图形显示设备简述

第二章图形显示设备简述

§1 图形显示设备

一般的计算机都配备了高分辨率的显示器、图形卡或集成的视频系统，还配备了支持图形用户界面的操作系统。图形已经成为了标准。

在计算机应用程序中，最常用的CRT（阴极射线管）显示技术有向量刷新和光栅扫描。

1、矢量刷新显示器

刷新式CRT使用短余辉的荧光粉，涂层必须靠每秒30至50次的电子速轰击，来保持屏幕图形不闪烁(重画画面)。除阴极射线管外，它需要一个显示文件，一个显示控制器。

显示文件：一个内存区，容纳绘制要显示的对象的指令；显示控制器：从显示文件中读取这些信息并把它转化为数字命令，并将其发送到CRT。

矢量刷新显示器 :(P19)

有时有控制栅极和加速阳极（P19）。

⊿控制栅极：通过改变控制栅的电压来控制显示的光强。荧光涂层发射光的强度依赖轰击屏幕的电子数量，聚焦系统用来控制电子束，在轰击荧光屏时会聚到一个小点，否则由于电子互相排拆，电子束在靠近屏幕时会散开；

⊿加速阳极：带负电荷的自由电子，在高正电压作用下加速冲向荧光屏。

在高精度系统中，还使用附加的聚焦硬件，以保持电子束能聚焦到所有屏幕位置，否则电子束只能在屏幕中心较好地

聚焦，在屏幕边框时，所显示的图像变得模糊。

使用图形软件命令设定各个屏幕位置的亮度级。

⊿二对偏转线圈（X轴水平偏转和Y轴垂直偏转）：偏转线圈的产生电磁场作用于电子束，使轰击屏幕的电子束发生偏转。

⊿ CRT的分辨率（resolution）

resolution是可以无重叠显示的最多点数。电子束轰击荧光屏，形成一个亮点，亮点中心位置的亮度最大，并按正态分布向亮点的边缘衰减。这个分布依赖于CRT电子束横截面电子密度分布。

resolution常常简述为每个方向的总点数，但更精确的定义是在水平和垂直方向上每厘米可绘制的点数640*480、1024*768.

1280*1024高分辨率。

高清晰度系统（High-definition system）

⊿纵横比（aspect ratio）

在屏幕的二各方向上画相同长度的线段，二个方向点数的比值。（example chap2 pickCurve.prj）

2、光栅扫描显示器

一般使用的CRT图形监视器是基于电视技术的光栅扫描显示器。

在光栅扫描系统中，电子束横向扫描屏幕，一次一行，从顶到底顺次进行。当电子束横向沿每一行移动时，电子的强度不断变化，以建立亮点的图案。

1）图形信息存于刷新缓冲器（refresh buffer）或帧缓

冲器（fram buffer）的存储器中

该缓冲器保存一组对应屏幕所有点的强度值。

每个屏幕点看作一个象素pixel(picture element)。

光栅扫描系统对屏幕每一点都有存储强度信息的能力，使之较好地适用于包含细微阴影和彩色模式的场景的逼真显示。（家用电视即为一例）

亮度（颜色）：象素位置的亮度范围依赖于光栅系统的能力。

在简单的黑白系统中，每个屏幕点亮1、暗0，一位就可表示。

在彩色系统中，每个象素可多达24位，32位。

R、G、B各8位，颜色数224 = 17M种（真彩色系统）resolution: 1024*1024,24位(3 byte)的真彩色系统需要3M存储量作缓冲器。

⊿水平(horizontal)回扫：每条扫线扫过后，返回到屏幕左端

⊿垂直(vertical)回扫：在每帧的终了，电子束返回到屏幕左上角

光栅扫描显示的刷新是60-80帧/S的速率.

⊿刷新速度每秒刷新的次数，称刷新速度。

如刷新速度60帧/秒，则称为刷新频率为60Hz。

有的系统采用隔行（interlaced）刷新方式，主要用于较慢的刷新速率，30帧/S采用隔行扫描，近似于60帧/S不闪烁。

2) 光栅扫描系统的组成（P29）

CPU(中央处理器)，存储器，

video controller视频控制器

（显示控制器display controller），

监视器（显示器，屏幕）

3) 加速像素处理的速度

⊿视频控制器每次从刷新缓冲器中取出多个像素放在像素寄存器中。

⊿高性能系统中，提供两个帧缓冲器，一个用来刷新，另一个用来填充强度值；然后互换。

3、随机扫描显示器( random scan)

（向量vecter显示器），

当CRT的电子束只在屏幕的图形部分移动，扫描监视器一条线一条线地画图。

也称为笔划式（stroke writing），笔迹（calligraphic）显示器。

随机扫描显示器设计成30至60次/S画出图形的所有线条。（存储一组画线命令）

高性能的向量系统在这样的刷新速率中能处理约10万条短线，当显示的线条很少时，则延迟刷新周期，以免刷新速率超过60帧/S。（线条的刷新过快，可能烧坏荧光层）。

向量显示器，能生成光滑线条，CRT电子束直接按线条路径画线（光栅系统通过点生成的锯点状线条）。但不能显示逼真的阴影场景。

4、彩色CRT监视器

用CRT产生彩色显示的二种基本技术是：

1）电子束穿透法（beam penetration）用于随机扫描视器; 2）阴罩法（TV）。

⊿电子束穿透法

两层荧光层。红、绿二色，凃在CRT屏幕内层，颜色取决于电子束穿透进荧光层多深。

只有四色，图形质量差。

⊿荫罩法

有三个荧光彩色点：红光、绿光、蓝光。

有三支电子枪，与每个彩色点一一对应，三支电子束被偏转，聚焦为一组，发射到荫罩上，通过荫罩上的孔，激活一个点三角形，屏幕上显示一个小的彩色亮点。

图形系统的彩色CRT设计成RGB监视器，采用荫罩法且不经任何中间处理，直接从计算机系统取得每支枪（R、G、B）的强度等级。

每个象素具有24个存储位的RGB彩色系统通常称为全彩色系统或真彩色系统，有近17M种颜色，每支电子枪允许256（28）级电压设置。

5．直视存储管（DVST、direct view storage tube）

通过紧贴在屏幕荧光层后的电荷分布来存储图形信息。DVST有二支电子枪：

1）基本枪存储图形图案

2）泛流枪保持图形显示

优点：不是刷新式的，可以在高分辨率下无闪烁的显示；

缺点：不显示彩色；

要消除图形的一部分，必须摖除整个屏幕，然后重画修改后的图形（速度慢）。