2009-11-10 Graphics Lab.PKU 1
第二讲 图形设备与系统
2.1 图形显示设备
2.2 图形系统及其标准
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 2
?图形输入设备：
二维：鼠标、图形输入板、跟踪球、光笔、触摸
屏、操纵杆、扫描仪 … …
三维：空间球、数据手套 … …
?图形输出 (显示、打印）系统：
阴极射线管显示器，
液晶显示器，等离子显示器,… …
绘图仪,打印机，
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 3
2.1 图形显示器
2.1.2 阴极射线管
2.1.3 彩色阴极射线管
射线穿透法
影孔板法
2.1.4 随机扫描显示系统
2.1.5 光栅扫描系统
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 4
?2.1.1 阴极射线管（ CRT）（ Cathode Ray Tube）
?阴极射线管 (CRT)
–组成：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏
–工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏
转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的
荧光物质吸收，发光产生可见的图形。
–结构
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 5
电子枪
? 电灯丝, 阴极和控制栅组成 。
? 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 。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 6
聚焦系统
? 通过电场和磁场控制
? 电子束,, 变细,, 保证
? 亮点足够小, 提高分辩率
加速电极
加正的高压电 （ 几万伏 ）, 使电子束高速运动 。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 7
偏转系统
? 控制电子束, 静电场或磁场, 产生偏转,
最大偏转角是衡量系统性能的最重要的
指标, 显示器长短与此有关 。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 8
荧光屏
荧光物质：吸收电子束而发光
?持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值
1/10所需的时间
?刷新 (Refresh),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
?像素 (Pixel:Picture Cell),构成屏幕（图像）的最小元素
?分辨率 (Resolution),CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大
像素个数，单位通常为 dpi（ dots per inch)。 在假定
屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的
像素个数描述，如 640*480,800*600,1024*768，
1280*1024等等
某种 CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率
=1秒 /荧光物质的持续发光时间
（例如） =1000/40=25Hz
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 9
– 产生彩色的常用方法：射线穿透法、影孔板法
– 射线穿透法
? 原理,两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电
子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色
? 应用,主要用于画线显示器
? 优点：成本低
? 缺点：只等产生有限几种颜色
电子束
荧光涂层 产生颜色
低速电子束
较低速电子束
较高速电子束
高速电子束
2.1.2 彩色阴极射线管
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 10
2.1.2 彩色阴极射线管（续）
– 影孔板法
? 原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位
置
外层玻璃
荧光涂层
影孔板
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 11
– 影孔板的类型
? 点状影孔板
代表：大多数球面与柱面显像管
? 栅格式影孔板
代表,Sony的 Trinitron与 Mitsubishi的 Diamondtron
显像管
? 沟槽式影孔板
代表,LG的 Flatron显像管
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 12
2.1.2 彩色阴极射线管（续）
– 点状影孔板工作原理
? 红、绿、兰三基色
? 三色荧光点（很小并充分靠近 --〉像素）
? 三支电子枪
电子枪、影孔板中的一个
小孔和 荧光点 呈一直线；
每个小孔与一个像素（即
三个 荧光点 ）对应
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 13
? 显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强度有 256个等级，
则显示器能同时显示 256*256*256=16M种颜色，称
为真彩系统
?调节各电子枪发生的
电子束中所含电子的数
目，即可控制各色光点
亮度。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 14
*纯平显示器 *
– 走向平面的显像管
? 球面显象管：
– 表面：球面的一部分
– 时间,~90年代初
? 柱面显象管：
