Федорков Е.Д., Скрипченко Ю.С., Кольцов А.С. Компьютерная графика (учебное пособие с грифом УМО) - файл n1.doc

приобрести
Федорков Е.Д., Скрипченко Ю.С., Кольцов А.С. Компьютерная графика (учебное пособие с грифом УМО)
скачать (2053 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2053kb.07.07.2012 01:24скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Типы моделей
Как уже отмечалось, можно выделить два основных типа представлений 3D моделей:

Предельным случаем граничной модели является модель, использующая перечисление всех точек занимаемого ею пространства. В частности, тело может быть аппроксимировано набором "склеенных" друг с другом параллелепипедов, что может быть удобно для некоторых вычислений (веса, объемы, расчеты методом конечных элементов и т.д.).

Часто используются гибридные модели, в которых в различной мере смешиваются эти два основных типа представления. В частности, в граничной модели может сохраняться информация о способе построения, например, информация о контуре и траектории его перемещения для формирования заданной поверхности (это т.н. кинематические модели). В моделях в виде дерева построения в качестве элементарных могут использоваться не только базовые объекты, но также и сплошные тела, заданные с помощью границ.

В общем случае нельзя утверждать, что одна модель во всем лучше другой. Так, например, граничная модель удобна для выполнения операций визуализации (удаление невидимых частей, закраска и т.п.), с другой стороны модель в виде дерева построения естественным образом может обеспечить параметризацию объекта, т.е. модификацию объекта изменением тех или иных отдельных параметров, вплоть до убирания каких-либо составных частей, но не удобна для визуализации, так как требует перевычисления объекта по дереву построения. Поэтому необходимы средства взаимного преобразования моделей. Понятно, что из более общей можно сформировать более простую, обратное преобразование далеко не всегда возможно или целесообразно, что и иллюстрируется сплошными и штриховыми линиями на рис. 2.






Рисунок 2 - Преобразования моделей представления
Из рис. 2 видно особое место граничной модели, преобразование в которую возможно из любых других1. Учитывая это, а также и то, что эта модель наиболее удобна для визуализации дальнейшее рассмотрение будет, в основном, относиться к этой модели.

Используются две основных разновидности способов представления поверхностей тела:

Полигональные сетки используются как для представления плоских поверхностей, так и для аппроксимации криволинейных, в том числе и параметрических бикубических площадок, поэтому далее в основном подразумевается представление поверхности в виде плоских многоугольников.
Полигональные сетки

Как отмечалось, полигональная сетка представляет собой набор вершин, ребер и плоских многоугольников. Вершины соединяются ребрами. Многоугольники рассматриваются либо как последовательность вершин или ребер. Можно предложить много способов внутреннего представления полигональных сеток.

На рисунке 2 изображен простой пример полигональной сетки из четырех многоугольников с девятью вершинами и двенадцатью ребрами. На рис. 3-5 рассмотрены несколько различных представлений и приведены соображения по их эффективности и удобству манипулирования.






Рисунок 2. - Пример полигональной сетки. Pi - многоугольники, Vj - вершины, Ek - ребра.






Рисунок 3 - Представление полигональной сетки с явным заданием многоугольников. Компактно для одного многоугольника, но сильно избыточно для набора, так как не существует общего описания общих вершин и ребер.






Рисунок 4 - Представление полигональной сетки с указателями на списки вершин.

Элементы списка указателей на вершины для каждого многоугольника ссылаются на соответствующие координатные данные для вершин. Данное представление компактнее предыдущего, но трудно найти многоугольники с общими ребрами.






Рисунок 5 - Представление полигональной сетки в виде списка ребер. Элементы списка ребер содержат указатели на вершины в списке вершин, образующие данное ребро. Для обеспечения поиска всех вершин, образующих данный многоугольник, необходимо иметь обратные указатели от вершины на одно из инцидентных к ней ребер.
Вопросы для самоконтроля

1.Что такое геометрическое моделирование?

2.Какие основные типы моделей используются при синтезе модели заранее не существовавшего объекта?

3. Какие задачи решает геометрическое моделирование?

