Vector Scan Display (Random-Scan Display)

ভেক্টর স্ক্যান ডিসপ্লে (Vector Scan Display) কী?

ভেক্টর স্ক্যান ডিসপ্লে (Vector Scan Display) — যা শিক্ষাঙ্গনে র‍্যান্ডম-স্ক্যান ডিসপ্লে (Random-Scan Display), স্ট্রোক-রাইটিং ডিসপ্লে (Stroke-Writing Display), ক্যালিগ্রাফিক ডিসপ্লে (Calligraphic Display) বা ডিরেক্টেড-বিম ডিসপ্লে (Directed-Beam Display) নামেও পরিচিত — হলো এমন এক ধরনের ক্যাথোড রে টিউব (CRT) ডিসপ্লে প্রযুক্তি, যেখানে ইলেকট্রন বিম পুরো স্ক্রিনের প্রতিটি পিক্সেল সারি ধরে ধরে না ঘুরে শুধুমাত্র যে অংশগুলোতে রেখা (line) বা জ্যামিতিক চিত্র আঁকতে হবে, সরাসরি সেই দিকেই পরিচালিত হয়।

সাধারণ রাস্টার ডিসপ্লেতে (যেমন আমাদের আধুনিক মনিটর বা সাধারণ সিআরটি টিভি) ইলেকট্রন বিম পুরো স্ক্রিনজুড়ে উপর থেকে নিচে প্রতিটি স্ক্যানলাইনে অনুভূমিকভাবে ক্রমাগত চলাচল করে। কিন্তু ভেক্টর স্ক্যান ডিসপ্লে একটি স্বয়ংক্রিয় রোবোটিক পেন-প্লটার (pen plotter)-এর মতো আচরণ করে:

• সরাসরি বিম স্টিয়ারিং (Directed Beam Steering): ডিফ্লেকশন কয়েলগুলো ইলেকট্রন বিমকে শুধুমাত্র দৃশ্যের জ্যামিতিক রেখাগুলোর নির্দিষ্ট স্থানাঙ্ক $(x_1, y_1) \to (x_2, y_2)$ বরাবর চালনা করে।
• স্ট্রোকের মাঝে ব্ল্যাঙ্কিং (Beam Blanking): যখন বিমকে এক রেখা থেকে দূরবর্তী অন্য রেখার শুরুতে সরিয়ে নিতে হয়, তখন বিম বন্ধ (blanked, $Z=0$) থাকে যাতে স্ক্রিনে কোনো অনাকাঙ্ক্ষিত দাগ না পড়ে। আর রেখা আঁকার সময় বিম চালু (unblanked, $Z=1$) করা হয়।
• নিখুঁত মসৃণতা: ইলেকট্রন বিম অ্যানালগ ভোল্টেজের মাধ্যমে অবিচ্ছিন্নভাবে সরলরেখা বরাবর ভ্রমণ করে বলে এতে কোনো পিক্সেল ভাঙা বা সিঁড়ির মতো খাঁজকাটা দাগ (aliasing বা jaggies) থাকে না। রেখাগুলো হয় ১০০% নিখুঁত ও তীক্ষ্ণ।

যেহেতু ফসফরের উজ্জ্বলতা চোখের পলকে (কয়েক মিলি-সেকেন্ডে) মিলিয়ে যায়, তাই ছবিকে চোখের সামনে অবিচল রাখতে পুরো ড্রয়িং ইনস্ট্রাকশনগুলোকে প্রতি সেকেন্ডে অন্তত ৩০ থেকে ৬০ বার ($30\text{–}60\text{ Hz}$) পুনরাবৃত্তি বা রিফ্রেশ (Refresh) করতে হয়।

---

সিস্টেম আর্কিটেকচার ও হার্ডওয়্যার উপাদানসমূহ

একটি ভেক্টর স্ক্যান ডিসপ্লে সিস্টেমে প্রতীকী কমান্ডকে অ্যানালগ ডিফ্লেকশন কারেন্টে রূপান্তরের জন্য বিশেষায়িত হার্ডওয়্যার উপাদান ব্যবহৃত হয়।

১. হোস্ট কম্পিউটার ও সিস্টেম মেমোরি

মূল কম্পিউটার অ্যাপ্লিকেশন প্রোগ্রাম (যেমন: CAD সফটওয়্যার) চালায়। দৃশ্যের যেকোনো বস্তু স্থান পরিবর্তন করলে হোস্ট সিপিইউ তাদের নতুন শীর্ষবিন্দুগুলো (vertices) হিসাব করে এবং ড্রয়িং কমান্ডের তালিকা মেমোরিতে লিখে দেয়।

