第2章计算机图形系统及硬件
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• 许多外设所增加的固化的图形处理功能，可接 受更高级的绘图命令，实现图形的缓冲，以及 完成大部分图形函数的功能，从而大大减轻了 CPU的负担。
第2章计算机图形系统及硬件
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
2. 彩色CRT第显2章计示算机器图形的系统及显硬件示原理
• RGB模型
由红、绿、蓝三种颜 色组成的原色系统称为 RGB模型。它是定义于 某个红绿蓝颜色坐标系 统中的单位立方体。坐 标原点代表黑色，坐标 点(1,1,1)代表白色。坐 标轴上的顶点代表三个 基色，余下的顶点则代 表每一个基色的补色。
• 输出功能
图形数据经过计算后可在显示器上显示当前的状态 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。
• 交互功能
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，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输入的错误给以 必要的提示和帮助。
红枪电子束 绿枪电子束 蓝枪电子束
荫罩
屏幕
荧光点
红 绿
蓝
彩色CRT电子枪和荫罩的排布
刷新频率
第2章计算机图形系统及硬件
• 将图形的几何信息转换成存储在帧缓存中的光栅 （点阵）图像并以一定格式的视频图像显示的过 程叫扫描转换。
• 刷新一次指电子束从上到下将荧光屏扫描一次， 只有刷新频率高到一定值后，图像才能稳定显示。 大约达到每秒60帧，即60Hz时，人眼才能感觉到 屏幕不闪烁，要使人眼觉得舒服，一般必须有 85Hz以上的刷新频率。
2.第2章存计算储机图功形系统能及硬和件 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第.2输章计算出机图功形系能统及硬和件 交互功能
隔行扫描技术 第2章计算机图形系统及硬件
• 每一帧分为两个场显示，每个场只包含一半画 面。两个场是交错的，一个场包含所有的奇数 扫描行，另一个场包含所有的偶数扫描行，两 个场以1/60秒的时间间隔交替显示。
• 扫描从奇数场左上角开始，每一行都是自左向 右。电子束在横向扫描的同时以一个较低的速 率向下移动，当扫描线到达屏幕右端时，就将 其隐去并迅速返回屏幕左端。这个过程称为水 平回扫。接着下一奇数行重复这一过程。
–图形绘制设备: 用于把图形画在纸上，也称硬拷贝
• 打印机 • 绘图仪
第2章计算机图形系统及硬件
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
2.1.2 图形第的2章计输算机入图形系输统及出硬件处理流程
第2章计算机图形系统及硬件
CRT显示器原理图
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
偏转的电子束
荧光纷（磷粉涂层）
荧光屏
灯丝 阴极 电子枪
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
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。
第图2章形计算机的图形基系统本及硬件处理流程
• 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；
第2章计算机图形系统及硬件
第2章 计算机图形系统及硬件 基础
2.1 概述 第2章计算机图形系统及硬件
2.1.1 计算机系统中的图形设备
• 计算机图形系统用来生成、处理和显示图形，通 常由以下三部分构成： –中央处理器 –图形输出设备 –图形输入设备
第2章计算机图形系统及硬件
中央处理器（CPU）
• 中央处理器完成对图形的描述、建立、修改等 各种计算，并对图形实现有效的存储。
G 绿(0,1,0)
黄(1,1Fra Baidu bibliotek0)
青(0,1,1)
白(1,1,1)
黑(0,0,0) 蓝(0,0,1)
红(1,0,0) R 品红(1,0,1)
B
RGB颜色立方体
第2章计算机图形系统及硬件
彩色CRT光栅扫描显示器有三个电子枪，它的 荧光屏上涂有三种荧光物质，分别能发红、绿、蓝 三种颜色的光。电子枪通常成三角形排列，与CRT 屏幕上的三角形红、绿、蓝荧光点相对应。
• 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。
2.2 图形显示原理 第2章计算机图形系统及硬件
图形显示设备主要有以下三种：
–CRT显示器 –液晶显示器 –等离子显示器
第2章计算机图形系统及硬件
2.2.1 CRT显示器
1. CRT显示器显示原理
CRT 显 示 器 主 要 由 阴 极 、 电平控制器（即控制极）、聚 焦系统、加速系统、偏转系统 和阳极荧光粉涂层组成，这六 部分都在真空管内。
• 一个计算机图形系统至少应具有计算、存储、输 入、输出、交互等基本功能，各功能关系如下：
显示器
图形输出设备
输出
交互
计算
存储
输入
图形输入设备
图形系统基本功能框图
数据库
1.计算功能 第2章计算机图形系统及硬件
计算功能包括： 1） 图形的描述、分析和设计； 2） 图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换； 3） 曲线、曲面的生成； 4） 图形之间相互关系的检测等。
R G BR G B R G B BR G B R G B R G
R G BR G B R G B BR G B R G B R G
R G BR G B R G B
荫罩式CRT荧光点的排布方案
第2章计算机图形系统及硬件
电子枪和对应的荧光 点必须在一条直线上。为 保证每个电子枪都能击中 对应颜色的荧光点，在电 子枪和荧光屏之间放置一 个有孔的金属网格（即荫 罩）。调整彩色电子枪的 排布方式可让三个电子束 都汇聚于荫罩上。这样， 某颜色的电子束通过荫罩 后，就可避免和另外两种 颜色的荧光点相交，而只 能与自己对应颜色的荧光 点相交。