4. Какие элементы используются при формировании 3D модели?

5. Какие существуют способы построения кривых?

6. Какие существуют способы построения поверхностей?

7. Что такое полигональная сетка.

8. Какие существуют способы представления полигональных сеток? Преимущества и недостатки.

3. Графические объекты, примитивы и их атрибуты
Функциональный интерфейс графической системы предоставляет для построения изображения базовые элементы, называемые примитивами. Вид примитива определяется его параметрами: геометрическим и визуальным представлениями на носителе изображения станции. Эти характеристики задаются набором атрибутов, связанных с примитивом. Некоторые атрибуты могут быть различными для различных станций. Например, одна и та же линия на одной станции может выглядеть черной и пунктирной, а на другой — красной и сплошной. Подобные характеристики примитиву, зависящие от представления на графической станции, называются зависимыми атрибутами. Ядро графической системы (ЯГС) предоставляет функции создания примитивов и установки их атрибутов. Для определенных атрибутов прикладная программа может указать, должен ли данный атрибут (например, тип линии, цвет ломаной) задаваться зависимым от станции образом.

Примитив вывода (Output primitive) — базовый графический элемент, который может использоваться для построения изображения. В ЯГС к примитивам вывода относятся ЛОМАНАЯ, ПОЛИМАРКЕР, ТЕКСТ, ПОЛИГОНАЛЬНАЯ ОБЛАСТЬ, МАТРИЦА ЯЧЕЕК и ОБОБЩЕННЫЙ ПРИМИТИВ ВЫВОДА.

Изображение (Display image) — совокупность графических примитивов и/или сегментов, которая может быть одновременно выведена на носитель изображения.

Атрибут — характеристика примитива вывода или сегмента, например выделение, межлитерный просвет. Примечание: в ЯГС некоторые свойства станции называют атрибутами станции.

Примитивы вывода

В ЯГС предусмотрено шесть примитивов вывода.

Векторный примитив: ЛОМАНАЯ —ЯГС генерирует набор отрезков прямых, соединяющих заданную последовательность точек.

Точечный примитив: ПОЛИМАРКЕР - ЯГС генерирует набор символов некоторого типа, которые центрируются в указанных точках. Эти символы называются маркерами и отмечают последовательность позиций знаками требуемой формы.

Текстовый примитив: ТЕКСТ — ЯГС генерирует строку литер с началом в указанной позиции.

Растровые примитивы: ПОЛИГОНАЛЬНАЯ ОБЛАСТЬ (FILL AREA) - ЯГС генерирует многоугольник; область, которую он ограничивает, может быть пустой, иметь фоновую окраску, быть покрытой узором по шаблону или заштрихованной.

МАТРИЦА ЯЧЕЕК (CELL ARRAY) - ЯГС генерирует матрицу прямоугольных ячеек, каждой из которых присвоен индивидуальный цвет. Этот примитив является обобщением матрицы пикселей растрового устройства. Тем не менее ячейки этого примитива не обязательно должны взаимно однозначно соответствовать аппаратным пикселям.

Примитив общего назначения: ОБОБЩЕННЫЙ ПРИМШИВ ВЫВОДА (ОПВ) (GENERALIZED DRAWING PRIMITIVE - GDP) - с помощью этого примитива ЯГС предоставляет возможность использовать специфические средства графического вывода стан-

Масштаб толщины линии — фактическая толщина линии определяется произведением номинальной толщины на коэффициент масштабирования (масштаб толщины линии). Линии различной толщины показаны на рис. 1.

Цвет — нужный цвет достигается заданием интенсивностей красного (К), зеленого (3) -и синего (С) цветов, т. е. КЗС-интенсивности.