২. ডিসপ্লে প্রসেসিং ইউনিট (DPU / Display Processor)

ডিসপ্লে প্রসেসিং ইউনিট (যাকে গ্রাফিক্স কন্ট্রোলারও বলা হয়) একটি বিশেষ কো-প্রসেসর যা সিপিইউ-র সাহায্য ছাড়াই স্বাধীনভাবে কাজ করে:

• এটি ডিসপ্লে বাফার থেকে ধারাবাহিকভাবে ছবি আঁকার ইনস্ট্রাকশন পড়ে।
• এটি MOVE, LINE, POINT, JUMP ইত্যাদি কমান্ড ডিকোড করে।
• এটি প্রতি সেকেন্ডে ৩০ থেকে ৬০ বার ডিসপ্লে ফাইলটি রিফ্রেশ করার সার্বিক সমন্বয় রক্ষা করে, যার ফলে মূল সিপিইউ রিফ্রেশ কাজের বিশাল চাপ থেকে সম্পূর্ণ মুক্ত থাকে।

৩. ডিসপ্লে বাফার (Display Buffer / Display File)

রাস্টার গ্রাফিক্সের মতো পিক্সেলের দ্বিমাত্রিক ম্যাট্রিক্স সংরক্ষণ না করে, ভেক্টর ডিসপ্লের মেমোরি বাফার একটি ডিসপ্লে ফাইল বা ডিসপ্লে লিস্ট ধারণ করে।

• এতে ড্রয়িং কমান্ড এবং তাদের শীর্ষবিন্দুর স্থানাঙ্ক বাইনারি আকারে সংরক্ষিত থাকে।
• মাত্র কয়েক শত বা কয়েক হাজার কোঅর্ডিনেট পেয়ার সংরক্ষণ করতে হয় বলে এর মেমোরির আকার হয় অত্যন্ত ক্ষুদ্র (কয়েক কিলোবাইট)।

৪. ভেক্টর জেনারেটর এবং ডিজিটাল-টু-অ্যানালগ কনভার্টার (DACs)

• X-DAC এবং Y-DAC: ডিজিটাল কোঅর্ডিনেট মানগুলোকে সমানুপাতিক অ্যানালগ ডিফ্লেকশন ভোল্টেজে রূপান্তর করে।
• ভেক্টর জেনারেটর (Vector Generator): প্রারম্ভিক বিন্দু $(x_1, y_1)$ থেকে শেষ বিন্দু $(x_2, y_2)$ পর্যন্ত মসৃণ ও রৈখিকভাবে ভোল্টেজ পরিবর্তন করে, যাতে স্ক্রিনের উপর ইলেকট্রন স্পটটি সুষম দ্রুতিতে চলাচল করে এবং রেখার সর্বত্র সমান উজ্জ্বলতা নিশ্চিত হয়।

৫. ডিফ্লেকশন অ্যাম্প্লিফায়ার এবং Z-অ্যাক্সিস তীব্রতা নিয়ন্ত্রণ

• ডিফ্লেকশন অ্যাম্প্লিফায়ার: উচ্চগতির অ্যানালগ সার্কিট যা সিআরটির গলায় থাকা কয়েলে প্রয়োজনীয় তড়িৎপ্রবাহ সরবরাহ করে।
• Z-অ্যাক্সিস কন্ট্রোল: ইলেকট্রন গানের কন্ট্রোল গ্রিডে ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ করে বিমকে অন ($Z=1$, যখন রেখা আঁকা হয়) কিংবা অফ ($Z=0$, যখন বিমকে এক স্থান থেকে অন্য স্থানে লাফ দিয়ে নেওয়া হয়) করে।

---

ডিসপ্লে লিস্টের গঠন ও কার্যপ্রণালী

ডিসপ্লে লিস্ট মূলত অ্যাসেম্বলি ল্যাঙ্গুয়েজের মতো নির্দেশমালার সমন্বয়ে গঠিত, যা একটি অন্তহীন লুপে DPU দ্বারা সম্পাদিত হয়:

text

Copy

---

ভেক্টর স্ক্যান বনাম রাস্টার স্ক্যান

কম্পিউটার গ্রাফিক্সের ইতিহাসে ভেক্টর স্ক্যান এবং রাস্টার স্ক্যানের মধ্যকার পার্থক্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ তাত্ত্বিক আলোচনার একটি।

