1、第2章 图形系统,2.1 图形系统的组成,计算机图形系统由计算机硬件系统和软件系统两部分组成。严格说来，使用系统的人也是这个系统的组成部分。,2.1.2 图形系统的分类1以大型机为基础的图形系统2以中型或小型机为基础的图形系统3以工作站为基础的图形系统4以微机为基础的图形系统,2.2 图形硬件设备,2.2.1图形显示设备 1阴极射线管（CRT） 最大偏转角 余辉时间 刷新 刷新频率,2彩色阴极射线管（彩色CRT） 电子束穿透法 荫罩法,荫罩式彩色CRT原理,三色荧光屏,荫罩,三个电子枪,荫栅式彩色CRT原理,点距的概念,3随机扫描显示器工作原理：要显示的图形的定义是存放在刷新缓存的一组画线命令
2、，有时刷新缓存称为显示文件存储器。为了显示指定的图形，系统周期性地按显示文件存储器中的一组命令，由显示控制器控制电子束的偏移，依次画出其组成线条，从而在屏幕上产生图形；当所有画线命令处理完后，系统周期地返回到该刷新缓存的第一条画线命令。,随机扫描生成三角形示意图,4存储管式显示器存储管从表面上看类似于CRT，但是存储管的电子束不是直接打在荧光屏上，而是先将图形信息通过写入电子枪写在荧光屏前的存储栅上（写有图形信息的部分呈正电荷），再由读出电子枪发出低能量的漂浮电子流，通过收集栅使这些电子均匀地散开流向存储栅。存储栅上呈正电荷的地方吸引电子，使电子通过并轰击荧光材料而发光，在其他位置上则不通过电
3、子，这样就能把存储栅上的图形“重写”在屏幕上。所以存储管式显示器既能产生图形，也能存储图形。,存储管式显示器工作原理,5光栅扫描显示器光栅扫描显示器是画点设备，它不能直接从单元阵列中的一个可编地址的像素画一条直线到另一个可编地址的像素，只可能用尽可能靠近这条直线路径的像素点集来近似地表示这条直线。,光栅扫描方式将CRT屏幕分成由像素构成的光栅网格，其中像素具有灰度和颜色；所有像素的灰度和颜色信息（也称为显示内容）保存在一个专门的内存区域中，称为帧缓冲存储器（Frame Buffer），简称帧缓存。CRT中的水平和垂直偏转线圈分别产生水平和垂直磁场，电子束则在不同方向磁场力作用下从左向右，从上向
4、下扫描荧光屏，产生一幅幅光栅，并由显示内容来控制所扫描的像素点是否发亮，从而形成具有多种彩色及多种明暗度的图像。每一幅光栅称为一帧，每一条从左向右的直线称为扫描线（显示）；虚线是扫描的逆程（消隐），也称为回扫，分为水平回扫与垂直回扫两种。,光栅扫描过程示意图,常用概念： 图像刷新 行频、帧频 逐行扫描、隔行扫描 像素 分辨率 点距 显示速度 帧缓冲存储器（帧缓存、显示存储器） 色彩与灰度等级 颜色查找表,24位平面彩色光栅扫描显示器结构图,N位帧缓存和W位颜色查找表的光栅扫描结构,6液晶显示器（Liquid-Crystal Display）LCD技术是把液晶灌入两个刻有细槽（配向槽）的玻璃基板
5、平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)。由于液晶分子的黏性，液晶分子会顺着槽排列，也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。,偏光板的工作原理,LCD是依赖偏光板和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。偏光板实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。偏光板的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。,只
6、有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个偏光板相匹配，光线才得以穿透。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。,液晶的排列,液晶的显示原理,可视角度 点距和分辨率,彩色LCD显示器还需要配备彩色过滤片。,7等离子显示器等离子显示器是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成屏幕。每个等离子对应的每个小室内部充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光，从而激励平板显示器上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像
7、,8图形处理器,2.2.2 图形绘制设备1绘图仪 笔式绘图仪 静电绘图仪,笔式绘图仪的原理,平板式绘图仪,滚筒式绘图仪,静电绘图仪工作原理,2打印机,点阵式打印机 喷墨打印机 激光打印机,点阵式打印机的工作原理,主机送来的代码，经过打印机输入接口电路的处理后送至打印机的主控电路，在控制程序的控制下，产生字符或图形的编码，驱动打印头打印一列的点阵图形，同时字车横向运动，产生列间距或字间距，再打印下一列，逐列进行打印；一行打印完毕后，启动走纸机构进纸，产生行距，同时打印头回车换行，打印下一行；上述过程反复进行，直到打印完毕。,喷墨打印机的工作原理,就是通过将墨滴喷射到打印介质上来形成文字或图像。喷
8、墨技术有以下两种。 1、连续式喷墨技术 利用压电驱动装置对喷头中墨水加以固定压力，使其连续喷射。不参与纪录的墨水滴由导管回收。2、随机式喷墨技术 随机式喷墨系统中墨水只在打印需要时才喷射，所以又称为按需式。随机式喷墨技术主要有微压电式和热气泡式,激光打印机的工作原理,打印控制器中光栅位图图像数据转换为激光扫描器的激光束信息，通过反射棱镜对感光鼓充电，感光鼓表面就形成了以正电荷表示的与打印图像完全相同的图像信息，然后吸附碳粉盒中的碳粉颗粒，形成了感光鼓表面的碳粉图像。而打印纸在与感光鼓接触前被一充电单元充满负电荷，当打印纸走过感光鼓时，由于正负电荷相互吸引，感光鼓的碳粉图像就转印到打印纸上。经过
9、热转印单元加热使碳粉颗粒完全与纸张纤维吸附，形成了打印图像。,激光打印机的工作原理图示,3摄像机,摄像机是一种把景物光像转变为电信号的装置。从能量的转变来看，摄像机的工作原理是一个光电磁电光的转换过程。,4颜色模型 RGB颜色模型 CMY颜色模型 HSL颜色模型 YUV颜色模型,RGB颜色模型,CMY颜色模型,2.2.3 图形输入设备 1键盘和鼠标 2数字化仪 3光笔 4跟踪球和空间球 5触摸板 6扫描仪,图形输入逻辑设备分类,定位设备：输入一个点的坐标 笔划设备：输入一系列的点 数值设备：输入一个数值 选择设备：根据一个正整数得到一个选择 拾取设备：识别一个显示的图形元素 字符串设备：输入一个字符串,2.3 图形软件系统,2.3.1 图形软件的层次1零级图形软件：面向系统，设备驱动程序2一级图形软件：面向用户，基本子程序3二级图形软件：面向用户，功能子程序4三级图形软件：面向应用，是解决某种应用问题的应用软件一部分,2.3.2 图形软件标准1核心图形系统CGS2计算机图形核心系统GKS3程序员层次交互式图形系统PHIGS4图形库GL,
