Виды интерактивного взаимодействия

 

Гипертекст.

Гипертекст представляет собой собрание текстовых элементов, выводимых на монитор, в которых выделенные слова или фрагменты указывают, к каким смежным по смыслу текстам можно перейти в данный момент. Переход осуществляется пользователем.

Все разновидности гиперссылок (ГС) можно условно разделить на следующие группы:

1) ГС внутри одного документа;

2) ГС на другие документы;

3) ГС на фрагменты других элементов.

 

Гипермедиа.

В системах гипермедиа смысловые переходы могут иметь место между элементами разнородной информации: текстом, изображениями, речью, музыкой, видеофрагментами и т.п. Элементы этой информации связаны аналогично тому, как это имеет место в обычном гипертексте. Благодаря синтезу различных видов информации достигается огромный ни с чем не сравнимый обучающий эффект.

 

Моделирование.

Считается, что в ЭИ есть моделирование, когда наряду с изучением материала пользователь имеет возможность изменять некоторые параметры специально созданной ситуации, наблюдать изменение результата. При этом может проводиться демонстрация действий (иногда, для обозначения такого вида моделирования используют термин «управляемая анимация»), или просто состояние экспериментальной системы скачкообразно переводится в конечную фазу.

 

Проверка знаний.

В любой системе образования важнейшая роль принадлежит объективному контролю качества знаний и оценке эффективности методик обучения.

Средства контроля знаний обычно вводят для следующих целей:

1) самоконтроль;

2) выходной контроль (выставление оценки);

3) определение и коррекция пути прохождения через ЭИ; сюда относятся входной и промежуточный виды контроля.

В ЭИ находят применение четыре способа проверки знаний:

1) вопрос в открытой форме;

2) вопрос в закрытой форме;

3) задача на установление соответствия (разновидность второго

способа);

4) задача на установление правильной последовательности (разновидность второго способа).

Лекция 11

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

 

Классификация, принципы реализации, основные характеристики, преимущества и недостатки технических средств КГ (графических дисплеев, графопостроителей, планшетов, принтеров, сканеров, комплексов).

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Технические средства в компьютерной графике делятся на:

Устройства ввода графических изображений

Мышь

        2. Световое перо

       3. Трекболл

       4. Тачпад и трекпойнт

       5. Джойстик

6. Сканер

7. Дигитайзер

8. Цифровая фотокамера

2. Устройства вывода графических изображений

· Дисплей

· Принтер

· Плоттер

 

УСТРОЙСТВА ВВОДА

МАНИПУЛЯТОР "МЫШЬ"

Наряду с клавиатурой мышь является важнейшим средством ввода информации. В современных программных продуктах, имеющих сложную графическую оболочку, мышь является основным инструментом управления программой. Компьютерная мышь появилась в 1964 году. Её изобрел Дуглас Карл Энгельбарт из Стэнфордского исследовательского института. Это была небольшая деревянная

коробочка с двумя дисками. Один из дисков поворачивался, когда устройство двигали вперед и назад, второй отвечал за движение мыши вправо и влево. Энгельбарт говорит, что назвал устройство мышью из-за его небольшого размера и провода, похожего на хвост.

По принципу действия мыши делятся на:

1. Механические;

2. Оптико-механические;

3. Оптические.

Подавляющее число компьютерных мышек используют оптико-механический принцип кодирования перемещения. С поверхностью стола соприкасается тяжелый, покрытый резиной шарик сравнительно большого диаметра. Ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на перпендикулярных друг другу осях с двумя датчиками. Датчики, представляющие собой оптопары (светодиод-фотодиод), располагаются по разные стороны дисков с прорезями. Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы, определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих от них импульсов - скорость. Хороший механический контакт с поверхностью обеспечивает специальный коврик.

