
电热式利用点阵打印头的热度，在热感应纸上输 出图案。
二、激光设备
在激光设备里，激光束把要打印的图形写在感光 鼓上，鼓再把这一图形转移到纸上。激光打印机 的主要构成部分有感光鼓、炭粉、打底电晕丝和 转移电晕丝。
激光打印机结构图
三、喷墨设备
喷墨法产生的输出，是沿包裹在鼓上的纸卷逐行 喷墨水来实现的。在高压下墨水形成墨雾，充电 荷的墨雾在电场控制下发生偏转，将墨雾喷印到 纸上。
热升华打印机
六、笔绘仪
笔绘仪有一支或多支笔安装在横跨纸的笔架或滑杆 上，各种彩色和不同粗细的笔用来绘制各种阴影和 线型。与前面几种点阵硬拷贝设备不同，笔绘仪属 于随机画线硬拷贝设备。 笔绘仪的绘图速度取决于绘图笔移动的速度和 加速度。这里，加速度和笔绘仪笔头的质量有关。
第2章 CAD系统选型
2. 外存储器
用来存放各种程序、数据等信息。 种类： 硬盘、光盘、软盘、磁带、U盘等。 特点： 容量大、速度较慢。
3. 图形输入设备
2.1.2 计算机类型
2.小型机
小型机的性能价格比优于大中型机，70 年代末至80年代初的CAD／CAM系统多采用 这种机型。80年代中期以后，小型机逐渐被 性能价格比更好的工程工作站所代替。
2.1.2 计算机类型
3.工程工作站
所谓工程工作站，是以个人计算机环境和分布 式网络环境相结合的高性能价格比的小型机，由于 它为工程技术人员提供了较理想的独立使用工作环 境，故称为工程工作站。 与一般小型机相比，工程工作站具有较强的人 机交互、图形显示和网络通信功能，能够方便地通 过网络组成分布式计算机系统，是CAD／CAM系统 较理想的主流硬件平台。
4、可靠性和维护支持能力
系统的可靠性是程序在其运行过程中，计算 机系统在给定的时间内不出错的概率。 对于可靠性的度量可从三方面来考虑：平均 错误间隔时间（Mean Time between Errors，缩 写为 MTBE），平均修复时间（Mean Time to Repair Errors，缩写为 MTTR），正常运行时 间的百分率（Percent up Time）。
2.3.4 典型CAD软件介绍
AutoCAD CAXA SolidWorks Pro/E CATIA UG等 MasterCAM
2.4 CAD/CAM系统选择原则
在建立CAD／CAM系统时、应遵循“提前培 训”、以软件为主、适当配置计算机硬件系统 的原则。选择 CAD/CAM系统时，主要考虑以 下几个问题：
计算机图形学基础（第2版）课后习题答案__陆枫__何云峰
计算机图形学基础（第2版）课后习题答案__陆枫__何云峰第⼀章绪论概念：计算机图形学、图形、图像、点阵法、参数法、图形的⼏何要素、⾮⼏何要素、数字图像处理；计算机图形学和计算机视觉的概念及三者之间的关系；计算机图形系统的功能、计算机图形系统的总体结构。
第⼆章图形设备图形输⼊设备：有哪些。
图形显⽰设备：CRT的结构、原理和⼯作⽅式。
彩⾊CRT：结构、原理。
随机扫描和光栅扫描的图形显⽰器的结构和⼯作原理。
图形显⽰⼦系统：分辨率、像素与帧缓存、颜⾊查找表等基本概念，分辨率的计算第三章交互式技术什么是输⼊模式的问题，有哪⼏种输⼊模式。
第四章图形的表⽰与数据结构⾃学，建议⾄少阅读⼀遍第五章基本图形⽣成算法概念：点阵字符和⽮量字符；直线和圆的扫描转换算法；多边形的扫描转换：有效边表算法；区域填充：4／8连通的边界／泛填充算法；内外测试：奇偶规则，⾮零环绕数规则；反⾛样：反⾛样和⾛样的概念，过取样和区域取样。
5.1.2 中点 Bresenham 算法（P109）5.1.2 改进 Bresenham 算法（P112）习题解答习题5（P144）5.3 试⽤中点Bresenham算法画直线段的原理推导斜率为负且⼤于1的直线段绘制过程（要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程）。
（P111）解： k<=-1 |△y|/|△x|>=1 y为最⼤位移⽅向故有构造判别式：推导d各种情况的⽅法(设理想直线与y=yi+1的交点为Q)：所以有： y Q-kx Q-b=0 且y M=y Qd=f(x M-kx M-b-(y Q-kx Q-b)=k(x Q-x M)所以，当k<0，d>0时，M点在Q点右侧（Q在M左），取左点 P l(x i-1,y i+1)。
d<0时，M点在Q点左侧（Q在M右），取右点 Pr(x i,y i+1)。
d=0时，M点与Q点重合（Q在M点），约定取右点 Pr(x i,y i+1) 。
第2章CADCAM系统组成
• 微机上主要采用Windows系列操作系统。
• 2. 编译系统
• 将用汇编语言、高级语言编写的程序翻译 成计算机能够直接执行的机器指令。有了 编译系统，用户就可以用接近人类自然语 言和数学语言的方式编写程序，而翻译成 机器指令的工作则由编译系统完成。
2.1.3 输入/输出设备
• 2.1.3 输入/输出设备 • 输入设备泛指用于向计算机输入信息的设
备。输出设备是用于将计算机中的信息展 示给用户的设备。结合CAD系统的特点， 可把输入/输出设备分为图形输入设备、图 形输出设备和图形显示设备。
• 1. 图形输入设备
• 常见的输入设备包括鼠标、键盘、数字化 仪、图形扫描仪等。
根据设计任务建立数学模型
修改数 学模型
输入参数 求解目标参数 显示图形，表格求值
程序库 数据库
N 确认满意 Y 结束
图2.4 自动型CAD系统工作流程图
• 3. 交互型
• 交互型系统是利用输入、输出设备，通过 人机对话的方式工作的。
• 目前，国内外广泛应用的高级语言，如 FORTRAN、PASCAL、Visual C++、 Visual Basic等均有各自的编译系统。
• 2.2.2 支撑软件
• 在系统软件基础上开发出来的、满足CAD 用户某些需要的通用软件或工具软件。根 据支撑软件所提供的功能可分为以下几种：
• 1. 图形软件