Модель цвета КЗС-интенсивности можно представить в виде цветового куба. Три оси трехмерной системы координат с началом в одном из углов куба определяют значение интенсивностей красного, зеленого и синего цветов соответственно. Значения интенсивностей лежат в интервале 0...1. Любая точка внутри куба (включая грани) задает некоторый цвет. Черному цвету соответствуют " КЗС-интенсивность с координатой (0, 0, 0), белому - с координатой (1,1,1).
Таблица 1. Атрибуты примитивов вывода

ЛОМАНАЯ

ИДЕНТИФИКАТОР УКАЗАНИЯ МАСШТАБ ТОЛЩИНЫ ЛИНИИ

ТИП ЛИНИИ ЦВЕТ

ПОЛИМАРКЕР

ИДЕНТИФИКАТОР УКАЗАНИЯ МАСШТАБ МАРКЕРА

ТИП МАРКЕРА ЦВЕТ

ТЕКСТ

ИДЕНТИФИКАТОР УКАЗАНИЯ НАПРАВЛЕНИЕ ТЕКСТА МЕЖЛИТЕРНЫЙ ПЮСВЕТ ВЫРАВНИВАНИЕ ТЕКСТА

ВЫСОТА ЛИТЕРЫ ВЕРТИКАЛЬ ЛИТЕРЫ ШРИФТ ЦВЕТ


ПОЛИГОНАЛЬНАЯ ОБЛАСТЬ

ИДЕНТИФИКАТОР УКАЗАНИЯ РАЗМЕР ШАБЛОНА ТОЧКА ПРИВЯЗКИ ШАБЛОНА

МАТРИЦА ШАБЛОНА

ВИД ЗАПОЛНЕНИЯ ВИД ШТРИХОВКИ ЦВЕТ

МАТРИЦА ЯЧЕЕК

ИДЕНТИФИКАТОР, УКАЗАНИЯ

ЦВЕТ


ОБОБЩЕННЫЙ ПРИМИТИВ ВЫВОДА


ИДЕНТИФИКАТОР УКАЗАНИЯ

ЦВЕТ



Тип маркера — число, указывающее конкретный знак, который будет использоваться для отметки позиций, заданных при определении полимаркера.

Масштаб маркера — реальный размер маркера-определяется произведением номинального размера на коэффициент масштабирования (масштаб маркера). Маркеры различных типов и размеров показаны на рис. 1.

Шрифт — задается числом, выбирающим то или иное написание литер текста исходя из возможностей станции. Примеры написания текста различным шрифтом показаны на рис. 7.

Т
Рис. 7 Примеры текста с различными атрибутами
очность текста - атрибут, отражающий точность, до которой позиционирование литер выходного текста, их размеры, ориентация и шрифт соответствуют запросам прикладной программы. Точность представления текста обеспечивается по возрастающей с точностью до строки, до литеры, до штриха. Обычно размеры и ориентации литер текста, генерируемого аппаратными знакогенераторами, могут изменяться в ограниченном диапазоне. Например, если строки текста могут выводиться только горизонтально и литерами трех возможных размеров, то такой текст обеспечивает представление с точностью до строки. Вывод литер текста с точностью до штриха, скорее всего, потребует их формирования с помощью программного знакогенератора.

Высота литеры — размер литеры по вертикали (кегль шрифта).

Вертикаль литеры — вектор ориентации вертикальной (продольной) оси литеры.

Масштаб расширения литеры — коэффициент, определяющий отклонение отношения значений ширины (толщины) литеры к ее высоте от номинального значения, принятого при разработке данного шрифта. Направление текста — порядок, в котором выводится последовательность литер. Нормальный порядок письма, используемый в этой книге, — "вправо". Это значит, что литеры текста, который вы читаете, следуют слева направо. В ЯГС дополнительно • предусмотрены следующие направления письма: влево, вверх и вниз.

Межлитерный просвет — дополнительное смещение между рядом стоящими литерами, добавляемое к нормальному расстоянию (просвету), принятому при разработке данного шрифта.

Выравнивание текста — атрибут, описывающий размещение строки литер относительно ее точки привязки, заданной при определении текстового примитива (например, выравнивание может быть левое, центральное).

Примеры текста с различными значениями высоты литер, их вертикали, масштаба расширения, направления текста и выравнивания приведены на рисунке 2.

Вид заполнения — используется для указания характера заполнения полигональной области. Может принимать следующие значения: пусто, заливка (цветом), по шаблону, штриховка.

