Классификация алгоритмов компьютерной графики


Содержание

Классификация алгоритмов машинной графики

Группы и назначение алгоритмов машинной графики верхнего и нижнего уровня. Учет свойств поверхности тела. Уравнения линий, эллипсов. Построение окружностей аппроксимацией отрезками. Отсечение нелицевых граней. Принципы построения полутоновых изображений.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид презентация
Язык русский
Дата добавления 14.08.2013
Размер файла 10,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Этапы развития компьютерной графики. Общее понятие про трехмерную графику. Организация процесса построения проекции. Проволочная модель, отсечение нелицевых граней, вращение. Программная реализация построения изображения. Построение сложных моделей.

курсовая работа [142,7 K], добавлен 11.06.2012

Современные алгоритмы машинной графики. Алгоритмы построения изображения. Глобальная модель освещения Уиттеда. Выбор и обоснование языка и среды программирования. Вспомогательные классы свойств трехмерных объектов. Условия применения программы.

курсовая работа [785,7 K], добавлен 24.06.2009

Выбор, обоснование и описание используемых алгоритмов и понятий машинной графики. Типы, структуры данных и функции, использованные при реализации программного комплекса. Тип и структура файла для хранения ландшафта. Связи между модулями программы.

курсовая работа [2,8 M], добавлен 24.06.2009

Недостатки и преимущества векторной графики — программы для построения геометрических объектов — линий, эллипсов, прямоугольников, многоугольников и дуг. Математические основы и средства создания изображений. Структура иллюстрации (контур, заливка).

презентация [130,9 K], добавлен 12.02.2014

Сферы применения машинной графики. Виды компьютерной графики. Цветовое разрешение и цветовые модели. Программное обеспечение для создания, просмотра и обработки графической информации. Графические возможности текстовых процессоров, графические редакторы.

контрольная работа [21,9 K], добавлен 07.06.2010

Использование алгоритмов машинной графики для разработки модели прозрачных и отражающих объектов. Визуальная оценка реалистичности изображения, эффектов отражения и преломления. Поиск отраженного и преломленного лучей. Описание интерфейса программы.

курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.06.2013

История развития компьютерной графики. Возникновение компьютерной (машинной) графики: научной, деловой, конструкторской, иллюстративной, художественной и рекламной. Компьютерная анимация. Графика для Интернета. Векторная графика и художественные эффекты.

курсовая работа [692,0 K], добавлен 12.11.2014

Описание и изучение техники построения плоских и трехмерных изображений чертежей машиностроительных деталей средствами компьютерной графики: втулка, гайка, штуцер. Выполнение упрощенного теоретического чертежа судна на плоскости: бок, корпус, полуширота.

курсовая работа [832,6 K], добавлен 15.08.2012

Понятия компьютерной графики, история развития. Краткая характеристика программных пакетов, элементы публикации. Виды текстуры, моделирование энергетических преобразований в системах. Стандарты обмена данными. Векторные форматы графических файлов.

дипломная работа [1,1 M], добавлен 14.12.2013

Процесс выделения некоторой части изображения при помощи компьютерной графики. Применение отсечения для устранения ступенчатости. Алгоритмы удаления невидимых линий и поверхностей. Построение теней и формирование фактуры. Способы двумерного отсечения.

презентация [145,7 K], добавлен 14.08.2013

Классификация систем компьютерной графики

Для классификации систем компьютерной графики обычно используются следующие критерии [9, 12, 16, 15]:

· способ вывода изображения на графическом устройстве;

· модель описания графических объектов;

· соотношения между изображениями или их элементами;

· назначение системы компьютерной графики.

Рассмотрим системы компьютерной графики в соответствии с приведенными выше критериями.

Способ вывода изображения на графическом устройстве. В компьютерной графике наиболее известны два способа вывода изображения: растровый и векторный. Первый способ ассоциируется с такими графическими устройствами, как растровый дисплей, принтер, сканер. Второй используется в векторных дисплеях, графопостроителях, плоттерах.

Растровый способ основывается на представлении изображения в виде совокупности отдельных точек, которые называются пикселами (или пикселями). Вместе пикселы образуют растр.

Векторный способ основывается на формировании изображения рисованием линий (векторов) — прямых или кривых. Сово­купность типов линий (графических примитивов), которые используются как базовые для векторной визуализации, зависит от определенного устройства. Типичная последовательность действий при векторной визуализации для векторного дисплея или плоттера:

· переместить перо в начальную точку – для плоттера или отклонить пучок электронов – для векторного дисплея;

· опустить перо – для плоттера или увеличить яркость луча – для векторного дисплея;

· переместить перо или луч в конечную точку;

· поднять перо – для плоттера или уменьшить яркость луча – для векторного дисплея.

Качество векторной визуализации для векторных устройств обуславливается точностью вывода и номенклатурой базовых графических примитивов – линий, дуг, эллипсов и др.

В настоящее время доминирует растровый способ визуализации. Это обусловлено большой распространенностью растровых устройств – дисплеев, принтеров, сканеров. Причина этого – относительно низкая цена, высокая скорость вывода изображения, большое количество возможных цветов, несложная реализация вывода полноцветных изображений. Недостаток растровых устройств – дискретность изображения.

