计算机图形系统组成
计算机图形系统组成
⼀．计算机图形硬件
1.图形计算机系统
硬件性能与⼀般计算机系统相⽐，要求主机性能更⾼、速度更快、存储容量更⼤、外设种类更齐全⽬前，⾯向图形应⽤的计算机系统包括：
（1）微型计算机
开放式体系结构
体积⼩、价格低廉、⽤户界⾯友好
⼀种普及的图形计算机系统
CPU*以Intel和AMD公司提供的为主
操作系统以微软公司的windows为主
⼚商以IBM、Dell、Acer和联想公司为主
（2）⼯作站
具有⾼速的科学计算、丰富的图形处理、灵活的窗⼝以及⽹络管理功能
交互式计算机系统
主要应⽤领域：办公⾃动化、⽂字处理、⽂字编辑、⼯程与产品的设计与绘图、⼯
业模拟、艺术模拟
主要⼚商：HP、IBM、SGI
（3）计算机⽹络
（3）中⼩型计算机
⼀类⾼级的、⼤规模计算机⼯作环境
⼀般在特定的部门、单位和应⽤领域采⽤
建⽴⼤型信息系统的重要环境
具有强⼤的处理能⼒、集中控制和管理能⼒、海量数据存储能⼒
⼀般情况下，图形系统在这类平台上作为⼀种图形⼦系统来独⽴运⾏和⼯作
2.图形设备
（1）图形输⼊设备
①键盘
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常⽤的图形输⼊设备
⽤于屏幕坐标的输⼊、菜单的选择、图形功能选择、输⼊⾮图形数据
普通键盘、带⼿写输⼊板、⽆线键盘
②⿏标
常⽤的图形输⼊设备
③操纵杆、跟踪球和空间球
操作杆
A.由⼀个⼿柄通过⼀个球形轴承半固定在底座上，在⼿柄运动时带动⼀对电位器或电脉冲产⽣器产⽣位置信号，控制屏幕上光标的坐标
B.⼀般⽤于游戏和虚拟现实系统中
C.将纯粹的物理动作（⼿部运动）完完全全地转换成数字形式（⼀连串0
或1组成的计算机语⾔）
跟踪球和空间球
A.根据球在不同⽅向收到的推或拉的压⼒来实现定位和选择的，从⽽控制屏幕上光标的位置
B.游戏、虚拟系统、动画、CAD等应⽤中⼀般作三维定位设备和选取设备
④触摸屏系统
新型输⼊设备
⽬前最⽅便、最⾃然的⼈机交互⽅式
适⽤⼈⼴、坚固耐⽤、反应速度快、节省空间、易于交流
应⽤⼴泛：公共信息场所
⑤集成输⼊板
将使⽤者的⼿的影像映射到屏幕上，使⽤者通过屏幕上的虚拟⼿来操作窗体上的对象
完成了键盘、⿏标、书写板、触摸板、触摸屏五件设备的所有输⼊功能
根本意义在于⼈机界⾯上的改⾰和创新
开创的“动态图形⽤户界⾯（DGUI）”结合了触摸技术和传统图形界⾯的优势，是真正意义上的“⾃然⽤户界⾯”
⑥图形扫描仪
从专⽤⼯具变为家⽤计算机外设做典型的代表
直接把图形和图像扫描到计算机中以像素信息进⾏存储的设备
传统扫描仪：普通平板扫描仪（扫描⾯积⼤）、⼿持扫描仪（⼿持灵活）
三维扫描仪（3D扫描仪）
A.采集实物表⾯各个点的位置信息
B.结构与传统扫描仪不同
C.⽣成的⽂件不是常见的图像⽂件，⽽是能精确描述物体三维结构的⼀系列坐标数据
D.从结构来讲，分为激光式和机械式
机械式：依靠⼀个机械臂触摸物体的表⾯，以获得物体的三维数据
E.三维数据远⼤于常见图像的⼆维数据，扫描速度慢、视物体⼤⼩和精确度底，扫描时间不等
⑦数字化仪
⼀种吧图形转变成计算机能接收的数字形式的专⽤设备
基本⼯作原理：采⽤电磁感应技术，通常由电磁感应数据板、游标触笔和相应的电⼦电路组成。数据板中布满了⾦属栅格，当触笔在数据板上移动时，其正下⽅的⾦属栅格上就会产⽣相应的感应电流。根据已产⽣电流的⾦属栅格的位置，就可以判断出触笔当前的⼏何位置，按动按钮，数字化仪则将此
时对应的命令符号和该点的位置坐标值排列成有序的⼀组信息，然后通过接⼝（多⽤串⾏接⼝）传送到主计算机。许多数字化仪提供了多种压感电流，⽤不同的压⼒就会有不同的信息传向计算机。
⼀块超⼤⾯积的⼿写板，⽤户可以通过⽤专门的电磁感应压感笔或光笔在上⾯写或者画图形，并传输给计算机系统
⾼精度的数字化仪适⽤于适⽤于地质、测绘等⾏业
普通的数字化仪适⽤于⼯程、机械、服装设计等⾏业
⑧数据⼿套
通过传感器和天线获得和发送⼿指的位置和⽅向的信息
适⽤于需要多⾃由度⼿模型对虚拟物体进⾏复杂操作的虚拟现实系统
本⾝不提供与空间位置有关的信息，必须与位置跟踪设备连⽤
（2）图形输出设备
①观察显⽰设备
见（3）
②打印机
将绘制的图像输出到纸⽚或其他媒体上的设备
喷墨打印机、针式打印机、激光打印机（⼴泛⽤于办公⾃动化（OA）、各种计算机辅助设计（CAD）系统领域）
③绘图仪
精确地绘图
将图形准确地绘制在图纸上并输出（供⼯程技术⼈员参考）
从原理上分，分为笔式、喷墨式、热敏式、静电式
从结构上分，分为平台式、滚筒式腐竹怎么泡最快
A.平台式绘图仪：在计算机信号的控制下，笔或喷墨头沿X、Y⽅向移动，
⽽纸在平⾯上不动从⽽进⾏绘图
B.滚筒式绘图仪：笔或喷墨头沿X⽅向移动，纸沿Y⽅向移动，可以绘制较
A.彩⾊喷墨绘图仪绘图线型多，速度快、分辨率⾼，价格不⾼
④激光照相排版设备
使计算机⾥的图⽂⽣到胶⽚上，为印刷提供了可晒版的胶⽚，⼤⼤地缩短了制作周期，提⾼了响应信息的速度
（3）图形显⽰与观察设备
①阴极射线管显⽰器（CRT）
CRT显⽰器发展历程：存储管式显⽰器、随机扫描显⽰器（⽮量显⽰器）、光栅扫描显⽰器（刷新式光栅扫描显⽰器，彩⾊光栅扫描显⽰器）
主要⽤途：构造显⽰系统，俗称显像管
缺点
A.屏幕的加⼤导致显像管的加长，体积加⼤，使⽤时候受到空间限制
B.利⽤电⼦发射电⼦束来产⽣图像，产⽣辐射与电磁波⼲扰，长期使⽤对
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单⾊显⽰器：每个像素占⽤1个bit
灰度显⽰器：每个像素占⽤多个bit
衡量CRT性能的指标
(a)屏幕尺⼨⼤⼩
(b)点距
(c)分辨率
(d)画⾯刷新率收款码怎么申请
(e)带宽
阴极射线管中的加热灯丝使得⾦属阴极发射⼤量电⼦，电⼦飞出去多少受栅极所加电压控制。电⼦
发出的电⼦，经过聚焦系统和加速系统产⽣⾼速聚焦的电⼦束，再经过磁偏转系统到达荧光屏的特定位置，轰击荧光屏表⾯的荧光物质，在荧光屏上产⽣⾜够⼩的光点，光点称为像素，从⽽产⽣可见图形
要保持荧光屏上有稳定的图像就必须不断地发射电⼦束，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
阴极射线管可以利⽤能够发射不同颜⾊的荧光粉的组合来产⽣彩⾊图形。彩⾊CRT显⽰器的荧屏上涂有三种荧光物质，分别能发出红、绿、蓝三种颜⾊的光。红、绿、蓝三⽀电⼦装在同⼀管颈中，电⼦发射这三束电⼦来激发这三种物质，中间通过⼀个控制栅格来决定三术电⼦到达的位置。根据屏幕上荧光点的排列不同，控制栅格也就不⼀样
光栅扫描显⽰系统的逻辑部件
C.显⽰处理器
光栅扫描显⽰系统⼯作原理
A.应⽤程序发出绘图命令->解析成显⽰处理器可接受命令格式，存放在刷新存储器中
B.刷新存储器中所有的绘图命令组成⼀个显⽰⽂件
C.由显⽰处理器负责解释执⾏（刷新）->视频控制器控制驱动电⼦在屏幕上绘图（修改图形，实际上是修改显⽰⽂件中的某些绘图命令）
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荫罩式显像管
⼀般⽤三⾓形的排列⽅式
三束电⼦经过荫罩的选择，分别到达三个荧光点的位置
通过调节电⼦发射的电⼦束中所含的电⼦的多少，可以控制击中的相应
荧光点的亮度，因此以不同的强度击中荧光点，就能够在像素点上⽣成极
其丰富的颜⾊
三个电⼦
三个荧光点构成⼀个像素
各像素与荫罩板上的洞对应
图形处理器
（1）显卡
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（2）核⼼：显⽰主芯⽚GPU
代替CPU完成部分图形处理功能
各图形函数基本上集成在这⾥
（3）显存
存储将要显⽰的图形信息
保存图形运算的中间数据
与显⽰主芯⽚的关系，像计算机内存之于CPU
（4）视频存储数字模拟转换器RAMDAC
在视频处理中，把⼆进制的数字转换成为和显⽰器相适应的模拟信号
总结
数量关系
帧缓存容量N=L*屏幕分辨率（bits）
位⾯数L
可显⽰的不同颜⾊数量m=2^L
刷新速率F>30帧/秒

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