16

EGA (Enhanced Graphic Adapter) разработан в 1984 году для IBM PC/AT и имеет разрешение 640 х 350, но при этом доступны всего лишь 4 цвета (16 цветов – при 320х200).

VGA (Video Graphic Array) режим основан на подаче аналогового сигнала, что позволяет получать до 16 цветов (из 256) при разре-

шении 640х480.

Перечисленные дисплеи называются иначе цифровыми, поскольку на экран поступает цифровой RGB сигнал из 3 пушек (Red, Green, Blue).

Развитием данного режима является стандарты SVGA, позволяющие получить 32-битный цвет при разрешениях, зависящих от возможностей аппаратного обеспечения. Современные видеокарты имеют от 32 Мб локальной памяти, объем которой удваивается каждые два-три года и уже достигает 256 Мб у бюджетных моделей.

Дальнейшее развитие и совершенствование дисплеев-мониторов продолжалось следующим образом:

-размер экрана (в дюймах): 14, 15, 17, 20, 21, 24, …;

-разрешающая способность: 640x480, 800x600, 1600x1200, ….

Одновременно велась работа по улучшению эргономических

характеристик мониторов, в первую очередь путём повышения частоты регенерации экрана до 120 (и более) кадров в секунду (ErgoVGA) и понижения излучающих свойств экрана (Low Emission, Extra Low Emission). Стандарты MPRII, TCO95, TCO99 и другие.

Параллельно создавались и совершенствовались экраны на жидких кристаллах, плазменные панели, OLED-панели (органические дисплеи). Их преимущество перед ЭЛТ в том, что они имеют большую диагональ и являются более безопасными.

1.4. Устройства вывода компьютерной графики

Важное значение в КГ занимают устройства вывода, так как именно они позволяют визуально оценить результаты работы и зачастую могут ограничивать возможности графической системы.

Устройства вывода можно классифицировать следующим обра-

зом:

1)по принципам записи (обновления) изображения:

−с произвольным сканированием луча, при котором изображение формируется при перемещении луча по экрану в соответствии с

17

координатами строящихся элементов изображения (каллиграфические, штриховые устройства);

−с растровым сканированием луча, при котором изображение представляется в виде матрицы точек; изображение на экране формируется при перемещении луча в соответствии с разверткой слева-направо по строке и сверху-вниз по строкам с подсветкой требуемых точек;

2)по принципам отображения:

−периодическая регенерация информации на экране из неотображающей памяти;

−использование отображающего устройства сохранения изображения;

3)по технологическим способам вывода (свечение люминофора, плазмы, перенос красителя и т.п.).

Рассмотрим более подробно наиболее распространенные уст-

ройства вывода КГ.

1.4.1. Электронно-лучевые трубки

На рис. 1.4. схематично показана электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), используемая в видеомониторах. Катод (отрицательно заряженный) нагревают до тех пор, пока возбужденные электроны не создадут расширяющегося облака (электроны отталкиваются друг от друга, так как имеют одинаковый заряд). Эти электроны притягиваются к сильно заряженному положительному аноду. На внутреннюю сторону расширенного конца ЭЛТ нанесен люминофор. Если бы электронам ничто не препятствовало, то в результате их воздействия на люминофор весь экран ЭЛТ засветился бы ярким светом. Однако облако электронов с помощью электронных линз фокусируется в узкий, строго параллельный пучок. Теперь сфокусированный электронный луч дает одно яркое пятно в центре ЭЛТ. Луч отклоняется или позиционируется влево или вправо от центра и (или) выше или ниже центра с помощью усилителей горизонтального и вертикального отклонения.

В растровом дисплее луч может отклоняться только в строго определенные позиции на экране, образующие своеобразную мозаику. Эта мозаика составляет видеоизображение. Люминофорное покрытие на экране растровой ЭЛТ тоже не непрерывно, а представляет собой

18

множество тесно расположенных мельчайших точек, куда может позиционироваться луч, образуя мозаику.

