Векторный монитор , векторный дисплей или каллиграфический дисплей — это устройство отображения, использовавшееся для компьютерной графики вплоть до 1970-х годов. Это тип ЭЛТ , похожий на тот, что был в раннем осциллографе . В векторном дисплее изображение состоит из нарисованных линий, а не из сетки светящихся пикселей , как в растровой графике . Электронный луч следует по произвольному пути, отслеживая соединенные наклонные линии, а не следуя по одному и тому же горизонтальному растровому пути для всех изображений. Луч проскакивает темные области изображения, не заходя на их точки.
Некоторые векторные дисплеи с обновлением используют обычный люминофор , который быстро тускнеет и требует постоянного обновления 30-40 раз в секунду для отображения стабильного изображения. Эти дисплеи, такие как Imlac PDS-1 , требуют некоторой локальной памяти обновления для хранения данных векторной конечной точки. Другие дисплеи с запоминающими трубками , такие как популярный Tektronix 4010 , используют специальный люминофор, который продолжает светиться в течение многих минут. Для запоминающих дисплеев не требуется никакой локальной памяти. В 1970-х годах оба типа векторных дисплеев были намного более доступными, чем дисплеи с растровой графикой, когда мегапиксельная компьютерная память все еще была очень дорогой. Сегодня растровые дисплеи заменили почти все виды использования векторных дисплеев.
Векторные дисплеи не страдают от артефактов отображения алиасинга и пикселизации — особенно черно-белые дисплеи; цветные дисплеи сохраняют некоторые артефакты из-за своей дискретной природы — но они ограничены отображением только контура фигуры (хотя продвинутые векторные системы могут обеспечить ограниченное количество теней). Текст грубо рисуется короткими штрихами. Векторные дисплеи Refresh ограничены в том, сколько строк или сколько текста может быть показано без мерцания обновления. Нерегулярное движение луча медленнее, чем равномерное движение луча растровых дисплеев. Отклонения луча обычно приводятся в действие магнитными катушками , и эти катушки сопротивляются быстрым изменениям своего тока .
Векторный дисплей был впервые изобретен Джонатаном Зеннеком с помощью электронно-лучевой трубки Брауна. Его решение позволяло производить основные формы волн с помощью двух отклоняющих колпаков и мощного катода внутри трубки для создания непрерывно разворачивающегося изображения. [1] Это устройство использовалось ранними радиоинженерами, но не было практичным, пока Джон Бертран Джонсон не внедрил горячий катод , чтобы радикально снизить требования к напряжению для устройства. Впоследствии электронно-лучевой осциллограф был коммерциализирован и стал основой для современного осциллографа. [2]
Осциллографы использовались инженерами-электриками для картографирования физических сил, а также инженерами-звукорежиссерами для понимания природы человеческих голосов. [3] Дисплеи также стали частым дополнением к передовым электронным аналоговым компьютерам для визуализации сложных сил. Первые системы RADAR использовали векторные графические осциллографы для картографирования положений самолетов.
Векторная графика в компьютерах впервые появилась с системой Whirlwind , созданной в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института . Используя осциллографические трубки, дисплеи Whirlwind могли выдавать сложные показания траектории полета, а также стали местом проведения первой графической демонстрации Bouncing Ball (1951). В 1956 году в системе Whirlwind было реализовано первое световое перо . Затем эти технологии стали основой для передовой системы противовоздушной обороны США SAGE , которая была полностью активирована в 1958 году. [4]
В 1963 году Иван Сазерленд в Массачусетском технологическом институте впервые использовал векторный графический дисплей для Sketchpad , своей пионерской программы САПР . В 1968 году он и его команда снова использовали векторный монитор для отображения каркасных изображений 3D-моделей. На этот раз дисплей был закреплен на голове . Очевидно, что тяжелая система поддерживалась опорной конструкцией под названием « Дамоклов меч» . Система широко считается первой виртуальной реальностью на базе компьютера . Позднее Иван Сазерленд стал соучредителем компании Evans & Sutherland , которая производила высококачественные векторные дисплеи и летные симуляторы.
