A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

1

Wykład 13

Elementy grafiki komputerowej

Grafika komputerowa - dział informatyki zajmujący się tworzeniem obrazów obiektów
rzeczywistych i wyimaginowanych, za pomocą komputera.

•

Narodziła się pod koniec lat pięćdziesiątych. Jej pionierzy zaczynali realizować swoje
projekty na bardzo kosztownych i trudnych w obsłudze maszynach. Jednak ogromne
sukcesy jakie odnosili realizatorzy tego kierunku, spowodowały, że grono
zainteresowanych tą dziedziną wciąż powiększało się. Do pracy nad nowymi
możliwościami i wykorzystaniem grafiki komputerowej w różnych dziedzinach
zawodowych, mobilizowały nie tylko fundusze wpływające na ten cel, ale również
szerokie zainteresowanie przeróżnych instytucji. Dzięki dynamicznemu rozwojowi
elektroniki, w latach 80-tych, grafika była już dostępna dla większej rzeszy
użytkowników komputerów domowych.

Zastosowania grafiki komputerowej

•

Tradycyjne metody prezentacji danych (np. wykresy lub prosta animacja dla potrzeb
filmów rysunkowych,

•

gry komputerowe,

•

oprogramowanie interakcyjne do realizacji systemów okien,

•

prace edytorskie,

•

prezentacja wyników złożonych obliczeń i eksperymentów naukowych,

•

systemy projektowania,

•

reklamy,

•

przemysł rozrywkowy

•

symulacja sztucznej rzeczywistości (virtual reality); w efekcie uzyskiwana jest iluzja
trójwymiarowego świata. Stosowane środki obejmują:

rzutowanie obrazów stereoskopowych bezpośrednio do oczu obserwatora,

dane o położeniu obserwatora rejestrowane za pomocą czujników
przyłączonych do różnych części ciała, co umożliwia interakcyjną współpracę
z systemem.

Zastosowania sztucznej rzeczywistości: medycyna, nauka, technika, rozrywka.

1. Podsystem wyświetlania obrazu

System graficzny komputera PC

•

stanowi część systemu wejścia – wyjścia umożliwiającą interakcję z użytkownikiem

•

jest sterowany za pośrednictwem sterownika programowego systemu operacyjnego

•

jest zwykle wyposażony w specjalizowane układy przetwarzania obrazów, pamięci
obrazu, konwerter analogowo- cyfrowy

•

współpracuje z zewnętrznym urządzeniem wyświetlającym VDU (Video Display
Unit) np. monitorem ekranowym CRT lub LCD

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

2

Rys Algorytmy grafiki komputerowej

Tryby pracy systemu graficznego

•

Tryb tekstowy – wartościom poszczególnych bajtów pamięci są przypisane
określone symbole alfanumeryczne wyświetlane na ekranie wg tzw. tablicy
kodowej (np. kod ASCII)

o

Proste systemy terminali, rozwinięci koncepcji dalekopisu

o

Realizacja sprzętowa – układy EEPROM z zapisem wyglądu poszczególnych
znaków alfanumerycznych

o

Realizacja programowa – wstępne określenie kształtu znaków w pamięci
obrazu lub całkowita symulacja w systemie okien

•

Tryb graficzny – obraz jest zbudowany z punktów (pikseli), których parametry są
określane przez zawartość od jednego do kilku bajtów tzw. pamięci obrazu

o

Dominujący sposób realizacji interfejsu użytkownika we współczesnych
systemach operacyjnych

o

Komputer buduje w pamięci mapę reprezentującą wszystkie punkty obrazu,
które mają być wyświetlone na ekranie

o

Rozmiar pamięci potrzebnej do opisania wyglądu ekranu jest zależny od

rozdzielczości ekranu – determinuje ilość pikseli tworzących obraz

palety barw – ilość informacji potrzebna do opisu wyglądu
pojedynczego piksela

opcjonalnego buforowania obrazu – budowanie następnego kadru w
czasie wyświetlania bieżącego

o

Reprezentacja barw

Predefiniowana paleta kolorów

Reprezentacja barw podstawowych (RGB, CMYK,HSV)

System graficzny komputera tworzą

•

Karta graficzna (i/lub akcelerator graficzny)

•

Monitor ekranowy

•

Drukarka,

2. Piksele. Rozdzielczość

•

Piksel (ang. pixel – wyraz utworzony ze zbitki dwóch angielskich słów: picture+element)
jest to najmniejszy jednolity (przedstawiający konkretny kolor, patrz subpiksel) element
obrazu wyświetlanego na ekranie (monitora komputerowego, telewizora itp.),
drukowanego (dotyczy technologii druku punktowego) lub uzyskiwanego za pomocą
urządzeń przetwarzania obrazu (aparat cyfrowy, skaner).

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

3

•

Jeden piksel w odniesieniu do monitorów to bardzo mały kwadrat (często spotykana
szerokość boku to 0,28 mm) lub prostokąt widzialny z odległości użytkowej jako
wypełniony jednolitym kolorem. Tryb pracy monitora, a konkretnie jego rozdzielczość to
właśnie liczba pikseli jakie zawiera on w pionie i poziomie.

Najczęstszym rozwiązaniem uzyskiwania różnych kolorów jest zastosowanie mieszania barw
w systemie RGB, dające obraz kolorowy dzięki syntezie addytywnej. Obraz składa się z
bardzo dużej liczby pikseli, których kolory mogą być niezależnie zmieniane. Każdy piksel
składa się z trzech tzw. subpikseli, świecących w kolorach: czerwonym, zielonym i
niebieskim (zobacz zdjęcie obok). Odpowiednie sterowanie intensywnościami świecenia
danych subpikseli powoduje powstanie wypadkowego koloru całego piksela. Kolorowi
białemu odpowiada maksymalna intensywność świecenia wszystkich trzech składowych,
kolorowi czarnemu – wszystkie subpiksele wygaszone.

Rozdzielczość ekranu - jeden z parametrów trybu wyświetlania, parametr określający liczbę
pikseli obrazu wyświetlanych na ekranie w bieżącym trybie pracy monitora komputerowego,
telewizora a także każdego innego wyświetlacza, którego obraz budowany jest z pikseli.
Rozdzielczość wyraża się w postaci liczby pikseli w poziomie i w pionie.

Pojęcie rozdzielczości ekranu jest dość mylące, gdyż tak naprawdę nie jest to rozdzielczość
wyświetlacza, lecz rozdzielczość obrazu na tym wyświetlaczu. W większości urządzeń
bieżący tryb wyświetlania można zmieniać skokowo wewnątrz określonego zakresu, którego
granice, jak i poszczególne dostępne rozdzielczości, powiązane są z budową urządzenia
wyświetlającego, budową karty graficznej, wielkością pamięci na tej karcie oraz
oprogramowaniem (sterownik karty, system operacyjny).

Odczucie zmiany wielkości obrazu w miarę wzrostu rozdzielczości jest wywołane tym, że
zazwyczaj stałe elementy interfejsu systemu operacyjnego, takie jak ramki, ikonki itp., mają
stałą wielkość w pikselach.

Dla telewizorów analogowych rozdzielczość jest związana z przepustowością sygnału
luminancji i jest określany w "liniach", jako największa liczba naprzemiennych białych i
czarnych pionowych pasków, które mogą być wyświetlone wszerz ekranu bez nakładania się
na siebie. Czasami linie są liczone na szerokości równej wysokości obrazu zamiast na całej
szerokości. To powoduje powstanie dwóch miar rozdzielczości poziomej, co może
powodować nieporozumienia. Rozdzielczość pionowa, podobnie jak w urządzeniach
cyfrowych, jest liczbą poziomych linii na obrazie.

Obecnie standardowymi rozdzielczościami są 640×480 (VGA, Video Graphics Array),
800×600 (SVGA, Super VGA) oraz 1024×768 (XGA/XVGA, eXtended czyli rozszerzona).
Niektórzy użytkownicy, szczególnie programów CAD oraz gracze, używają rozdzielczości
1600×1200 (UXGA, Ultra-eXtended) lub wyższych, jeżeli mają odpowiedni sprzęt. Kiedy
rozdzielczość wyświetlania jest zbyt duża w stosunku do możliwości monitora lub
wyświetlacza, niektóre systemy tworzą wirtualny ekran, który może być przewijany "pod"
fizycznym ekranem.

Dla telewizji cyfrowej i HDTV, typowe rozdzielczości pionowe to 720 lub 1080 linii. Co
ciekawe, telewizory obsługujące HD 720 mają podwyższoną rozdzielczość do 768 linii albo
większej, choć nie 1080.

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

4

W profesjonalnych zastosowaniach kinowych używane są częściej rozdzielczości typu 2K
16:9 (2048x1152), 2K 2:1 (2048x1024), 3K 16:9 (3072x1728), 3K 2:1 (3072x1536), 4K 16:9
(4096x2304), 4K 2:1 (4096x2048) itd.

Rozdzielczość 640×480, wprowadzona przez IBM PS/2 VGA i MCGA (MultiColor Graphics
Array), zintegrowane karty graficzne, stała się standardem od 1990 do 1997 roku, częściowo
dzięki swoim proporcjom 4:3. 800×600 była standardową rozdzielczością od roku 1998 do
chwili obecnej, ale 1024×768 szybko staje się nowym standardem rozdzielczości, szczególnie
ż

e również zachowuje proporcje 4:3. Wiele stron internetowych i produktów multimedialnych

jest zaprojektowanych dla rozdzielczości 1024×768. Większość współczesnych gier, takich
jak SimCity 4, wypuszczonych w erze 128-bitowych kart graficznych, w ogóle nie pozwala
na używanie rozdzielczości 640×480. Windows XP zostało zaprojektowane do pracy w
rozdzielczości co najmniej 800×600 (ale jest możliwa praca w trybie 640×480). Aktualnie
monitory CRT z rozdzielczością 800x600 są rzadko spotykane, a te z wyższą (1024x768,
1280x1024 i 1600x1200) są powoli wypierane przez panoramiczne monitory LCD 19"
(natywna rozdzielczość 1440x900) i 22" (1680x1050), aczkolwiek dużą popularnością cieszą
się także LCD 20" (1600x1200).

Uznaje się, że dla monitorów 15" i 17" (381 mm i 432 mm) rozdzielczość 1024×768 jest
standardem, natomiast dla monitorów 19" zaleca się 1280×1024. Dobre monitory 21" (533
mm) zazwyczaj potrafią wyświetlać obraz w rozdzielczości 1800×1440. Są także szerokie
monitory 24" (610 mm), które często będą w stanie pracować w rozdzielczości poziomej 2048
pikseli lub większej.

3. Grafika rastrowa i wektorowa

Grafika Wektorowa - sposób opisu obrazu oparty na formułach matematycznych. W
przeciwieństwie do tradycyjnej grafiki bitmapowej (opierającej się na zapamiętywaniu koloru
i położenia pojedynczych pikseli), grafika wektorowa zachowuje informacje o tworzących
kształty obiektów liniach oraz krzywych - włączając ich położenie oraz barwę.

Grafika rastrowa - obrazy tworzone są z położonych regularnie, obok siebie pikseli.
Posiadają one różne kolory lub odcienie jasności. Tworzone w ten sposób obrazy zwykło się
nazywać mapami bitowymi (potocznie-bitmapami).

•

Mapa bitowa (bit map) - sposób zapamiętania obrazu przy wykorzystaniu pikseli
ułożonych w rzędy i kolumny. Każdy piksel a właściwie informacja o jego kolorze
może zostać zapisana za pomocą określonej liczby bitów; wartość 1 oznacza czerń lub
kolor, wartość 0 biel (brak koloru). W zależności od liczby kolorów jakie możemy
wykorzystać w mapie bitowej, rozróżniamy mapy: 1-bitowe, 8-bitowe, 16-bitowe, 24-
bitowe i 32-bitowe. Mapy 1-bitowe to mapy czarno-białe, natomiast w mapach 8-
bitowych (28) na jeden piksel przypada 256 kolorów, w 16-bitowych (216) 65 536
kolorów, w 24-bitowych (224) 16777216 kolorów itd.