Рис. 1.4. Устройство ЭЛТ

В цветной растровой ЭЛТ (рис.1.5) находятся три электронные пушки, по одной на каждый основной цвет: красный, зеленый и синий. Электронные пушки часто объединены в треугольный блок, соответствующий подобному треугольному блоку точек красного, зеленого и синего люминофоров на экране ЭЛТ (на этом и следующих рисунках R - сокращение от red (красный), G - от green (зелёный), В -

от blue (синий)).

Рис. 1.5. Точечный люминифорный растр для ЭЛТ с теневой маской

Для того чтобы электронные пушки возбуждали только соответствующие им точки люминофора (например, красная пушка возбуждала только точку красного люминофора), между электронными пушками и поверхностью экрана помещена перфорированная металлическая решетка.

Это так называемая теневая маска стандартной цветной ЭЛТ с теневой маской. Отверстия в ней образуют такие же треугольные блоки, как и точки люминофора. Расстояния между отверстиями на-

20

Достоинства планарных кинескопов:

•большая прозрачность маски;

•большее заполнение экрана люминофором;

•большая яркость и меньшее энергопотребление;

•до углов отклонения в 900 не нужно динамическое сведение

лучей.

Процесс преобразования хранящейся в буфере кадра растровой картинки в упорядоченный набор точек на телеэкране называется растровой разверткой. Сканируемый набор точек и частота воспроизведения основаны как на особенностях визуального восприятия, так и на принципах электроники. Системе визуального восприятия человека требуется конечный интервал времени для рассмотрения элементов картины. Однако обеспечить впечатление непрерывности позволит только такой интервал, который настолько мал, что инерция зрительного восприятия перекрывает мерцание. На мерцание влияет ряд факторов, включая яркость изображения и конкретный люминофор, используемый для экрана ЭЛТ. Опыт показывает, что для практических целей минимальной скоростью вывода или изменения изображения является 25 кадров в секунду при условии, что минимальная скорость регенерации или воспроизведения в два раза больше, т. е. 50 кадр/с. Аналогичная ситуация возникает при демонстрации кинофильма. При этом показывается 24 кадр/с, но каждый кадр показывается дважды, и в результате получается эффективная скорость воспроизведения 48 кадр/с. Таким образом, для фильма скорость изменения равна 24, а скорость регенерации – 48. В телевидении тот же самый эффект достигается с помощью метода, называемого чересстрочной разверткой.

1.4.2. Жидкокристаллические экраны

Австрийский ботаник Фридрих Рэйитзер открыл жидкие кристаллы в 1888 г. В 1963 г. Вильямс в фирме RCA исследовал поляризационные эффекты в жидких кристаллах. В 1973 г. был разработан первый дисплей на жидких кристаллах (EL 8025) для переносной ЭВМ.

Жидкие кристаллы (ЖК) находятся в некотором числе фаз, промежуточных между твердым и жидким состояниями. Молекулы ЖК являются стрежнеобразными органическими соединениями и находятся в различных ориентациях в этих фазах.

21

В изоторопической фазе, которая является жидкой фазой при повышении температуры, и позиция, и ориентация молекул случайны.

Если температура понижается, то в ЖК совершаются переходы через различные фазы, одна из которых – так называемая нематическая фаза – используется в дисплеях (twisted nematic liquid crystal displays – дисплеи на закрученных нематических жидких кристаллах). В этой фазе позиции молекул все еще случайны, но все они ориентированы в одном направлении.

Если температура понижается далее, то молекулы получают периодическую упорядоченность в слоях (смектическая фаза). Таким образом, при понижении температуры в ЖК увеличивается упорядоченность, и в конце концов наступает твердое состояние.

Вследствие оптической и электрической анизотропии ЖКмолекул коэффициент преломления зависит от направления поляризации света относительно оси молекулы. Это свойство используется для поворота поляризации при прохождении света через закрученную ЖК-структуру.