Недостатки векторных устройств – проблемы сплошного заполнения фигур, меньшее количество цветов, меньшая скорость вывода относительно растровых устройств.

Модель описания графических объектов. Для описания формы плоских фигур и объемных поверхностей могут использоваться разнообразные модели и методы [9, 12, 15, 16]. Модели описания графических объектов можно подразделить на растровые, векторные и фрактальные.

К группе растровых моделей можно отнести:

· обычный растр – двухмерный массив, растр, матрица, каждый элемент которого сохраняет значение цвета пиксела (pixelpicture element);

· воксельная модель – описание при помощи трехмерного растра, каждый воксел (voxelvolume element) является элементом объема, имеет трехмерные координаты и характеризуется цветом;

· растр с равномерной сеткой – двухмерный массив (растр, матрица) с одинаковыми расстояниями между узлами по оси x и y, каждый элемент которого описывает координаты точки поверхности и сохраняет значение высоты (координаты z);

· растр с неравномерной сеткой — множество отдельных точек, принадлежащих поверхности.

К группе векторных моделей можно отнести следующие модели:

· аналитическая модель — описание линий, фигур и поверхностей при помощи математических формул;

· векторная полигональная модель – описание при помощи вершин, отрезков прямых (векторов), полилиний, полигонов, полигональных поверхностей;

Фрактальные модели, как и векторные, основаны на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальных моделей является фрактальная формула или алгоритм. При этом никаких объектов в памяти компьютера не хранится, и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом могут быть построены как простейшие регулярные, так и сложные изображения, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты. Например, облака, растительные формы, заряд на поверхности диэлектрика и т.д.

Многие объекты окружающего мира обладают свойством «самоподобия» или геометрической инвариантности к пространственному масштабу. Если рассматривать эти объекты в разном масштабе, то постоянно обнаруживаются подобные фундаментальные элементы. При увеличении масштаба такого объекта открываются неразличимые ранее фрагменты, сходные по структуру с фрагментами предыдущего уровня разрешения. Такой процесс укрупнения масштаба изображения принципиально отличается от увеличения фотографии по ее негативу или от растяжения выделенного фрагмента растровой картинки, при которых усиливается зернистость без появления новых более мелких фрагментов.

Векторные модели в этом случае также мало применимы. Математическое описание бесконечно дробимых объектов уравнениями линий или поверхностей чрезвычайно громоздко из-за необъятного количества мельчайших фрагментов.

Для преодоления указанных трудностей математиком Исследовательского центра корпорации IBM Бенуа Мандельбротом в 1975 г. Был введен термин «фрактал» (от лат. fractus – раздробленный, разбитый), а в 1982 году опубликована основополагающая книга «Фрактальная геометрия природы» [], в которой описаны фрактальные множества, их свойства методы получения и изображения.

В настоящее время фракталы успешно используются в компьютерной графике для визуализации многих природных объектов и явлений, построения компьютерных пейзажей, красочных и загадочных иллюстраций, в форматах графических файлов для сжатия графической информации без потерь качества изображения. Фракталы также применяются в физике, химии, технических науках для описания структуры и поведения естественных и искусственных систем.

Преобразование моделей. Наиболее удобно, когда способ описания графических объектов изображения соот­ветствует способу визуализации. Иначе нужна конвертация. Например, изображение может храниться в растровом виде, а его необходимо вывести (ви­зуализировать) на векторном устройстве. Для этого нужна предварительная векторизация— преобразование из растрового описания в векторное. Или наоборот, описание изображения может быть в векторном виде, а его нужно ви­зуализировать на растровом устройстве — необходима растеризация (растрирование) изображения.

Модели описания графических объектов и способы их преобразования представлены в разделе 2.2. Более подробно с моделями описания графических объектов и преобразованиями моделей можно познакомиться в [ ]. В частности, фрактальной геометрии и фракталам посвящены монографии [].

Характер изображения. Любой объект может быть изображен различными способами. В одном случае необходимо показать внутреннюю структуру объекта, в другом — внешнюю форму объекта, в третьем — имитировать реальную действительность, в четвертом — поразить зрителя чем-то неизвестным. Условно системы компьютерной графики можно разделить по характеру изображения, и как следствие, по степени сложности соответствующих алгоритмов на следующие уровни:

· каркасная (проволочная) визуализация без удаления невидимых линий;


· показ поверхности в виде многогранников с плоскими гранями или сплайнов с удалением невидимых точек и линий;

· показ поверхности с учетом освещенности источниками света;

· показ реалистического изображения поверхности с учетом освещенности источниками света, имитации глянцевых и матовых поверхностей, структуры материалы, различных эффектов (например, эффекта тени).

Каркасная (проволочная) визуализация без удаления невидимых линий — это самый простой уровень визуализации, который не всегда дает адекватное представление об изображаемых объектах. Действительно, при таком характере изображения может возникнуть неоднозначность восприятия объекта, так как объект изображается без учета глубины (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5. Каркасная проволочная визуализация без удаления невидимых линий.

Более сложной является каркасная визуализация объектов с удалением невидимых линий. Данный уровень визуализации широко применяется в САПР, черчении при построении видов и проекций объектов, а также для упрощенного показа трехмерных объектов. На рисунке 1.6 показан каркасный объект с упорядочением по глубине (depth cueing).

