计算机图形系统功能

2.彩色CRT显示器的显示原理
彩色CRT光栅扫描显示器有三 个电子枪，能发红、绿、蓝三种颜 色的光。电子枪与CRT屏幕上的三 角形红、绿、蓝荧光点相对应。
R
R G R B
G
G
R
G
B
R
G
B
R
G
B
图3.3 荫罩式CRT荧光点的排布方案
红枪电子束 绿枪电子束
电子枪和对应的荧光点必须在一 条直线上。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，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。
蓝枪电子束
荫罩 屏幕 红 绿 蓝
荧光点
图3.4彩色CRT电子枪和荫罩的排布
两个概念----刷新频率和隔行扫描技术
刷新频率
Computer Graphics
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。
1 2 隔行扫描技术 3 扫描从奇数场左上角开始，每一行都是自左向 4 右同时以一个较低的速率向下移动，当扫描线 5 6 到达屏幕右端时，就将其隐去并迅速返回屏幕 7

左端。这个过程称为水平回扫。
奇数场从第一行开始， 水平回扫用虚线表示 图3.5有7条扫描线的隔行扫描
当整场扫描完毕时，接着扫描线迅速回到屏幕 顶部中央，这就是奇数场垂直回扫。 接着进行偶数场扫描，偶数场扫描结束于屏幕 右下角，垂直回归后电子束返回屏幕左上角。
3.光栅扫描式图形显示器
可把光栅图形显示器看做许多离散点组成的矩阵，每个点都 可以发光。 显然，只有画水平、 垂直或正方形的对角线 时，才能用点或像素画 出一条真正的直线，其 他情况下的直线均呈阶 梯状，这种现象称为走 样 或 锯 齿 ( 如 图 3.6 所 示)。采用反走样技术 可适当减轻阶梯效果。
图3.1 图形系统基本功能框图
计算机图形系统功能
Computer Graphics
1.计算功能
2.存储功能
包括：图形的描述、分析和设计；投影、透视等几 何变换；曲线、曲面的生成；图形之间相互关系的 检测等。
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，实现对图形的删除、增加、修改等操作。
计算机系统中的图形设备
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
Computer Graphics
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
图形输入设备
常用的图形输入设备 键盘 鼠标
Computer Graphics
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。
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
荧光纷（磷粉涂层） 偏转的电子束 荧光屏
图像元素 或象素 可寻址点 C
Computer Graphics
D
B
A (a) A
B (b)
图3.6光栅化的直线
概念----帧缓冲存储器（帧缓存）
实现光栅CRT图形显示器的最常见方法是使用帧缓存。 帧缓冲存储器是一块连续的存储空间。 光栅中的每个像素在帧缓存中至少要有1位（bit）,每个像 素1位的存储容量称为位面（bit plane）。画面就是由帧 缓存中的这些位信息组成的。 图形在计算机中是一位一位产生的，每一个存储位只有0或 1两个状态，因此一个位面的帧缓存只能产生黑白图形。 帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备，要把帧缓存 中的信息在光栅显示器屏幕上输出必须经过数字/模拟转换 ，这个工作由DAC（数模转换器）完成。
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 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。
电子枪
图3.2 CRT原理图
R
G B R G B R
B G B G
R B R B
G R G R
B G B G
R B R B
GComputer B
Graphics
Computer Graphics
第3章 计算机图形系统及硬件基础
主要内容
计算机中的图形设备
Computer Graphics
计算机图形系统用来生成、处理和显示图形，由CPU，图形输出设备和 图形输入设备构成。本章将介绍这些图形设备的构造和工作原理。
图形的输入输出处理流程
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，它们相互协作，完成对图形数据的处理过程。
3.输入功能
4.输出功能 5.交互功能
图形的基本处理流程
图形输入到计算机中；
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对图形进行各种变换和运算；
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
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3.2 图形显示原理
3.2.1 CRT显示器
1. CRT显示器显示原理
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
3.1.2图形的输入输出处理流程
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：
图形输出设备
Computer Graphics
输出
显示器
交互
计算
存储
数据库
输入
图形输入设备
图形工作站与PC机
PC机主要应用于办公、商务、教学和游戏等通用领域，而工作站主要应 用于CAD/CAM 、3D动画以及特定的科学计算和软件开发等专业领域，通 常工作站比PC具有更加专业的图形系统、高性能的内存、高速大容量的 存储系统、稳定的性能和强大的联网功能。
章节内容
Computer Graphics
3.1 3.2 3.3 3.4
概述 图形显示原理 绘图设备
图形输入设备
3.1概述
3.1.1计算机系统中的图形设备
Computer Graphics
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
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。 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。
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 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。 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，给以必要的提示和帮助。