• 3. 图形显示设备 • 1) 显示器 • 标准阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、
激光显示、等离子显示等。
• 2) 图形显示卡 • 起着CPU与显示器之间的接口、处理图形
数据、加速图形显示等作用。
CADCAM课后习题答案
第一章绪论1、什么是CAD、CAM、CAPP？什么是CAD/CAM集成？答：CAD (Computer Aided Design System)是指以计算机为辅助手段来完成整个产品的设计过程、分析和绘图等工作。
CAD的功能包括：概念设计、结构设计、装配设计、曲面设计、工程图样绘制、工程分析、真实感和渲染、产品数据接口。
CAM( Computer Aided Manufacturing System) 通过计算机与生产设备直接的或间接的联系，完成从生产准备到成品制造整个过程的活动。
狭义的CAM指NC数控程序编制，包括：刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成。
CAPP（Computer Aided Process Planning）借助计算机根据设计阶段的信息，人机交互的或自动完成产品加工方法的选择和工艺过程的设计，称为CAPP。
CAPP的功能包括：毛坯设计、加工方法选择、工艺路线制定、工序设计、刀夹量具设计等。
CAD产生的图纸直接被CAPP，CAM 以及以后的CIMS所利用，这就是CAD/CAM集成。
2、一般所说的CAD/CAM过程链主要包括哪些内容？答：CAD/CAM过程链是一个串行的过程链，在此过程链中包括从市场需求到产品整个的产品生产过程，具体包括：1）市场需求2）产品设计（任务规划、概念设计、结构设计、施工设计）3）工艺设计（毛坯设计、工艺路线设计、工序设计、刀夹量具设计）4）加工装配（NC编程、加工仿真、NC加工、检测、装配、调试）3、CAD/CAM集成方案有哪几种？答：1）通过专用数据接口实现集成2）利用标准格式接口文件实现集成3）基于统一产品模型和数据库4）基于产品数据管理（PDM）的系统集成4、CAD/CAM的发展趋势如何？答：1）CAD/CAM系统的集成化方向发展（CIM）2）并行工程3）智能化CAD/CAM系统4）虚拟产品开发5）网络化CAD/CAM第二章CAD/CAM系统的支撑环境1、CAD/CAM系统应具备哪些基本功能答：1）交互图形输入及输出功能。
第二章 图形设备
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，这时释放能量将发出荧光，屏幕上的那个点就会 发亮，从而产生可见图形。
青岛农业大学
2.3.1 CRT显示器
1.单色阴极射线管
电子枪 电灯丝：通电后变热给阴极加热。 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 保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。 加速电极 加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动。
青岛农业大学
分辨率(Resolution)
CRT在水平或垂直方向的单位长度上能分辨出的最大光 点（像素）数，分为水平分辨率和垂直分辨率。通常用 屏幕上像素的数目来表示。 分辨率越高，相邻象素点之间的距离越小，显示的字符 或图像也就越清晰。分辨率受显示器生产工艺、扫描频 率以及显示存储器容量的限制。
下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于红、绿、蓝三原色 有三个位面的帧缓存和三个电子枪。
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彩色光栅显示器
每种原色电子枪有8个位面的帧缓存和8位的数模转换器， 每种原色可有256种灰度，三种原色的组合将是 （28）3=224
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帧缓冲容量的计算
x方向的像素点数*y方向的像素点数*log2n/8 其中：n为颜色数或灰度等级数
CPU
系统 主存
帧缓存 系统总线
显示 控制器
显示器
常用的光栅图形显示系统结构
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帧缓存（显示存储器）
存放要显示的图形信息，简称帧缓存，俗称显存。
帧缓存的存储单元与显示屏上的像素一一对应，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。
计算机图形学基础与CAD开发 第2章 图形输入输出设备
3. 图形扫描仪
功能： 图形扫描仪是利用光电技术和数字处理技术， 以扫描方式将图形或图像或者实物信息转换为数字信号的 一种输入装置。 主要用在图形图像处理、排版印刷、人事 档案管理、图纸存档管理、文字识别、机器翻译等领域。
种类：扫描仪主要分为滚筒式扫描仪和平面扫描仪。近 几年出现了笔式扫描仪、便携式扫描仪、胶片扫描仪、底 片扫描仪和名片扫描仪。
LED显示器基本结构是一块电致发光的半导体材料， 电流通过其中的化学物质而产生的光。
本节重点学习 ： （1）基本概念 （2）光栅扫描显示器的结构、工作原理
一、光栅扫描显示器概念
➢ 显示器尺寸（显像管对角线的尺寸，以英寸为单位(1 " =2.54cm)， 如15 " 、19"显示器）
➢ 像素点（Pixel)（1024×768 640×480)
➢ 屏幕分辨率(Screen Resolution) ➢ 点阵纵横比(Aspect Ratio)
(竖直与水平方向每英寸像素点之比） ➢ 前景(Foreground )
（屏幕上被字符和图形填充的区域） ➢ 背景(Background)