Рисунок 1.6. Каркасное изображение объекта с упорядочением по глубине.

По мере стремления к реалистичным изображениям возрастает и сложность процесса графического вывода. Для этого компьютерная графика использует, или, по крайней мере, моделирует законы оптики, которые описывают распространение, отражение и преломление света, правила построения теней и т.д. Наиболее сложным является построение реалистических изображений, учитывающих не только расположение и интенсивность источников света, но также вид материала и структуру поверхности объектов, взаимное расположение объектов и источников света.

Часто в системах компьютерной графики имеется возможность выводить одни и те же графические объекты с использованием разных уровней визуализации. Выбор того или иного характера изображения зависит от особенностей предметной области и решаемой задачи, имеющихся вычислительных ресурсов, используемых программных средств и других факторов []. Визуализация графических объектов различного характера подробнее рассматривается в разделе 2.6 главы II. В других главах и разделах рассматриваются методы и алгоритмы, позволяющие строить изображения различного характера.

Выбор того или иного характера изображения зависит от особенностей предметной области и решаемой задачи, имеющихся вычислительных ресурсов, используемых программных средств и других факторов [].

Уровень интерактивности. Уровень интерактивности определяет возможности, доступные пользователю при управлении изображением. Выделяются пакетная(автоматическая или пассивная) и интерактивная (автоматизированная или диалоговая) компьютерная графика.

В первом случае графическая система получает исходные данные и после этого работает без дальнейшего вмешательства человека и, в конце концов, выдает готовый результат. Основные преимущества такого режима работы — потенциально меньшие затраты машинного времени, высокая степень автоматизации, возможность выполнить задачу без вмешательства человека.

В интерактивной компьютерной графике пользователь имеет возможность динамически управлять работой системы, содержанием изображения и его параметрами (цветом, формой, размерами) с помощью специальных устройств управления. Интерактивный режим упрощает решение многих сложных задач и позволяет оптимально сочетать преимущества и производительность ЭВМ с эвристическим, творческим характером деятельности человека. Другим преимуществом диалогового режима является возможность показа во времени и пространстве реальных и абстрактных процессов.

Рисунок 1.7. Структура системы интерактивной компьютерной графики

Одно из основных достоинств компьютерной технологии состоит в том, что она позволяет пользователю оперативно взаимодействовать с компьютером в процессе решения определенной проблемы. Пользователь передает компьютеру информацию через устройства ввода. Со стороны компьютера основным средством общения является дисплей, на экране которого компьютер демонстрирует результаты работы. Компьютер обрабатывает данные и команды, поступившие от пользователя, обрабатывает их и выдает результат. Затем цикл повторятся вновь. Подавляющее большинство современных программ, начиная с программных сред разработки программного обеспечения и, заканчивая справочными системами, работают в соответствии с указанным принципом.

Интерактивная компьютерная графика берет свое начало с работ Айвена Сазерленда. В системах интерактивной компьютерной графики пользователь воспринимает на дисплее изображение, представляющее часто достаточно сложный объект, и может вносить изменения в описание (модель) объекта (рисунок 1.7). Такими изменениями могут быть как ввод и редактирование отдельных графических элементов, так и задание числовых значений для любых параметров, а также другие операции по вводу информации на основе восприятия изображений.

За те годы, которые прошли со времени работ Сазерленда, и аппаратные, и программные средства интерактивных графических систем, но фундаментальные идеи интерактивной компьютерной графики, введенные им в научный оборот, остались прежними. Эти идеи охватывают широкий круг вопросов, начиная от концепции взаимодействия человека с компьютером, и заканчивая методами структурирования графических данных, обеспечивающими эффективную реализацию таких систем.

Роль изображения. Данный критерий определяет, в какой степени получаемое в системе компьютерной графики изображение является средством для достижения цели или самой целью. Например, в картографии, изготовлении чертежей, компьютерной живописи, полиграфии полученное изображение является результатом.

В другом случае во многих видах компьютерного проектирования полученное изображение служит для визуализации геометрических свойств рассматриваемого объекта. В автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) графическое изображение позволяет наглядно интерпретировать контролируемы процессы и состояние оборудования. В этих применениях компьютерной графики фаза получения изображения относительно небольшая часть обширного процесса, целью которого является формирование и последующая обработка информации с помощью комплекса прикладных программ.

Соотношения между изображениями или их элементами.Изображения или их элементы могут находиться в определенных логических и/или временныхсоотношениях.Системы компьютерной графикимогут в заданный момент времени создавать или обрабатывать:

· одно единственное изображение;

· изменяющуюся во времени последовательность изображений с учетом динамики движения или динамики изменения;

· структурную совокупность объектов.

Назначение системы компьютерной графики. Ранее отмечалось, что системы компьютерной графики находят все более широкое применение в научных исследованиях, образовании, бизнесе и других сферах человеческой деятельности. Тем не менее, все системы компьютерной графики по назначению можно отнести к одному из следующих классов:

· системы для формирования и обработки векторных изображений двухмерной (2D) графики;

· системы для формирования и обработки растровых изображений двухмерной (2D) графики;

· системы для формирования и обработки векторных изображений трехмерной (3D) графики;

· системы для формирования и обработки растровых изображений трехмерной (3D) графики;

· системы для формирования и обработки двухмерной (2D) анимации;

· системы для формирования и обработки трехмерной (3D) анимации;

· системы фрактальной графики (как 2D, так и 3D-графики).

Двухмерная (2D) графика является основой всей компьютерной графики, в том числе и 3D-графики. Системы 3D-графики и анимации являются одним из самых сложных направлений компьютерной графики, они предназначены для создания искусственных предметов и персонажей, их анимации и совмещения с реальными предметами и интерьерами. Широкое применение 3D-графика находит в автоматизированном проектировании, компьютерных играх, кино и теле-индустрия. Освоение 3D-графики требует немало времени и мощных системных ресурсов. Чтобы результат выглядел фотореалистично, необходимо освоить 3D-моделирование, уметь правильно осветить сцену, найти хороший ракурс камеры, подобрать материал и текстуры.

Ряд программ сочетает средства создания как растровой, так и векторной графики. В большей или меньшей степени возможность работать с «неродным» форматом присуща всем популярным графическим программам.

Лидером на рынке фрактальных графических программ до продажи своих программных продуктов другим фирмам являлась компания Meta Creations. Спектр ее продуктов охватывает многие области компьютерной графики. Например, программа для создания и обработки высокохудожественных растровых иллюстраций Fractal Design Painter; комбинированная векторная и растровая программа Fractal Design Expression для создания и редактирования векторных объектов при помощи растровых инструментов; программа Fractal Design Detailer для закраски поверхностей 3D-моделей; программа Fractal Design Poser для интеграции 2D-изображений, 3D-сцены, Web-графики и анимации; а также набор программных модулей (фильтров) для расширения возможностей Adobe Photoshop, Illustrator.

Дата добавления: 2020-11-18 ; просмотров: 928 | Нарушение авторских прав

Классификация компьютерной графики

Классифицировать КГ можно по следующим критериям:

В зависимости от организации работы графической системы

1. пассивная или не интерактивная – это организация работы графической системы, при которой дисплей используется только для вывода изображения под управлением программы без вмешательства пользователя. Графическое представление после получения не может быть изменено.

2. активная или интерактивная (динамическая, диалоговая) – это воспроизведение на экране изображений под управлением пользователя.

В зависимости от способа формирования изображения

растровая графика – это графика, в которой изображение представляется двумерным массивом точек, которые являются элементами растра. Растр – это двумерный массив точек (пикселей), упорядоченных в строки и столбцы, предназначенных для представления изображения путем окраски каждой точки в определенный цвет.

2. векторная графика – метод построения изображений, в котором используются математические описания для определения положения, длины и координаты выводимых линий.

3. фрактальная графика – напрямую связана с векторной. Как и векторная, фрактальная графика вычисляемая, но отличается тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся.

4. 3D-графика.

В зависимости от цветового охвата различают черно-белую и цветную графики.

В зависимости от способов показа изображения

1. иллюстративная графика – способ изображения графического материала.

2. демонстративная графика – связана с динамическими объектами.

Технологии изображения динамических объектов используют три основных способа:

1. рисование – стирание;

3. динамические образы.

Средства создания и обработки демонстративной графики подразделяют на анимацию (двухмерную и трехмерную), обработку и вывод живого видео и разнообразные специальные обработчики видеоматериалов.

В зависимости от способов применения

1. научная графика – вывод графиков на плоскости и в пространстве, решение систем уравнений, графическая интерпретация (MathCAD).

2. инженерная графика (системы автоматизации проектных работ) – различные применения в машиностроении, в проектировании печатных плат, архитектуре и т. д.

3. деловая графика – построение графиков, диаграмм, создание рекламных роликов, демонстраторов.

Деловая графика

Понятие деловой графики включает методы и средства графической интерпретации научной и деловой информации: таблицы, схемы, диаграммы, иллюстрации, чертежи.

Среди программных средств КГ особое место занимают средства деловой графики. Они предназначены для создания иллюстраций при подготовке отчетной документации, статистических сводок и других иллюстративных материалов. Программные средства деловой графики включаются в состав текстовых и табличных процессоров.

В среде MS Office имеются встроенные инструменты для создания деловой графики: графический редактор Paint, средство MS Graph, диаграммы MS Excel.


Виды компьютерной графики

Несмотря на то, что для работы с КГ существует множество классов программного обеспечения, выделяют всего три вида КГ: растровую, векторную и фрактальную графику. Они различаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровая графика применяется при разработке электронных и полиграфических изданий.

Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели сканируют иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображения, сколько на их обработку. В Интернете, в основном, применяются растровые иллюстрации.

Программные средства для работы с векторной графикой наоборот предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики намного проще. Существуют примеры высокохудожественных произведений, созданных средствами векторной графики, но они скорее исключение, чем правило, поскольку художественная подготовка иллюстраций средствами векторной графики чрезвычайно сложна.

Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику редко применяют для создания печатных или электронных документов, но ее часто используют в развлекательных программах.