Более точного позиционирования курсора позволяет добиться оптическая мышь. Для нее используется специальный коврик, на поверхности которого нанесена мельчайшая сетка из перпендикулярных друг другу темных и светлых полос. Расположенные в нижней части мыши две оптопары освещают коврик и по числу пересеченных при движении линий определяют величину и скорость перемещения. Оптические мыши не имеют движущихся частей и лишены такого присущего оптико-механическим мышам недостатка, как перемещение курсора мыши рывками из-за загрязнения шарика. Разрешающая способность применяемого в мыши устройства считывания координат составляет 400 dpi (Dot per Inch точек на дюйм) и выше, превосходя аналогичные значения для механических устройств.

Для оптимального функционирования мышь должна передвигаться по ровной поверхности. Лучше всего подходят специальные коврики (Mouse Pad). Указатель мыши передвигается по экрану синхронно с движением мыши по коврику. Устройством ввода мыши являются кнопки (клавиши). Большинство мышей имеют две кнопки, существуют также 3-х кнопочные мыши и имеющие большее количество кнопок.

Одной из важных характеристик мыши является ее разрешение, которое измеряется в dpi. Разрешение определяет минимальное перемещение, которое способен почувствовать контроллер мыши. Чем больше разрешение, тем точнее позиционируется мышь, тем с более мелкими объектами можно работать. Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 300 до 900 dpi. В усовершенствованных мышах используют переменный баллистический эффект скорости, заключающийся в том, что при небольших перемещениях скорость смещения курсора - небольшая, а при значительных перемещениях - существенно увеличивается. Это позволяет эффективнее работать в графических пакетах, где приходится обрабатывать мелкие детали.

По принципу передачи информации мыши делятся на:

1. Последовательные (Serinl Mouse), подключаемые к последовательному порту СОМ1 или СОМ2;

2. Параллельные (Bus Mouse), использующие системную шину. Bus Mouse подключается к специальной карте расширения, входящей в комплект поставки мыши.

Параллельные мыши предпочтительнее в тех системах, где к компьютеру требуется подключить много периферийных устройств, особенно занимающих последовательные порты, и где компьютер подвержен конфликтам прерываний периферийных устройств (Bus Mouse не использует прерывания).

Существует несколько стандартов последовательных мышей. Самым распространенным является стандарт МS-Mouse. Альтернативными стандартами являются PC-Mouse, используемый для трехкнопочных мышей фирмы Genius, и редко используемый PS/2. MS-Mouse и совместимые с ней PC-Mouse для работы требуют установки соответствующих драйверов. Большинство программного обеспечения для персональных компьютеров ориентировано на MS-Mouse. Стандарт PS/2 не требует подключения драйверов.

К основным тенденциям развития современных мышей можно отнести постепенный переход на шину USB, а также поиски в области эргономических усовершенствований. К ним можно отнести беспроводные (Cordless) мыши, работающие в радио- или инфракрасном диапазоне волн, а также мыши с дополнительными кнопками. Наиболее удачными решениями являются наличие между двумя стандартными кнопками колесика (мышь Microsoft IntelliMouse) или качающейся средней кнопки (мыши Genius NetMouse NetMouse Pro), которые используются для быстрой прокрутки документа под Windows 95/98/NT.

К наиболее известным производителям мышей относятся компании Genius, Logitech, Microsoft, Mitsumi и др.

 

СВЕТОВОЕ ПЕРО (LIGHT PEN)

 

Световое перо - это светочувствительное устройство, предназначенное для снятия координат точек экрана, ввода данных в информационную систему.

Световое перо, по форме напоминающее пишущую ручку, именуемое также пером предназначено для взаимодействия с экраном монитора. В наконечнике пера устанавливается фотоэлемент, который реагирует на световой сигнал, передаваемый экраном в точке прикосновения пера и момент этой реакции сообщается системе. Здесь сопоставляется время появления сигнала с синхросигналом развертки изображения. В результате, определяется положение светового пера на экране.

Световое перо не требует создания специального экрана или его покрытия, как у сенсорного устройства. Сказанное позволяет выделять точку, указываемую пользователем, и благодаря этому вводить информацию в систему.

Таким образом, можно записать и, затем, осуществить распознавание рукописного текста, нарисовать рисунок.