当使用者在台板上移动游标到指定位置，并将十字叉的交点对准数 字化的点位时，按动按钮，数字化仪则将此时对应的命令符号和该点的 位置坐标值排列成有序的一组信息，通过接口（多用串行接口）传送到 计算机。
种类：按结构与工作原理分，有电位梯度式、静电耦合 式、超声波式及电磁感应式等，其中电磁感应式应用较多。 功能：具有定位、拾取、选择三个基本功能。 主要性能指标有:
Ch2 图形输入与输出设备
本章掌握各种图形设备的结构、工作原理、性能指标。
图形输入设备 图形显示设备 图形输出设备
2.2 图形显示设备
第2章 计算机图形系统组成
第2章计算机图形系统组成随着计算机图形技术的发展，大量的计算机图形系统应用到了非常多的领域。
本章将探讨计算机图形系统的功能和结构；对部分硬件设备，特别是图形显示设备进行简要介绍；最后，为方便后面章节的讲述。
2.1.计算机图形系统概述2.1.1.计算机图形系统的功能计算机图形系统是由计算机图形硬件和计算机图形软件组成，它的基本任务是研究如何用计算机生成、处理和显示图形。
一个交互式计算机图形系统应具有计算、存储、交互、输入和输出等5中功能。
如图2-1所示。
1）计算功能（Computing）。
应包括形体设计和分析方法的程序库，描述形体的图形数据库。
数据库中应有坐标的平移、旋转、投影、透视等几何变换程序库、曲线、曲面生成和图形相互关系的检测库等。
2）存储功能(Storage)。
在计算机内存储器和外存储器中，应能存放各种形体的几何数据及形体之间相互关系，可实现对有关数据的实时检图2-1 计算机图形系统的基本功能图索以及保存对图形的删除、增加、修改等信息。
3）输入功能（Input）。
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（Output）。
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）交互功能（Interactive）。
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执行的错误给予必要的提示和帮助。
以上5种功能是一个图形系统所具备的最基本功能，至于每一功能中具有哪些能力，则因不同的系统而异。
2.1.2.计算机图形系统的结构根据基本功能的要求，一个交互式计算机图形系统的结构如图2-2 所示。
可以看到，它由计算机图形硬件和计算机图形软件两部分组成。
图2-2 计算机图形系统的结构1.图形软件图形软件分为图形应用数据结构、图形应用软件和图形支撑软件三部分。
图形输入输出设备课件
contents
目录
• 图形输入设备概述 • 图形输出设备概述 • 图形输入输出设备的应用 • 图形输入输出设备的维护与保养 • 图形输入输出设备的未来发展
01
图形输入设备概述
鼠标
总结词
鼠标是常见的图形输入设备之一，通 过在鼠标垫或桌面上移动鼠标，使光 标在屏幕上移动。
详细描述
详细描述
高分辨率显示技术能够提供更清晰、更细腻的画面，使图像和文字的呈现更加逼真。这 种技术广泛应用于电视、电脑显示器、平板电脑等领域，为用户带来更加出色的视觉体 验。未来，随着虚拟现实、增强现实等技术的普及，高分辨率显示的需求还将进一步增
加。
无线连接技术
总结词
无线连接技术使得图形输入输出设备摆 脱了线缆的束缚，为用户提供了更加便 捷的使用体验。
避免过度使用
避免长时间连续使用图形输入输 出设备，以免造成设备过热或性
能下降。
在使用过程中，应注意观察设备 运行状态，如发现异常应及时停 止使用并联系专业人员进行检修
。
定期休息：在使用设备一段时间 后，应让设备适当休息，以延长
其使用寿命。
05
图形输入输出设备的未来发展
高分辨率显示技术
总结词
随着显示技术的不断进步，高分辨率显示已成为未来图形输入输出设备的重要发展方向 。
投影仪在会议、教学、家庭影院等领域都有广泛的应用 。
3D打印机
3D打印机是一种可以打印三维 立体物体的设备。
3D打印机的类型包括熔融沉积 成型（FDM）、立体光固化（ SLA）、选择性激光烧结（SLS
）等。
3D打印的技术参数包括打印精 度、打印速度、材料等，这些 参数决定了打印质量和效果。
计算机图形学课件之第2章图形输入输出设备
颜色模式决定了图像中颜色的表示方式，常见的颜色模式有RGB、CMYK等。不 同的颜色模式适用于不同的应用场景，例如RGB适用于显示器显示，CMYK适用 于印刷。
扫描速度
扫描速度
扫描速度是指扫描仪在单位时间内能够扫描的面积，通常以 平方英寸/分钟（sq in/min）或毫米/秒（mm/s）表示。扫 描速度越快，扫描大型图像所需的时间就越短。
扫描类型
扫描类型包括平板扫描、胶片扫描和3D扫描等，不同类型的 扫描仪适用于不同的应用场景。平板扫描仪适用于普通文档 和照片扫描，胶片扫描仪适用于胶片扫描，3D扫描仪适用于 物体表面形状和纹理的扫描。
打印速度
打印速度
打印速度是指打印机在单位时间内能够打印的页面数量，通常以页/分钟（ ppm）或页/秒（pps）表示。打印速度越快，打印大型文件所需的时间就越短 。
打印技术
打印技术是影响打印速度的重要因素，常见的打印技术有喷墨、激光、热转印 等。不同类型的打印技术适用于不同的应用场景，例如喷墨打印机适用于彩色 打印，激光打印机适用于黑白文档打印。
04
图形输入输出设备的 应用
办公自动化
文字处理
使用图形输入设备如键盘和鼠标 进行文档编辑，输出设备如打印 机进行打印输出。
数据可视化
利用图形输出设备展示数据，如 柱状图、饼图等，便于理解和分 析。
图像处理
图片编辑
使用图形输入设备如数码相机、扫描 仪获取图片，通过图形处理软件进行 编辑，再由输出设备如打印机输出。
特效制作
利用图形处理软件进行特效制作，如 滤镜、色彩调整等，丰富图像表现力 。
计算机辅助设计（CAD）
绘图设计
等。