Растровая графика. Основным элементом растрового изображения является точка. Если изображение экранное, то эта точка называется пикселом. Отличительными особенностями пиксела являются его однородность (все пикселы по размеру одинаковы) и неделимость (пиксел не содержит более мелких пикселов). В зависимости от того, на какое графическое разрешение экрана настроена операционная система компьютера, на экране могут размещаться изображения, имеющие 640х480, 800х600, 1024х768 и более пикселов.

С размером изображения непосредственно связано его разрешение. Этот параметр измеряется в точках на дюйм (dots per inch — dpi). У монитора с диагональю 15 дюймов размер изображения на экране составляет примерно 28х21 см. Зная, что в 1 дюйме 25,4 мм, можно рассчитать, что при работе монитора в режиме 800х600 пикселов разрешение экранного изображения равно 72 dpi.

При печати разрешение должно быть намного выше. Полиграфическая печать полноцветного изображения требует разрешения не менее 300 dpi. Стандартный фотоснимок размером 10х15 см должен содержать примерно 1000х1500 пикселов.

Цвет любого пиксела растрового изображения запоминается в компьютере с помощью комбинации битов. Чем больше битов, тем больше оттенков цветов можно получить. Число битов, используемых компьютером для любого пиксела, называется битовой глубиной пиксела. Наиболее простое растровое изображение, состоящее из пикселов имеющих только два цвета – черный и белый, называется однобитовыми изображениями. Число доступных цветов или градаций серого цвета равно 2 в степени равной количеству битов в пикселе. Цвета, описываемые 24 битами, обеспечивают более 16 миллионов доступных цветов и их называют естественными цветами.

Растровые изображения обладают множеством характеристик, которые должны быть организованы и фиксированы компьютером. Размеры изображения и расположение пикселов в нем это две основные характеристики, которые файл растровых изображений должен сохранить, чтобы создать картинку. Даже если испорчена информация о цвете любого пиксела и любых других характеристиках компьютер все равно сможет воссоздать версию рисунка, если будет знать, как расположены все его пикселы. Пиксел сам по себе не обладает размером, он всего лишь область памяти компьютера, хранящая информацию о цвете, поэтому коэффициент прямоугольности изображения (определяет количество пикселов матрицы рисунка по горизонтали и по вертикали) не соответствует никакой реальной размерности. Зная только коэффициент прямоугольности изображения с некоторой разрешающей способностью можно определить настоящие размеры рисунка.называется овое изображение состоит из пикселов имеющих тлько два цвета — черный села. в. по вертикали. координаты выводимых ли

Разрешающая способность растра – это просто число элементов (пиксел) заданной области (дюйм). Файлы растровой графики занимают большое количество памяти компьютера. Наибольшее влияние на количество памяти оказывают три фактора:

2. битовая глубина цвета;

3. формат файла, используемый для хранения изображения.

Достоинства растровой графики:

1. аппаратная реализуемость;

2. программная независимость (форматы файлов, предназначенные для сохранения точечных изображений, являются стандартными, поэтому не имеют решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение);

3. фотореалистичность изображений.

Недостатки растровой графики:

1. значительный объем файлов (определяется произведением площади изображения на разрешение и на глубину цвета (если они приведены к единой размерности);

2. принципиальные сложности трансформирования пиксельных изображений;

3. эффект пикселизации – связан с невозможностью увеличения изображения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение приводит к тому, что точки становятся крупнее. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается, а увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает ее грубой;

4. аппаратная зависимость – причина многих погрешностей;

5. отсутствие объектов.

Векторная графика. Если в растровой графике основным элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия (при этом неважно, прямая это линия или кривая).

Разумеется, в растровой графике тоже существуют линии, но там они рассматриваются как комбинации точек. Для каждой точки линии в растровой графике отводится одна или несколько ячеек памяти (чем больше цветов могут иметь точки, тем больше ячеек им выделяется). Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти она занимает. В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку она представляется в виде формулы, а точнее говоря, в виде нескольких параметров. Что бы мы ни делали с этой линией, изменяются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии.

Илон Маск рекомендует:  Что такое код create database

Линия– это элементарный объект векторной графики. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в более сложные (например, объект четырехугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а объект куб еще более сложен: его можно рассматривать либо как 12 связанных линий, либо как 6 связанных четырехугольников). Из-за такого подхода векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой.

П р и м е р. В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать в виде

Видно, что для записи достаточно девяти параметров. Для задания отрезка кривой третьего порядка надо иметь на два параметра больше. Если добавить к ним параметры, выражающие такие свойства линии, как толщина, цвет, характер и прочее, то для хранения одного объекта достаточно будет 20-30 байтов оперативной памяти. Достаточно сложные композиции, насчитывающие тысячи объектов, расходуют лишь десятки и сотни Кбайт.

Как и все объекты, линии имеют свойства: форма линии, ее толщина, цвет, характер (сплошная, пунктирная и т. п.). Замкнутые линии имеют свойство заполнения. Внутренняя область замкнутого контура может быть заполнена цветом, текстурой, картой. Простейшая линия, если она не замкнута, имеет две вершины, которые называются узлами. Узлы тоже имеют свойства, от которых зависит, как выглядит вершина линии и как две линии сопрягаются между собой.