– 表面：柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有弯曲
– 时间,90年代中期
– 代表,Sony公司的 Trinitron,Mitsubishi公司的 Diamondtron
? 平面直角显象管
– 表面：球面的一部分，类似于平面
– 时间,90年代中后期
– 现在市场上的主流显象管
? 纯平显象管
– 表面：纯平面
– 时间,90年代后期
– 代表,Sony公司的 FD Trinitron,Mitsubishi公司的 Diamondtron,Samsung
公司的 DanyFlat,LG公司的 Flatron
– 今后的主流显象管
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 15
*未来显示器 *
? 采用空气等离子体技术，
? 空气等离子体可想象成一个个微型霓虹
灯，红绿蓝三种不同颜色的像素。
? 显示屏薄，挂在墙上。
? 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
清晰度。真正的平面直角。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 16
2.1.3 随机扫描的显示系统
特点：电子束可随意移动, 只扫描荧屏上要显示的部分 。
逻辑部件：刷新存储器 ( Refreshing Buffer),显示处理器
（ DPU:Display Processing Uuit） 和 CRT
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 17
?工作原理
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。刷新存储器中所
有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解
释执行 (刷新 ),→ 驱动电子枪在屏幕上绘图。
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 18
2.1.4 光栅扫描的显示系统
? 光栅扫描显示系统
– 特点：光栅扫描
– 扫描线
– 帧
– 水平回扫期
– 垂直回扫期
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 19
– 绘图过程
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 20
-显示器的分辨率
?电子束按固定的扫描顺序进行扫描 N条扫描线，每条
扫描线有 M个像素,M * N显示器的分辨率。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 21
– 逻辑部件,帧缓冲存储器 （ Frame Buffer),视频控制器
（ Video Controller),显示处理器 （ Display Processor），
CRT
– 帧缓冲存储器
? 作用：存储屏幕上像素的颜色值
? 简称帧缓冲器，俗称 显存
?帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同，单元与像素一一对应，
各单元的数值决定了其对应像素的颜色。
?显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关（图示帧缓冲器的每个
单元只有一位）。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 22
彩显：
? 若每个单元有 24位 （ 每种基色占 8位 ） 即显示系统
可同时产生 224种颜色 （ 24位真彩色 ） 。
? 分辨率 M*N,颜色个数 K与显存大小 V的关系
3个位面分辩率是 1024× 1024的显示器, 需要 3× 1024× 1024
（ 3145728） 位的存储器 。 若 存储器位长固定, 则屏幕分辩率
与同时可用的颜色种数成反比关系 。 1兆字节的帧缓存, 若设
分辩率为 640× 480,则帧缓存每个单元可有 24位, 可能同时
显示 224种颜色, 若设分辩率为 1024× 768,则每个单元分得的
位数仅略多于 8,只能工作于 256色显示模式下 。
? ?KNMV 2l o g???
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 23
彩显：
? 显存问题
– 高分辨率和真彩要求有大的显存；
– 曾经是个问题 ！
– 解决方法：采用 查色表 (Lookup Table） 或称
彩色表 (Color Table)
– 查色表工作原理
1024*768真彩模式需要 3M字节显存
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 24
查色表（ look up Table） 或称
彩色表（ color table）
– 是一维线性表, 其每一项的内容对应一种颜色, 它的长度由
帧缓存单元的位数决定, 例如：每单元有 8位, 则查色表的长
度为 28＝ 256
– 目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下, 具有 大范围内
挑选颜色的能力,
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 25
存放方式
? 颜色信息在帧缓存中两种存放方式：一
是颜色值直接存储在帧缓存中。二是把
颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存
放的是颜色表中各项的索引值，颜色范
围扩充了。
? 单色系统：查色表固化
? 彩显：可修改、创建查色表。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 26
?带宽 T与分辨率、帧频 F的关系
带宽问题
–高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽
--依然是个问题！
–解决方法,隔行扫描 （现在已经基本不用，主流
显示器都采用 逐行扫描 方式）
–隔行扫描的：把一帧分两 场,即奇数场与偶数场
–场频,==2*帧频
彩显：
FNMT ???
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 27
隔行扫描 工作原理
? 一帧完整的画面分成两场 。
? 一场 1／ 60秒，（场频 60HZ），（ 帧
频 30HZ） 画面更新频率仍为 60HZ,降低
了闪烁效应，每一场 1／ 60秒内，帧缓存
中数据量比逐行扫描少一半。降低了视
频控制器存取帧缓存的速度及传输带宽
的要求。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 28
? 简单的光栅扫描图形显示系统的结构
? 较为典型的光栅扫描图形显示系统的结构
其中，帧缓存为系统内存
任一块区域，视频控制器
能够直接存取该区域以刷
新屏幕。
其中，帧缓存可以是专用
的存储器，也可以是系统
内存中的一块固定区域。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 29
视频控制器
? 作用,建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应，负责 刷新
? 逻辑结构
? 工作原理 —— 刷新周期开始，光栅扫描发生器置 X地址寄存器为 0，置 Y地址寄
存器为 N-1,首先取出对应像素（ 0,N-1） 的帧缓存单元的数值,放入像素值寄存
器，用来控制像素的颜色，然后 X的地址寄存器的地址加一，如此重复，直到该扫
描线上的最后一个像素。
双缓冲机制（ Double Buffer)
普通显卡 =视频控制器 +显存
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 30
显示处理器
? 作用：代替 CPU完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、
裁剪、光栅操作、纹理映射等等
? 具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构
图形加速卡 =视频控制器 +显存 +显示处理器
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 31
– 光栅显示系统的特点
? 优点：
– 成本低
– 易于绘制填充图形
– 色彩丰富
– 刷新频率一定，与图形的复杂程度无关
– 易于修改图形
? 缺点：
– 需要扫描转换
– 会产生混淆
缺点正在被克服
优点使其占据了市场主流
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 32
2.2 图形系统及其标准
? 硬件，图形 I/O 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。
? 通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形
功能扩展集 (比如,OpenGL).
? 基本功能：图元生成，属性设置（颜色,…,）
选择观察及实施变换等。
? 专用类：不关心图形操作过程（比如,CAD系
统。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 33
图形系统标准
? 图形标准：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 子程序界面
标准。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 34
图形系统标准分类
? 面向图形设备的接口标准：
计算机图形元文件 (CGM),(CRT,Mouse,…)
计算机图形接口 (CGI).设备驱动程序。
? 面向应用软件的标准：
程序员层次交互式图形系统（ PHIGS）,GL (图形
程序包 )
（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
文件格式：
基本图形转换规范（ IGES）
产品数据转换规范（ STEP）
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 35
CGI（ ISO DP 9636)
? -- 提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法。
? -- 也可看作图形设备驱动程序的一种标准。
? -- 在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立于
设备的方式提供图形信息的描述和通信。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 36
CGM（ ISO IS8632)
-- 与设备无关的语义、词法定义的图形文件格式。
-- 规定了生成、存储、传送图形信息的格式。
-- 面向系统和系统开发者，和 CGI配套提供。
-- 通用性是其关键属性。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 37
GKS
-- 提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的
功能接口。
-- 与语言无关。
-- GKS提供了一个称为元文件的顺序文件接口
-- 应用程序的所有图形资源由 GKS控制（通过
GKS元文件 -GKSM）
-- GKSM用于,图形信息存档；系统传送图形信息；
在 GKS应用程序间传送图形信息；
与图形信息相关的非图形信息的存
储和复用。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 38
PHIGS（ ISO IS9592）
-- 向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接口；
-- 图形数据按层次结构组织；
-- 提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。是一个
高度动态化和交互式图形系统。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 39
GL
? 图形程序库，
? UNIX下运行，
? OpenGL—微 机，
? 分类：基本图素；坐标变换；设置属性
和显示方式； I/O 处理；真实图形显示。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 40
IGES（ 基本图形转换规范）
? -- Initial Graphics Exchange Specification
? -- 作用：不同的 CAD/CAM系统之间交换数据。
? --文件格式是 ASCII码，五节：开始节，目录入
口 (DE),参数 (DP)节，整体节和结束节。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 41
STEP（ 产品模型数据转换标准）
? -- Standard for the Exchange of Product model Data.
