0.8  дисплеи с произвольным сканированием луча (каллиграфические или векторные дисплеи)

В данном разделе рассматривается архитектура дисплеев с произвольным и растровым сканированием луча, использующих ЭЛТ в качетве устройства отображения.

Вводятся понятия дисплейного файла, линейного дисплейного файла и структурированного дисплейного файла, дисплейного процессора.

Показывается, что дисплейный процессор состоит из дисплейного контроллера, блока преобразований и дисплейного генератора.

Рассматриваются два алгоритма работы генератора векторов - цифрового дифференциального анализатора и Брезенхема.

Анализируется процесс преобразования модели объекта в изображение, рассматриваются целесообразные границы разделения функций между центральным процессором и графической системой, описываются альтернативные архитектуры дисплеев.

В настоящее время подавляющее распространение получили растровые дисплеи. Рассмотрение векторных дисплеев производится, в основном, из-за того что построение изображения на них осуществляется с использованием привычных понятий позиционирования и вычерчивания. На примере таких устройств формулируются общие понятия и выделяются принципиальные компоненты любой графической системы, назначением которой является представление модели объекта в изображение.

В векторных дисплеях изображение строится в виде совокупности отдельно и достаточно точно выдаваемых отрезков. Основная проблема большинства дисплеев, в частности дисплеев на обычных электронно-лучевых трубках состоит в том, что если линия прочерчивается один раз, то за время послесвечения она пропадет с экрана. Решение этой проблемы заключается в том, что построение изображения циклически повторяется (регенерируется) с требуемой частотой (обычно с частотой сети - 50 Гц). Для такой регенерации используется дисплейный файл, представляющий собой описание изображения.

Дисплейный файл

Дисплейный файл - набор команд дисплейного процессора. В очередном цикле регенерации команды последовательно выбираются из дисплейного файла и исполняются дисплейным процессором. Наряду с командами позиционирования луча и построения отрезков, обычно имеются команды построения символов, команды задания атрибутов построений таких как тип линии (сплошная, штриховая и т.п.), яркость подсветки, мерцание.

Линейный и сегментированный дисплейные файлы

Линейный дисплейный файл - линейная последовательность команд описания изображения, может быть содержащая команды перехода для повторения процесса отображения файла. Линейный дисплейный файл может быть разбит на отдельные, независимо модифицируемые части. С использованием сегментов модификации изображения могут заключаться в изменении только требуемых частей. Такого сорта линейный дисплейный файл называется сегментированным.

Структурированный дисплейный файл

Для сокращения объема дисплейного файла в составе команд дисплейного процессора могут предусматриваться не только графические команды формирования изображений и перехода, но и команды организации циклов и обращения к подпрограммам. Если описание изображения построено с использованием вложенных вызовов подпрограмм, то такого сорта дисплейный файл называется структурированным.

Легко видеть, что наличие механизма вложенных вызовов подпрограмм, в общем случае, требует наличия у дисплейного процессора средств геометрических преобразований и отсечения частей изображения, выходящих за пределы экрана. (Представьте себе изображение в перспективе улицы из типовых домов. Можно обойтись одной подпрограммой для построения дома, но каждый дом должен подвергаться индивидуальному преобразованию, а для некоторых домов потребуется отсечение).

Архитектура

Первые графические векторные дисплеи с регенерацией появились на зарубежном рынке в конце 60-х годов. В нашей стране серийные векторные дисплеи появились в середине 70-х годов.

Практически с самого начала векторные дисплеи имели разрешение 1024×1024 точки и могли без мерцания отображать от 1500 до 3000 векторов. Векторы могли быть нескольких типов (сплошные, штриховые, точечные, пунктирные и т.д.) с несколькими градациями яркости. Встроенные средства генерации символов обычно имели возможность строить символы двух фиксированных размеров нескольких ориентаций. В качестве средства диалога использовались буквенно-цифровая и символьная клавиатуры и световое перо.

Рассмотрим архитектуру простой графической системы. Далее будет использоваться понятие "дисплейный процессор" широко распространенное в литературе, но не имеющее точного определения. Здесь под ним мы будем понимать (рис. 0.8.1) аппаратную часть графической системы, которая:  формирует изображение на дисплее из описания картины;  обрабатывает графический ввод от пользователя.

Рис. 0.1.1: Общая архитектура простой графической системы

Обе задачи весьма специальны и вычислительно интенсивны и могли бы значительно затруднить обычную работу ЦП.

В зависимости от требований приложений и используемых приборов вывода дисплейные процессоры имеют различную сложность и работают на различных принципах. По принципу формирования изображения различаются два основных класса дисплейных процессоров (см. рис. 0.8.1):

 каллиграфические или векторные устройства, называемые еще устройствами с произвольным сканированием луча;

 растровые устройства.

Дисплейный процессор обязательно состоит из дисплейного контроллера и дисплейного генератора. Более мощные дисплейные процессоры оснащаются и собственными средствами преобразования и сохранения геометрических данных.

Рассмотрим назначение модулей дисплейного процессора справа-налево: дисплейный генератор, преобразования, дисплейный контроллер.