计算机图形学概论论文

计算机图形学概论论文

题目：图形显示原理

姓名：谢春晖

学号;08315122

学院：机械与电子工程学院

专业：机械电子工程

通过课堂的学习我们了解了计算机图形学的图形学的一些专业知识，首先我们明白了，图形的显示过程，扫描显示原理，光栅扫描显示，随机扫描显示等等关于计算机图形学的相关知识。

一，图形显示过程

图形的显示过程应该从硬件和软件两个方面来说。就硬件方面来说，当电子束扫描到屏幕上某一像素的位置（坐标）时，显示器中的显示处理器dpu（display processing unit）会同时从对应的显示缓冲单元中取出像素值，并以此查找彩色表的地址，从该地址处得到该像素的红、绿、蓝三基色分量，经d／a转换后分别控制三基色电子枪，使屏幕上该像素显示出三基色的混合色。在图2示例中，彩色表的红、绿分量分别为15，而蓝分量为0，因此，屏幕上该像素的颜色会是黄色。

就软件方面来说，要完成图形显示的初始化及图形的加工。这里，初始化的意思是要将计算机的显示方式设置为显示器所能够显示的某一种模式，并将所有的显示缓冲单元清零，另外，对彩色表的每一个单元要分别填上预定的颜色值，使彩色索引与具体的颜色联系起来。

图形加工则是图形软件的主要任务，其主要内容是：根据需要显示的图形内容，随时改写显示缓冲单元的内容。这是因为屏幕上显示的图形是由显示卡上显示缓冲区中的内容唯一决定的。一旦在显示缓冲单元中写入要求的彩色索引值，图形就自然在屏幕上显示出来了。

二，扫描显示原理

1.光栅扫描显示

（1）光栅扫描显示的帧：在刷新式CRT光栅扫描方式中，电子束总是不断地从左到右、从上到下反复扫描整个屏幕。电子束从左到右(横向)扫描一次为一条扫描线。在每条扫描线末端，电子束返回到屏幕的左边，又开始显示下一条扫描线。从屏幕顶部到屏幕底部(纵向)的扫描线构成一帧图像。一帧图像是显示系统执行一次全屏幕循环扫描(一次屏幕刷新)所产生的图像。每帧终了，电子束返回到屏幕的左上角，开始下一帧。在扫描过程中，只要在对应时刻、对应位置控制电子束的强度就能显示所要的图形。

（2）光栅扫描的逐行扫描：扫描线在屏幕上自上而下一条一条地扫描。当电子束从左到右到达屏幕的右边在每条扫描线末端，电子束返回到屏幕的左边，又开始显示下一条扫描线。在回扫过程中，电子束几乎不发射出电子，而且速度也很快。水平回扫(horizontal retrace)：每条扫描线扫过后，返回到屏幕左端。垂直回扫(vertical retrace)：当电子束到达屏幕底部时，又返回到屏幕左上角。然后，从头开始扫描下一帧。

（3）光栅扫描的隔行扫描：某些系统采用隔行(interlaced)刷新方式，每帧显示分为两趟：第一趟：电子束从顶到底，一行隔一行地扫描。第二趟：垂直回扫后，电子束则再扫描另一半扫描线。以这种方式的隔行扫描使在逐行扫描所需时间的一半时就能看到整个屏幕显示。隔行扫描技术主要用于较慢的刷新速率。例如，对一个较老的每秒30帧的非隔行扫描显示，可注意到它的闪烁。采用隔行扫描，两趟中的每一趟可以1/60秒完成，也就是说，刷新速率接近每秒60帧。这是避免闪烁且提供相邻扫描线包含类似的显示信息的有效技术，也是降低成本而不增加闪烁感的有效办法。

（4）光栅扫描刷新频率：光栅扫描显示器每秒刷新的循环数称CRT的刷新频率。

一般，光栅扫描显示器的刷新是按每秒60到80帧的速率进行的，但有些系统设计成更高的刷新速率。刷新频率以每秒多少周期或赫兹(HZ)为单位来描述：一个周期对应于一帧。每秒60帧的刷新频率为60HZ。（注意：刷新频率与物体的复杂度无关，也不会因物体的复杂度而影响其显示的质量。）

（5）光栅扫描显示的过程：光栅扫描显示是通过读取帧缓冲器的强度值，并在屏幕的适当位置显示图像。光栅显示的基本指令如下形式：read(I,x,y,z)读存储器的位置I中z的内容 x和y是由I的地址确定的；z中是颜色值或灰度等级值。write(x,y,z)指令完成屏幕上对应位置的显示。主要的显示循环是：对所有存储器存储单元I，执行：read(I,x,y,z)；write(x,y,z)。每执行一次循环称为屏幕刷新。如果N是刷新存储器的大小，那么显示控制器总是执行N对指令。

（6）帧缓冲器与颜色种类：帧缓冲器每一个存储单元的位长决定了一幅画面上能同时显示的不同灰度的数目或颜色的种类，

若帧缓冲器存储单元的位长为n，那么，帧缓冲器能支持一幅画面上同时显示的灰度等级或颜色种类数为2n：在采用彩色表之前，由帧缓冲器决定的一幅画面上能同时显示的灰度等级数或颜色种类与显示器能显示的灰度等级数或颜色种类数相同。物理屏幕一幅画面上可以同时显示的颜色种类数小于或等于物理屏幕象素总数。

（7）帧缓冲器、分辨率与颜色种类：假定显示器的分辨率为m×n，需要同时显示k种颜色，那么帧缓冲器的容量v至少要求为：

或者，假定显示器的分辨率为m×n，帧缓冲器的容量为v，那么，可以同时显示颜色种类数k可表示为：

通俗地讲：帧缓冲器的容量一定时，分辨率越大，帧缓冲器中每个单元可分配的位长越小，可同时显示的颜色种类也越少。例如：具有1M字节的帧缓冲器：若分辨率为640×480，则帧缓冲器每单元的位长就为24位；若分辨率为1024×768，则帧缓冲器每单元的位长就为略多于8位；

（8）帧缓冲器的位平面：组合像素结构：每个像素的所有位均集中存储在单个存储器中。位平面结构：像素的每一位各自存放在不同的存储体，这样，一幅画面上所有象素的相同位存储在同一存储体内，这就是位平面。由于使用多个存储体，可一次同时读出更多的像素信息，降低了对帧缓冲器工作速度的要求，在中、高性能的图形显示器中得到广泛采用。一般情况下，帧缓冲器的每个单元有多少位就可分成多少个位平面。位平面的数目就是帧缓冲器的深度，也就是颜色的深度（灰度等级或颜色种类）。即：若帧缓冲器的位平面的数目为n，则屏幕上一次可同时显示的颜色种类/灰度等级数是2n。

（9）彩色显示的位平面：:用于高分辨率彩色显示时所需要的帧缓冲器的开销是相当高的。作为帧缓冲器可能要求几兆字节存贮量，这由该系统的分辨率决定。每个像素24位，而屏幕分辨率为1024×1024的系统需要1024×1024 ×24 ÷ 8≈ 3MB存贮量作帧缓冲器。

（10）帧缓冲器的分页：帧缓冲器的容量往往设计得比屏幕画面的位图大得