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1、 图形图象输入设备分类图形图象输入设备分类 典型设备概述典型设备概述 鼠标与轨迹球鼠标与轨迹球 数字化仪数字化仪 数码相机数码相机 扫描仪扫描仪 根据硬件实现方法根据硬件实现方法 ：机械式、光电式、光机式机械式、光电式、光机式 根据按键数量、类型：二键、三键、带滚轮根据按键数量、类型：二键、三键、带滚轮 根据接口类型：串口、根据接口类型：串口、PS/2、USB 根据输入坐标维数：二维、三维根据输入坐标维数：二维、三维反射光反射光输出电压或电流输出电压或电流刻刻 线线(不反光不反光)LED光敏元件光敏元件 发射光发射光LED光敏元件光敏元件 发射光发射光发光管发光管光电管光电管齿轮齿轮光电管光电
2、管发光管发光管齿轮齿轮滚动球滚动球滚滚 轮轮齿轮轴齿轮轴按键按键按键按键 压紧轮压紧轮lWeb鼠标：带滚动轮的鼠标鼠标：带滚动轮的鼠标l三维鼠标：工作原理完全不同于二维鼠标三维鼠标：工作原理完全不同于二维鼠标l轨轨 迹迹 球：倒置的鼠标球：倒置的鼠标l笔记本电脑的指点设备：触摸板与指点杆笔记本电脑的指点设备：触摸板与指点杆X坐标标坐标标Y坐标标坐标标Y脉冲发生器脉冲发生器X X脉冲发生器脉冲发生器时钟脉冲时钟脉冲计数器计数器Y行写线行写线X行行写写线线打打印印机机计计算算机机数数字字化化仪仪计计算算机机起起始始位位识别标记（识别标记（1） 空空 格（格（0）数数 据据 位位奇奇偶偶位位停停止止
3、位位 CIS扫描仪扫描仪A4幅面幅面CCD扫描仪扫描仪A3幅面幅面CCD扫描仪扫描仪照明系统照明系统光电变换光电变换模模/数数转换器转换器计算机存储计算机存储扫描系统扫描系统同步信号发生器同步信号发生器ABCDDDEFGH传感器阵列传感器阵列LEDRGB显示方式显示方式-随机扫描随机扫描 特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的局部。示的局部。 逻辑部件：刷新存储器逻辑部件：刷新存储器(Refreshing Buffer),显示处理器显示处理器DPU:Display Processing Uuit和和CRT 为了克服随机扫描显示器的不断刷新的缺点，开
4、展了利用显为了克服随机扫描显示器的不断刷新的缺点，开展了利用显示器本身来存储信息的技术示器本身来存储信息的技术:20世纪世纪60年代后期年代后期 外表上看存储管的特性极象一个有长余辉的荧光屏，一条线外表上看存储管的特性极象一个有长余辉的荧光屏，一条线一旦画在屏幕上，在一小时之内都将是可见的。一旦画在屏幕上，在一小时之内都将是可见的。 电子束写在屏幕后的涂有介质的网格上，然后由一个独立的电子束写在屏幕后的涂有介质的网格上，然后由一个独立的读数电子枪将图案复制到屏幕上。直视存储管显示时间可持读数电子枪将图案复制到屏幕上。直视存储管显示时间可持续近续近1个小时，去除需个小时，去除需1/2秒。其优点是
5、显示时无闪烁秒。其优点是显示时无闪烁,显示分显示分辨率高辨率高(203203平方毫米有平方毫米有10241024光点光点)，价格低。，价格低。缺点是显示速度慢缺点是显示速度慢,不易修改不易修改,不能用作动态显示。不能用作动态显示。显示方式显示方式-直视存储管直视存储管 电子束依照固定的扫描线和规定的扫描顺序进行扫描电子束依照固定的扫描线和规定的扫描顺序进行扫描。电子束先从荧光屏左上角开始，向右扫一条水平线。电子束先从荧光屏左上角开始，向右扫一条水平线，然后迅速地回扫到左边偏下一点的位置，再扫第二，然后迅速地回扫到左边偏下一点的位置，再扫第二条水平线，照此固定的路径及顺序扫下去，直到最后条水平线