? -- 覆盖产品整个生命周期
? -- 强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整
表示。
? --克服 IGES中的问题和缺点。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 42
温故而知新
持续发光时间
刷新
像素
CRT的分辨率
阴极射线管的组成部分及其功能
射线穿透法及影孔板法产生彩色的工作原理
随机扫描显示系统的逻辑部件及工作机理
光栅扫描显示系统的逻辑部件及工作机理
查色表及其工作原理
显存大小、屏幕分辨率及可同时显示的颜色数目之间的关系
图形系统及其标准
第二讲 图形设备与系统
2.1 图形显示设备
2.2 图形系统及其标准
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 2
?图形输入设备：
二维：鼠标、图形输入板、跟踪球、光笔、触摸
屏、操纵杆、扫描仪 … …
三维：空间球、数据手套 … …
?图形输出 (显示、打印）系统：
阴极射线管显示器，
液晶显示器，等离子显示器,… …
绘图仪,打印机，
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 3
2.1 图形显示器
2.1.2 阴极射线管
2.1.3 彩色阴极射线管
射线穿透法
影孔板法
2.1.4 随机扫描显示系统
2.1.5 光栅扫描系统
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 4
?2.1.1 阴极射线管（ CRT）（ Cathode Ray Tube）
?阴极射线管 (CRT)
–组成：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏
–工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏
转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的
荧光物质吸收，发光产生可见的图形。
–结构
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 5
电子枪
? 电灯丝, 阴极和控制栅组成 。
? 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 。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 6
聚焦系统
? 通过电场和磁场控制
? 电子束,, 变细,, 保证
? 亮点足够小, 提高分辩率
加速电极
加正的高压电 （ 几万伏 ）, 使电子束高速运动 。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 7
偏转系统
? 控制电子束, 静电场或磁场, 产生偏转,
最大偏转角是衡量系统性能的最重要的
指标, 显示器长短与此有关 。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 8
荧光屏
荧光物质：吸收电子束而发光
?持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值
1/10所需的时间
?刷新 (Refresh),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
?像素 (Pixel:Picture Cell),构成屏幕（图像）的最小元素
?分辨率 (Resolution),CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大
像素个数，单位通常为 dpi（ dots per inch)。 在假定
屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的
像素个数描述，如 640*480,800*600,1024*768，
1280*1024等等
某种 CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率
=1秒 /荧光物质的持续发光时间
（例如） =1000/40=25Hz
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 9
– 产生彩色的常用方法：射线穿透法、影孔板法
– 射线穿透法
? 原理,两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电
子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色
? 应用,主要用于画线显示器
? 优点：成本低
? 缺点：只等产生有限几种颜色
电子束
荧光涂层 产生颜色
低速电子束
较低速电子束
较高速电子束
高速电子束
2.1.2 彩色阴极射线管
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 10
2.1.2 彩色阴极射线管（续）
– 影孔板法
? 原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位
置
外层玻璃
荧光涂层
影孔板
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 11
– 影孔板的类型
? 点状影孔板
代表：大多数球面与柱面显像管
? 栅格式影孔板
代表,Sony的 Trinitron与 Mitsubishi的 Diamondtron
显像管
? 沟槽式影孔板
代表,LG的 Flatron显像管
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 12
2.1.2 彩色阴极射线管（续）
– 点状影孔板工作原理
? 红、绿、兰三基色
? 三色荧光点（很小并充分靠近 --〉像素）
? 三支电子枪
电子枪、影孔板中的一个
小孔和 荧光点 呈一直线；
每个小孔与一个像素（即
三个 荧光点 ）对应
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 13
? 显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强度有 256个等级，
则显示器能同时显示 256*256*256=16M种颜色，称
为真彩系统
?调节各电子枪发生的
电子束中所含电子的数