Экран на динамическом рассеивании:

Две прозрачные пластинки, между ними жидкие кристаллы.

Подано напряжение. Часть света отражается, и образуются цвета. Кристаллы выстраиваются определённым образом, создавая на экране изображение.

Экран на основе твист-эффекта:

Меняется плоскость поляризации. При подаче напряжения угол изменяется.

Важной особенностью жидких кристаллов является то, что при протекании постоянного тока кристалл подвергается электролитической диссоциации и теряет свои свойства, поэтому жидкокристаллические индикаторы запитываются переменным напряжением с постоянной составляющей не более десятков милливольт.

22

Впростых индикаторах (с пассивной матрицей) ячейки растра, составляющие изображение, запитываются последовательно. Для этого на проводники, пересекающиеся над нужной точкой, подают напряжение. В результате точка подсвечивается. Благодаря длительному времени релаксации и достаточно высокой частоте сканирования (≈ 1 мс на строку) изображение не мерцает. Естественно, что такие индикаторы медленны. Цветные ЖК-индикаторы используют три ячейки растра для формирования пикселя. Яркость свечения каждого из компонентов определяет цветовой оттенок.

Для решения проблемы быстродействия были разработаны ЖКдисплеи с активной матрицей, в которых каждый пиксель снабжен независимо управляемым тонкопленочным транзистором (thin-film transistor, TFT). Такие дисплеи значительно более быстродействующие, но и имеют большую стоимость, так как для цветного дисплея 800×600 надо иметь 1 440 000 бездефектных транзисторов.

Вцелом ЖК-панели имеют следующие основные характеристики в сравнении с ЭЛТ:

•толщина ≈ 1/6 ЭЛТ;

•вес ≈ 1/5 ЭЛТ;

•энергопотребление < 1/4 ЭЛТ;

•отсутствует мерцание;

•отсутствуют геометрические искажения;

•отсутствует паразитное излучение;

•меньшая контрастность изображения: от 1:250 до 1:900;

•меньшая яркость: от 200 до 600 cd/m2;

•малый угол просмотра для некоторых ЖК-технологий;

•меньшая скорость работы;

•ограниченный температурный диапазон работы;

•более высокая цена.

Следует ожидать, что с развитием технологии недостатки будут устраняться.

1.4.3. Плазменные дисплеи

Принцип работы (рис. 1.7): с двух сторон располагаются метализированные полоски. В середине – диэлектрик с отверстиями. В отверстиях – газ. Всё это склеивают. Одна пластинка служит катодом (К), другая – анодом (А).

23

Рис. 1.7. Устройство плазменной панели

Достоинства плазменных панелей:

•не реагирует на воздействие магнитных полей;

•имеет совершенно плоский, равномерный экран;

•угол обозрения составляет до 160 градусов по горизонтали и вертикали;

•изображение может запоминаться, выборочно стираться и строиться снова;

•поточечная адресация позволяет использовать как векторные, так и растровые принципы построения изображения;

•картинка независимо от ее сложности и структуры полностью лишена мерцания;

•информация от внешних источников изображений, например слайдов или фильмов, может проецироваться сквозь этот дисплей, обеспечивая таким способом простое смешение с картинками, сформированными компьютером.

Недостатки плазменных панелей:

•обычно шаг пикселя ≈ 1 мм, предельное значение шага – до 25 ячеек на сантиметр;

•довольно большое давление газа;

•относительно высоки напряжение питания (десятки вольт) и эффективность, так, 40-дюймовый PDP обычно потребляет приблизительно 300 Вт, в то время как пиковая яркость – только 1/3 таковой от ЭЛТ, потребляющей около 150 Вт;

•относительно большое время включения/выключения – порядка 20 мкс на точку.

Таким образом, КГ прошла длительный путь своего развития, тесно связанный с аппаратным обеспечением. В настоящий момент КГ проникла во все области информатики и имеет множество практических применений.