•

Liczba pikseli użytych do odwzorowania obrazu w komputerze zależy od jego
rozdzielczości. Pojęcie to określa liczbę pikseli przypadającą na jednostkę powierzchni.
Im wyższa jest rozdzielczość obrazka, tym większy jest jego plik. Na objętość zbioru
graficznego istotny wpływ ma również ilość możliwych do zapamiętania kolorów. Im
więcej kolorów tym większa objętość. Do zapamiętania wystąpień 16 777 216 kolorów
na tej samej powierzchni trzeba użyć większej ilości bitów niż do zapamiętania 256
kolorów.

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

5

•

Do wstępnego oszacowania wielkości pliku możemy posłużyć się prostym wzorem:
Wp = ilość pikseli w pionie* ilość pikseli w poziomie* ilość kolorów

Atrybuty grafiki rastrowej

•

Przetwarzanie map bitowych wymaga odpowiedniej ilości pamięci RAM w komputerze.
W przypadku obrazów rastrowych liczba pikseli przypadająca na jednostkę powierzchni
jest wielkością stałą (rozdzielczość), dlatego tez przy powiększeniu mapy bitowej
występuje efekt powiększenia piksela. W praktyce objawia się to widocznymi na
ekranie monitora lub wydruku schodkami, stąd jakość obrazu nie jest najlepsza.
Występująca wtedy utrata ostrości obrazu map bitowych jest ich podstawową wadą.

•

Inną wadą jest brak możliwości operowania na fragmentach obrazu. Grafikę rastrową
można przyrównać do obrazka namalowanego farbkami. Zmiana barwy dowolnego
fragmentu polega na nałożeniu pędzelkiem innego koloru. Nie można tutaj zmienić np.
kształtu namalowanego obiektu przez jego modelowanie, a jedynie przez namalowanie
w jego miejsce nowego. Po odpowiednim powiększeniu obrazu widać pojedyncze
kwadratowe punkty, z których zbudowany jest cały obraz. Zwiększenie mapy bitowej
powoduje, że zwiększane są także te punkty, przez co linie i krawędzie stają się
postrzępione.

4. Karty graficzne
Karta graficzna – karta rozszerzeń komputera generująca sygnał dla ekranu monitora.

Podstawowym zadaniem karty graficznej jest

•

przechowywanie informacji o tym jak powinien wyglądać obraz na ekranie monitora

•

odbiór i przetwarzanie otrzymywanych od komputera informacji o obrazie

•

odpowiednie wyświetlanie tegoż obrazu za pośrednictwem monitora (sterowanie
monitorem)

Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu łacińskiego ze
zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków - tryb tekstowy. Kolejna
generacja kart graficznych potrafiła już wyświetlać w odpowiednim kolorze
poszczególne punkty (piksele) - tryb graficzny.

Nowoczesne procesory graficzne udostępniają wiele funkcji ułatwiających i
przyśpieszających pracę programów. Możliwe jest narysowanie odcinka, trójkąta,
wieloboku, wypełnienie ich zadanym kolorem lub wzorem, tzw. akceleracja 2D.
Większość kart na rynku posiada również wbudowane funkcje ułatwiające tworzenie
obrazu przestrzeni trójwymiarowej, tzw. akceleracja 3D.

Niektóre karty graficzne posiadają zaawansowane algorytmy potrafiące na przykład
wybrać tylko widoczne na ekranie elementy z przestrzeni.

4.1 Budowa karty graficznej

Współczesne karty graficznych składają się z następujących elementów:

•

Procesor graficzny (GPU) - odpowiedzialny za generowanie obrazu w pamięci
obrazu

o

“rysuje” obraz poprzez wypełnianie odpowiednich komórek pamięci VRAM.

o

architektura SIMD, brak skoków i pętli, bardzo duża wydajność arytmetyczna,
wielopotokowość

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

6

o

CPU nie jest w stanie generować obrazu z wymaganą prędkością ze względu
na specyficzny charakter algorytmów generowania obrazu i zbyt dużą liczbę
danych.

o

jest to wyspecjalizowany układ scalony, zwany także akceleratorem. Na
żą

danie drivera ( sterownika programowego) potrafi on wykonać podstawowe i

najczęściej używane operacje graficzne, np.: kreślenie odcinków, rysowanie
prostokątów, wypełnianie i kopiowanie obszarów, co przyspiesza nie tylko
działanie programów użytkowych, ale także-a może przede wszystkim-
graficznych interfejsów użytkownika ( Windows). W praktyce nierzadko
zdarza się, że akcelerator działa tylko w niektórych wyższych trybach, zaś w
trybach o gorszych parametrach karta działa jako tzw. bufor ramki ( frame
buffer)- wszystkie operacje graficzne wykonuje główny procesor komputera.
Obraz jest wyświetlany dopiero wtedy, gdy cały jest już narysowany.