Примеры полигональных областей, заполненных различным способом, приведены на рис. 8.
В

Рисунок 8 - Примеры полигональных областей
се фигуры были получены начерно-белом растровом графопостроителе. Чтобы получить область, заполненную по шаблону, ее площадь последовательно покрывается повторяющейся фигурой шаблона, определяемого размером, точной привязки и матрицей задания шаблона.

Размер шаблона — задает размеры базового прямоугольника, в который помещается фигура шаблона.

Т


очка привязки шаблона - определяет исходную точку внутри области, с которой совмещается левый нижний угол базового прямоугольника шаблона. Затем фигура шаблона последовательно воспроизводится в обоих направлениях, вплоть до полного заполнения узором всей внутренней области.

Матрица шаблона — задается матрицей прямоугольных ячеек, каждой из которых присвоен определенный цвет. Эта цветовая палитра используется при раскраске базового прямоугольника шаблона и всех его копий. Пример заполнения прямоугольной области по шаблону дан на рис. 3

Вид штриховки — число, определяющее одну из реализованных для данной графической станции групп параметров, описывающих характер штриховки.

Индексы, связки и таблицы

Одни атрибуты задаются полностью независимыми, другие — всегда зависимыми от графической станции. Но для большинства атрибутов прикладная программа может указать, какой из двух возможных способов задания она выбирает. Независимые атрибуты устанавливаются функциями ЯГС глобально. Это означает, что действие атрибута после его установки распространяется на все создаваемые, начиная с этого момента, примитивы вплоть до изменения значения атрибута.

Например,

ЗАДАТЬ ВЫСОТУ ЛИТЕРЫ (h)

ТЕКСТ (точка,'ABC'){этот текст будет выведен литерами высотой h}

Для задания зависимых от графической станции атрибутов (за исключением цвета и фигур шаблона) используется связанный с примитивами данного типа индекс. Он указывает на элементы таблицы, реализованной на каждой графической станции для примитивов различного типа. Множество зависимых атрибутов примитива данного типа называется связкой (boundle), а таблица, объединяющая связки атрибутов с разными значениями, - таблицей связок. Например, ИНДЕКС ЛОМАНОЙ указывает на элемент таблицы связок ломаной, содержащий значения толщины линии, типа линии и индекса цвета (рис. 9). ИНДЕКС ЛОМАНОЙ, ИНДЕКС ПОЛИМАРКЕРА, ИНДЕКС ТЕКСТА и ИНДЕКС ПОЛИГОНАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ устанавливаются глобально, распространяя тем самым свое действие на изображение всех впоследствии создаваемых примитивов соответствующего типа.



Рисунок 9 - Схема связи атрибутов ломаной

Для каждого атрибута, допускающего зависимый или независимый от станции способ задания, имеется глобальный переключатель. Он устанавливает режим связывания атрибута (attribute binding mode). Каждый из переключателей, называемых флагами выборки атрибута (Aspect Source Flag - ASF) - может находиться в одном из двух состояний - СВЯЗАННЫЙ (зависимый) или ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ (независимый).

Индекс связки — указатель на элемент таблицы связок для примитивов вывода данного типа. Определяет зависимые от графической станции характеристики представления примитива.

Таблица связок - зависимая от станции таблица, связанная с примитивами вывода данного типа. Элементы таблицы (связки) описывают все зависимые характеристики представления примитива на станции. В ЯГС таблицы связок существуют для следующих примитивов вывода: ломаной, полимаркера, текста и полигональной области.

Таблица связок ломаной — таблица, связывающая конкретные значения всех зависимых характеристик представления ломаной на станции с индексом связки ломанор. В ЯГС каждый элемент этой таблицы содержит значения типа линии, масштаба толщины линии и индекса цвета.

Таблица связок полимаркера - таблица, связывающая конкретные значения всех зависимых характеристик представления полимаркера на станции с индексом связки полимаркера. В ЯГС каждый элемент этой таблицы содержит значения типа маркера, масштаба макера и индекса цвета.