6、，照此固定的路径及顺序扫下去，直到最后一条水平线，即完成了整个屏幕的扫描。在扫描时，一条水平线，即完成了整个屏幕的扫描。在扫描时，电子束的强度不断变化来建立电子束的强度不断变化来建立 亮点的图案。亮点的图案。 显示方式显示方式-光栅扫描显示光栅扫描显示接接 口口计算机计算机显显 示示存存 储器储器 象素值象素值色色彩彩查查找找表表 CRT控制器控制器颜颜色色亮亮度度信信号号监视器监视器P1P2P3PnP3P1Pn彩色表彩色表1 00P2DAC显存的组织方法（a）组合像素结构（b）位平面结构电子枪电子枪3红红蓝蓝绿绿DAC010DACDAC一个简单的彩色帧缓冲存储器一个简单的彩色帧缓冲存储器 8
7、888位位DAC红红蓝蓝绿绿8位位DAC8位位DAC0 1 0 0011 11 0 10110 000000110 假设每个单元有假设每个单元有24位每种基色占位每种基色占8位即显位即显示系统可同时产生示系统可同时产生224种颜色种颜色24位真彩色位真彩色。 分辨率分辨率M*N、颜色个数、颜色个数K与显存大小与显存大小V的关系的关系KNMV2log 3个位面分辩率是个位面分辩率是10241024的显示器，需要显的显示器，需要显存的大小是多少存的大小是多少KB? 假设存储器位长固定，那么屏幕分辩率与同时可假设存储器位长固定，那么屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比关系。用的颜色种数成反比关系。
8、1兆字节的帧缓存，假设设分辩率为兆字节的帧缓存，假设设分辩率为640480，那么帧缓存每个单元可有那么帧缓存每个单元可有24位，可能同时显示位，可能同时显示224种颜色，假设设分辩率为种颜色，假设设分辩率为1024768，那么，那么每个单元分得的位数仅略多于每个单元分得的位数仅略多于8，只能工作于，只能工作于256色显示模式下。色显示模式下。影仪影仪a. 点状荫罩结构点状荫罩结构b. 荫栅结构荫栅结构c. 沟状荫罩结构沟状荫罩结构大多数球面与大多数球面与柱面显像管柱面显像管Sony的的Trinitron与与Mitsubishi的的DiamondtronLG的的Flatron显显像管像管点状荫罩
9、：结构简单，易于加工，本钱低。外表是球面，点状荫罩：结构简单，易于加工，本钱低。外表是球面，在边缘和四角变形严重，使用时电子撞击荫罩产在边缘和四角变形严重，使用时电子撞击荫罩产生热量导致画面失真加重；生热量导致画面失真加重；荫荫 栅：电子束通过率高，亮度大，加工本钱高。外表栅：电子束通过率高，亮度大，加工本钱高。外表呈柱状，垂直失真小。为增加结构强度，导致外呈柱状，垂直失真小。为增加结构强度，导致外表有明显的暗线；表有明显的暗线；沟状荫罩：电子束通过率较高，亮度较大，加工本钱较高。沟状荫罩：电子束通过率较高，亮度较大，加工本钱较高。失真小，结构强度较大，适合应用于纯平显示器。失真小，结构强度较
10、大，适合应用于纯平显示器。又称为又称为“垂直扫描频率，也就是屏幕的刷新频率。垂直扫描频率，也就是屏幕的刷新频率。指每秒钟屏幕刷新的次数，通常以赫兹指每秒钟屏幕刷新的次数，通常以赫兹(Hz)表示，它可以表示，它可以理解为每秒钟重画屏幕的次数。理解为每秒钟重画屏幕的次数。 在屏幕大小为定数的情况下，分辨率越高，显示器在屏幕大小为定数的情况下，分辨率越高，显示器性能越好，相应的价格也越高性能越好，相应的价格也越高 。指电子枪每秒在荧光屏上扫描过的水平线数量，单指电子枪每秒在荧光屏上扫描过的水平线数量，单位是位是kHz ，等于，等于“行数场频。行数场频。纯平纯平CRT显示器显示器纯平面显示器是最近几年
11、出现的新型显示器，这种显示器纯平面显示器是最近几年出现的新型显示器，这种显示器外表是完全平面，没有任何弧度，也称镜面显示器。外表是完全平面，没有任何弧度，也称镜面显示器。 采用超薄型的采用超薄型的“沟状荫罩，解决了超薄罩板易变形的问沟状荫罩，解决了超薄罩板易变形的问题。题。开发纯平面显像管的另一难题难题偏转线圈。必须设计完开发纯平面显像管的另一难题难题偏转线圈。必须设计完善的补偿电路来克服宽频带的扫描。善的补偿电路来克服宽频带的扫描。纯平面的显示器，在视觉效果上都会感觉图像有点向里凹纯平面的显示器，在视觉效果上都会感觉图像有点向里凹陷。陷。总体上看，纯平显示器失真小、光线反射少、辐射小，是总体
12、上看，纯平显示器失真小、光线反射少、辐射小，是CRT显示器的开展方向。显示器的开展方向。平板式显示器平板式显示器平板式显示器分类平板式显示器分类液晶液晶LCD显示器显示器LCD显示器工作原理显示器工作原理1LCD显示器工作原理显示器工作原理2LCD显示器工作原理显示器工作原理3公共电极液晶X2X1Y1Y2LCD显示器工作原理显示器工作原理4等离子体等离子体PDP 显示器显示器场致发射显示器场致发射显示器(FED)未来显示器未来显示器 采用空气等离子体技术，无须刷新缓冲存采用空气等离子体技术，无须刷新缓冲存储器储器 空气等离子体可想象成一个个微型霓虹灯空气等离子体可想象成一个个微型霓虹灯，红绿蓝
13、三种不同颜色的像素。，红绿蓝三种不同颜色的像素。 显示屏薄，挂在墙上。显示屏薄，挂在墙上。 发光聚合物技术，坚不可摧；柔韧性好，发光聚合物技术，坚不可摧；柔韧性好，可以卷起来；显示画面具有无与伦比的清可以卷起来；显示画面具有无与伦比的清晰度，无锯齿现象。真正的平面直角。晰度，无锯齿现象。真正的平面直角。 针式打印机针式打印机 通用针式打印机、票据打印机通用针式打印机、票据打印机 单色、彩色针式打印机单色、彩色针式打印机 喷墨打印机喷墨打印机 气泡式、压电式气泡式、压电式 单色、四色、多色六色、七色单色、四色、多色六色、七色 超大幅面、超大幅面、A0A4幅面、专用相片打印机幅面、专用相片打印机
14、激光打印机激光打印机 单色、彩色激光打印机单色、彩色激光打印机 A3、A4幅面激光打印机幅面激光打印机XYXY 激光胶片输出机是光、机、电高精度一体激光胶片输出机是光、机、电高精度一体化的设备，它能够产生高质量的线划图形、分化的设备，它能够产生高质量的线划图形、分色挂网图形以及半色调影像，直接供制版印刷色挂网图形以及半色调影像，直接供制版印刷使用，得到所需的彩色线划地图和影像地图。使用，得到所需的彩色线划地图和影像地图。 滚滚 筒、筒、 激激 光光 头头效劳器、效劳器、网目发生板、网目发生板、数据交换板数据交换板电源、电源、激光控制电路激光控制电路激光胶片输出机的硬件组成 有有MapSette
15、r 2000MapSetter 2000、MapSetter 4000MapSetter 4000、MapSetter 5000MapSetter 5000和和MapSetter 6000MapSetter 6000四个型号。四个型号。MapSetter 2000MapSetter 2000：它的幅面为它的幅面为5151厘米厘米6666厘米，激光束厘米，激光束8 8束，所束，所用激光为氩离子蓝色激光，绘图分辨率用激光为氩离子蓝色激光，绘图分辨率20002000点英寸，能产生点英寸，能产生7070240240线英寸的网线或网目，网目百分比以及网线角度可任线英寸的网线或网目，网目百分比以及网线角度
16、可任意设定，每意设定，每4 46 6分钟可以输出一张胶片。分钟可以输出一张胶片。MapSetter 6000MapSetter 6000：幅面达幅面达120120厘米厘米160160厘米，绘图分辨率可达厘米，绘图分辨率可达36293629点英寸。点英寸。美国美国Intergraph公司的公司的MapSetter系列系列：Linotronic 930Linotronic 930激光胶片输出机的幅面为激光胶片输出机的幅面为7575厘米厘米ll0ll0厘米，厘米，绘图分辨率最高达绘图分辨率最高达32513251点英寸，有专用的点英寸，有专用的PostscriptPostscript光栅光栅格式处理器
17、。格式处理器。Lino-HellLino-Hell公司的公司的LinotronicLinotronic系列系列其中，帧缓存为系其中，帧缓存为系统内存任一块区域，统内存任一块区域，视频控制器能够直视频控制器能够直接存取该区域以刷接存取该区域以刷新屏幕。新屏幕。其中，帧缓存其中，帧缓存可以是专用的可以是专用的存储器，也可存储器，也可以是系统内存以是系统内存中的一块固定中的一块固定区域。区域。普通显卡普通显卡=视频控制器视频控制器+显存显存图形加速卡图形加速卡=视频控制器视频控制器+显存显存+显示处理器显示处理器显示处理器显示处理器:代替代替CPU完成局部图形完成局部图形处理功能，扫描转处理功能，扫