Заметим, что объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров, но на экран все изображения все равно выводятся в виде точек (просто потому, что экран так устроен). Перед выводом на экран каждого объекта программа производит вычисления координат экранных точек в изображении объекта, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой. Аналогичные вычисления производятся и при выводе объектов на принтер.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ. РАСТРОВЫЕ АЛГОРИТМЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДИМОСТИ, ЗАКРАШИВАНИЕ

Помимо ранее рассмотренной работы с матрицами и векторами (которые фактически являются частью линейной алгебры), в компьютерной графике существует целый ряд своих алгоритмов и методов. В этой главе рассмотрим основные алгоритмы для решения следующих задач — растеризации геометрических примитивов, определения видимости при проектировании на плоскость, определения освещенности и закрашивания.

Растровые алгоритмы

Практически вся современная компьютерная графика является растровой, т.е. она строит двухмерные изображения, состоящие из отдельных пикселов. Каждый пиксел обладает своими координатами и своим цветом. Все пикселы расположены на растровой сетке, которая представляет собой множество точек на плоскости с целочисленными координатами (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Растровая сетка

Обычно мы работаем с трехмерными объектами, заданными своими координатами. Все операции задаются именно над этими объектами, и на определенном этапе возникает задача растеризации — перевода идеальных математических объектов (таких как треугольники) в набор пикселов.

При растеризации объектов возникает следующее естественное требование: если исходный объект является связным (т.е. две его любые точки можно соединить линией, целиком лежащей в данном объекте), то и его растровое представление тоже должно быть связным в некотором смысле. Говоря о связности на растровой сетке, обычно рассматривают следующие два определения связности — 4-связность и 8-связностъ.

тогда и только тогда, когда выполнено неравенство |^-.г| + 0 — г/, | уа) и B(xh, уь) с целочисленными координатами. Наложим на эти координаты одно дополнительное условие:

Рис. 7.3. Растеризация отрезка АВ

Общий случай произвольного отрезка легко может быть сведен к данному путем несложных преобразований, таких как перестановка местами точек А и В, а также координат х и у.

Самый простой способ получения 8-связной развертки отрезка АВ заключается в использовании уравнения прямой, проходящей через точки Л и В в виде у = kx + b. При этом, в силу наложенного условия, 0 х ь- х *

если мы умножим все dj на хь — ха, то придем к использованию только целых чисел. В результате приходим к следующему коду, использующему только целые числа и операции с ними:

Описанный выше алгоритм можно легко модифицировать для получения 4-связной развертки отрезка.

Далее перейдем к задаче растеризации треугольника. Эта задача крайне важна, поскольку основная часть геометрии для рендеринга задается в виде наборов треугольников и современные GPU имеют аппаратную поддержку растеризации треугольников.

Обратите внимание, что если просто растеризовать ребра треугольника, а затем заполнить пространство между ними, то можно получить пикселы, лежащие вне исходного треугольника (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Растеризация ребер треугольника

Рис. 7.5. Верхние и левые ребра для набора треугольников

Очень часто модели задаются в виде наборов треугольников, при этом одно и то же ребро, как правило, принадлежит сразу двум треугольникам. Поэтому крайне нежелательно не только получение пикселов, не лежащих внутри треугольника, но и получение дубликатов, т.е. когда один и тот же пиксел получается при растеризации двух соседних треугольников, — каждый пиксел в этом случае должен возникать всего один раз. Во избежание этого обычно используют следующий подход: пиксел генерируется только тогда, когда его центр либо лежит строго внутри треугольника, либо когда он лежит на верхнем или левом ребре треугольника (рис. 7.5).

Дальше рассмотрим алгоритм растеризации треугольника, который часто используется в графических процессорах. Этот алгоритм очень прост и эффективен. Основная идея алгоритма заключается в том, что произвольный треугольник можно описать с помощью трех прямых, проходящих через его ребра (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Треугольник, задаваемый с помощью трех прямых

Произвольная прямая, задаваемая уравнением Ах + By + С = О, разбивает всю плоскость на две полуплоскости: в одной из них Ах + Ву+С >0, в другой — Ах + Ву+С 0. Если это не так, достаточно просто умножить уравнение прямой на -1. Тогда весь треугольник может быть представлен как пересечение трех полуплоскостей, задаваемых уравнениями А.х + В.у+С. >0, i = 1,2,3. В результате, для того чтобы проверить, лежит ли заданный пиксел внутри треугольника, достаточно просто подставить его координаты в уравнения этих плоскостей. Если при этом все три полученные числа положительны, то пиксел лежит внутри треугольника, если получено хотя бы одно отрицательное значение — то соответствующий пиксел лежит вне треугольника.

Ниже приводится код, который но трем точкам находит коэффициенты прямой, проходящей через первые две так, что третья точка лежит в положительной полуплоскости относительно этой прямой:

Зная координаты вершин треугольника, можно найти все необходимые коэффициенты прямых. Также но координатам вершин нетрудно рассчитать минимальный прямоугольник с ребрами, параллельными координатным осям, содержащий наш треугольник внутри. Подобный прямоугольник описывается уравнениями Т,и„

Классификация систем компьютерной графики

Для классификации систем компьютерной графики обычно используются следующие критерии [9, 12, 16, 15]:

· способ вывода изображения на графическом устройстве;

· модель описания графических объектов;

· соотношения между изображениями или их элементами;

· назначение системы компьютерной графики.