---

টাইমিং বিশ্লেষণ ও ফ্লিকার সীমাবদ্ধতা (Flicker Limit)

ভেক্টর স্ক্যান সিআরটির সবচেয়ে বড় চ্যালেঞ্জ হলো দৃশ্যের জটিলতার কারণে ফ্লিকার সৃষ্টি হওয়া।

যেহেতু প্রতিটি রেখা আঁকতে একটি নির্দিষ্ট সময় ব্যয় হয়, তাই একটি পূর্ণ ফ্রেম আঁকার মোট সময় ($T_{\text{frame}}$):

$T_{\text{frame}} = \sum_{i=1}^{N} t_{\text{draw}_i} + \sum_{j=1}^{M} t_{\text{jump}_j}$

যেখানে:

• $N$ হলো দৃশ্যের মোট রেখাংশের সংখ্যা।
• $t_{\text{draw}}$ হলো একটি রেখা আঁকার সময়।
• $M$ হলো বিচ্ছিন্ন রেখাগুলোর মাঝে বিম সরিয়ে নেওয়ার সংখ্যা।
• $t_{\text{jump}}$ হলো বিম এক অবস্থান থেকে অন্য অবস্থানে লাফিয়ে যাওয়ার সময়।

সুতরাং ডিসপ্লের কার্যকর রিফ্রেশ রেট:

$f_{\text{refresh}} = \frac{1}{T_{\text{frame}}}$

স্ক্রিনের ছবিকে চোখের সামনে স্থিতিশীল রাখতে রিফ্রেশ রেট অন্তত $30\text{–}60\text{ Hz}$ হতে হয়:

$T_{\text{frame}} \le \frac{1}{30}\text{ s} \approx 33.3\text{ ms} \quad (\text{কিংবা } 60\text{ Hz-এর জন্য } \le 16.7\text{ ms})$

যদি কোনো দৃশ্যে অতিরিক্ত বেশি রেখা আঁকতে হয়, তবে $T_{\text{frame}}$ ফসফরের আলো জ্বলে থাকার সময়কে অতিক্রম করে ফেলে। ফলে শুরুতে আঁকা রেখাগুলো নিভে যাওয়ার আগেই বিম সেখানে ফিরে আসতে পারে না — যার ফলে স্ক্রিনজুড়ে তীব্র ফ্লিকার (ঝিকিমিকি) দেখা দেয়।

---

গাণিতিক উদাহরণ: সর্বোচ্চ রেখা ধারণক্ষমতা নির্ণয়

সমাধান:

ধাপ ১: ৬০ হার্টজে ফ্রেমের সর্বোচ্চ অনুমোদিত সময়

$T_{\text{frame}} = \frac{1}{60\text{ s}^{-1}} \approx 0.01667\text{ s} = 16,667\,\mu\text{s}$

ধাপ ২: প্রতিটি বিচ্ছিন্ন রেখাংশের মোট প্রয়োজনীয় সময়

$t_{\text{line\_total}} = t_{\text{jump}} + t_{\text{draw}} = 15\,\mu\text{s} + 35\,\mu\text{s} = 50\,\mu\text{s}$

ধাপ ৩: ৬০ হার্টজে সর্বোচ্চ রেখা সংখ্যা

$N_{\max} = \left\lfloor \frac{16,667\,\mu\text{s}}{50\,\mu\text{s}} \right\rfloor = 333\text{ টি রেখা}$

ধাপ ৪: ৩০ হার্টজে সর্বোচ্চ রেখা সংখ্যা

$T_{\text{frame}} = \frac{1}{30} \approx 33,333\,\mu\text{s}$ $N_{\max} = \left\lfloor \frac{33,333\,\mu\text{s}}{50\,\mu\text{s}} \right\rfloor = 666\text{ টি রেখা}$

---

ডিরেক্ট ভিউ স্টোরেজ টিউব (DVST)

ভেক্টর রিফ্রেশ ডিসপ্লের ফ্লিকার সমস্যা দূর করার জন্য ১৯৬০-এর দশকে ডিরেক্ট ভিউ স্টোরেজ টিউব (DVST) উদ্ভাবিত হয় (যেমন: বিখ্যাত Tektronix 4014 টার্মিনাল)।

কার্যপদ্ধতি

DVST-তে দুটি স্বতন্ত্র ইলেকট্রন গান ব্যবহৃত হয়:

1. রাইটিং গান (Primary Writing Gun): একটি উচ্চশক্তির সুক্ষ্ম বিম যা ভেক্টর নির্দেশনা অনুযায়ী ফসফর স্ক্রিনের ঠিক পেছনে থাকা ডাই-ইলেকট্রিক স্টোরেজ মেশে (storage mesh) আঘাত করে স্থির বৈদ্যুতিক চার্জের চিত্র তৈরি করে।
2. ফ্লাড গান (Flood Guns): টিউবের ভেতরে থাকা চওড়া আকারের নিম্নগতির ইলেকট্রন নির্গমন ব্যবস্থা। এটি ক্রমাগত পুরো স্ক্রিনে হালকা ইলেকট্রনের বর্ষণ ঘটায়। যেখানে রাইটিং গান ধনাত্মক চার্জ লিখেছিল, কেবল সেখান দিয়েই ফ্লাড গানের ইলেকট্রন অতিক্রম করে ফসফরকে ক্রমাগত উজ্জ্বল রাখে।

সুবিধা ও সীমাবদ্ধতা

• সুবিধা: কোনো রিফ্রেশ বাফার লাগে না; ফ্লিকারের কোনো ভয় ছাড়াই লক্ষ লক্ষ জটিল রেখার সার্কিট ডায়াগ্রাম প্রদর্শন করা যায়।
• সীমাবদ্ধতা: আংশিক মুছে ফেলা (selective erase) অসম্ভব। একটি মাত্র ভুল রেখা মুছতে হলেও পুরো স্ক্রিন এক ঝলক উজ্জ্বল আলোয় (green flash) সম্পূর্ণ পরিষ্কার করতে হয়। ফলে এটি দিয়ে কোনো বাস্তবসম্মত অ্যানিমেশন তৈরি করা যেত না।

---

ধারণাগত প্রশ্নোত্তর (Conceptual Questions)

প্রশ্ন ১: ভেক্টর স্ক্যান ডিসপ্লেকে ক্যালিগ্রাফিক বা ডিরেক্টেড-বিম ডিসপ্লে কেন বলা হয়?
উত্তর: ক্যালিগ্রাফি যেমন সুন্দর হস্তাক্ষরের মতো তুলি দিয়ে রেখা আঁকে, তেমনি ইলেকট্রন বিমটি সরাসরি কেবল রেখার ওপর দিয়ে চলে বলে একে ক্যালিগ্রাফিক ডিসপ্লে বলে। আর বিমকে নির্দিষ্ট স্থানাঙ্কের দিকে সরাসরি লক্ষ্যভেদীভাবে পরিচালনা করা হয় বলে একে ডিরেক্টেড-বিম ডিসপ্লে বলা হয়।

প্রশ্ন ২: ভেক্টর স্ক্যান ডিসপ্লে সিস্টেমে Z-অ্যাক্সিসের ভূমিকা কী?
উত্তর: $X$ এবং $Y$ অ্যাক্সিস বিমকে স্ক্রিনের নির্দিষ্ট বিন্দুতে পরিচালনা করে। আর $Z$-অ্যাক্সিস বিমের তীব্রতা (brightness/intensity) নিয়ন্ত্রণ করে। বিমকে যখন ড্রয়িং ছাড়া এক বিন্দু থেকে অন্য বিন্দুতে নিতে হয়, তখন $Z=0$ করে বিম বন্ধ (blanked) রাখা হয়। রেখা আঁকার সময় $Z=1$ করে বিম চালু করা হয়।

প্রশ্ন ৩: সাধারণ কম্পিউটারের জন্য ভেক্টর ডিসপ্লে কেন বিলুপ্ত হয়ে গেল?
উত্তর: ১. বাস্তবসম্মত ছবি, শেডিং ও টেক্সচার দেখাতে না পারা; ২. উচ্চগতির অ্যানালগ ডিফ্লেকশন অ্যাম্প্লিফায়ারের অত্যধিক উৎপাদন খরচ; ৩. রেখার সংখ্যা বাড়লেই ফ্লিকার তৈরি হওয়া; এবং ৪. আশির দশকে র‍্যামের দাম নাটকীয়ভাবে কমে যাওয়ায় রাস্টার ফ্রেম বাফার সুলভ হয়ে ওঠা।

---