Таблица связок текста — таблица, связывающая конкретные значения всех зависимых характеристик представления текста на станции с индексом связки текста. В ЯГС каждый элемент этой таблицы содержит значения шрифта, точности текста, масштаба расширения литеры, межлитерного просвета и индекса цвета.

Значения элементов таблиц связок предопределяются разработчиком системы исходя из возможностей графической станции. Тем не менее, в процессе выполнения эти значения могут изменяться функциями ЯГС. Таким же образом начальное задание флагов выборки атрибутов зависит от реализации. Но в любой момент они могут быть по отдельности переустановлены прикладной программой.

Важным свойством зависимых атрибутов является то, что они могут оказывать воздействие на представление изображения, уже находящегося на носителе изображения станции. Если изменить какой-либо из этих атрибутов, например значение КЗС-интенсивностей в таблице цвета, то соответственно изменится и внешнее представление уже выведенных примитивов, использующих эти атрибуты (сказанное будет отработано правильно только для примитивов внутри сегментов). Атрибуты, назначенные примитивами в состоянии ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ впоследствии изменить уже нельзя.

Цвет является зависимым от станции атрибутом и адресуется с помощью индекса цвета, который находится в таблицах связок. Индекс цвета указывает на элемент таблицы цвета, которая связывает КЗС-интенсивности с различными значениями индексов цвета. Если изменяются элементы таблицы цвета в процессе воспроизведения изображения на станции, то изменяется и окраска соответствующих выводимых примитивов.

Таблица цвета — зависимая от графической станции таблица, каждый элемент которой содержит значения интенсивностей (оттенков) красного, зеленого и синего цветов, определяющих конкретную окраску.

На рис. 10 показана взаимосвязь атрибутов ломаной, когда все флаги выборки атрибутов находятся в состоянии СВЯЗАННЫЙ. Похожие схемы могут быть представлены для полимаркеров и текстов.

На рис. 11 показана взаимосвязь атрибутов ломаной, когда все флаги выборки атрибутов находятся в состоянии ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ.



Рисунок 10 Схема связи атрибутов полигональной области в режиме СВЯЗАННЫЙ



Рисунок 11 - Схема связи атрибутов полигональной области - в режиме ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ

Такая же базовая схема справедлива для полигональной области, за исключением того, что связка ее атрибутов (и альтернативный набор индивидуально назначаемых, атрибутов) содержит индекс заполнителя, используемый при выборке типа шаблона или штриховки. Если вид заполнения имеет значение ПО ШАБЛОНУ, то индекс указывает на элементы таблицы, содержащей размеры и индексы цвета матриц шаблона. Для заполнения области будет применяться шаблон, на который указывает индекс заполнителя, вместе со статически задаваемыми атрибутами — размером шаблона и точкой его привязки. Если вид заполнения имеет значение ШТРИХОВКА, то индекс заполнителя служит для выбора одного из типов штриховки, поддерживаемых реализацией. Других. видов штриховки, кроме определяемых реализацией, не существует.

Таблица связок полигональной области — таблица, связывающая конкретные значения всех зависимых характеристик представления полигональной области на станции с индексом связки полигональной области. В ЯГС каждый элемент этой таблицы содержит значения вида заполнения, индекса заполнителя и индекса цвета. Представление о взаимосвязи атрибутов полигональной области в случае, когда все флаги выборки атрибутов находятся в состоянии СВЯЗАННЫЙ, дается на рис. 11. Аналогичная картина взаимосвязи всех атрибутов этого примитива, но при состоянии флагов ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ показана на рис. 12.

С

Рисунок 11 – Задание цвета для примитива МАТРИЦА ЯЧЕЕК
хема задания атрибутов выглядит совершенно иначе для матрицы ячеек — набор индексов цвета указывается непосредственно при вызове функции примитива. Эти индексы прямо указывают на таблицу цвета (рис. 12).



Рисунок 12 - Схема связи атрибутов полигональной области

Связанная иди индивидуальная форма задания атрибутов обобщенного примитива вывода целиком зависит от разработчика Ядра графической системы. Специальные связки атрибутов обобщенного примитива вывода не определены.