18、描转换、几何变换、裁换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹剪、光栅操作、纹理映射等理映射等 显示主芯片显示主芯片 显卡的核心，俗称显卡的核心，俗称GPU，它的主要任务是对，它的主要任务是对系统输入的视频信息进行构建和渲染系统输入的视频信息进行构建和渲染 显示缓存显示缓存 用来存储将要显示的图形信息以及保存图形用来存储将要显示的图形信息以及保存图形运算的中间数据运算的中间数据 显存的大小和速度直接影响着主芯片性能的显存的大小和速度直接影响着主芯片性能的发挥发挥 数字模拟转换器数字模拟转换器RAM/DAC 它的作用就是把二进制的数字转换成为和显它的作用就是把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号示
19、器相适应的模拟信号Basic Graphics SystemInput devicesOutput deviceImage formed in FB交互式图形系统交互式图形系统=硬件设备硬件设备+软件系统软件系统+人人 具有完整人机交互界面，集高性能的计算和图形于具有完整人机交互界面，集高性能的计算和图形于一身，可配置大容量的内存和硬盘，一身，可配置大容量的内存和硬盘，I/OI/O和网络功和网络功能完善，使用多任务多用户操作系统的小型通用个能完善，使用多任务多用户操作系统的小型通用个人化计算机系统。人化计算机系统。根本的图形硬件流水线根本的图形硬件流水线 应用程序阶段：把数据以图元的形式提供给
20、图形应用程序阶段：把数据以图元的形式提供给图形硬件，例如用来描述三维几何模型的点、线或多硬件，例如用来描述三维几何模型的点、线或多边形。同时也提供用于外表纹理映射的图像或者边形。同时也提供用于外表纹理映射的图像或者位图。位图。 几何处理阶段：几何阶段主要负责大局部多边形几何处理阶段：几何阶段主要负责大局部多边形和顶点操作，给定经过变换和投影之后的顶点、和顶点操作，给定经过变换和投影之后的顶点、颜色以及纹理坐标。可以将这个阶段进一步划分颜色以及纹理坐标。可以将这个阶段进一步划分为以下图所示的几个功能阶段。为以下图所示的几个功能阶段。 像素处理阶段：光栅阶段的目的就是给每个像素像素处理阶段：光栅阶
21、段的目的就是给每个像素正确配色，以便正确绘制整幅图像，这个过程称正确配色，以便正确绘制整幅图像，这个过程称为光栅化或者扫描转换，也就是把屏幕空间的二为光栅化或者扫描转换，也就是把屏幕空间的二维顶点转化为屏幕上的像素。维顶点转化为屏幕上的像素。 图形标准图形标准：图形系统及其相关应用系统中各界：图形系统及其相关应用系统中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准，以及面之间进行数据传送和通信的接口标准，以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准，前者称为数据及文件格式标准，后者称为准，前者称为数据及文件格式标准，后者称为子程序界面标准。子程序界面标准。 面
22、向图形设备的接口标准：面向图形设备的接口标准： 计算机图形元文件计算机图形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,) 计算机图形接口计算机图形接口(CGI).设备驱动程序。设备驱动程序。 面向应用软件的标准：面向应用软件的标准： 程序员层次交互式图形系统程序员层次交互式图形系统PHIGS,GL (图形程序包图形程序包) 三维图形核心系统三维图形核心系统3D-GKS) 面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其文件格式：文件格式： 根本图形转换标准根本图形转换标准IGES 产品数据转换标准产品数据转换标准STEP 硬件，图形硬件，图形 I/O 设备，系统软件