 

ДЖОЙСТИКИ

Джойстик является координатным устройством ввода информации и наиболее часто применяется в области компьютерных игр и компьютерных тренажеров.

Джойстики бывают:

1. Аналоговые (обычно используются в компьютерных тренажерах);

2. Цифровые (в игровых компьютерах).

Аналоговые джойстики обеспечивают более точное управление, что очень важно для программных приложений, в которых объекты должны точно позиционироваться. Для удобства работы конструкция джойстика должна быть достаточно прочной и устойчивой. Джойстик подключают к внешнему разъему карты расширения, имеющей соответствующий порт.

Для подключения джойстика к компьютеру используют игровой порт. Игровой порт (или адаптер) может быть расположен на плате асинхронного последовательного адаптера, на плате мультипорта, на отдельной плате или системной плате компьютера. К одному игровому порту может быть подключено два джойстика. Разъем игрового порта имеет 15 выводов.

ТРЕКБОЛ (TRACKBALL)

 

Трекбол (Trackball) - это устройство ввода информации, которое можно представить в виде перевернутой мыши с шариком большого размера. Принцип действия и способ передачи данных трекбола такой же, как и мыши. Наиболее часто используется оптико-механический принцип регистрации положения шарика. Подключение трекбола, как правило, осуществляется через последовательный порт.

 

Основные отличия от мыши:

- стабильность положения за счет неподвижного корпуса;

- не нужна площадка для движения, так как позиция курсора рассчитывается по вращению шарика.

Первое устройство подобного типа было разработано компанией Logitech. Миниатюрные трекболы получили сначала широкое распространение в портативных ПК. Встроенные трекболы могут располагаться в самых различных местах корпуса ноутбука, внешние крепятся специальным зажимом, а к интерфейсу подключаются кабелем. Большого распространения в ноутбуках трекболы не получили из-за своего недостатка постепенного загрязнения поверхности шара и направляющих роликов, которые бывает трудно очистить и, следовательно, вернуть трекболу былую точность. Впоследствии их заменили тачпады и трекпойнты.

 

ТАЧПАД (TOUCHPAD) И ТРЕКПОЙНТ (TRACKPOINT)

Трекпойнт (TrackPoint) - координатное устройство, впервые появившееся в ноутбуках IBM, представляет собой миниатюрный джойстик с шершавой вершиной диаметром 5-8 мм. Трекпойнт расположен на клавиатуре между клавишами и управляется нажатием пальца.

Тачпад (TouchPad) представляет собой чувствительную контактную площадку, движение пальца по которой вызывает перемещение курсора. В подавляющем большинстве современных ноутбуков применяется именно это указательное устройство, имеющее не самое высокое разрешение, но обладающее самой высокой надежностью из-за отсутствия движущихся частей.

TouchPad поддерживает следующие протоколы:

1. PS/2;

2. RS-232;

3. ADB - протокол, используемый компьютерами семейства Apple Macintosh.

В каждом из этих случаев TouchPad поддерживает индустриальный стандарт "mouse" плюс собственные, специфические, расширенные протоколы. Поддержка "mouse" означает, что, при подключении к компьютеру TouchPad сразу можно использовать ее как обычную "мышку", без инсталляции ее собственного драйвера. После инсталляции драйвера пользователь получает целый набор дополнительных возможностей.

Дальнейшим развитием TouchPad является TouchWriter - панель TouchPad с повышенной чувствительностью, одинаково хорошо работающая как с пальцем, так и со специальной ручкой и даже с ногтем. Эта панель позволяет вводить данные привычным для человека образом - записывая их ручкой. Кроме того, ее можно использовать для создания графических изображений или для подписывания документов.

СКАНЕРЫ

 

Сканер – это устройство ввода в персональный компьютер цветного и черно-белого изображения с бумаги, пленки и т.п.

Принцип действия сканера заключается в преобразовании оптического сигнала, получаемого при сканировании изображения световым лучом, в электрический, а затем в цифровой код, который передается в компьютер. Подобное преобразование осуществляется с помощью CCD-чипа.