目，即可控制各色光点
亮度。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 14
*纯平显示器 *
– 走向平面的显像管
? 球面显象管：
– 表面：球面的一部分
– 时间,~90年代初
? 柱面显象管：
– 表面：柱面的一部分，垂直方向上平直，水平方向上有弯曲
– 时间,90年代中期
– 代表,Sony公司的 Trinitron,Mitsubishi公司的 Diamondtron
? 平面直角显象管
– 表面：球面的一部分，类似于平面
– 时间,90年代中后期
– 现在市场上的主流显象管
? 纯平显象管
– 表面：纯平面
– 时间,90年代后期
– 代表,Sony公司的 FD Trinitron,Mitsubishi公司的 Diamondtron,Samsung
公司的 DanyFlat,LG公司的 Flatron
– 今后的主流显象管
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 15
*未来显示器 *
? 采用空气等离子体技术，
? 空气等离子体可想象成一个个微型霓虹
灯，红绿蓝三种不同颜色的像素。
? 显示屏薄，挂在墙上。
? 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
清晰度。真正的平面直角。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 16
2.1.3 随机扫描的显示系统
特点：电子束可随意移动, 只扫描荧屏上要显示的部分 。
逻辑部件：刷新存储器 ( Refreshing Buffer),显示处理器
（ DPU:Display Processing Uuit） 和 CRT
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 17
?工作原理
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。刷新存储器中所
有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解
释执行 (刷新 ),→ 驱动电子枪在屏幕上绘图。
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 18
2.1.4 光栅扫描的显示系统
? 光栅扫描显示系统
– 特点：光栅扫描
– 扫描线
– 帧
– 水平回扫期
– 垂直回扫期
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 19
– 绘图过程
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 20
-显示器的分辨率
?电子束按固定的扫描顺序进行扫描 N条扫描线，每条
扫描线有 M个像素,M * N显示器的分辨率。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 21
– 逻辑部件,帧缓冲存储器 （ Frame Buffer),视频控制器
（ Video Controller),显示处理器 （ Display Processor），
CRT
– 帧缓冲存储器
? 作用：存储屏幕上像素的颜色值
? 简称帧缓冲器，俗称 显存
?帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同，单元与像素一一对应，
各单元的数值决定了其对应像素的颜色。
?显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关（图示帧缓冲器的每个
单元只有一位）。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 22
彩显：
? 若每个单元有 24位 （ 每种基色占 8位 ） 即显示系统
可同时产生 224种颜色 （ 24位真彩色 ） 。
? 分辨率 M*N,颜色个数 K与显存大小 V的关系
3个位面分辩率是 1024× 1024的显示器, 需要 3× 1024× 1024
（ 3145728） 位的存储器 。 若 存储器位长固定, 则屏幕分辩率
与同时可用的颜色种数成反比关系 。 1兆字节的帧缓存, 若设
分辩率为 640× 480,则帧缓存每个单元可有 24位, 可能同时
显示 224种颜色, 若设分辩率为 1024× 768,则每个单元分得的
位数仅略多于 8,只能工作于 256色显示模式下 。
? ?KNMV 2l o g???
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 23
彩显：
? 显存问题
– 高分辨率和真彩要求有大的显存；
– 曾经是个问题 ！
– 解决方法：采用 查色表 (Lookup Table） 或称
彩色表 (Color Table)
– 查色表工作原理
1024*768真彩模式需要 3M字节显存
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 24
查色表（ look up Table） 或称
彩色表（ color table）
– 是一维线性表, 其每一项的内容对应一种颜色, 它的长度由
帧缓存单元的位数决定, 例如：每单元有 8位, 则查色表的长
度为 28＝ 256
– 目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下, 具有 大范围内
挑选颜色的能力,
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 25
存放方式
? 颜色信息在帧缓存中两种存放方式：一
是颜色值直接存储在帧缓存中。二是把
颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存
放的是颜色表中各项的索引值，颜色范
围扩充了。
? 单色系统：查色表固化
? 彩显：可修改、创建查色表。
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 26
?带宽 T与分辨率、帧频 F的关系
带宽问题
–高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽
--依然是个问题！
–解决方法,隔行扫描 （现在已经基本不用，主流
显示器都采用 逐行扫描 方式）
–隔行扫描的：把一帧分两 场,即奇数场与偶数场
–场频,==2*帧频
彩显：
FNMT ???
2009-11-10 Graphics Lab.PKU 27
隔行扫描 工作原理
? 一帧完整的画面分成两场 。
? 一场 1／ 60秒，（场频 60HZ），（ 帧
频 30HZ） 画面更新频率仍为 60HZ,降低
了闪烁效应，每一场 1／ 60秒内，帧缓存
中数据量比逐行扫描少一半。降低了视
频控制器存取帧缓存的速度及传输带宽
的要求。
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? 简单的光栅扫描图形显示系统的结构
? 较为典型的光栅扫描图形显示系统的结构
其中，帧缓存为系统内存
任一块区域，视频控制器
能够直接存取该区域以刷
新屏幕。
其中，帧缓存可以是专用
的存储器，也可以是系统
内存中的一块固定区域。
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视频控制器
? 作用,建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应，负责 刷新
? 逻辑结构
? 工作原理 —— 刷新周期开始，光栅扫描发生器置 X地址寄存器为 0，置 Y地址寄
存器为 N-1,首先取出对应像素（ 0,N-1） 的帧缓存单元的数值,放入像素值寄存
器，用来控制像素的颜色，然后 X的地址寄存器的地址加一，如此重复，直到该扫
描线上的最后一个像素。
双缓冲机制（ Double Buffer)
普通显卡 =视频控制器 +显存
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显示处理器
? 作用：代替 CPU完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、
裁剪、光栅操作、纹理映射等等
? 具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构
图形加速卡 =视频控制器 +显存 +显示处理器
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– 光栅显示系统的特点
? 优点：
– 成本低
– 易于绘制填充图形
– 色彩丰富
– 刷新频率一定，与图形的复杂程度无关
– 易于修改图形
? 缺点：
– 需要扫描转换
– 会产生混淆
缺点正在被克服
优点使其占据了市场主流
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2.2 图形系统及其标准
? 硬件，图形 I/O 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。
? 通用类：提供一个可用于高级程序语言的图形
功能扩展集 (比如,OpenGL).
? 基本功能：图元生成，属性设置（颜色,…,）
选择观察及实施变换等。
? 专用类：不关心图形操作过程（比如,CAD系
统。
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图形系统标准
? 图形标准：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 子程序界面
标准。
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图形系统标准分类
? 面向图形设备的接口标准：
计算机图形元文件 (CGM),(CRT,Mouse,…)
计算机图形接口 (CGI).设备驱动程序。
? 面向应用软件的标准：
程序员层次交互式图形系统（ PHIGS）,GL (图形
程序包 )
（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
文件格式：
基本图形转换规范（ IGES）
产品数据转换规范（ STEP）
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CGI（ ISO DP 9636)
? -- 提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法。
? -- 也可看作图形设备驱动程序的一种标准。
? -- 在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立于
设备的方式提供图形信息的描述和通信。
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CGM（ ISO IS8632)
-- 与设备无关的语义、词法定义的图形文件格式。
-- 规定了生成、存储、传送图形信息的格式。
-- 面向系统和系统开发者，和 CGI配套提供。
-- 通用性是其关键属性。
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GKS
-- 提供了在应用程序和图形输入输出设备之间的
功能接口。
-- 与语言无关。
-- GKS提供了一个称为元文件的顺序文件接口
-- 应用程序的所有图形资源由 GKS控制（通过
GKS元文件 -GKSM）
-- GKSM用于,图形信息存档；系统传送图形信息；
在 GKS应用程序间传送图形信息；
与图形信息相关的非图形信息的存
储和复用。
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PHIGS（ ISO IS9592）
-- 向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接口；
-- 图形数据按层次结构组织；
-- 提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。是一个
高度动态化和交互式图形系统。
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GL
? 图形程序库，
? UNIX下运行，
? OpenGL—微 机，
? 分类：基本图素；坐标变换；设置属性
和显示方式； I/O 处理；真实图形显示。
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IGES（ 基本图形转换规范）
? -- Initial Graphics Exchange Specification
? -- 作用：不同的 CAD/CAM系统之间交换数据。
? --文件格式是 ASCII码，五节：开始节，目录入
口 (DE),参数 (DP)节，整体节和结束节。
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STEP（ 产品模型数据转换标准）
? -- Standard for the Exchange of Product model Data.
? -- 覆盖产品整个生命周期
? -- 强调建立能存入数据库中的一个产品模型的完整
表示。
? --克服 IGES中的问题和缺点。
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温故而知新
持续发光时间
刷新
像素
CRT的分辨率
阴极射线管的组成部分及其功能
射线穿透法及影孔板法产生彩色的工作原理
随机扫描显示系统的逻辑部件及工作机理
光栅扫描显示系统的逻辑部件及工作机理
查色表及其工作原理
显存大小、屏幕分辨率及可同时显示的颜色数目之间的关系
图形系统及其标准