•

Pamięć obrazu - VideoRAM, bufor ramki (ang. framebuffer) - przechowuje cyfrowe
dane o obrazie

o

Pamięć o dostępie sekwencyjnym

o

Rodzaje pamięci

Pamięć graficzna jest najczęściej widoczna w systemie jako jeden
ciągły obszar ( linear frame buffer). Procesor może zatem przesyłać
obrazy za pomocą normalnego odwołania do pamięci.

Dawniej najczęściej spotykanym jest DRAM. Pamięć taka zwana jest
pamięcią jednoportową, ponieważ zarówno zapis, jak i odczyt
informacji dokonywany jest przez to samo wyprowadzenie układu. Gdy
DRAM pracuje w charakterze pamięci operacyjnej komputera, takie
rozwiązanie w niczym nie przeszkadza. Jednak w przypadku
sterownika graficznego powoduje to konieczność dzielenia dostępu do
pamięci między RAMDAC i procesorem, co zmniejsza wydajność
systemu.

Aby uniknąć takich konfliktów dostępu skonstruowano pamięci
dwuportowe, których najczęściej spotykanym typem jest VRAM
(Video Ram). Pamięci takie mają osobne wejście (dla procesora) i
wyjście (dla przetwornika).

Pojawiły się również inne dwuportowe pamięci dla kart graficznych
nazwane WRAM ( Window RAM ), różniące się od VRAM sposobem
dostępu, nieco większą szybkością. Obecnie takie układy raczej nie są
już stosowane. Nie stosuje się już także układów SDRAM. Wszystkie
układy wyparło DDRAM, charakteryzujące się pracą z podwójną
częstotliwością.

Dawniej stosowano układy z 2,4,8,16 MB RAM na karcie. Obecnie za
niezbędne minimum uważa się 64 MB. Wynika to z ciągłego postępu w
dziedzinie modelowania obrazów. Oczywiście przy pracy w edytorach
tekstu, bazach danych czy arkuszach kalkulacyjnych, w zupełności
wystarcza 32 MB, ale producenci kart graficznych tworzą swoje
najnowsze podzespoły dla graczy oraz profesjonalistów.

•

Pamięć ROM - pamięć przechowująca dane (np. dane generatora znaków) lub
firmware karty graficznej, obecnie realizowana jako pamięć EEPROM (flash)

•

DAC - przetwornik C/A (ang. Digital-to-Analog Converter) - odpowiedzialny za
przekształcenie cyfrowych danych z pamięci obrazu na sygnał sterujący dla
monitora analogowego; w przypadku kart wyłącznie z wyjściem cyfrowym DAC nie
stosuje się

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

7

o

Odpowiednio zaprogramowany, w celu ustawienia parametrów właściwego
trybu graficznego, odczytuje on zawarte w pamięci karty bajty opisujące
kolory poszczególnych pikseli (to w trybach graficznych; w trybach
tekstowych z pamięci czytane są kody znaków oraz ich atrybuty-kolor,
migotanie, itp., a informacja o ich wyglądzie pochodzi z generatora znaków ).
Na podstawie odczytanych informacji RAMDAC generuje sygnały elektryczne
sterujące monitorem.

•

Interfejs do systemu komputerowego - umożliwia wymianę danych i sterowanie
kartą graficzną - zazwyczaj PCI, AGP, PCI-Express

•

Interfejs na slocie karty graficznej - zazwyczaj P&D, DFP, VGA, DVI, HDMI,
DisplayPort

•

wiele z kart graficznych posiada także:

o

Framegrabber - układ zamieniający zewnętrzny, analogowy sygnał wideo na
postać cyfrową

o

Procesor wideo - układ wspomagający dekodowanie i przetwarzanie
strumieniowych danych wideo; w najnowszych konstrukcjach zintegrowany z
procesorem graficznym.

Po włożeniu nowej karty w slot AGP lub PCI nie ma potrzeby przestawiania żadnych zworek,
gdyż wszystko jest robione automatycznie. Wszystko to powoduje że obecne karty graficzne
są szybsze i mogą być wyposażone w procesory już nie tylko 32-, ale 64- i 128-bitowe, bo
istnieje już możliwość szybkiego przesyłania dużej liczby danych pomiędzy procesorem i
sterownikiem. Nawet najlepsza karta graficzna nie zadziała dobrze bez odpowiednich
sterowników. System operacyjny nie mając zainstalowanych odpowiednich sterowników
pozwoli karcie graficznej tylko na pracę w podstawowych trybach.

4.2 Zasada działania karty graficznej

Sposób wyświetlania obrazu na ekranie monitora najprościej można przedstawić w
następujący sposób:

•

procesor zapisuje dane o obrazie w pamięci RAM karty,

•

sterownik zainstalowany na karcie powoduje przesłanie zawartości pamięci RAM do
przetwornika DAC,

•

sterownik DAC przetwarza dane cyfrowe na sygnał analogowy i przesyła go do

•

monitora.

Komunikacja karty graficznej z komputerem PC następuje poprzez jedną z czterech magistral:

•

ISA (pierwsze karty graficzne),

•

Vesa Local Bus Vesa Local Bus (niektóre systemy z procesorem 486),

•

PCI (dziś powszechnie stosowane) oraz najnowszą

•

AGP (dziś powszechnie stosowane) .

Po otrzymaniu informacji od procesora komputera (CPU) o potrzebnej grafice, chip karty
graficznej przygotowuje ją, wspomagając się zainstalowaną na karcie pamięcią (w przypadku
kart AGP do przechowywania tekstur używana jest dodatkowo pamięć komputera). Gdy
obraz jest już gotowy, zapisywany jest w obszarze wydzielonym w pamięci karty w postaci
zbioru różnokolorowych punktów. Ten zbiór punktów nazywany jest ramką (frame), a obszar
pamięci - buforem ramki (frame buffer).

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

8

Z bufora ramki dane pobierane są punkt po punkcie przez układ RAMDAC. Ten zamienia
cyfrowo opisane punkty na analogowe impulsy prądu o napięciu zależnym od koloru punktu.
Na ich podstawie powstaje obraz na monitorze.

5. Monitory klasyczne i LCD

Monitor - urządzenie wyjściowe, podłączone do komputera będące źródłem światła,
wyświetlające na własnym ekranie obraz oglądany z drugiej strony przez oglądającego.
Wyróżnia się monitory lampowe (kineskopowe) - CRT, monitory oparte na ciekłych
kryształach (LCD), oraz monitory plazmowe.

5.1 Monitory CRT

Rys. Budowa monitora CRT.

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

9

Rys. Schemat blokowy monitora CRT.

5.2 Monitory LCD

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

10

Za ekranem znajduje się źródło światła, np. lampa fluorescencyjna. W zależności od wielkości
panelu LCD liczba lamp fluorescencyjnych waha się od dwóch, w małych monitorach
piętnastocalowych, do ośmiu w wyświetlaczach 20-21-calowych. W coraz popularniejszych
panelach siedemnastocalowych montuje się zazwyczaj cztery lampy fluorescencyjne, które
podświetlają matrycę LCD. Światło oświetlające panel od tyłu przechodzi najpierw przez tzw.
dyfuzor, który zapewnia równomierną jasność na całej powierzchni wyświetlacza. Następnie
ś

wiatło przechodzi przez pierwszy filtr polaryzacyjny, zespół przezroczystych elektrod

sterujących ułożeniem cząsteczek ciekłego kryształu oraz warstwę orientującą, która ma za
zadanie ustawić molekuły ciekłego kryształu w odpowiednim (tzw. spoczynkowym)
położeniu. Znajdująca się bezpośrednio dalej warstwa ciekłego kryształu (np. bifenylu) skręca
o 90° płaszczyznę polaryzacji światła.

