Векторний монітор

Векторний монітор, векторний дисплей або каліграфічний дисплей^[en] — пристрій виведення комп'ютерної графіки, що використовувався до 1970-х років. Використовує ЕПТ, подібні до ранніх осцилографів. Зображення на векторному дисплеї складається з намальованих ліній, а не із сітки світних пікселів, як у растровій графіці. Електронний промінь рухається довільним шляхом, вимальовуючи з'єднані похилі лінії, а не горизонтальними лініями растру, однаковими для всіх зображень. Промінь пропускає темні ділянки зображення.

24-годинний годинник, зображений на осцилографі, налаштованому як векторний монітор у режимі XY із двома ЦАП R2R^[en] для генерування аналогових напруг

Деякі векторні дисплеї з функцією оновлення використовують звичайний люмінофор, який швидко згасає та потребує постійного оновлення 30-40 разів на секунду для показу стабільного зображення. Ці дисплеї, такі як Imlac PDS-1^[en], потребують певної локальної пам'яті оновлення для зберігання кінцевих векторних даних. Інші дисплеї на основі ламп із пам'яттю^[en], такі як популярний Tektronix 4010^[en], використовують спеціальний люмінофор, який продовжує світитися декілька хвилин. Дисплеї з функцією зберігання не потребують локальної пам'яті. У 1970-х роках обидва типи векторних дисплеїв були значно доступнішими, ніж растрові графічні дисплеї, коли комп'ютерна пам'ять великих обсягів була ще дуже дорогою. Нині растрові дисплеї майже скрізь замінили векторні дисплеї.

Векторні дисплеї, особливо чорно-білі, не страждають від артефактів відображення, таких як аліасинг та пікселізація; кольорові дисплеї, через свою дискретну природу, зберігають деякі артефакти^[en], але вони обмежені відображенням лише контуру фігури (хоча передові векторні системи можуть забезпечити певний рівень затінення). Текст грубо малюється короткими штрихами. Векторні дисплеї з функцією оновлення обмежені кількістю рядків або обсягом тексту, який можна відобразити без мерехтіння під час оновлення. Нерівномірний рух променя повільніший, ніж стабільний рух променя растрових дисплеїв. Відхилення променя зазвичай спричиняють магнітні поля котушок, і ці котушки протидіють швидким змінам сили струму.

Історія

Векторний дисплей винайшов Джонатан Зеннек^[en] на основі електронно-променевої трубки Брауна. Його рішення дозволило створювати основні форми хвиль за допомогою двох відхильних систем та потужного катода всередині трубки для створення безперервно змінюваного зображення.^[1] Цей пристрій використовували ранні радіоінженери, але він не був практичним, доки Джон Бертран Джонсон^[en] не впровадив гарячий катод^[en], що різко знизило вимоги до напруги для пристрою. Катодно-променевий осцилограф було комерціалізовано і він став основою сучасного осцилографа.^[2]

Інженери-електрики використовували осцилографи для відображення фізичних сил, а інженери звукозапису — для дослідження природи людського голосу.^[3] Дисплеї також стали частим доповненням до електронних аналогових комп'ютерів для візуалізації складних сил. Перші радіолокаційні системи використовували векторні графічні осцилографи для відображення положення літаків.

Векторна графіка в комп'ютерах вперше з'явилася в системі Whirlwind, створеній у Лінкольнській лабораторії Массачусетського технологічного інституту. Використовуючи осцилографічні трубки, дисплеї Whirlwind могли видавати складні показники повітряної траєкторії, а також були основою першої графічної демонстрації «Стрибаючий м'яч» (1951). 1956 року на системі Whirlwind упроваджено перше світлове перо. Ці технології потім стали основою для вдосконаленої системи протиповітряної оборони США SAGE^[en], введеної в дію 1958 року.^[4]

1963 року Айвен Сазерленд у Массачусетському технологічному інституті вперше використав векторний графічний дисплей для Sketchpad, своєї новаторської САПР. 1968 року він та його команда знову використали векторний монітор для відображення каркасних зображень 3D-моделей. Цього разу дисплей був наголовним^[en]. Важку систему підтримувала опорна конструкція під назвою «Дамоклів меч»^[en]. Систему вважають першою комп'ютерною системою віртуальної реальності. Пізніше Айвен Сазерленд став співзасновником компанії Evans & Sutherland^[en], яка виробляла високоякісні векторні дисплеї та авіасимулятори.