Рассмотрим системы компьютерной графики в соответствии с приведенными выше критериями.

Способ вывода изображения на графическом устройстве. В компьютерной графике наиболее известны два способа вывода изображения: растровый и векторный. Первый способ ассоциируется с такими графическими устройствами, как растровый дисплей, принтер, сканер. Второй используется в векторных дисплеях, графопостроителях, плоттерах.

Растровый способ основывается на представлении изображения в виде совокупности отдельных точек, которые называются пикселами (или пикселями). Вместе пикселы образуют растр.

Векторный способ основывается на формировании изображения рисованием линий (векторов) — прямых или кривых. Сово­купность типов линий (графических примитивов), которые используются как базовые для векторной визуализации, зависит от определенного устройства. Типичная последовательность действий при векторной визуализации для векторного дисплея или плоттера:

· переместить перо в начальную точку – для плоттера или отклонить пучок электронов – для векторного дисплея;

· опустить перо – для плоттера или увеличить яркость луча – для векторного дисплея;

· переместить перо или луч в конечную точку;

· поднять перо – для плоттера или уменьшить яркость луча – для векторного дисплея.

Качество векторной визуализации для векторных устройств обуславливается точностью вывода и номенклатурой базовых графических примитивов – линий, дуг, эллипсов и др.

В настоящее время доминирует растровый способ визуализации. Это обусловлено большой распространенностью растровых устройств – дисплеев, принтеров, сканеров. Причина этого – относительно низкая цена, высокая скорость вывода изображения, большое количество возможных цветов, несложная реализация вывода полноцветных изображений. Недостаток растровых устройств – дискретность изображения.

Недостатки векторных устройств – проблемы сплошного заполнения фигур, меньшее количество цветов, меньшая скорость вывода относительно растровых устройств.

Модель описания графических объектов. Для описания формы плоских фигур и объемных поверхностей могут использоваться разнообразные модели и методы [9, 12, 15, 16]. Модели описания графических объектов можно подразделить на растровые, векторные и фрактальные.

К группе растровых моделей можно отнести:

· обычный растр – двухмерный массив, растр, матрица, каждый элемент которого сохраняет значение цвета пиксела (pixelpicture element);

· воксельная модель – описание при помощи трехмерного растра, каждый воксел (voxelvolume element) является элементом объема, имеет трехмерные координаты и характеризуется цветом;

· растр с равномерной сеткой – двухмерный массив (растр, матрица) с одинаковыми расстояниями между узлами по оси x и y, каждый элемент которого описывает координаты точки поверхности и сохраняет значение высоты (координаты z);

· растр с неравномерной сеткой — множество отдельных точек, принадлежащих поверхности.

К группе векторных моделей можно отнести следующие модели:

· аналитическая модель — описание линий, фигур и поверхностей при помощи математических формул;

· векторная полигональная модель – описание при помощи вершин, отрезков прямых (векторов), полилиний, полигонов, полигональных поверхностей;

Фрактальные модели, как и векторные, основаны на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальных моделей является фрактальная формула или алгоритм. При этом никаких объектов в памяти компьютера не хранится, и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом могут быть построены как простейшие регулярные, так и сложные изображения, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты. Например, облака, растительные формы, заряд на поверхности диэлектрика и т.д.

Многие объекты окружающего мира обладают свойством «самоподобия» или геометрической инвариантности к пространственному масштабу. Если рассматривать эти объекты в разном масштабе, то постоянно обнаруживаются подобные фундаментальные элементы. При увеличении масштаба такого объекта открываются неразличимые ранее фрагменты, сходные по структуру с фрагментами предыдущего уровня разрешения. Такой процесс укрупнения масштаба изображения принципиально отличается от увеличения фотографии по ее негативу или от растяжения выделенного фрагмента растровой картинки, при которых усиливается зернистость без появления новых более мелких фрагментов.

Векторные модели в этом случае также мало применимы. Математическое описание бесконечно дробимых объектов уравнениями линий или поверхностей чрезвычайно громоздко из-за необъятного количества мельчайших фрагментов.

Для преодоления указанных трудностей математиком Исследовательского центра корпорации IBM Бенуа Мандельбротом в 1975 г. Был введен термин «фрактал» (от лат. fractus – раздробленный, разбитый), а в 1982 году опубликована основополагающая книга «Фрактальная геометрия природы» [], в которой описаны фрактальные множества, их свойства методы получения и изображения.

В настоящее время фракталы успешно используются в компьютерной графике для визуализации многих природных объектов и явлений, построения компьютерных пейзажей, красочных и загадочных иллюстраций, в форматах графических файлов для сжатия графической информации без потерь качества изображения. Фракталы также применяются в физике, химии, технических науках для описания структуры и поведения естественных и искусственных систем.

Преобразование моделей. Наиболее удобно, когда способ описания графических объектов изображения соот­ветствует способу визуализации. Иначе нужна конвертация. Например, изображение может храниться в растровом виде, а его необходимо вывести (ви­зуализировать) на векторном устройстве. Для этого нужна предварительная векторизация— преобразование из растрового описания в векторное. Или наоборот, описание изображения может быть в векторном виде, а его нужно ви­зуализировать на растровом устройстве — необходима растеризация (растрирование) изображения.