Сканеры разделяют на:

1. Черно-белые;

2. Цветные.

Черно-белые сканеры могут в простейшем случае различать только два значения - черное и белое, что вполне достаточно для чтения штрихового кода. Более сложные сканеры различают градации серого цвета.

Цветные сканеры работают на принципе сложения цветов, при котором цветное изображение получается путем смешения трех цветов: красного, зеленого и синего.

Технически это реализуется двумя способами:

1. при сканировании цветной оригинал освещается не белым светом, а последовательно красным, зеленым и синим. Сканирование осуществляется для каждого цвета отдельно, полученная информация предварительно обрабатывается и передается в компьютер;

2. в процессе сканирования цветной оригинал освещается белым цветом, а отраженный свет попадает на CCD-матрицу через систему специальных фильтров, разлагающих его на три компонента: красный, зеленый, синий, каждый из которых улавливается своим набором фотоэлементов.

А также сканеры делятся на:

4. Ручные;

5. Барабанные;

6. Листовые;

7. Планшетные.

Ручные сканеры - это относительно недорогие устройства небольшого размера, удобны для оперативного сканирования изображений из книг и журналов. Ширина полосы сканирования обычно не превышает 105 мм, стандартное разрешение 300-400 dpi. К недостаткам ручного сканера можно отнести зависимость качества сканирования от навыков пользователя и невозможность одновременного сканирования относительно больших изображений.

В барабанном сканере сканируемый оригинал располагается на вращающемся барабане. В настоящее время используются только в типографском производстве.

В листовых сканерах носитель с изображением протягивается вдоль линейки, на которой расположены CCD- элементы. Ширина изображения как правило составляет формат А4, а длина ограничена возможностями используемого компьютера (чем больше изображение, тем больше размер файла, где хранится его цифровая копия).

Планшетные сканеры осуществляют сканирование в автоматическом режиме. Оригинал располагается в сканере на стеклянном листе, под которым головка чтения с CCD-элементами сканирует изображение построчно с равномерной скоростью. Размеры сканируемых изображений зависят от размера сканера и могут достигать размеров большого чертежного листа (А0). Специальная слайд-приставка позволяет сканировать слайды и негативные пленки. Аппаратное разрешение планшетных сканеров достигает 1200 dpi.

Сканеры подключаются к персональному компьютеру через специальный контроллер (для планшетных сканеров это чаще всего SCSI контроллер). Сканер всегда должен иметь соответствующий драйвер, так как только ограниченное число программных приложений имеет встроенные драйверы для общения с определенным классом сканеров.

Для Windows-программ чаще всего для связи компьютера со сканером используют стандарт TWAIN. TWAIN-совместимые сканеры обслуживаются такими программными продуктами как PhotoShop, CorelDraw, PageMaker, PhotoStyler, PicturePublihеr и др. Cканеры являются составной частью систем распознавания текста. С их помощью сначала сканируется текст с бумажного оригинала, а затем специальное программное обеспечение (например FineReader или CuneiForm) переводит графические символы в коды ASCII.

ДИГИТАЙЗЕРЫ

 

Дигитайзер предназначен для профессиональных графических работ. С помощью специального программного обеспечения он позволяет преобразовывать движение руки оператора в формат векторной графики. Первоначально дигитайзер был разработан для приложений систем автоматизированного проектирования, так как в этом случае необходимо определять и задавать точное значение координат большого количества точек. В отличие от мыши дигитайзер способен точно определять и обрабатывать абсолютные координаты.

Дигитайзер состоит из специального планшета являющегося рабочей поверхностью и, кроме этого, выполняющего разнообразные функции управления соответствующим программным обеспечением, и светового пера или, чаще, кругового курсора, являющихся устройствами ввода информации.

Одной из разновидностей дигитайзера является графический или рисовальный планшет. Он представляет собой панель, под которой расположена электромагнитная решетка. Если провести по его поверхности специальным пером, то на экране монитора появится штрих. В планшете реализован принцип абсолютного позиционирования: изображение, нарисованное в левом нижнем угла планшета, появится в левом нижнем углу экрана монитора. Обычно рисовальные планшеты имеют размеры коврика для мыши, но рабочая поверхность несколько меньше.

Имеются планшеты, обладающие чувствительностью к нажиму, с помощью которых, регулируя нажим, можно получать на экране линии различной толщины.

Специальная пластмассовая пленка, прилагаемая к планшету, позволяет копировать подложенные под нее изображения на бумажных оригиналах. Планшеты подключаются к последовательному порту персонального компьютера.

Графический планшет может иметь различные форматы: от А2 - для профессиональной деятельности и меньше - для более простых работ.

Сканирование фотографий или других плоских документов - дело сравнительно простое: оригинал кладется на стеклянную пластину планшетного сканера, закрывается крышка и производится пуск аппарата. Но сканирование в трех измерениях, определяющих наш мир, гораздо сложнее и требует большого труда, поэтому до сих пор задача эта для пользователей ПК была почти неразрешима.

Дигитайзер представляет собой настольное устройство, способное отображать объекты небольших и средних размеров в виде точных трехмерных файлов. Внешне сканер напоминает миниатюрную зубоврачебную бормашину. Примером может служить прибор для оцифровки трехмерных объектов MicroScribe-3D компании Immersion, который использует современные достижения в различных отраслях технического прогресса.

Компания Immersion разработала уникальную механическую технологию оцифровки, которая компактна, доступна и легка в использовании. Каждое соединение использует цифровые оптические датчики, работа которых не зависит от любого относящегося к окружению влияния. Результат - универсальная система, которая может работать практически в любой среде и сканировать объекты из любого материала.

Но кроме этого, есть и другие технологии трехмерного сканирование:

3. Ультразвуковое сканирование.

4. Магнитное сканирование.

5. Лазерные сканеры.

Из всех трехмерных технологий сканирования, ультразвуковые системы наименее точны, наименее надежны и наиболее восприимчивы к геометрическим искажениям. Вследствие того, что скорость звука зависит от воздушного давления, температуры и других атмосферных условий, эффективность ультразвуковых систем может изменяться вместе с погодой. Кроме того, они восприимчивы к работе различного оборудования, даже шуму ламп дневного света.

Магнитные трехмерные цифровые преобразователи работают на том же принципе, что и "ультразвуковые системы", т.е. используют магнитное поле. Они невосприимчивы к атмосферным изменениям и очень чувствительны к искажениям от близлежащего металла или магнитных полей. Металлические стулья, платы, компьютеры или другое оборудование, размещенные близко от магнитного цифрового преобразователя, исказит данные. Кроме того, такие системы нельзя использовать для оцифровки объектов с металлическими частями.

Лазерные сканеры в 10-100 раз дороже, чем системы механической оцифровки. Системы, использующие лазеры, имеют много ограничений. Объекты с отражающими или яркими поверхностями, большие объекты и объекты с вогнутыми поверхностями, которые затеняют прямой путь лазерного луча - главная проблема для лазерных систем.

 

ЦИФРОВАЯ ФОТОКАМЕРА

 

Цифровая фотокамера отличается от обычного фотоаппарата тем, что изображение не фиксируется на фотопленке химическим путем, а воспринимается матрицей ПЗС, после чего записывается в микросхемы памяти фотокамеры. Матрица ПЗС ("Прибор с Зарядовой Связью") состоит из большого количества ячеек. Падающий на отдельный датчик ПЗС свет создает на нем электрический заряд, величина которого определяется интенсивностью падающего света.

Изображение делится на множество ячеек, и каждая ячейка реального изображения соответствует ячейке ПЗС. Ячейки реагируют только на яркость, к цвету они безразличны, поэтому для получения цветного изображения перед матрицей ставят цветные фильтры. Каждый из пикселей регистрирует свет либо в красной, либо в зеленой, либо в синей части оптического спектра. Затем изображение обрабатывается в процессоре, и на основе этих трех цветов восстанавливается вся картина.

