图形显示设备
图形输出包括推行的显示和图形的绘制
图形显示指的是在屏幕上输出图形
图形绘制通常是指把图形画在纸上，也称硬拷贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备。
阴极射线管（CRT Cathode Ray Tube）
组成：电子枪、加速结构、聚焦系统、偏转系统、荧光屏
原理：高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加速系统和磁偏转系统就会达到荧光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子迁跃，即电子吸收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，这时将会发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了。
要保持显示一副稳定的画面，必须不断地发射电子束
刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的过程
刷新频率高到一定值后，图像才能稳定显示
电子枪由电灯丝，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高度。
聚焦系统：保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。
加速电极：加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动。
偏转系统：控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。
电子束要达到屏幕的边缘时，偏转角度就会增大。达到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，显示器长短于此有关
CRT显示器屏幕越大整个显像管就越长
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光
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
刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
像素（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
产生彩色常用方法：射线穿透法，影孔板法
射线穿透法：
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：只能产生有限几种颜色，图形质量比较差
影孔板法：
原理：通常用于光栅扫描显示器中，颜色范围广，每个像素有三个荧光点（红、绿、蓝三基色）。影孔板法被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位置。
影孔版类型
点状影孔版，代表：大多数球面与柱面显像管
荫栅式影孔版，代表：Sony的Trinitron 与 Mitsubishi的Diamondtron显像管
沟槽式影孔版，代表：LG的Flatron 显像管
点状影孔版工作原理
红绿蓝三基色
三色荧光点（很小并充分靠近->像素）
三支电子枪
电子枪、影孔版中的一个小孔和荧光点呈一直线；每个小孔与一个像素对应
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
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
随机扫描的显示系统
特点：电子束可以随意移动，只扫描荧屏上要显示部分
逻辑部件：刷新存储器，显示存储器和CRT
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，实际上修改显示文件中的某些绘图命令。
光栅扫描显示系统
特点：光栅扫描（一行一行扫描）
扫描线
帧
水平回扫期
垂直回扫期
逻辑部件：帧缓冲存储器，视频控制器，显示处理器，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。
像素所呈现的颜色或灰度由数值表示，视频控制器刷新时，需反复读这些数值。
用来存储像素颜色（灰度）值的存储器就称为帧缓冲存储器。简称显存
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（显示帧缓冲器的每个单元只有一位）
黑白光栅扫描显示器
黑白光栅显示器的逻辑图如上：其中帧缓冲是一块连续的计算机存储器。对应黑白灰度显示器每一像素需要一位存储器，对一个1024*1024像素组成的黑白单灰度所需要的最小缓存为2的20次幂，并在一个位面上，一个位面的缓存只能存储黑白图形，帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备，因而还需要数模转换器（DAC）。
彩色光栅扫描显示器
在光栅图形显示器中需要足够的位面和帧缓存结合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。如下图是一个具有N位面灰度等级的帧缓存。显示器上每个像素亮度是由N位面中对应的每个像素位置的内容控制的。该存储器中的二进制的数被翻译成灰度等级，范围是0到2的(N-1)次幂之间。
下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于红绿蓝三原色有三个位面的帧缓存和三个电子枪。
每个颜色的电子枪可以通过增加帧缓存位面来提高颜色种类的灰度等级。如上图，每种颜色电子枪有8个位位面的帧缓存和8位的数模转换器，每种颜色可有256种灰度。
显存问题
高分辨率和真彩要求有大的显存
解决方法：采用查色表或称彩色表
原理：
查色表是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色，它的长度由帧缓存的位数决定，例如：每单元有8位，则查色表的长度为2的8次幂。
目的：在帧缓存单元的数目不增加的情况下，具有大范围挑选颜色的能力：
图形系统为更灵活控制图形和颜色变化，往往不直接将帧缓冲器中的数值作图显示的亮度值，而是先经过颜色查找表结构产生变换值来控制光点的亮度。
工作方式：显存中某位值->颜色表地址->屏幕上的亮度
带宽T与分辨率、帧频F的关系
T >= M × N × F
带宽，就是每秒扫描像素个数
场频 = 2* 帧频
帧缓冲器的容量往往设计得比屏幕画面的位图大得多，也就是说，帧缓冲器可以同时存放多幅画面的位图，这时帧缓冲器区域可分成若干页面，每个页面存放一副位图，并通过控制器就实现不同画面的切换。页面的大小可以划分得比屏幕位图大的多，甚至是整个帧缓冲器，这时，从程序员的角度来看，可输出显示的画面将远大于实际的物理屏幕，此时物理屏幕仅是一个窗口，它显示的不过是全部画面的一部分，通过上下滚动和左右移屏功能，用户可以看到帧缓冲器的整个画面。
简单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意一块区域，视频控制器能够直接存取该区域以刷新屏幕。
较为典型的光栅扫描图形显示系统结构
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。
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
普通显卡=视频控制器+显存
显示处理器
低档图形显示系统，扫描转换工作直接由CPU类完成。
任务：扫描转换待显示的图形。
简单的：直线、圆弧、多边形等，
复杂的：光栅操作（像素块的移动、拷贝），几何变换，裁剪，消隐
显示处理器
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
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
行频
行频又称水平扫描频率，是电子枪每秒在屏幕上扫描过的水平线条数。帧频又称垂直扫描频率，是每秒屏幕重复绘制显示画面的次数，即重绘率。
带宽
这是表示显示器显示能力的一个综合指标。带宽指每秒钟扫描的像素个数；即单位时间内每条扫描线上显示的像素数总和。带宽越大表明显示器显示控制能力越强，显示效果越佳。现在的显示器带宽基本都能达到80MHz，若能达到100MHz或110MHz以上则更好。
亮度等级又称灰度，主要指单色显示器的亮度变化，色彩包括可选择显示器颜色的数目以及一帧画面可同时显示的颜色数，与荧光屏的质量有关，并受显示存储器VRAM容量的影响。
显示速度
指显示字符、图形特别是动态图像的速度，与显示器的分辨率及扫描频率有关。可用最大带宽（水平像素数×垂直像素数×最大帧频）来表示
矢量图形（随机显示系统）和光栅图形（光栅扫描显示系统）的对比
显示效率上，前者对形体的复杂度十分敏感，后者对形体复杂度不敏感
存储量需求上，前者是变化的，依赖于景物的复杂度，后者是不变的，但需求很大
屏幕显示的走样现象，前者没有走样，后者会产生走样
前者是画线设备，后者是画点设备
物体显示与屏幕刷新上。前者是物体显示嵌入刷新过程，后者是扫描变换独立于屏幕刷新过程
几何变换上，前者是连续的，变换作用于几何定义的形体，后者是离散的，变换作用于区域内的所有像素
集合运算和块操作上，前者困难，需要解析计算，后者容易
显示区域内部能力上，前者没有，仅能显示边界，后者有，。浓淡或纹理
与数字图像相容性上，前者不相容，后者完全相容
定量测量上，前者精确，但是计算复杂，后者简单，但是是近似值
LCD显示器（Liquid Crystal Display）
CRT固有的物理结构限制了它向更广的显示领域发展
屏幕的加大必然导致显像管的加长，显示器的体积必然要加大，在使用的时候就会受到空间的限制
CRT显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像，容易受电磁波干扰
长期电磁辐射会对人们健康产生不良影响
LCD优点
外观小巧精致，厚度较小
不会产生CRT那样的因为刷新频率低而出现的闪烁现象
工作电压低，功耗小，节约能源
没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响
LCD显示器的构成
由六层薄板组成的平板式显示器
原理：液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光折射角度就会发生变化，而产生色彩。
可视角度
视线与屏幕中心法向成一定角度时，人们就不能清晰地看到屏幕图像，而那个能看到清晰图像的最大角度被我们成为可视角度。一般所说的可视角度是指左右两边的最大角度相加。工业上有CR10、CR5两种标准来判断液晶显示器的可视角度。
点距与分辨率
液晶屏幕的点距就是两个液晶颗粒（光点）之间的距离，一般0.28-0.32就能得到较好的显示效果。
通常所说的液晶显示器分辨率是指真实分辨率，表示水平方向的像素点数与垂直方向的像素点数的乘积
缺点
寿命短，怕震动，温度敏感
分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏高
转自 耿建玲 计算机图形学视频教程中的PPT