第2章计算机图形系统及硬件
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
2. 彩色CRT第显2章计示算机器图形的系统及显硬件示原理
• RGB模型
由红、绿、蓝三种颜 色组成的原色系统称为 RGB模型。它是定义于 某个红绿蓝颜色坐标系 统中的单位立方体。坐 标原点代表黑色，坐标 点(1,1,1)代表白色。坐 标轴上的顶点代表三个 基色，余下的顶点则代 表每一个基色的补色。
• 输出功能
图形数据经过计算后可在显示器上显示当前的状态 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。
• 交互功能
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，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输入的错误给以 必要的提示和帮助。
红枪电子束 绿枪电子束 蓝枪电子束
荫罩
屏幕
荧光点
红 绿
蓝
彩色CRT电子枪和荫罩的排布
刷新频率
第2章计算机图形系统及硬件
• 将图形的几何信息转换成存储在帧缓存中的光栅 （点阵）图像并以一定格式的视频图像显示的过 程叫扫描转换。
• 刷新一次指电子束从上到下将荧光屏扫描一次， 只有刷新频率高到一定值后，图像才能稳定显示。 大约达到每秒60帧，即60Hz时，人眼才能感觉到 屏幕不闪烁，要使人眼觉得舒服，一般必须有 85Hz以上的刷新频率。
2.第2章存计算储机图功形系统能及硬和件 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第.2输章计算出机图功形系能统及硬和件 交互功能
隔行扫描技术 第2章计算机图形系统及硬件
• 每一帧分为两个场显示，每个场只包含一半画 面。两个场是交错的，一个场包含所有的奇数 扫描行，另一个场包含所有的偶数扫描行，两 个场以1/60秒的时间间隔交替显示。
• 扫描从奇数场左上角开始，每一行都是自左向 右。电子束在横向扫描的同时以一个较低的速 率向下移动，当扫描线到达屏幕右端时，就将 其隐去并迅速返回屏幕左端。这个过程称为水 平回扫。接着下一奇数行重复这一过程。
–图形绘制设备: 用于把图形画在纸上，也称硬拷贝
• 打印机 • 绘图仪
第2章计算机图形系统及硬件
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
2.1.2 图形第的2章计输算机入图形系输统及出硬件处理流程
第2章计算机图形系统及硬件
CRT显示器原理图
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
偏转的电子束
荧光纷（磷粉涂层）
荧光屏
灯丝 阴极 电子枪
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
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。
第图2章形计算机的图形基系统本及硬件处理流程
• 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；
第2章计算机图形系统及硬件
第2章 计算机图形系统及硬件 基础
2.1 概述 第2章计算机图形系统及硬件
2.1.1 计算机系统中的图形设备
• 计算机图形系统用来生成、处理和显示图形，通 常由以下三部分构成： –中央处理器 –图形输出设备 –图形输入设备
第2章计算机图形系统及硬件
中央处理器（CPU）
• 中央处理器完成对图形的描述、建立、修改等 各种计算，并对图形实现有效的存储。
G 绿(0,1,0)
黄(1,1Fra Baidu bibliotek0)
青(0,1,1)
白(1,1,1)
黑(0,0,0) 蓝(0,0,1)
红(1,0,0) R 品红(1,0,1)
B
RGB颜色立方体
第2章计算机图形系统及硬件
彩色CRT光栅扫描显示器有三个电子枪，它的 荧光屏上涂有三种荧光物质，分别能发红、绿、蓝 三种颜色的光。电子枪通常成三角形排列，与CRT 屏幕上的三角形红、绿、蓝荧光点相对应。
• 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。
2.2 图形显示原理 第2章计算机图形系统及硬件
图形显示设备主要有以下三种：
–CRT显示器 –液晶显示器 –等离子显示器
第2章计算机图形系统及硬件
2.2.1 CRT显示器
1. CRT显示器显示原理
CRT 显 示 器 主 要 由 阴 极 、 电平控制器（即控制极）、聚 焦系统、加速系统、偏转系统 和阳极荧光粉涂层组成，这六 部分都在真空管内。
• 一个计算机图形系统至少应具有计算、存储、输 入、输出、交互等基本功能，各功能关系如下：
显示器
图形输出设备
输出
交互
计算
存储
输入
图形输入设备
图形系统基本功能框图
数据库
1.计算功能 第2章计算机图形系统及硬件
计算功能包括： 1） 图形的描述、分析和设计； 2） 图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换； 3） 曲线、曲面的生成； 4） 图形之间相互关系的检测等。
R G BR G B R G B BR G B R G B R G
R G BR G B R G B BR G B R G B R G
R G BR G B R G B
荫罩式CRT荧光点的排布方案
第2章计算机图形系统及硬件
电子枪和对应的荧光 点必须在一条直线上。为 保证每个电子枪都能击中 对应颜色的荧光点，在电 子枪和荧光屏之间放置一 个有孔的金属网格（即荫 罩）。调整彩色电子枪的 排布方式可让三个电子束 都汇聚于荫罩上。这样， 某颜色的电子束通过荫罩 后，就可避免和另外两种 颜色的荧光点相交，而只 能与自己对应颜色的荧光 点相交。