Ciekły kryształ (LC) jest substancją organiczną o ciekłej formie i krystalicznej strukturze
molekularnej. Cząsteczki w kształcie pręcików ( rysunek 2) normalnie są ustawione w
równoległych rzędach. Do sterowania nimi używane jest pole elektryczne. W zależności od
tego czy występuje napięcie prądu lub jego braku cząsteczki kryształu odpowiednio się
ustawiają, co powoduje zmianę polaryzacji padającego na nią światła (odpowiednio skręca

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

11

początkową płaszczyznę polaryzacji światła lub pozostawić ją bez zmian).

Aby "pałeczkowate" cząsteczki ciekłego kryształu spowodowały skręcanie polaryzacji
ś

wiatła, muszą zostać najpierw w procesie produkcyjnym odpowiednio przygotowane -

zorientowane w przestrzeni. Substancję ciekłokrystaliczną umieszcza się w kilku milionach
pojedynczych, niezależnych komórkach, tworzących łącznie matrycę pikseli np. o rozmiarach
1024×768 punktów. Wewnątrz każdej komórki długie "pałeczkowate" molekuły (rysunek 2)
muszą zostać odpowiednio ułożone. Do tego celu służą tzw. warstwy orientujące. W
zależności od typu wyświetlacza LCD i technologii jego wykonania wymuszają one albo
równoległe, albo prostopadłe w stosunku do płaszczyzny ekranu położenie cząsteczek.
Wyświetlacze ciekłokrystaliczne wykorzystują oba aspekty materii, z której są zbudowane:
"ciekłość" i "kryształowość". Są ruchome - jak ciecze (przy odpowiedniej temperaturze), a ich
molekuły układają się w tym samym kierunku - jak w kryształach.

Są również podatne na pola elektromagnetyczne, które powodują ich przewidywalne
pozycjonowanie. Ciekłe kryształy przewodzą światło w jednym kierunku, co sprawia, że
idealnie nadają się na wyświetlacze.

Ś

wiatło po przejściu przez ciekły kryształ napotyka na swojej drodze drugi filtr

polaryzacyjny. W zależności od kąta padania światła w stosunku do osi polaryzacji filtra
ś

wiatło wydostaje się z panela LCD, a użytkownik widzi jasny punkt na ekranie.

Kolorowe wyświetlacze mają dodatkową warstwę, w skład której wchodzą barwne filtry w
trzech kolorach podstawowych: czerwonym, zielonym lub niebieskim (RGB). Każdej
komórce ekranu odpowiadają trzy subpiksele (zgrupowane po trzy tworzą jeden punkt -
piksel), każdemu subpikselowi przyporządkowany jest jeden taki filtr, a jak wiadomo, za
pomocą trzech różnobarwnych komórek można uzyskać dowolny kolor piksela. Taka prosta
konstrukcja jest wykorzystywana zarówno w wyświetlaczach DSTN (Dual Scan Twisted
Nematic) stosowanych w najtańszych wyświetlaczach LCD, jak i w pierwszej generacji paneli
TFT (Thin Film Transistor).

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

12

5.3 Inne typy monitorów

5.3.1 Monitory plazmowe

5.3.2 Monitory LED i OLED

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

13

5.3.3 Monitor ThinCRT

6. Akceleratory graficzne

Akcelerator graficzny

(ang. graphic accelerator) — specjalizowany układ karty graficznej,

przyśpieszający tworzenie grafiki płaskiej (dwuwymiarowej, 2D) lub pseudo przestrzennej
(trójwymiarowej, 3D). Najczęściej przyśpieszane operacje graficzne to np. wypełnianie
obszaru jednolitym kolorem lub kopiowanie fragmentu obrazu w inne miejsce.


Literatura:

1)

S.H.A. Clarke, W sercu PC, Helion, Gliwice, 2003.

A. Myśliński – materiały pomocnicze do wykładu ASK

14

2)

R.H. Chen, Liquid Crystal Displays: Fundamental Physics and Technology, Wiley,
2011.

3)

R. Cohn, J. Russell, Video Cards, VSD, 2012.

4)

A. Kwaśny, Od skanera do drukarki, Helion, Gliwice, 2000.

5)

J. Matulewski, T. Dzibak, M. Sylwestrzak, R. Płoszajczak, Grafika. Fizyka. Metody
numeryczne. Symulacje fizyczne z wizualizacją 3D, PWN, Warszawa, 2010.