Вопросы самоконтроля


  1. Перечислите основные примитивы вывода.

  2. Что такое примитив вывода?

  3. Что такое атрибут?

  4. Дайте определение изображению.

  5. Дайте определение понятию масштаб толщины линии.

  6. Что такое матрица шаблона?

  7. Что понимают под точностью текста?

  8. Что такое таблица связок полигональной области?

  9. Для чего используется таблица цвета?

  10. Как определяется вид штриховки?

4. Представление видеоинформации и ее машинная генерация.

Важнейшим устройством отображения компьютерной информации является монитор. Так же как имеется большое число видеостандартов, так и типы мониторов, существующих в настоящее время, отличаются большим разнообразием.

Прежде чем перейти к разговору о принципах работы современных мониторов и рассмотрению их характеристик, кратко перечислим основные типы мониторов, используемых совместно с PC. С точки зрения принципа действия все мониторы для PC можно разделить на две большие группы:

  1. Мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), называемой также кинескопом.

  2. Плоскопанельные мониторы, выполненные, как правило, на основе жидких кристаллов.

Помимо мониторов, в PC могут использоваться и другие устройства отображения информации, ориентированные на решение мультимедийных или презентационных задач:

  1. Проекционные устройства, подключаемые, к PC.

  2. Устройства формирования объемных (стереоскопических) изображений.

Мониторы на основе ЭЛТ

Наиболее распространенными устройствами отображения информации являются мониторы на основе ЭЛТ. Принцип действия таких мониторов мало отличается от принципа действия обычного телевизора и заключается в том, что испускаемый электронной пушкой пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные электроды: модулятор, регулирующий] интенсивность пучка электронов и связанную с ней яркость изображения фокусирующий электрод, определяющий размер светового пятна, а также размещенные на горловине ЭЛТ катушки отклоняющей системы, позволяющие изменять направление пучка.

Заметим, что любое текстовое или графическое изображение на экране монитора компьютера (так же, как и телевизора) состоит из множества дискретных точек люминофора, представляющих собой минимальный элемент изображения (растра), называемых пикселями. Такие мониторы называются растровыми. Электронный луч в этом случае периодически сканирует весь экран, образуя на нем близко расположенные строки развертки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость светового пятна и образует видимое на экране изображение. Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали, например, 640x480 или 1024x768 пикселей.

Цифровые (TTL) мониторы

Управление цифровыми мониторами осуществляется двоичными сигналами, которые имеют только два значения: логической 1 и логического 0 ("да" и "нет"). Уровню логической единицы соответствует напряжение около 5 В уровню логического нуля — не более 0,5 В. Поскольку такие же уровни "I"

и "О" используются в широко распространенной стандартной серии микро- схем на основе транзисторно-транзисторной логики, или TTL (Transistor Transistor Logic — Транзисторно-транзисторная логика), цифровые мониторы часто называют TTL-мониторами. Первые TTL-мониторы были монохромными, более поздние модели — цветными.
Аналоговые мониторы

В данном случае речь пойдет о мониторах, которые работают с видеокартами стандарта VGA и выше. Они способны поддерживать разрешение 640-480 пикселов и более высокое.

Главная причина перехода к аналоговому видеосигналу состоит в ограниченности палитры цифрового монитора. При использовании двоичных видеосигналов расширение палитры возможно только за счет увеличения количества цветов, однако это тупиковый путь: если количество проводов в кабеле еще можно увеличить, то количество управляющих электродов (модуляторов) электронной пушки увеличить нельзя. Если, к примеру, задаться целью получить режим True Color (24 бита на пиксель) на цифровом мониторе, то придется сконструировать ЭЛТ с тремя электронными пушка-ми, каждая из которых должна иметь 8 (!) модуляторов. Совершенно очевидно, что это нереально.

В результате разработчики стали использовать не цифровой (двоичный), а аналоговый видеосигнал, который может принимать любое значение в диапазоне от 0 до 0,7 В. Поскольку этих значений бесконечно много, то палитра аналогового монитора неограниченна. Другое дело, что видеоадаптер может обеспечить только конечное количество градаций уровня видеосигнала, что в итоге ограничивает палитру всей видеосистемы в целом.