23、，图形软件。设备，系统软件，图形软件。 图形软件：通用编程软件包，专用应用软件包。图形软件：通用编程软件包，专用应用软件包。 通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形功能扩通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形功能扩展集展集(比方，比方，OpenGL).根本功能：图元生成，属性设置颜色，根本功能：图元生成，属性设置颜色，.选选择观察及实施变换等。择观察及实施变换等。 专用类：不关心图形操作过程。专用类：不关心图形操作过程。CAD系统。系统。 第一层次是面向系统的，主要解决图形设备与计算机第一层次是面向系统的，主要解决图形设备与计算机的通讯接口等问题，称为设备驱动程序，包括一些最的通讯接口等问
24、题，称为设备驱动程序，包括一些最根本的输入、输出程序，事实上，设备驱动程序现在根本的输入、输出程序，事实上，设备驱动程序现在已被作为操作系统一局部，由操作系统或设备硬件厂已被作为操作系统一局部，由操作系统或设备硬件厂商开发；商开发； 第二层次是建立在驱动程序之上，完成图元的生成、第二层次是建立在驱动程序之上，完成图元的生成、设备的管理等功能，目前这个层次上的图形支撑软件设备的管理等功能，目前这个层次上的图形支撑软件已经标准化，如已经标准化，如GKS、PHIGS、CGI等；等； 第三层次是在中间层根底上编写的，其主要任务是建第三层次是在中间层根底上编写的，其主要任务是建立图形数据结构，定义、修改
25、和输出图形，它是面向立图形数据结构，定义、修改和输出图形，它是面向用户的，要求具有较强的交互功能，使用方便，风格用户的，要求具有较强的交互功能，使用方便，风格好，概念明确，容易阅读，便于维护和移植，好，概念明确，容易阅读，便于维护和移植，OpenGL、DirectX便属于这一层次的软件。便属于这一层次的软件。 GDI+:Windows图形显示接口，关于图形显图形显示接口，关于图形显示的函数库，通过它实现设备无关性示的函数库，通过它实现设备无关性.可以可以访问系统内存的视频缓冲，但不能访问显示访问系统内存的视频缓冲，但不能访问显示内存，也不能充分利用一些显卡提供的特殊内存，也不能充分利用一些显卡
26、提供的特殊性能。简言之，性能。简言之，GDI+对大多数商业程序来对大多数商业程序来说已经远远足够，但对于多媒体图形图像或说已经远远足够，但对于多媒体图形图像或游戏来说它就太慢了。游戏来说它就太慢了。 DirectX:一组低级一组低级“应用程序编程接口应用程序编程接口 (API)，可为，可为 Windows 程序提供高性能的硬件加速程序提供高性能的硬件加速多媒体支持。它能增强计算机的多媒体功能。多媒体支持。它能增强计算机的多媒体功能。可直接访问显卡与声卡的功能，确保多媒体程可直接访问显卡与声卡的功能，确保多媒体程序能够充分利用高性能硬件。从而提供逼真的序能够充分利用高性能硬件。从而提供逼真的三维
27、三维 (3D) 图形与令人如醉如痴的音乐与声音图形与令人如醉如痴的音乐与声音效果。效果。 它包含它包含DirectDraw,Direct3D,DirectSound等等多个组件。多个组件。Microsoft制定的标准并提供支持制定的标准并提供支持. OpenGL:一个独立于图形硬件的高效图形一个独立于图形硬件的高效图形软件接口软件接口,一个开放的图形软件包一个开放的图形软件包/库库,跨平跨平台台,可扩展可扩展.由由SGI公司推出公司推出,被被IBM,Intel,Microsoft等公司所采用的三维等公司所采用的三维图形标准图形标准.它提供了近它提供了近200个函数个函数,利用其可利用其可以开发出现实世界相似的三维景象以开发出现实世界相似的三维景象.
