Лекция 3 Технические средства компьютерной графики

Основными средствами машинной графики являются устройства:

· ввода (мышь, различного типа сканеры, световое перо, диджитайзер);

· вывода (дисплей, принтер, графопостроитель).

Более подробно указанное оборудование рассматривается в курсе "Периферийные устройства". В данном курсе материал дается обзорно, в разрезе того, что необходимо для понимания программной реализации.

Наиболее распространенным устройством ввода графической информации в ПЭВМ является мышь. Она подключается к компьютеру через интерфейс RS-232. При перемещении мыши и/или нажатии/отпускании кнопок мышь передает в компьютер информацию о своих параметрах (величине перемещения и статусе кнопок). Существует много различных типов устройства мыши, отличающихся как по принципу работы (механический, оптомеханический, оптический), так и по протоколу общения с ЭВМ. "Взаимопонимание" между мышью и ЭВМ при этом достигается с помощью драйвера, поставляемого вместе с мышью. Драйвер отслеживает перемещение мыши и нажатие/отпускание кнопок и обеспечивает работу с курсором мыши на экране дисплея.

Конструктивно близок к мыши манипулятор джойстик. Он представляет собой свободно передвигаемый стержень (ручку) и две кнопки-переключателя. Стержень джойстика передвигается в двух измерениях (координаты X и Y). Нажатие кнопок-переключателей фиксируется и обрабатывается программно. Обычно джойстик подключается к специальному игровому порту и в настоящее время в машинной графике используется редко.

Сканеры являются устройствами ввода изображений. Обычно их действие основано на оптических принципах. Они осуществляют начальную оцифровку изображений (далее при необходимости производится чистка изображений специальными методами - см. тему "Математические основы компьютерной графики") и передачу их в ЭВМ. В настоящее время фактическим стандартом представления изображений сканерами является формат TWAIN. Этот формат поддерживает большинство драйверов различных сканеров. Конвертация из этого формата в формат какой-либо графической системы выполняется программно.

Световое перо представляет собой цилиндр, содержащий оптическую систему и фотоэлемент, вырабатывающий напряжение при попадании на него света. При прикосновении светового пера к поверхности экрана компьютера фотоэлемент генерирует электрический импульс каждый раз, когда электронный луч дисплея в процессе сканирования пробегает точку, на которую установлено световое перо. Таким образом считываются координаты точки экрана, на которой расположено световое перо и обеспечивается "рисование" на экране. Основное применение светового пера - автоматизированное проектирование.

Диджитайзер (дигитайзер, digitazer, оцифровыватель)

Устройство ввода точных двумерных координат объекта. Подключается к асинхронному порту COM1. Пример дигитайзера - изделие TRUE GRID фирмы Houston Instruments. Оно представляет собой панель размером от 130*130 мм до 280*430 мм и курсор в виде пера и напоминающей мышь коробочки с лупой, перекрестьем и одной или несколькими клавишами. Выпускает дигитайзеры также фирма Hewlett Packard и ряд др. фирм. Возможны бинарная передача данных, ASCII-строка, целочисленный ASCII-формат.

Съем координат может производиться в следующих режимах:

· точки (point) -передача абсолютных координат точки, в которой находится курсор, по нажатию клавиши;

· триггер (triggered) - передача абсолютных координат точки по запросу компьютера;

· обычный поток (stream) - непрерывная передача абсолютных координат;

· переключаемый поток (swich stream) - аналогично обычному потоку, но включается по нажатии клавиши;

· непрерывная передача относительных координат.

Более подробно работа с дигитайзером (программирование) описана в [ 4 ].

Это электромеханические устройства, основанные на преобразовании хранящихся в памяти компьютера координат изображения в сигналы перемещения механических пишущих узлов. Различные типы графопостроителей имеют различные системы команд, позволяющие управлять механическими узлами, обеспечивающие нанесение изображения как в одном, так и в нескольких цветах, с различными атрибутами (пунктир, штрих-пунктир и т.п.). Обычно плоттер подключается к компьютеру через асинхронный порт COM1. Для выполнения рисунка плоттеру передаются команды (рисование линии, рисование окружности и т.д.), цвет и координаты точек, образующих линию. Эти команды образуют графические языки плоттеров. Некоторые особенности программирования описаны в [ 4 ].

Практически любой современный принтер позволяет получать изображение, т.к. выводит информацию по точкам. Каждый символ представляется матрицей точек. Для большинства матричных принтеров размер матрицы

. Управляет принтером специальный набор команд, обычно называемый Esc-последовательностями. Эти команды позволяют задать режим работы принтера, прогон бумаги на заданное расстояние, собственно печать. Чтобы отличить управляющие коды от выводимой информации, они обычно начинаются с кода, меньшего, чем 32 (не ASCII-символ). Для большинства команд начальным является символ Esc (код 27). Совокупность подобных команд образует язык управления принтером. Каждый принтер имеет свой набор команд. Однако можно выделить набор команд, реализованный на достаточно широком классе принтеров.

Наиболее просты 9-игольчатые принтеры типа Epson, Star и совместимые с ними. Они имеют команды перевода строки (LF) возврата каретки к началу строки (CR), прогона бумаги до начала новой страницы (FF), установки интервала между строками, печати с нормальной или повышенной плотностью (80 или 120 точек на дюйм). 24-игольчатые принтеры (LQ-принтеры) имеют язык управления, являющийся надмножеством языка управления 9-игольчатыми принтерами. Этим достигается программная совместимость. Большинство струйных принтеров на уровне языка управления совместимо с LQ-принтерами. Одним из наиболее распространенных классов лазерных принтеров являются принтеры серии HP LaserJet фирмы Hewlett Packard. Все они управляются языком PCL, также основанным на Esc-последовательностях.