Аналоговые мониторы так же, как и цифровые, бывают цветными и монохромными, при этом цветной монитор может работать в монохромном режиме. Наиболее распространены, естественно, цветные мониторы, однако и монохромные аналоговые мониторы пользуются спросом, поскольку имеют ряд преимуществ по сравнению с цветными: меньшие габариты и энергопотребление, более низкую стоимость, лучшую резкость изображения (в них отсутствует зернистая структура люминофора, свойственная цветным мониторам).

Максимальное количество градаций серого, которое может отображать видеосистема с монохромным монитором, определяется видеоадаптером (точнее, разрядностью его цифро-аналогового преобразователя и объемом видеопамяти). При использовании стандартного видеоадаптера VGA можно получить 64 оттенка серого, при использовании более современных адаптеров SVGA - 256.

Видеосигнал на аналоговый монитор подается через 15-контактный трех- рядный D-образный разъем (стандартный разъем VGA, табл. 14.3). По-скольку полоса частот видеосигнала аналогового монитора значительно ши- ре, чем у цифрового, для передачи RGB-сигналов используются витые пары (1—6, 2—7, 3—8). Наличие специальных битов идентификации позволяет видеоадаптеру автоматически определить, какой монитор подключен: цвет- ной или монохромный. В последнем случае для передачи видеосигнала задействуется только одна пара контактов 2—7.

Мультичастотные мониторы

В книге мы уже достаточно часто использовали термин синхронизация. Синхронизация означает не что иное, как временное согласование двух или 6oлее элементов. Она необходима также для согласования работы видеоадаптера и монитора. С этой точки зрения видеоадаптер формирует два сигнала синхронизации: строчной частоты (сигнал синхронизации по горизонтали, или строкам; измеряется в килогерцах) и кадровой (сигнал синхронизации по вертикали, или кадрам; измеряется в герцах). В различных режимах и, соответственно, при различных разрешениях частоты этих сигналов могут различаться.

Все современные мониторы в первом приближении можно разделить на большие группы:

  1. С фиксированной частотой

  2. С несколькими фиксированными частотами

Многочастотные (их также называют мультичастотными)

Мониторы с фиксированной частотой воспринимают синхросигналы какой-либо одной частоты, например, для кадровой развертки 60 Гц, для строч-ной - 31,5 кГц. Мониторы с несколькими фиксированными частотами ме- нее критичны к значениям частот синхроимпульсов и могут работать с на-бором из двух или более сочетаний частот кадровых и строчных синхро-импульсов. Мультичастотные мониторы, называемые иногда Multisync (по названию мониторов, выпускаемых фирмой NEC), обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхросигналов из некото-рого заданного диапазона, например, 30—64 кГц для строчной и 50—100 Гц для кадровой развертки.
Плоскопанельные мониторы.

Несмотря на широкое распространение, мониторы на основе ЭЛТ имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих (а порой и делающих невозможным) использование мониторов. Такими недостатками являются:

- большие масса и габариты

- значительное энергопотребление, наличие тепловыделения

- нелинейность растра, сложность ее коррекции

Первые два недостатка не позволяют использовать мониторы на основе ЭЛТ в переносных компьютерах типа Laptop и Notebook, остальные осложняют работу оператора и наносят вред его здоровью.

Однако главными недостатками обычных мониторов все же являются большие габариты, масса и энергопотребление. Для устранения этих недостатков были разработаны малогабаритные дисплеи на основе жидких кристаллов, которые в дальнейшем будем называть ЖК-мониторами. Главное отличие ЖК-монитора от обычного состоит в том, что он совершенно плоский. По этой причине мониторы подобного типа стали называть плоскопанельными.

В настояшее время плоскопанельные мониторы используются не только в переносных компьютеров типа Notebook, но и в качестве самостоятельных

тельного устройства отображения, которое можно подключить к любому PC. Обладая рядом важных преимуществ по сравнению с мониторами на основе ЭЛТ, плоскопанельные мониторы, несмотря на б`ольшую, стоимость, получают все более широкое распространение.