触摸屏在移动设备和一些桌面应 用中广泛使用。
第二章 计算机组成原理考点
第 2 章计算机组成原理★考核知识要点、重点、难点精解★考点 1 * ：计算机硬件的组成及其功能计算机硬件主要包括中央处理器（CPU ）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接1. 输入设备（1）输入设备的概念用来向计算机输入信息的设备通称为“输入设备”。
（2）输入设备的分类输入设备有多种，例如，数字和文字输入设各（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪，数码相机等），声音输入设各（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备．（温度、压力传感器）等。
注意：输入到计算机中的信息都使用二进位（“0”和“ 1 " ）来表示。
2 中央处理器（CPU）负责对输入信息进行各种处理（例如计算、排序、分类、检索等）的部件称为“处理器”。
注意：一台计算机中往往有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于绘图，有的用于通信．其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器（CPU），它是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。
3 ．内存储器( l ) 内存储器的概念计算机的一个重要特性是它具有强大的“记忆”功能，能够把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终结果等）储存起来，具有这种功能的部件就是“存储器”。
( 2 ) 内存的工作原理内存是存取速度快而容量相对较小（因成本较高）的一类存储器。
内存储器直接与CPU 相连接，是计算机中的工作存储器，它用来存放正在运行的程序和需要立即处理的数据。
CPU 工作时，它所执行的指令及处理的数据都是从内存中取出的，产生的结果也存放在内存中。
4 ．外存储器外存则是存取速度较慢而容量相对很大的一类存储器。
外存储器也称为辅助存储器，其存储容量很大，它能长期存放计算机系统中几乎所有的信息。
计算机执行程序时，外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存，然后才能被CPU 使用。
计算机图形学(计算机图形系统及硬件基础)
2009-2010-2:CG:SCUEC
23
光栅扫描显示器
是画点设备，屏幕可看成一个像素阵列，并可控制 每个点像素的亮度。 发出的电于束的偏转方式是固定的，自上而下，从 左到右扫描在荧光屏上形成光栅形状。
扫描线 0 1 2 3
水平扫描（显示）
水平回扫（消隐）
垂直回扫（消隐）
n
2009-2010-2:CG:SCUEC
2009-2010-2:CG:SCUEC
9
输入功能
计算机图形系统的功能
输出功能
图形系统应具有文字、图形、图像信息的输 出功能，以方便长期保存分析计算的结果或 交互需要的图形和非图形信息。根据对输出 结果的精度、形式和时间等的不同要求，相 应的有多种不同的输出设备。 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，通过观察屏幕上显示的 计算结果和图形，利用选择、定位等手段对 不满意的部分进行修改。另外，可以由系统 追溯到以前的工作步骤，跟踪检索出出错的 地方，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。
2009-2010-2:CG:SCUEC
12
CRT的显示原理
第一阳极 第二阳极 偏转线圈 高压入口经石墨层接第二阳极 用于磁偏转系统 电平控制器 聚焦系统 加速系统 荧光纷（磷粉涂层） 偏转的电子束 荧光屏 灯丝 阴极 水平偏转板 垂直偏转板 用于静电偏转系统 偏转系统 荧光屏
电子枪
石墨层吸收轰击磷粉涂层后逃逸在荧光屏内 的杂撒电子送至第二阳极,形成电流回路。
6
2009-2010-2:CG:SCUEC
计算机图形系统的功能
一个计算机图形系统至少应具有计算、存储、输入、
输出和交互等基本功能，各功能之间的关系如下：
图形输入输出设备课程(PDF 60页)
图形设备 图形软件及其标准
第二章 图形输入输出设备
图形设备 图形软件及其标准
图形显示设备
◦ 图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图形 显示指的是在屏幕上输出图形
◦ 图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷贝 ，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管
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
图形质量比较差
◦ 影孔板法（书中也叫荫罩法）
原理：通常用于光栅扫描显示器中，颜色范 围广，每个像素有三个荧光点（红、绿、蓝 三基色）。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
◦ 影孔板的类型
常用的柱面显象管有日本索尼公司的特丽 珑管（Trinitron）和三菱公司的钻石珑管 （Diamondtron）
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
随即扫描显示器又称矢量显示器。 特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分。
射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
产生彩色的常用方法：
射线穿透法 影孔板法
书中也叫电子透入法
• 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
1.如何控制电子束的发射和亮度？
答：使用电子枪发射电子束。利用控制 栅调节电子枪发射的电子束，从而控 制电子书的亮度。
计算机系统的输入设备和输出设备
1．输入设备输人设备是外部向计算机传送信息的装置。
其功能是将数据、程序及其他信息，从人们熟悉的形式转换成计算机能接受的信息形式，输入到计算机内部。
计算机的输入设备按功能可分为下列几类：● 字符输入设备:键盘；● 光学阅读设备:光学标记阅读机，光学字符阅读机；● 图形输入设备:鼠标器、图形板，（电子游戏机中的）操纵杆（移动）操纵杆是将纯粹的物理动作（手部的运动）完完全全地转换成数学形式（一连串0和1所组成的计算机语言）。
轨迹球是另外一种类型的鼠标，其工作原理与机械式鼠标相同，内部结构也类似。
轨迹球占用空间小，多用于笔记本电脑等便携机。
轨迹球有两个按钮，一个用于用户单击或双击，而另一个提供为选择菜单和拖动对象后需要的动作。
轨迹球通过读取可滚动的球滚动的方向和速度来定位。
、跟踪球或轨迹球，光笔、画笔（或游动标)；(3)图形板和游动标输入图形板和游动标结合构成二维坐标的输入系统，主要用于输入工程图等。
将图纸贴到图形板上，游动标沿着图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。
游动标是一个手持的方形坐标读出器，上面有一块透明玻璃，玻璃上刻有十字标记。
十字标记的中心就是游动标的中心。
使用时将十字标中心对准在图形的坐标点上即可。
图形板是一种二维的A/D变换器，因此它又称作数字化板。
坐标测量的方法有电阻式、电容式、电磁感应式、超声波式几种。
● 图像输入设备:摄像机、扫描仪、传真机,数字相机● 模拟输入设备：模数转换器（模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小）, 语音输入设备条形码阅读器 , 触摸感应屏幕,纸带输入机、声音识别输入利用人的自然语音实现人-机对话是新一代多媒体计算机的重要标志之一。
第2章 图形输入输出设备
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。
2019/11/27
19
0 1 0
N位寄存器 0 10
有N个位面的帧缓存
2NDAC
电子枪
0~2N-1灰度等级
0 1 0
寄存器
0 1 0
DAC DAC DAC
红色枪 绿色枪 蓝色枪
帧缓存
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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
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
2019/11/27
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CRT显示器分类
阴极射线管（CRT）（Cathode Ray Tube） 单色CRT 彩色CRT
2019/11/27
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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
(1)用某种语言写成的子程序包
如: GKS (Graphics Kernel System)
PHIGS (Programmer’sHerarchical Iuteractive Graphics system ) GL 便于移植和推广、但执行速度相对较慢，效率低
(2）扩充计算机语言，使其具有图形生成和处理的功 能
计算机系统的输入设备和输出设备
1．输入设备输人设备是外部向计算机传送信息的装置。
其功能是将数据、程序及其他信息，从人们熟悉的形式转换成计算机能接受的信息形式，输入到计算机内部。
计算机的输入设备按功能可分为下列几类：● 字符输入设备:键盘；● 光学阅读设备:光学标记阅读机，光学字符阅读机；● 图形输入设备:鼠标器、图形板，（电子游戏机中的）操纵杆（移动）操纵杆是将纯粹的物理动作（手部的运动）完完全全地转换成数学形式（一连串0和1所组成的计算机语言）。
轨迹球是另外一种类型的鼠标，其工作原理与机械式鼠标相同，内部结构也类似。
轨迹球占用空间小，多用于笔记本电脑等便携机。
轨迹球有两个按钮，一个用于用户单击或双击，而另一个提供为选择菜单和拖动对象后需要的动作。
轨迹球通过读取可滚动的球滚动的方向和速度来定位。
、跟踪球或轨迹球，光笔、画笔（或游动标)；(3)图形板和游动标输入图形板和游动标结合构成二维坐标的输入系统，主要用于输入工程图等。
将图纸贴到图形板上，游动标沿着图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。
游动标是一个手持的方形坐标读出器，上面有一块透明玻璃，玻璃上刻有十字标记。
十字标记的中心就是游动标的中心。
使用时将十字标中心对准在图形的坐标点上即可。
图形板是一种二维的A/D变换器，因此它又称作数字化板。
坐标测量的方法有电阻式、电容式、电磁感应式、超声波式几种。
● 图像输入设备:摄像机、扫描仪、传真机,数字相机● 模拟输入设备：模数转换器（模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小）, 语音输入设备条形码阅读器, 触摸感应屏幕,纸带输入机、声音识别输入利用人的自然语音实现人-机对话是新一代多媒体计算机的重要标志之一。
第二章 计算机常用设备
第二章计算机常用设备一、输入与输出设备1、输入设备：向计算机输入数据和信息的设备。
是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。
输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。
键盘，鼠标，摄像头，扫描仪，光笔，手写输入板，游戏杆，语音输入装置等都属于输入设备，是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。
2、输出设备：是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。
它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。
常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。
二、认识主机、显示器、键盘、鼠标1、主机计算机硬件系统中用于放置主板及其他主要部件的容器。
通常包括CPU、内存、硬盘、光驱、电源、以及其他输入输出控制器和接口，如 USB 控制器、显卡、网卡、声卡等等。
位于主机箱内的通常称为内设，而位于主机箱之外的通常称为外设（如显示器、键盘、鼠标、外接硬盘、外接光驱等）。
通常，主机自身（装上软件后）已经是一台能够独立运行的计算机系统。
2、显示器显示器是用户用来显示键入的命令、程序、数据以及计算机运算的结果或系统给出的提示信息等的输出设备。
目前绝大多数计算机都采用彩色显示器。
显示器上的字符和图形是由一个个像素组成的，整个屏幕上的总的像素点数称为分辨率。
分辨率越高，图像就越清晰。
3、键盘键盘是用户用来键入命令、程序、数据的主要输入设备。
常用的标准键盘的个数有101键、103键、105键等。
4、鼠标鼠标是快速输入设备，可以取代传统键盘的光标移动键，能方便、准确、快速地操作。
一般鼠标有左、右两个键，。
目前使用的鼠标有机械式和光电式两种。
还有无线鼠标，它与主机之间通过红外线或“蓝牙”等技术进行通信。
三、了解音响、U盘、投影仪、扫描仪及打印机1、音响设备大概包括功放、周边设备（包括压限器、效果器、均衡器、激励器等）、扬声器（音箱、喇叭）、调音台、声源（如麦克风、乐器、VCD、DVD）显示设备等等加起来一套。
第02章 CAD系统的组成
（1）UNIX工作站 UNIX工作站采用RISC处理器，且可以配置多个处理器，因而具有 极高的浮点运算速度。另外，UNIX工作站有着64位的计算能力。由于64 位UNIX工作站可以突破4GB的32位寻址极限，因此，为复杂的工程应用 提供了大的虚拟内存空间，而它的实际物理内存已经超过4GB，可以达 到8～16GB，能满足几乎所有的高性能计算要求，可以满足企业级的应 用需要。 UNIX操作系统源于已公开源代码的标准操作系统，发展历史长， 系统稳定性好，错误修正快，且在许多年前就已经包含了较为完善的网 络功能。大部分TCP/IP网络服务程序最早都是在UNIX上开发出来的。
2. 自动型CAD系统 对于自动型CAD系统，用户根据产品或工程的性能、规格、要求 输入基本参数后，不需要人工干预，系统即可按照既定的程序自动完成 设计工作，并输出产品或工程设计的全部图纸与技术文件。 这类系统可用于设计理论成熟、计算公式确定、设计步骤和判别 标准清楚、设计资料完备的产品或工程设计情况。
补充知识点：巨型机
2010年：美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”(Jaguar)排名首 位,计算速度为每秒钟1.76千万亿次(PFlops)浮点运算,而中国 深圳国家超级计算机中心的“星云”排名第二,计算速度为 每秒钟1.27千万亿次(PFlops)浮点运算。 我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”（排名第七）， 预计2010年下半年安装由我国自行设计制造的“飞腾”计算 机中央处理器（CPU）芯片。 “天河一号”研制之初，除 使用了进口CPU之外，其他核心器件、互联芯片、操作系统， 均为我国自主研制。如今“超高性能CPU”这道难题也迎刃 而解。即将安装的国产“飞腾”芯片，由国防科技大学专 门为“天河”系列计算机量身定制，已达到了世界主流服 务器CPU的水平。 安装“飞腾”芯片后，“天河一号”的 峰值运算速度将在目前每秒1206万亿次的基础上有所提升， 其实际运算速度也将提高到每秒千万亿次。
图形输入输出设备-2
二、图形显示设备图形的输出包括图形的显示和绘制。
图形的显示是指在屏幕上输出图形；图形的绘制是把图形画在纸上或硬拷贝。
打印机和绘图机是最常见的硬拷贝设备目前显示器分为四种：CRT 显示器、LCD显示器、LED显示器、等离子体显示器、3D显示器等CRT 显示器是一种使用阴极射线管的显示器，阴极射线管主要有五部分组成，分别是电子枪，偏转线圈，荫罩，荧光粉层及玻璃外壳。
它曾经是应用最广泛的显示器之一控制栅电子枪加速电极聚焦系统偏转系统电子束灯丝阴极水平偏转垂直偏转绿玻璃屏偏转距离荧光粉层导电涂层红阴极射线管（CRT）剖面图（穿透式）一个CRT能显示不同颜色的图形，那么彩色CRT显示器的彩色又是如何生产的呢？彩色CRT显示器的荧光屏上涂有三种荧光物质，它们分别能发红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三种颜色的光。
自然界中任何颜色都可以由这三种颜色混合而得LCD 显示器LCD显示器即液晶显示器（LiquidCrystal Display），优点是机身薄，占地小，辐射小。
是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备LCD液晶显示器的工作原理是在显示器内部有很多液晶粒子，它们有规律的排列成一定的形状，并且它们的每一面的颜色分为：红色，绿色，蓝色LED 显示器LED（light-emitting diode）发光二极管英文的缩写。
是一种能将电能转化为光能的半导体电子元件。
早期只能发出低光度的红光，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线目前，发光二极管已被广泛地应用许多大型广告牌的显示、交通信号灯、汽车用灯、光纤通信等等。
它既可以显示数字，也可以显示视频图像，并且能与电视同步显示注意：LCD与LED是两个完全不同的概念，LCD是液晶屏幕，用于显示；而LED是光源器件，用于照明等离子显示器等离子显示器（PDP，Plasma Display Panel），是继CRT(阴极射线管）、LCD（液晶显示器）后的新一代显示器，其特点是厚度极薄，分辨率佳等离子显示技术的成像原理是在显示屏上排列上千个密封的小低压气体室，通过电流激发使其发出肉眼看不见的紫外光，然后紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝3色荧光体发出肉眼能看到的可见光，以此成像3D 显示器传统的3D电影在荧幕上有两组图像，观众必须戴上偏光镜才能消除重影，形成视差，产生立体感利用自动立体显示（AutoSterocopic）技术，即所谓的“真3D技术”。
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带宽问题
•带宽T与分辨率、帧频（刷新频率）F的关系
T MNF
•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
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隔行扫描（Interlaced scan）工作原理
一帧完整的画面分成两场，即奇数场与偶数场
场频：= 帧频 * 2
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，也降低了成本； 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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视频控制器（显示控制器）
阴极射线管显示器（CRT） 液晶显示器（LCD） 绘图仪 打印机
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未来显示器
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
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
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。
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30
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)
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CRT光栅 CRT光栅
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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
000
Blue
001
Green 0 1 0
Cyan
011
Red
100
Magenta 1 0 1
Yellow 1 1 0
White 1 1 1
若有24个位面（每种基色8个位面）则可同时显示 (28)3 =224=16777216种颜色（24位真彩色）。
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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，则显示器能同时显 示256*256*256=16M种颜色，称为真彩色系统
2020/12/10
12
CRT显示器分类
直视存储管式（Direct-View Storage Tubes）
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踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就 未来。20.12.1020.12.10Thurs day, December 10, 2020 弄虚作假要不得，踏实肯干第一名。13:09:5313:09:5313:0912/10/2020 1:09:53 PM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.12.1013:09:5313:09Dec-2010-Dec-20 重于泰山，轻于鸿毛。13:09:5313:09:5313:09Thursday, December 10, 2020 不可麻痹大意，要防微杜渐。20.12.1020.12.1013:09:5313:09:53December 10, 2020 加强自身建设，增强个人的休养。2020年12月10日 下午1时 9分20.12.1020.12.10 追求卓越，让自己更好，向上而生。2020年12月10日星期 四下午1时9分53秒13:09:5320.12.10 严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年12月 下午1时 9分20.12.1013:09Dec ember 10, 2020 重规矩，严要求，少危险。