Основной характеристикой цифровой фотокамеры является количество пикселей матрицы ПЗС. Для представленной фотокамеры это 2,1 млн. пикселей. Глубина цветопередачи для серого изображения 8 бит, для цветного изображения от 10 бит и выше. Разрешение 1600х1200 (интерполированное 2048х1536).

Файлы изображения хранятся в сжатом виде в формате JPEG. Сжатие уменьшает размер файла от десятых долей процента до ста раз. Процесс сжатия приводит к потерям в качестве изображения. В дорогих профессиональных камерах для хранения изображения используют несжатый формат TIFF или несжатый и необработанный формат RAW.

Для записи и хранения изображений используются либо встроенная память, либо сменные носители информации (Compact Flash (Type I, Type II) card, Ultra Compact Flash card и др. с объемом памяти от 8 Мбайт и выше). Основные требования к таким носителям - малые размеры и низкое энергопотребление. Для данной фотокамеры на входящей в комплект карте SM 8 Мбайт можно хранить до 8 снимков размером 1600х1200 или до 22 снимков размером 640х480. Изображение с фотокамеры поступает в компьютер, где происходит окончательная доводка картинки (ретушь, монтаж и т.д.), записывается во внешнюю память компьютера и распечатывается на принтере.

УСТРОЙСТВА ВЫВОДА

 

ДИСПЛЕИ (МОНИТОРЫ)

 

Одной из наиболее важных составных частей персонального компьютера является его видеоподсистема, состоящая из монитора и видеоадаптера. Монитор предназначен для отображения на экране текстовой и графической информации, визуально воспринимаемой пользователем персонального компьютера. В настоящее время существует большое разнообразие типов мониторов. Их можно охарактеризовать следующими основными признаками:

4 Режим отображения:

1. Растровые

2. Векторные

В векторных дисплеях с регенерацией изображения на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) используется люминофор с очень коротким временем послесвечения. Такие дисплеи называют дисплеями с произвольным сканированием. Из-за того, что время послесвечения люминофора мало, изображение на ЭЛТ за секунду должно многократно перерисоваться или регенерироваться. Минимальная скорость регенерации должна составлять, по крайней мере, 30 (1/с), а предпочтительнее 40-50 (1/с). Скорость регенерации меньшая 30 приводит к мерцанию изображения.

Кроме ЭЛТ, для векторного дисплея необходим дисплейный буфер и дисплейный контроллер. Дисплейный буфер – непрерывный участок памяти, содержащий всю информацию, необходимую для вывода изображения на ЭЛТ. Функция дисплейного контроллера заключается в том, чтобы циклически обрабатывать эту информацию со скоростью регенерации. Сложность рисунка ограничивается двумя факторами - размером дисплейного буфера и скоростью контроллера.

Для векторных дисплеев используется геометрический процессор (рис.1, первая схема). Геометрические данные, посылаемые ЦПУ графическому дисплею, обрабатываются до сохранения в дисплейном буфере, содержащий только те инструкции, которые необходимы генератору для вывода изображений. Контроллер считывает информацию из дисплейного буфера и посылает генератору. При достижении конца дисплейного буфера контроллер возвращается на его начало, и цикл повторяется снова.

При 1-й схеме используется двойная буферизация. Так как в такой конфигурации геометрический процессор не успевает сгенерировать сложное новое или измененное изображение во время одного цикла регенерации, то дисплейный буфер делится на две части. В то время как измененное изображение обрабатывается и записывается в одну половину буфера, дисплейный контроллер регенирирует ЭЛТ из другой половины буфера. При завершении изменения изображения буферы меняются ролями, и этот процесс повторяется. Таким образом, новое или измененное изображение может генерироваться каждый второй, третий, четвертый и т.д. циклы регенерации. Использование двойной буферизации предотвращает одновременный вывод части старого и части нового измененного изображения в течение одного и более циклов регенерации.