1970 року на авіашоу у Фарнборо, що у Великій Британії, компанія Sperry Gyroscope (Брекнелл^[en], Англія) представила перший у світі векторний графічний відеодисплей від британської компанії. Оснащений аналоговим монохромним дисплеєм зі спеціальною електронікою, розробленою Джоном Аткінсом зі Sperry, він давав змогу малювати вектори на екрані між двома парами координат. У Фарнборо дисплей використано для демонстрації можливостей нового військового комп'ютера Sperry 1412 — на ньому показано програмне забезпечення, яке в режимі реального часу малювало обертовий кубічний каркас, швидкістю якого можна було керувати в будь-якому з трьох вимірів. Ця демонстрація викликала значний інтерес до комп'ютера Sperry 1412, який у період від 1972 до 1992 року став центром низки великих проєктів для ВМС Франції та Королівського флоту.

Приклади

Серед векторних дисплеїв виділяються великоекранні комп'ютерні термінали Tektronix, які використовують ЕПТ з прямим переглядом. (ЕПТ має щонайменше одну розсіювальну гармату^[en] та спеціальний тип екрана, принципово складніший, ніж простий люмінофор.) Але це постійне зображення нелегко змінити. Як і в іграшці «Чарівний екран^[en]», будь-яке видалення або переміщення вимагає стирання всього екрану яскраво-зеленим спалахом, а потім повільного перемальовування всього зображення. Анімація за допомогою монітора такого типу непрактична.

Векторні дисплеї використовувалися для прозорих дисплеїв у винищувачах через яскравіше зображення, якого можна досягти, повільніше рухаючи електронний промінь по люмінофору. Яскравість була критично важливою, оскільки дисплей мав бути чітко видимим для пілота під прямими сонячними променями.

Безкоштовна відеогра, схожа на Asteroids, у яку грають на осцилографі, налаштованому в режимі XY

Векторні монітори також використовували в деяких аркадних іграх кінця 1970-х — середини 1980-х років, як от Armor Attack^[en], Asteroids, Omega Race^[en], Tempest^[en] та Star Wars^[en][5], а також у домашній відеоігровій консолі Vectrex^[en].

Компанія Hewlett-Packard випустила серію XY (векторних) дисплеїв із великим екраном, першим із яких був моделі 1300 (8x10 дюймів, 20 МГц). ЕПТ мала внутрішню, спеціально контуровану, дуже дрібну сітку, що працює на низькому потенціалі, розміщену після відхильних пластин на виході з гармати. Електростатичне поле 17 кВ між цією сіткою та окремим, провідним покриттям, зарядженим до кінцевого прискорювального потенціалу всередині колби ЕПТ, прискорювало електронний промінь як аксіально, так і радіально, розширюючи можливий розмір зображення, щоб покрити екран 8x10 дюймів ЕПТ довжиною 17,75 дюйма. Без сітки ЕПТ 8x10 дюймів мала б бути майже втричі довшою.^[6] Технологію розширювальної сітки розроблено на початку 1960-х років через необхідність керувати відхильними пластинами на високих частотах у компактних ЕПТ високої яскравості, що працюють на високих прискорювальних напругах, щоб скористатися перевагами нової на той час транзисторної технології, обмеженої лише низькими напругами. Значно громіздкіші та менш ефективні електростатичні відхильні підсилювачі на вакуумних лампах могли працювати на сотнях вольт.

Проєкційна система планетарію Digistar^[en], розроблена компанією Evans & Sutherland^[en], спочатку була векторним дисплеєм, який міг відображати як зірки, так і каркасну графіку. Пізніші версії використовують растрову проєкцію високої роздільності, але векторні Digistar та Digistar II встановлено в багатьох планетаріях, і деякі з них можуть досі працювати.^[7][8][9] Прототип Digistar використовувався для візуалізації 3D-зоряних полів у фільмі «Зоряний шлях 2: Гнів Хана». Інший векторний дисплей E&S, Picture System II, можливо, також використовувався для фільму.^[10]

Кольорові дисплеї

Деякі векторні монітори здатні відображати кілька кольорів, використовуючи або типовий RGB-кінескоп із тіньовою маскою^[en], або два шари люмінофору (так званий «колір проникнення^[en]»). У трубках проникнення, залежно від сили струму електронного променя, електрони можуть досягати (і засвічувати) один або обидва шари люмінофору, зазвичай даючи вибір зеленого, помаранчевого або червоного кольору. Tektronix кілька років виготовляла кольорові осцилографи з використанням кінескопів проникнення, але попит на них був низьким.^{[джерело?]}

Atari для опису версії з тіньовою маскою, застосовуваною в їхніх аркадних відеоіграх, використовувала термін «кольорове квадрасканування».^[11][12]

Деякі монохромні векторні дисплеї могли відображати колір за допомогою периферійних пристроїв, таких як Vectrex^[en]3-D Imager.

Див. також

• Векторна графіка
• Растрова розгортка