第二章图形设备.

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1、第二章：图形设备2.1 图形输入设备2.2 图形显示设备2.3 图形显示子系统2.4 图形绘制设备2.1：图形输入设备o 键盘o 鼠标器o 光笔o 触摸屏o 操作杆o 跟踪球本节内容：o 数据手套o 数字化仪o 图象扫描仪o 声频输入系统o 视频输入系统2.1：图形输入设备o 键盘（Keyboard） 有ASCII编码键、命令控制键和功能键，是计算机的一种最基本的输入设备，用于输入非图形数据。 2.1：图形输入设备o 鼠标（Mouse） 将移动距离及方向的信息变成数字脉冲信息，由计算机转换成光标的坐标数据，或采用光学感应器检测鼠标的运动； 2.1：图形输入设备o 光笔（Light Pen） 利

2、用笔尖处的孔，荧光屏上的光透过透镜聚集到光导纤维，传至光电倍增器，形成电信号，以此来选择屏幕的位置坐标 缺陷： 遮挡住屏幕，操作不便；容易疲劳；所有屏幕象素都要具有非零亮度；受环境光影响，有可能误读2.1：图形输入设备o 触摸屏（Touch Screen） 用手指触摸屏幕的位置进行选择：光学触摸屏利用红外线发生和接受装置检测光线的遮挡情况导致的电平变化，或通过测量投射屏幕两边的阴影范围来确定手指的位置。电子触摸屏是由相互间有一较小距离的两块透明板构成，其中一块涂有导电材料另一块涂有电阻材料。利用两涂层间的电阻和电容的变化确定触摸位置。声学触摸屏利用手触及使声波发生衰减，从而转换为X，Y坐标的。

3、 2.1：图形输入设备o 操纵杆（Joystick） 提供对屏幕光标的环绕操作，系统对操纵杆的移动和压力做出响应2.1：图形输入设备o 跟踪球（Trackball） 跟踪球用作两维定位设备，利用附加的电压计量器测量球的旋转量和方向，通常安装在键盘和鼠标上；空间球则提供六个自由度。2.1：图形输入设备o 数据手套（Data Glove） 由一系列检测手和手指运动的传感器组成，发送天线和接收天线之间的电磁耦合，可以提供关于手位置和方向的信息2.1：图形输入设备o 数字化仪（Digitizer） 用来给物体作画，或交互选择坐标位置的常用设备，可以输入二维或三维物体的坐标值，一般，数字化仪通过对物体的

4、扫描，并输入一组坐标位置，相互连接后，以逼近曲线或表面形状2.1：图形输入设备o 图象扫描仪（Scanner） 可直接把图纸、图表、照片等输入到计算机中，在将它们传过一个光学扫描机构时，灰度或彩色等级被记录下来，并按图象方式进行存储，目前绝大多数采用的固态器件是电荷耦合器件，常用的分辨率是3001000dpi（Dot Per Inch）2.1：图形输入设备o 声频输入系统（Voice Input System） 也称为声音输入系统，在某些图形工作站中，采用话音识别器作为输入设备，以接收操作者的命令。 2.1：图形输入设备o 视频输入系统（Video Input System） 用于输入视频图形

5、和图象信息。视频信号采集板（卡）、视频信号输入卡、视频信号处理装置，其中大量采用了数字信号处理芯片（DSP）。 目前微机流行采用视霸卡（video blaster）采集图形图象，经过编码和压缩后，存储在计算机中，以后可读出送到计算机显示器或电视机中。2.2：图形显示设备o 阴极射线管o 彩色阴极射线管o CRT图形显示器o 平板显示器三维观察设备本节内容：2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathode Ray Turbo） 目前图形显示设备大多数是基于阴极射线管CRT的监视器。 CRT是一种真空器件，它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束，偏转到屏幕的不同位置轰击屏幕表面的荧光材料，而产

6、生可见图形。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。 由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的对应点就辉亮，不同象素的辉亮状态就产生了可见图形。2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathode Ray Turbo） CRT由电子枪、偏转系统、荧光屏三个基本部分组成： 电子枪：电子枪：由加热器，金属阴极、电平控制器组成； 阴 极：由灯丝加热发出电子束； 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负电的电子束的强弱，通过调节负电压高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点的亮度； CRT它的主要

7、功能是产生一个沿管轴（Z轴）方向前进的细电子束轰击荧光屏，电子束应满足下列要求： a.具有足够的电流强度 b.电流的大小和有无必须是可控的 c.具有很高的速度 d.在屏幕上能聚焦很小的光亮，以保证显示器足够的分辨率2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathode Ray Turbo） 电子枪结构电子枪结构： 灯丝阴极栅极加速极第二阳极第三阳极石墨层玻璃灯丝阴极栅极加速极聚焦极第二、四阳极石墨层玻璃（b)四极电子枪（a)三极电子枪 聚焦系统是一个电透镜，保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。 加速电极：加正高压电（几万伏），使电子束高速运动。 2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathod

8、e Ray Turbo） 偏转系统：偏转系统： 主要作用是控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。电子束偏转有电偏转和磁偏转两种方法：a.磁偏转 磁偏转系统是利用磁场使电子束产生偏转，扫描荧光屏产生字符或图形。b.电偏转 电子束通过两对金属偏转板，电子朝正电压的极板偏转2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathode Ray Turbo）磁偏转电偏转2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathode Ray Turbo） 偏转系统：偏转系统： 由于偏转系统的作用，电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就会增大。 到达屏幕最边缘的偏转角度被称为最大偏转角 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指标。显示器

9、长短与此有关：CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathode Ray Turbo）枕形失真桶形失真注意：注意： 电子穿出偏转磁场后，是沿着圆周运动的切线的方向射向屏幕的，可以导出，当偏转线圈的匝数一定时，偏转电流I与偏转角的正弦成正比。由于屏幕四角距中心最远，会造成光栅的枕形失真。对此，可将产生偏转磁场的锯齿形电流预先产生一些失真；或是通过“桶形失真”抵消“枕形失真”2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathode Ray Turbo） 荧光屏：荧光屏： 荧光屏是用荧光粉涂敷在玻璃底壁上制成的，常用沉积法涂敷荧光粉。玻璃底壁要求无气泡，表面光学抛光。

10、对荧光粉的性能要求是： a.具发光颜色满足标准白色 b.发光效率高的 c.余辉时间合适 d.寿命长2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathode Ray Turbo） 荧光物质：被电子轰击时发出亮光，如硫化锌和硅酸锌的混合物。 余辉时间：电子停止轰击到亮度值衰减到初始值1/10所需的时间。短余辉可显示动画，长余辉可显示静态图象，通常CRT荧光粉的余辉时间为540ms。 刷新：为了让荧光物质保持一个稳定的亮度值。 刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数。 分辨率：屏幕亮点无重叠显示的最多点数；或垂直和水平方向每厘米可绘制的点数；或两个方向的总点数。两个相邻亮点显现的间隔应大于具有约60亮点中心亮度的

11、位置上每个亮点的直径。 荧光屏的相关概念：荧光屏的相关概念：2.2：图形显示设备o 阴极射线管（Cathode Ray Turbo）CRT屏幕上发光荧光层亮点的亮度分布满足高斯分布当两个荧光发光亮点间隔大于亮点亮度衰减到60最大值的亮点的直径时，两亮点是可区分的2.2：图形显示设备o 彩色阴极射线管 屏幕产生彩色的常用方法：射线穿透法、影孔板法影孔板法：影孔板法： 利用三基色原理（红、绿、蓝），将三色影像同时显示在一个管屏上，合成一副彩色图象。2.2：图形显示设备o 彩色阴极射线管影孔板法原理：影孔板法原理： 荧光屏上涂有有序排列的R，G，B三色荧光点，荧光屏后面1cm处安装荫罩板，板上密排小