В 1970 году на авиашоу в Фарнборо в Великобритании компания Sperry Gyroscope ( Брэкнелл , Англия) продемонстрировала первый векторный графический видеодисплей от британской компании. Он представлял собой аналоговый монохромный дисплей со специальной электроникой, разработанной Джоном Аткинсом из Sperry, которая позволяла ему рисовать векторы на экране между двумя парами координат. В Фарнборо дисплей использовался для демонстрации возможностей нового военного компьютера Sperry 1412 — на нем было показано работающее программное обеспечение, которое в реальном времени рисовало каркасный вращающийся куб, скорость которого можно было контролировать в любом из трех измерений. Эта демонстрация вызвала значительный интерес к компьютеру Sperry 1412, который затем стал основой ряда крупных проектов для французского и королевского флота в период с 1972 по 1992 год.
Среди векторных дисплеев выделяются компьютерные терминалы Tektronix с большим экраном, которые используют ЭЛТ с прямым просмотром и памятью. (ЭЛТ имеет по крайней мере один заливной пистолет и специальный тип экрана дисплея, более сложный в принципе, чем простой фосфор.) Но это постоянное изображение не может быть легко изменено. Как и в случае с Etch-a-Sketch , любое удаление или перемещение требует стирания всего экрана яркой зеленой вспышкой, а затем медленной перерисовки всего изображения. Анимация с этим типом монитора непрактична.
Векторные дисплеи использовались для индикации на лобовом стекле истребителей из-за более ярких дисплеев, которые можно было получить, перемещая электронный луч медленнее по фосфорам. Яркость была критически важна, поскольку дисплей должен был быть четко виден пилоту при прямом солнечном свете.
.jpg/1280px-Space_Rocks_(game).jpg)
Векторные мониторы также использовались в некоторых аркадных играх конца 1970-х — середины 1980-х годов, таких как Armor Attack , Asteroids , Omega Race , Tempest и Star Wars [5] , а также в домашней игровой консоли Vectrex .
Компания Hewlett-Packard выпустила серию крупноэкранных XY (векторных) дисплеев, первым из которых была модель 1300 размером 8x10 дюймов с частотой 20 МГц. ЭЛТ имела внутреннюю, специально сконструированную, очень тонкую сетку, работающую при низком потенциале, которая располагалась после отклоняющих пластин на выходе пушки. Электростатическое поле 17 кВ между этой сеткой и отдельным проводящим покрытием, заряженным до конечного ускоряющего потенциала внутри воронки ЭЛТ, ускоряло электронный луч как в осевом, так и в радиальном направлении, расширяя возможный размер изображения для покрытия экрана 8x10" ЭЛТ длиной 17,75 дюйма. Без сетки ЭЛТ размером 8x10" пришлось бы быть почти в три раза длиннее. [6] Технология расширительной сетки была разработана в начале 1960-х годов [7] в связи с необходимостью приводить в действие отклоняющие пластины на высоких частотах в компактных ЭЛТ высокой яркости, работающих при высоких ускоряющих напряжениях, чтобы использовать преимущества новой на тот момент транзисторной технологии, которая была ограничена только низкими напряжениями. Гораздо более громоздкие и менее эффективные электростатические отклоняющие усилители на вакуумных лампах могли работать при сотнях вольт.
Планетарный проекционный аппарат Digistar , созданный Evans & Sutherland , изначально был векторным дисплеем, который мог отображать как звезды, так и каркасную графику. Более поздние версии используют растровую проекцию высокого разрешения, но векторные Digistar и Digistar II были установлены во многих планетариях, и некоторые из них, возможно, все еще работают. [8] [9] [10] Прототип Digistar использовался для визуализации 3D-звездных полей для фильма Star Trek II: The Wrath of Khan . Другой векторный дисплей E&S, Picture System II, возможно, также использовался для фильма. [11]
Некоторые векторные мониторы способны отображать несколько цветов, используя либо типичную теневую маску RGB CRT, либо два слоя люминофора (так называемый « проникающий цвет »).
Atari использовала термин «цветной квадраскан» для описания версии с теневой маской, используемой в их аркадных видеоиграх. [12] [13]
В проникающих трубках, контролируя силу электронного пучка, можно заставить электроны достигать (и освещать) один или оба слоя люминофора, обычно создавая на выбор зеленый, оранжевый или красный цвет.
Компания Tektronix в течение нескольких лет производила цветные осциллографы с использованием ЭЛТ, но спрос на них был низким. [ необходима цитата ]
Некоторые монохромные векторные дисплеи могли отображать цвет с помощью периферийных устройств, таких как Vectrex 3-D Imager.