Во 2-й схеме геометрический процессор работает быстрее. В этом случае исходная геометрическая база данных, посланная из ЦПУ, сохраняется непосредственно в дисплейном буфере, а векторы обычно задаются в пользовательских координатах в виде чисел с плавающей точкой. Дисплейный контроллер за один цикл регенерации считывает информацию из дисплейного буфера, пропускает ее через геометрический процессор и результат передает генератору векторов. При таком способе обработки геометрические преобразования выполняются "на лету" в течение одного цикла регенерации.

Растровое устройство рассматривается как матрица дискретных ячеек (точек), каждая из которых может быть подсвечена, т.е. является точечно-рисующим устройством. Невозможно непосредственно нарисовать отрезок прямой из одной адресуемой точки или пиксела в матрице в другую адресуемую точку. Отрезок можно только аппроксимировать последовательностями точек (пикселов), близко лежащих к реальной траектории отрезка. Эту идею иллюстрирует рисунок 2.

Отрезок прямой из точек получится только в случае горизонтальных, вертикальных или расположенных под углом 45⁰ отрезков. Все другие отрезки будут выглядеть как последовательности ступенек. Это явление называется лестничным эффектом или эффектом ступенчатости.

Чаще всего для графических устройств с растровой ЭЛТ используется буфер кадра. Буфер кадра представляет собой большой непрерывный участок памяти компьютера. Для каждой точки или пиксела в растре отводится как минимум один бит памяти. Эта память называется битовой плоскостью. Для квадратного растра размером 512^х512 требуется 2¹⁸, или 262144 бита памяти в одной битовой плоскости. Из-за того, что бит памяти имеет только два состояния (двоичное 0 или 1), имея одну битовую плоскость, можно получить лишь черно-белое изображение. Битовая плоскость является цифровым устройством, тогда как растровая ЭЛТ - аналоговое устройство. Поэтому при считывании информации из буфера кадра и ее выводе на графическое устройство с растровой ЭЛТ должно происходить преобразование из цифрового представления в аналоговый сигнал. Такое преобразование выполняет цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). На рисунке 3 приведена схема графического устройства с черно-белой растровой ЭЛТ, построенного на основе буфера кадра с одной битовой плоскостью.

Цвета или полутона серого цвета могут быть введены в буфер кадра путем использования дополнительных битовых плоскостей. На рисунке 4 показана схема буфера кадра с N битовыми плоскостями для градации серого цвета.

Интенсивность каждого пиксела на ЭЛТ управляется содержимым соответствующих пикселов в каждой из N битовых плоскостей. В соответствующую позицию регистра загружается бинарная величина (0 или 1) из каждой плоскости. Двоичное число, получившееся в результате, интерпретируется как уровень интенсивности между 0 и 2^N- 1. Буфер кадра с тремя битовыми плоскостями для растра 512^х512 занимает 786432 (3*512*512) битов памяти.

Число доступных уровней интенсивности можно увеличить, незначительно расширив требуемую для этого память и воспользовавшись таблицей цветов, как схематично показано на рисунке 5.

После считывания из буфера кадра битовых плоскостей получившееся число используется как индекс в таблице цветов. В этой таблице должно содержаться 2^N. Каждый ее элемент может содержать W бит, причем W может быть больше N.

Поскольку существует три основных цвета, можно реализовать простой цветной буфер кадра с тремя битовыми плоскостями, по одной для каждого из основных цветов. Каждая битовая плоскость управляет индивидуальной электронной пушкой для каждого из трех основных цветов. Три основных цвета, комбинируясь на ЭЛТ, дают восемь цветов. Схема простого цветного растрового буфера показана на рисунке 6. Чтобы увеличить количество цветов для каждой из трех цветовых пушек используется дополнительные битовые плоскости.

· Тип экрана:

1. Дисплеи на основе ЭЛТ;

2. Жидкокристаллические (ЖК);

3. Плазменные.

Чтобы понять принципы работу растровых дисплеев и векторных дисплеев с регенерацией, нужно иметь представление о конструкции ЭЛТ и методах создания видеоизображения.