Основными представителями плоскопанельных мониторов являются ЖК-мониторы. Они составляют основную долю рынка плоскопанельных мониторов с экраном размером 13—17", поэтому устройство и принцип действия плоскопанельных мониторов на основе жидких кристаллов рассмотрим более подробно.
Жидкокристаллические мониторы

Основным элементом ЖК-монитора является ЖК-экран, состоящий из 2 панелей, выполненных из стекла, между которыми размещен слой жидкокристаллического вещества. Эти стеклянные панели обычно называют подложками. Как и в обычном мониторе, экран ЖК-монитора представляет совокупность отдельных элементов — ЖК-ячеек, каждая из которых генеририует1 пиксель изображения. Однако, в отличие от зерна люминофора ЭЛТ, ЖК-ячейка сама не генерирует свет, а лишь управляет интенсивностью проходящего света, поэтому ЖК-мониторы всегда используют подсветку.

Принцип действия ЖК-монитора

По сути ЖК-ячейка представляет собой электронно-управляемый фильтр, принцип действия которого основан на эффекте поляризации световой волны. Жидкокристаллическое вещество, размещенное между подложками, имеет молекулы вытянутой формы, называемые нематическими Благодаря этому молекулы ЖК-вещества имеют упорядоченную ориентаццию, что приводит к появлению оптической анизотропии, при которой показатель преломления ЖК-вещества зависит от направления распространения световой волны. Если нанести на подложки мелкие бороздки, то молекулы ЖК-вещества будут ориентированы вдоль этих бороздок. Другим свойством ЖК-вещества является зависимость ориентации молекул от направления внешнего электрического поля. Используя два этих свойства можно создать электронно-управляемый светофильтр.

Технология Twisted Nematic

В ЖК-мониторах чаще всего используются ЖК-ячейки с твистированой (закрученной на 90°) ориентацией молекул . Для создания ячейки применяются подложки, у которых ориентирующие канавки развернуты друг относительно друга на угол 90°. Такая ячейка называются твистированной нематической (Twisted Nematic). Проходя через эту ячейку плоскость поляризации световой волны также поворачивается на 90. Кроме ориентирующего действия, подложки ЖК-ячейки играют роль поляризационных фильтров, поскольку пропускают световую волну только с линейной поляризацией. Верхняя подложка называется поляризатором, а нижняя - анализатором, Векторы поляризации подложек так же, как и векторы их ориентирующего действия, развернуты на 90° друг относительно друга.

Без внешнего электрического поля падающий на ячейку свет идет через поляризатор и приобретает определенную поляризацию, совпадающую ориентацией молекул жидкокристаллического вещества у поверхности поляризатора. По мере распространения света по направлению к нижней подложке (анализатору) его плоскость поляризации поворачивается на 90. Достигнув анализатора, свет свободно проходит через него, поскольку плоскость его поляризации совпадает с плоскостью поляризации анализатора. В результате ЖК-ячейка оказывается прозрачной; ситуация изменится, если к подложкам приложить напряжение 3—10 В. В этом случае подложками возникнет электрическое поле и молекулы жидкокристалического вещества расположатся параллельно силовым линиям поля . Твистированная структура жидкокристаллического вещества исчезает, и поворота плоскости поляризации проходящего через него света нет. В результате плоскость поляризации света не совпадает с плоскостью поляризации анализатора, и ЖК-ячейка оказывается непрозрачной.

Подсветка ЖК-экрана

В качестве ламп подсветки ЖК-экранов используют специальные электролюминесцентные лампы с холодным катодом, характеризующиеся низким энергопотреблением. Это, наряду с низким управляющим напряжением ЖК-ячейки, объясняет низкое энергопотребление ЖК-экранов (обычно на 70% меньше, чем потребляют ЭЛТ-мониторы). В зависимости от места расположения подсветки, экраны бывают с подсветкой сзади и по бокам.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


Типы моделей
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации