计算机图形学（一） 视频显示设备_2_光栅扫描显示器

  光栅扫描显示器

       使用CRT的普通图形监视器是基于电视技术的光栅扫描显示器(raster-scan display )。在光栅描系统中，电子束横向扫描屏幕，一次一行，从顶到底依次进行。每一行称为一个扫描行(scanline )。当电子束横向沿每一行移动时，电子束的强度不断变化，从而建立亮点组成的一个图案。图形定义保存在称为刷新缓存(refresh buffer)或帧缓存(frame buffer)的存储器中，这里的帧(frame)是指整个屏幕范围。该存储器保存一组对应屏幕所有点的强度值。电子束在屏幕上逐点移动时由从刷新缓存取出的强度值控制其强度。这样，如图2.7在屏幕上“画图”是每次一行。每个可由电子束点亮的屏幕点称为一个像素(pixel或pel.是picture element的简写)。由于刷新缓存用来存储屏幕颜色值，因此它也称为颜色缓存(color buffer )。除了颜色以外，像素的其他信息也存储在缓存中，因而不同的缓存区域有时统称为“帧缓存”。光栅扫描系统对于屏幕的每一点都有存储强度信息的能力，从而使之较好地适用于包含细微阴影和彩色模式的场景的逼真显示。家用电视和打印机是另一类使用光栅扫描方式的例子。

       光栅系统常用称为分辨率的像素个数作为其特征。视频显示器的另一特征是纵横比(aspect ratio )，定义为系统能显示的像素列数除以行数的结果(有时术语纵横比用来表示扫描行数除以像素列数的结果)纵横比还可用在屏幕上显示水平和垂直方向相同长度线段所需的点数之比来描述。因此，纵横比为4/3表示用4点绘出的水平线与用3点绘出的垂直线的物理长度相同。类似地，任一矩形(包括整个屏幕)的纵横比可用其宽度除以高度所得的结果来描述。

        光栅系统可显示的颜色或灰度等级依赖于CRT使用的荧光粉类型以及每一像素对应的帧缓存中的位数。对于一个简单的黑系统来说，每一屏幕点或亮或暗，因此每个像素只需一位来控制屏幕位置上的亮度。该位取位为l，表示电子束在该位置时开通，取值为0表示电子束在该位置时关闭。如果要使电子束除了中“开”、“关”两状态之外有更多的强度等级，那么就需要提供附加位。在高性能系统中每一像素可多达24位，这时分辨率为1024 x 1024的屏幕要使用3 MB容量的刷新缓存。每像素的位数有时也称为缓存深度(depth)或位平面(bit plane)数。同样，每像素一位的帧缓存通常称为位图(bitmap)，而每像素多位的帧缓存称为像素图(pixmap)。
       当刷新频率不太低时，我们会感觉到刷新过程中相邻两帧的内容是平稳过渡的。在每秒24帧以下时，我们会感觉到屏幕上相邻图像之间有间隙，即图像出现闪烁。例如，早期的无声电影以每秒16帧的速率拍摄，因而放映时有闪烁现象。在20世纪20年代开发有声系统时，电影速率已增加到每秒24帧，因而消除了闪烁及演员的不稳定运动。早期的光栅计算机系统按每次刷新30帧来设计，因而产生了较好的结果，但由于监视器上的显示技术与电影有着根本上的不同，因此图片质量的改善还依赖于监视器更高的刷新频率。电影放映机可以通过持续放映一帧直到下一帧开始放映来保持显示结果的连续性。但是在视频监视器上，荧光点在点亮后立即开始衰退。因此，现在多数扫描显示器使用每秒60-80帧的刷新频率，部分系统达到每秒120帧的刷新频率。有些图形系统设计成使用可变刷新频率。例如，为立体显示应用选择高刷新频率，使其在交替显示场景的两个视图时不会闪烁.这一类应用通常使用多个帧缓存的方法。

       有时，刷新频率以每秒多少周期或赫兹(Hz)为单位进行描述，其中一个周期对应于一帧。因此，我们可以将每秒60帧的刷新频率简单地称为60 Hz。在每条扫描线末端，电子束返回到屏幕的左边，然后又开始显示下一条扫描线。刷新每条扫描线后，电子束返回到屏幕左端，这称为电子束的水平回扫(horizontal retrace )。而在每帧(以一秒的1/80到1/60显示)的终止处，电子束返回(垂
直回扫，vertical retrace)到屏幕的左卜角，开始显示下一帧。
       在某些光栅扫描系统和TV中，采用了隔行(interlaced)刷新方式分两次显示每一帧。第一次，电子束从顶到底，一行隔一行地扫描。垂直回扫后，电子束再扫描另一半扫描线(参见图2.8)。这种隔行扫描方式使得在逐行扫描所需时间的一半时，就能看到整个屏幕显示。隔行扫描技术主要用于较慢的刷新频率。例如，对于一个老式的每秒30帧的非隔行扫描显示器，可能会注意到它产生了闪烁。但是，采用隔行扫描，两次扫描中的每一次可以用1 /60秒完成，也就是刷新频率接近每秒60帧。这是避免闪烁且提供相邻扫描线包含类似显示信息的有效技术。