На рисунке 7 схематично показана 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. Облако электронов с помощью линз фокусируется в узкий, строго параллельный пучок, и луч дает 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. Именно в данный момент проявляется отличие векторных и растровых дисплеев. В векторном дисплее электронный луч может быть отклонен непосредственно из любой произвольной позиции в любую другую произвольную позицию на экране ЭЛТ (аноде). Поскольку люминофорное покрытие нанесено на экран ЭЛТ сплошным слоем, в результате получается почти идеальная прямая. В отличие от этого 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 множество тесно расположенных мельчайших точек, куда может позиционироваться луч, образуя мозаику.

Экран ЖК-дисплея состоит из двух стеклянных пластин, между которыми находится масса, содержащая жидкие кристаллы, которые изменяют свои оптические свойства в зависимости от прилагаемого электрического заряда. Жидкие кристаллы сами не светятся, поэтому ЖКД нуждаются в подсветке или во внешнем освещении. Основным достоинством ЖКД являются их габариты (экран плоский). К недостаткам можно отнести недостаточное быстродействие при изменении изображения на экране, что особенно заметно при перемещении курсора мыши, а также зависимость резкости и яркости изображения от угла зрения.

ЖК-дисплеи обладают неоспоримыми преимуществами перед конкурирующими устройствами отображения:

1. Размеры. ЖК-дисплеи отличаются малой глубиной и небольшой массой и поэтому их более удобно перемещать и устанавливать, чем ЭЛТ-мониторы, у которых размер в глубину приблизительно равен ширине.

2. Энергопотребление. ЖК-дисплей потребляет меньшую мощность, чем ЭЛТ-монитор с сопоставимыми характеристиками.

3. Удобство для пользователя. В ЭЛТ электронные лучи при развертке движутся по экрану, обновляя изображение. Хотя в большинстве случаев можно установить такую частоту регенерации (число обновлений экрана электронными лучами в секунду), что изображение выглядит стабильным, некоторые пользователи все же воспринимают мерцание, способное вызвать быстрое утомление глаз и головную боль. На экране ЖК-дисплея каждый пиксел либо включен, либо выключен, так что мерцание отсутствует. Кроме того, для ЭЛТ-мониторов характерно в небольших количествах электромагнитное излучение; в ЖК-мониторах такого излучения нет.

Недостаток - высокая цена.

Еще одно достижение, которое повлекло к снижению цен – применение технологии панелей на супертвистированных нематических кристаллах (dual supertwist nematic, DSTN). DSTN-дисплеи всегда были дешевле, чем ЖК-устройства на тонкопленочных транзисторах (thin-film transistors, TFT), но несколько уступали им по качеству: DSTN-дисплеи не обеспечивают такой контрастности и четкости, как матрицы TFT, а их медленная реакция приводит к мерцанию и появлению повторных изображений на экране, особенно при отображении движущихся объектов. Однако фирма Sharp, крупнейший поставщик DSTN-панелей, недавно провела презентацию панели, в которой используется разработанная ею технология HCA (High-Contrast Addressing - высококонтрастная адресация).

HCA-панели обеспечивают такую же контрастность изображения, как TFT-матрицы, и почти не уступают им по скорости реакции при воспроизведении видео. Фирма Arithmos разработала процессор визуализации для DSTN-панелей, который позволяет еще более улучшить качество изображения.

В ЖК-дисплеях угол обзора не только мал, но и асимметричен: обычно он составляет 45^o по горизонтали и +15...-30 по вертикали. Излучающие дисплеи, такие как электролюминесцентные, плазменные и на базе ЭЛТ, как правило, имеют конус обзора от 80 до 90 по обеим осям. Хотя в последнее время на рынке появились модели ЖК-дисплеев с увеличенным углом обзора 50-60^o.

Hitachi при создании своего нового дисплея SuperTFT воспользовалась иной технологией - IPS. Как известно, в обычных ЖК-дисплеях молекулы жидкого кристалла меняют свою ориентацию с горизонтальной на вертикальную под воздействием электрического поля, а адресующие электроды помещаются на две расположенные друг против друга стеклянные подложки. В IPS(in-plane switching)-дисплеях, наоборот, происходит чередование двух углов в