Большинство принтеров работают с параллельным портом ЭВМ, который называется нередко принтерным портом. В устройстве самого параллельного интерфейса имеется только один специальный сигнал, который компьютер может послать в принтер - сигнал инициализации. Остальные коды управления принтером передаются в потоке данных и должны формироваться программно. Принтер может послать компьютеру 3 сигнала:

· ожидания (задержки передачи данных до тех пор, пока принтер не сможет начать обработку данных снова);

Первые два сигнала характерны для любой передачи данных. Последний сигнал является особенностью параллельного интерфейса. Следует также отметить, что параллельный интерфейс является односторонним, осуществляет только вывод данных.

Некоторые принтеры имеют две модификации - для параллельного и последовательного интерфейса. Лазерные принтеры фирмы Hewlett Packard работают только с последовательным интерфейсом со скоростью передачи данных 9600 бод (бит/сек).

Это основное устройство вывода информации. Большинство дисплеев в качестве формирователя изображения использует электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). Работа ЭЛТ основана на двух физических принципах:

· влияние электромагнитного поля на поток электронов, движущихся в разреженном пространстве;

· свечение люминофоров при их бомбардировке электронами.

В памяти ЭВМ хранятся координаты точек изображения и информация об их цвете, яркости и др. (например, атрибут мерцания). Эти данные под управлением дисплейного контроллера преобразуются в сигналы управления лучом ЭЛТ.

Существует 2 основных типа дисплеев, использующих ЭЛТ: векторные и растровые.

Векторные дисплеи наиболее просты, требуют меньше памяти для хранения информации. Электронный луч последовательно обходит траекторию из отрезков прямых (векторов), представляющих рисунок, воспроизводимый на экране. Изображения, формируемые векторными дисплеями, проигрывают по качеству растровым.

Растровые дисплеи являются доминирующими. Они позволяют формировать практически любые изображения. Используется тот же принцип движения луча, что и в телевизоре. Электронный луч циклически совершает движение, образующее на экране последовательность строк (растр). Движение луча начинается в левом верхнем углу, выполняется перемещение от точки A к точке B. Затем луч быстро отклоняется в точку C. Отрезок прямой AB называется прямым ходом луча по растру, отрезок BC – обратным. Суммарное время, затрачиваемое на это перемещение, – период строчной развертки. D - конечная точка растра. Движение луча от точки A до точки D называется прямым ходом луча по кадру.

Из точки D луч быстро перемещается в точку А, сканирование завершается. Время одного полного движения по растру - период кадра.

Дисплеи имеют от 300 до 2000 строк. Изображения, формируемые растровыми дисплеями, состоят из множества точек - ПИКСЕЛОВ. Термин "пиксел" происходит от английских слов PICTURE ELEMENT. Множество всех пикселов на экране образует матрицу. Размерность матрицы различна для различных устройств, она определяет разрешающую способность дисплея.

Управление работой дисплея осуществляет дисплейный контроллер (видеоконтроллер, видеоадаптер, дисплейный адаптер, видеокарта). Он представляет собой плату, вставляемую в соответствующий слот, и поэтому может заменяться. Видеоадаптер выполняет 3 главные функции:

Компьютер имеет многочисленные видеорежимы или способы изображения данных на экране дисплея. Каждый видеоадаптер имеет свой набор видеорежимов. Изображение хранится в растровом виде в памяти видеокарты. Аппаратно обеспечивается регулярное (50-100 раз в сек.) чтение этой памяти и отображение ее на экране. Поэтому работа с изображениями сводится к операциям с видеопамятью.

Существует 6 общепринятых стандартов видеоконтроллеров. Имеется также множество нестандартных для решения специальных задач. К стандартным видеоконтроллерам относятся:

1. Монохромный дисплейный адаптер (Monochrome Display Adapter - MDA) - текстовый, высокое качество изображения, низкая цена;

2. Цветной графический адаптер (Color Graphics Adapter - CGA). Разрешающая способность в цветном графическом режиме 320*200, в режиме монохромной графики - 640*200. Палитра из 16 цветов, в графическом режиме можно задать любые 4 цвета. Устарел, практически не используется;

3. Монохромный графический адаптер (Monochrome Graphics Adapter - MGA или, по имени кампании-разработчика Hercules Computer Technology, Hercules Graphics Adapter - HGA). Имеет ту же разрешающую способность, что и MDA, но может работать в графическом режиме. Разрешающая способность 720*348. Изображение качественное, используется широко;

4. Улучшенный графический адаптер (Enhanced Graphics Adapter - EGA). Разрешение 640*350, 16 цветов. Благодаря более совершенной организации управления памятью и формированием изображения можно смешивать цвета в различных комбинациях из палитры в 64 оттенка для каждого из 16 цветов (оттенки тона, насыщенность). Как правило, обеспечивается совместимость с CGA, в ряде моделей - с MGA (Hercules). Имеются усовершенствованные модели, позволяющие при наличии специального программного обеспечения получать 43 строки на экране и разрешение 640*480. Устарел, используется редко;

5. Видеографическая матрица (Video Graphics Array - VGA). Была создана для PS/2. Развитие EGA. Базовое разрешение 640*480 точек, воспроизведение 16 цветов из палитры 4096 оттенков, 320*200 при воспроизведении одновременно 256 цветов;

6. Супервидеографическая матрица (Super Video Graphics Array - SVGA). Стандарта SVGA нет, он рассматривается как расширение VGA. Более высокая частота горизонтальной развертки - ряд частот: 60, 72, 85 и выше. Разрешение: 800*600, 1024*768, 1280*1024.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: