02图形设备与系统
合集下载
图形设备与系统课程(PPT 97页)
2019/9/2
7
Computer Graphics
阴极射线管(CRT)工作原理
• 高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、 加速系统和磁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， 这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了
• 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
2019/9/2
33
Computer Graphics
• 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（上图帧缓冲器的每个单元只 有一位）
2019/9/2
11
Computer Graphics
偏转系统
• 控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。
• 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度 就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角
• 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
• CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
辨率和垂直分辨率。通常用屏幕上象素的数 目来表示。比如上述的 n 行，每行 m 点的 屏幕分辨率为 m × n 。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。
2019/9/2
28
Computer Graphics
Computer Graphics
Lec2图形设备与系统
2019/9/2
gjl_chp02图形设备与系统
2020/1/13
计算机图形学
20
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。
2020/1/13
计算机图形学
31
查色表（look up 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：
2020/1/13
计算机图形学
32
查色表
图形系统为更灵活控制图形和颜色的变 化，往往不直接将帧缓冲器中的数值作 图显示的亮度值，而是先经过颜色查找 表（又称调色板)结构产生变换值来控制 光点的亮度。
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
2020/1/13
计算机图形学
23
像素所呈现的颜色或灰度由数值表示，视频控 制器刷新时，需反复读这些数值。
用来存储像素颜色（灰度）值的存储器就称为 帧缓冲存储器。简称帧缓冲器（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。
2020/1/13
计算机图形学
34
帧缓冲器：分页
帧缓冲器的容量往往设计得比屏幕画面的位图 大得多，也就是说，帧缓冲器可以同时存放多 幅画面的位图，这时帧缓冲器区域可分成若干 页面，每个页面存放一幅位图，并通过控制器 就实现不同画面的切换。页面的大小可以划分 得比屏幕位图大得多，甚至是整个帧缓冲器， 这时，从程序员的角度来看，可输出显示的画 面将远大于实际的物理屏幕，此时物理屏幕仅 是一个窗口，它显示的不过是全部画面的一部 分，通过上下滚动(Scroll)和左右移屏(Pan)功 能，用户可以看到帧缓冲器中的整个画面。
CG-LEC2-图形设备与系统
✓常用的点状影孔板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）
荧光涂层
2020/6/9
17
Computer Graphics
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
2020/6/9
18
Computer Graphics
2020/6/9
13
Computer Graphics
涉及屏幕的两个术语
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.
✓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
2020/6/9
7
Computer Graphics
阴极射线管(CRT)工作原理
高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、 加速系统和磁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， 这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了
2.1 计算机图形系统概述
计算机图形系统外部设备
✓图形输入设备 ✓图形输出设备:重点讲解图形显示设备
计算机图形软件 图形标准
荧光涂层
2020/6/9
17
Computer Graphics
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
2020/6/9
18
Computer Graphics
2020/6/9
13
Computer Graphics
涉及屏幕的两个术语
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.
✓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
2020/6/9
7
Computer Graphics
阴极射线管(CRT)工作原理
高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、 加速系统和磁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， 这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了
2.1 计算机图形系统概述
计算机图形系统外部设备
✓图形输入设备 ✓图形输出设备:重点讲解图形显示设备
计算机图形软件 图形标准
CGLEC2图形设备与系统
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
2021/11/10
第二十三页，共95页。
2.1.3 随机(suí jī)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 局部
逻辑部件：刷新(shuā xīn)存储器(Refreshing Buffer),显示处置器〔DPU:Display Processing Unit〕和CRT
2021/11/10
第五页，共95页。
计算机图形(túxíng)外部设备
阴极射线管 黑色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法 随机扫描显示(xiǎnshì)系统 光栅扫描系统
2021/11/10
第六页，共95页。
阴极射线管〔CRT)
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) 组成：包括电子枪、减速结构(jiégòu)、 聚焦系统、偏转系统、荧光屏
2021/11/10
第七页，共95页。
阴极射线管(CRT)义务(yìwù)
原理
高速的电子(diànzǐ)束由电子(diànzǐ)枪收回，经 过聚焦系统、减速系统和磁偏转系统就会抵达荧 光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子 (diànzǐ)的轰击下会发作电子(diànzǐ)跃迁，即电 子(diànzǐ)吸收到能量从低能态变为高能态。由 于高能态很不坚定，在很短的时间内荧光物质的 电子(diànzǐ)会从高能态重新回到低能态，这时 将收回荧光，屏幕上的那一点就会亮了
2021/11/10
第三十四页，共95页。
黑色光栅扫描显示器逻辑(luó jí)框图
cg-lec2-图形设备与系统.ppt
பைடு நூலகம்
其中帧缓存是一块连续的计算机存储器。对 于黑白单灰度显示器每一象素需要一位存储 器，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，帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟 设备，因而还需要数模转换器(DAC)。
2020/1/7
Computer Graphics
计算机学院软件教研室
Lec2 图形设备与系统
李晓宁
2020/1/7
1
Computer Graphics
主要内容
计算机图形系统概述
Windows操作系统下图形程序的开发介 绍
OpenGL介绍 实验:一个OpenGL基础实验
2020/1/7
2
Computer Graphics
频），用每秒刷新的帧数表示。目前刷新频率标准 为每秒50~120帧。
2020/1/7
30
Computer Graphics
几个概念
帧缓冲存储器（显示存储器）
存储用于刷新的图像信息的存储器。帧缓 冲存储器的大小通常用X方向（行）和Y方 向（列）可寻址的地址数的乘积来表示， 称为帧缓冲存储器的分辨率。
同时显示的颜色数，与荧光屏的质量有关，并受显 示存储器VRAM容量的影响。
图像刷新
由于CRT内侧的荧光粉在接受电子束的轰击时，只 能维持短暂的发光，根据人眼视觉暂留的特性，需
要不断进行刷新才能有稳定的视觉效果，因此刷新 是指以每秒30帧以上的频率反复扫描不断地显示每 一帧图像。图像的刷新频率等于帧扫描的频率（帧
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
其中帧缓存是一块连续的计算机存储器。对 于黑白单灰度显示器每一象素需要一位存储 器，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，帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟 设备，因而还需要数模转换器(DAC)。
2020/1/7
Computer Graphics
计算机学院软件教研室
Lec2 图形设备与系统
李晓宁
2020/1/7
1
Computer Graphics
主要内容
计算机图形系统概述
Windows操作系统下图形程序的开发介 绍
OpenGL介绍 实验:一个OpenGL基础实验
2020/1/7
2
Computer Graphics
频），用每秒刷新的帧数表示。目前刷新频率标准 为每秒50~120帧。
2020/1/7
30
Computer Graphics
几个概念
帧缓冲存储器（显示存储器）
存储用于刷新的图像信息的存储器。帧缓 冲存储器的大小通常用X方向（行）和Y方 向（列）可寻址的地址数的乘积来表示， 称为帧缓冲存储器的分辨率。
同时显示的颜色数，与荧光屏的质量有关，并受显 示存储器VRAM容量的影响。
图像刷新
由于CRT内侧的荧光粉在接受电子束的轰击时，只 能维持短暂的发光，根据人眼视觉暂留的特性，需
要不断进行刷新才能有稳定的视觉效果，因此刷新 是指以每秒30帧以上的频率反复扫描不断地显示每 一帧图像。图像的刷新频率等于帧扫描的频率（帧
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
CG02 图形系统
图形输入设备
• 常用的图形输入设备
– 键盘 – 鼠标
• 另外
– 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
图形输出设备
• 包括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
RGB颜色立方体
彩色阴极射线管
红、绿、蓝（RGB）
任何颜色可以用这三种荧 光粉相混而成
（每个小点直径<0.1mm） 另一个颜色模型CMY(青、洋
红、黄) 产生彩色的常用方法：
射线穿透法、影孔板法
显示的颜色个数
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。
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
2. 存储功能和输入功能
• 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。
3.输出功能和交互功能
• 输出功能
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；
• 在交互式的系统中上述过程可重复进行多次，直至产 生满意的结果。
图形设备与系统
普通显卡＝视频控制器＋显存
图形设备与系统
显示处理器
• 低档图形显示系统，扫描转换工作直接由 CPU类完成。
• 任务：扫描转换待显示的图形。 • 简单的：直线、圆弧、多边形等， • 复杂的：光栅操作（象素块的移动、拷
贝），几何变换、裁剪、消隐，......
图形设备与系统
显示处理器
• 具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构
• 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
图形设备与系统
查色表（look up 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
图形设备与系统
偏转系统
• 控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 • 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角 • 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 • CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
图形设备与系统
荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光 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 刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
图形设备与系统
2020/11/10
图形设备与系统
图形输出设备
• 图形输出
– 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
图形设备与系统
显示处理器
• 低档图形显示系统，扫描转换工作直接由 CPU类完成。
• 任务：扫描转换待显示的图形。 • 简单的：直线、圆弧、多边形等， • 复杂的：光栅操作（象素块的移动、拷
贝），几何变换、裁剪、消隐，......
图形设备与系统
显示处理器
• 具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构
• 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
图形设备与系统
查色表（look up 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
图形设备与系统
偏转系统
• 控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 • 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角 • 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 • CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
图形设备与系统
荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光 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 刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
图形设备与系统
2020/11/10
图形设备与系统
图形输出设备
• 图形输出
– 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
第一章图形设备与系统2
2019/10/11
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
18
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
2019/10/11
3
2.1 图形显示器
2019/10/11
2.1.1 阴极射线管 2.1.2 彩色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法
2.1.3 随机扫描显示系 统
2.1.4 光栅扫描系统
4
阴极射线管（CRT)
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) –组成：包括电子枪、加速结构、聚焦 系统、偏转系统、荧光屏
µã ¾à Ϊ .25µÄ Öù Ãæ ÏÔ Ê¾ Æ÷
0.22mm
µã ¾à Ϊ .28µÄ Çò Ãæ ÏÔ Ê¾ Æ÷
柱面和球面显示器点距定义示意图
22
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
2019/10/11
12
2.1.2 彩色阴ห้องสมุดไป่ตู้射线管
产生彩色的常用方法： 射线穿透法 影孔板法
2019/10/11
13
2.1.2 彩色阴极射线管-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
图形设备与系统课件
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
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
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
2.1.2 彩色阴极射线管-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 电子束
计算机图形学
2.1 图形显示器
2.1.1 阴极射线管 2.1.2 彩色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法
2.1.3 随机扫描显示系统 2.1.4 光栅扫描系统
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
阴极射线管（CRT)
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) –组成：包括电子枪、加速结构、聚焦 系统、偏转系统、荧光屏
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
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
图形输出设备
• 图形输出
– 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
Graphics Lab.PKU
荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光
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 刷新频率：每秒钟重绘小刷新频率
=1秒/荧光物质的持续发光时间。
例如：一种荧光物质持续发光时间40毫秒， 刷新频率为1000/40=25帧/秒，发光时间短，适用 于动态图形显示。发光时间长，适用于静态图形 显示。
图形设备与系统
图形设备与系统1. 概述图形设备与系统是指用于处理和显示图形信息的硬件设备和软件系统。
它是计算机图形学的重要组成部分，广泛应用于计算机游戏、图像处理、虚拟现实等领域。
2. 图形设备图形设备包括显示器、显卡、输入设备等。
显示器是用来显示图形信息的输出设备，一般采用液晶显示器或CRT显示器。
显卡是用来处理图形信息并将其发送到显示器的设备，采用独立显卡或集成显卡的形式。
输入设备包括鼠标、键盘、触摸屏等，用于用户与图形系统进行交互。
3. 图形系统图形系统由图形硬件和图形软件组成。
图形硬件包括图形设备和图形处理器，负责处理和显示图形信息。
图形软件包括图形引擎和图形应用程序，用于创建、编辑和显示图形信息。
3.1 图形引擎图形引擎是一种软件库或框架，用于开发和运行图形应用程序。
它提供了图形渲染、模型加载、光照计算等功能，简化了图形开发的过程。
目前市面上常见的图形引擎包括Unity、Unreal Engine等。
3.2 图形应用程序图形应用程序是通过图形引擎实现的具体应用，可以用于游戏开发、图像处理、建模等。
图形应用程序通常包括图形界面、用户交互、渲染引擎等模块。
4. 图形渲染流程图形渲染是指将图形模型经过计算和处理后生成最终的图像的过程。
图形渲染流程一般包括以下几个步骤：1.几何处理：将三维模型转换为二维图像。
包括模型加载、坐标变换、裁剪等操作。
2.光照计算：根据光源和材质属性计算每个像素的颜色值。
3.投影处理：根据视角和相机参数将三维的场景投影到二维屏幕上。
4.纹理映射：将图像纹理映射到模型表面，提供更加真实的效果。
5.深度测试：根据深度信息确定每个像素的显示顺序。
6.像素填充：根据之前的处理结果绘制每个像素的颜色值。
7.输出处理：将最终的图像输出到显示器上。
5. 图形系统发展趋势随着科技的发展和计算机性能的提高，图形设备与系统也在不断演进和创新。
以下是当前图形系统发展的几个主要趋势：1.高分辨率：显示器分辨率不断提高，实现更高清晰度的图像显示。
02图形设备与系统
21
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
4/3/2020
计算机图形学
22
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
电子束
较低速电子束 较高速电子束
高速电子束
4/3/2020
计算机图形学
13
彩色阴极射线管-射线穿透法
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
4/3/2020
计算机图形学
14
2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法
影孔板法
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
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
4/3/2020
真彩系统 计算机图形学
18
球面显示器与柱面显示器
普通的显象管采用的都是点状影孔板显象 管，显象管的表面呈略微凸起的球面状， 故称之为“球面管”。而柱面显象管采用 荫栅式结构，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， 呈圆柱状，故称之为“柱面管”
4/3/2020
计算机图形学
5
要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发 射电子束
刷新频率
刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的 过程
刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显 示
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机图形学
偏转系统
• 控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 • 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角 • 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 • CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
• 沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法
– 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
红 象素 绿 蓝
绿蓝 红 象素
红 蓝
（a）
（b）
电子枪 绿
影孔板
绿 蓝
• 原理：影孔板法通常用于光栅扫描显示器， 颜色范围广，每个象素有三个荧光点（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
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
– 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
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
– 要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地 发射电子束。
– 刷新频率
• 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次 的过程。
• 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定 显示。
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
电子枪
• 灯丝，阴极和控制栅组成。
• 阴极：由灯丝加热发出电子束，
阴极射线管剖面图
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
阴极射线管(CRT)
– 工作原理
• 电子枪发出高速的电子束，经过聚焦系统、 加速系统和偏转系统到达荧光屏的特定位置。
• 荧光物质在高速电子的轰击下发生电子跃迁， 即电子吸收到能量从低能态变为高能态。
• 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，这时将 发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了
红
屏幕
Graphics Lab.PKU
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
计算机图形学
调节各电子枪 发射的电子束中 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
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
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。
• 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。
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
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。
Graphics Lab.PKU
产生颜色
低速电子束 较低速电子束 较高速电子束 高速电子束
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
彩色阴极射线管-射线穿透法
• 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
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法
– 影孔板法
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
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
图形输出设备
• 图形输出
– 图形输出包括图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
Graphics Lab.PKU
• 常用的点状影孔板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）
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
返回
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。
示256*256*256=16M种颜色，称为
Gr真aph彩ics L系ab.统PKU
计算机图形学
球面显示器与柱面显示器
• 普通的显象管采用的都是点状影孔板显象管， 显象管的表面呈略微凸起的球面状，故称之为 “球面管”。而柱面显象管采用荫栅式结构， 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，呈圆柱状，故称之为 “柱面管”
计算机图形学
2.1 图形显示器
2.1.1 阴极射线管 2.1.2 彩色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法
2.1.3 随机扫描显示系统 2.1.4 光栅扫描系统
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
阴极射线管（CRT)
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) –组成：包括电子枪、加速结构、聚焦 系统、偏转系统、荧光屏
荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光
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 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。
例如：一种荧光物质持续发光时间40毫秒， 刷新频率为1000/40=25帧/秒，发光时间短，适用 于动态图形显示。发光时间长，适用于静态图形 显示。
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
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
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
2.1.2 彩色阴极射线管-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 电子束