電腦圖形學（一） 視頻顯示裝置_2_光柵掃描顯示器

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  光柵掃描顯示器

       使用CRT的普通圖形監視器是基於電視技術的光柵掃描顯示器(raster-scan display )。在光柵描系統中，電子束橫向掃描螢幕，一次一行，從頂到底依次進行。每一行稱為一個掃描行(scanline )。當電子束橫向沿每一行移動時，電子束的強度不斷變化，從而建立亮點組成的一個圖案。圖形定義儲存在稱為重新整理緩衝(refresh buffer)或幀緩衝(frame buffer)的儲存空間中，這裡的幀(frame)是指整個螢幕範圍。該儲存空間儲存一組對應螢幕所有點的強度值。電子束在螢幕上逐點移動時由從重新整理緩衝取出的強度值控制其強度。這樣，2.7在螢幕上“畫圖”是每次一行。每個可由電子束點亮的螢幕點稱為一個像素(pixel或pel.是picture element的簡寫)。由於重新整理緩衝用來儲存螢幕顏色值，因此它也稱為顏色緩衝(color buffer )。除了顏色以外，像素的其他資訊也儲存在緩衝中，因而不同的快取區域有時統稱為“幀緩衝”。光柵掃描系統對於螢幕的每一點都有儲存強度資訊的能力，從而使之較好地適用於包含細微陰影和彩色模式的情境的逼真顯示。家用電視和印表機是另一類使用光柵掃描方式的例子。

       光柵系統常用稱為解析度的像素個數作為其特徵。視頻顯示器的另一特徵是縱橫比(aspect ratio )，定義為系統能顯示的像素列數除以行數的結果(有時術語縱橫比用來表示掃描行數除以像素列數的結果)縱橫比還可用在螢幕上顯示水平和垂直方向相同長度線段所需的點數之比來描述。因此，縱橫比為4/3表示用4點繪出的水平線與用3點繪出的垂直線的物理長度相同。類似地，任一矩形(包括整個螢幕)的縱橫比可用其寬度除以高度所得的結果來描述。

        光柵系統可顯示的顏色或灰階等級依賴於CRT使用的熒光粉類型以及每一像素對應的幀緩衝中的位元。對於一個簡單的黑系統來說，每一螢幕點或亮或暗，因此每個像素只需一位來控制螢幕位置上的亮度。該位取位為l，表示電子束在該位置時開通，取值為0表示電子束在該位置時關閉。如果要使電子束除了中“開”、“關”兩狀態之外有更多的強度等級，那麼就需要提供附加位。在高效能系統中每一像素可多達24位，這時解析度為1024 x 1024的螢幕要使用3 MB容量的重新整理緩衝。每像素的位元有時也稱為緩衝深度(depth)或位平面(bit plane)數。同樣，每像素一位的幀緩衝通常稱為位元影像(bitmap)，而每像素多位的幀緩衝稱為像素圖(pixmap)。
       當重新整理頻率不太低時，我們會感覺到重新整理過程中相鄰兩幀的內容是平穩過渡的。在每秒24幀以下時，我們會感覺到螢幕上相鄰映像之間有間隙，即映像出現閃爍。例如，早期的無聲電影以每秒16幀的速率拍攝，因而放映時有閃爍現象。在20世紀20年代開發有聲系統時，電影速率已增加到每秒24幀，因而消除了閃爍及演員的不穩定運動。早期的光柵電腦系統按每次重新整理30幀來設計，因而產生了較好的結果，但由於監視器上的顯示技術與電影有著根本上的不同，因此圖片品質的改善還依賴於監視器更高的重新整理頻率。電影放映機可以通過持續放映一幀直到下一幀開始放映來保持顯示結果的連續性。但是在視頻監視器上，熒光點在點亮後立即開始衰退。因此，現在多數掃描顯示器使用每秒60-80幀的重新整理頻率，部分系統達到每秒120幀的重新整理頻率。有些圖形系統設計成使用可變重新整理頻率。例如，為立體顯示應用選擇高重新整理頻率，使其在交替顯示情境的兩個視圖時不會閃爍.這一類應用通常使用多個幀緩衝的方法。

       有時，重新整理頻率以每秒多少周期或赫茲(Hz)為單位進行描述，其中一個周期對應於一幀。因此，我們可以將每秒60幀的重新整理頻率簡單地稱為60 Hz。在每條掃描線末端，電子束返回到螢幕的左邊，然後又開始顯示下一條掃描線。重新整理每條掃描線後，電子束返回到螢幕左端，這稱為電子束的水平回掃(horizontal retrace )。而在每幀(以一秒的1/80到1/60顯示)的終止處，電子束返回(垂
直回掃，vertical retrace)到螢幕的左蔔角，開始顯示下一幀。
       在某些光柵掃描系統和TV中，採用了隔行(interlaced)重新整理方式分兩次顯示每一幀。第一次，電子束從頂到底，一行隔一行地掃描。垂直回掃後，電子束再掃描另一半掃描線(參見圖2.8)。這種隔行掃描方式使得在漸進式掃描所需時間的一半時，就能看到整個螢幕顯示。隔行掃描技術主要用於較慢的重新整理頻率。例如，對於一個老式的每秒30幀的非隔行掃描顯示器，可能會注意到它產生了閃爍。但是，採用隔行掃描，兩次掃描中的每一次可以用1 /60秒完成，也就是重新整理頻率接近每秒60幀。這是避免閃爍且提供相鄰掃描線包含類似顯示資訊的有效技術。

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