2020年12月10日 星期四1时9分53秒13:09:5310 December 2020 好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午1时9分53秒 下午1时 9分13:09:5320.12.10 每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12.1020.12.1013:0913:09:5313:09:53Dec-20 务实，奋斗，成就，成功。2020年12月10日 星期四1时9分53秒Thursday, December 10, 2020 抓住每一次机会不能轻易流失，这样 我们才 能真正 强大。20.12.102020年 12月10日星期 四1时9分53秒 20.12.10
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）
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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部分，与示波器工作原理类似
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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 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
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图形软件发展及软件标准形成
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
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。
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0 1 0
N位寄存器 0 10
有N个位面的帧缓存
2NDAC
电子枪
0~2N-1灰度等级
0 1 0
寄存器
0 1 0
DAC DAC DAC
红色枪 绿色枪 蓝色枪
帧缓存
一共有100多个函数。其中核心函数有115个 除了提供基本的点、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。 基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。
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
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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
第二章 交互式计算机图形处理系统
计算机学院 苏小红
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1
交互式计算机图形处理系统
Computer + 人 = 交互式
要求主机性能更高（强大的浮点运算 能力），速度更快，存储容量更大， 外设种类更齐全 图形加速卡，大屏幕显示器
Personel Computer图形处理系统 workstation图形处理系统
像素个数描述，如640*480，800*600，1024*768， 1280*1024等等
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8
彩色阴极射线管
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）
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9
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
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2
硬件发展
图形输入设备的发展
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
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图形输出(显示、打印）设备
如: GKS (Graphics Kernel System)
PHIGS (Programmer’sHerarchical Iuteractive Graphics system ) GL 便于移植和推广、但执行速度相对较慢，效率低
(2）扩充计算机语言，使其具有图形生成和处理的功 能
如：Turbo C，AutoLisp等。
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
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14
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
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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
类似 显示图形：几何属性+视觉属性（Visual
attribute），真实感图形