Модели описания графических объектов и способы их преобразования представлены в разделе 2.2. Более подробно с моделями описания графических объектов и преобразованиями моделей можно познакомиться в [ ]. В частности, фрактальной геометрии и фракталам посвящены монографии [].

Характер изображения. Любой объект может быть изображен различными способами. В одном случае необходимо показать внутреннюю структуру объекта, в другом — внешнюю форму объекта, в третьем — имитировать реальную действительность, в четвертом — поразить зрителя чем-то неизвестным. Условно системы компьютерной графики можно разделить по характеру изображения, и как следствие, по степени сложности соответствующих алгоритмов на следующие уровни:

· каркасная (проволочная) визуализация без удаления невидимых линий;

· показ поверхности в виде многогранников с плоскими гранями или сплайнов с удалением невидимых точек и линий;

· показ поверхности с учетом освещенности источниками света;

· показ реалистического изображения поверхности с учетом освещенности источниками света, имитации глянцевых и матовых поверхностей, структуры материалы, различных эффектов (например, эффекта тени).

Каркасная (проволочная) визуализация без удаления невидимых линий — это самый простой уровень визуализации, который не всегда дает адекватное представление об изображаемых объектах. Действительно, при таком характере изображения может возникнуть неоднозначность восприятия объекта, так как объект изображается без учета глубины (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5. Каркасная проволочная визуализация без удаления невидимых линий.

Более сложной является каркасная визуализация объектов с удалением невидимых линий. Данный уровень визуализации широко применяется в САПР, черчении при построении видов и проекций объектов, а также для упрощенного показа трехмерных объектов. На рисунке 1.6 показан каркасный объект с упорядочением по глубине (depth cueing).

Рисунок 1.6. Каркасное изображение объекта с упорядочением по глубине.

По мере стремления к реалистичным изображениям возрастает и сложность процесса графического вывода. Для этого компьютерная графика использует, или, по крайней мере, моделирует законы оптики, которые описывают распространение, отражение и преломление света, правила построения теней и т.д. Наиболее сложным является построение реалистических изображений, учитывающих не только расположение и интенсивность источников света, но также вид материала и структуру поверхности объектов, взаимное расположение объектов и источников света.

Часто в системах компьютерной графики имеется возможность выводить одни и те же графические объекты с использованием разных уровней визуализации. Выбор того или иного характера изображения зависит от особенностей предметной области и решаемой задачи, имеющихся вычислительных ресурсов, используемых программных средств и других факторов []. Визуализация графических объектов различного характера подробнее рассматривается в разделе 2.6 главы II. В других главах и разделах рассматриваются методы и алгоритмы, позволяющие строить изображения различного характера.

Выбор того или иного характера изображения зависит от особенностей предметной области и решаемой задачи, имеющихся вычислительных ресурсов, используемых программных средств и других факторов [].

Уровень интерактивности. Уровень интерактивности определяет возможности, доступные пользователю при управлении изображением. Выделяются пакетная(автоматическая или пассивная) и интерактивная (автоматизированная или диалоговая) компьютерная графика.

В первом случае графическая система получает исходные данные и после этого работает без дальнейшего вмешательства человека и, в конце концов, выдает готовый результат. Основные преимущества такого режима работы — потенциально меньшие затраты машинного времени, высокая степень автоматизации, возможность выполнить задачу без вмешательства человека.

В интерактивной компьютерной графике пользователь имеет возможность динамически управлять работой системы, содержанием изображения и его параметрами (цветом, формой, размерами) с помощью специальных устройств управления. Интерактивный режим упрощает решение многих сложных задач и позволяет оптимально сочетать преимущества и производительность ЭВМ с эвристическим, творческим характером деятельности человека. Другим преимуществом диалогового режима является возможность показа во времени и пространстве реальных и абстрактных процессов.

Рисунок 1.7. Структура системы интерактивной компьютерной графики

Одно из основных достоинств компьютерной технологии состоит в том, что она позволяет пользователю оперативно взаимодействовать с компьютером в процессе решения определенной проблемы. Пользователь передает компьютеру информацию через устройства ввода. Со стороны компьютера основным средством общения является дисплей, на экране которого компьютер демонстрирует результаты работы. Компьютер обрабатывает данные и команды, поступившие от пользователя, обрабатывает их и выдает результат. Затем цикл повторятся вновь. Подавляющее большинство современных программ, начиная с программных сред разработки программного обеспечения и, заканчивая справочными системами, работают в соответствии с указанным принципом.

Интерактивная компьютерная графика берет свое начало с работ Айвена Сазерленда. В системах интерактивной компьютерной графики пользователь воспринимает на дисплее изображение, представляющее часто достаточно сложный объект, и может вносить изменения в описание (модель) объекта (рисунок 1.7). Такими изменениями могут быть как ввод и редактирование отдельных графических элементов, так и задание числовых значений для любых параметров, а также другие операции по вводу информации на основе восприятия изображений.

За те годы, которые прошли со времени работ Сазерленда, и аппаратные, и программные средства интерактивных графических систем, но фундаментальные идеи интерактивной компьютерной графики, введенные им в научный оборот, остались прежними. Эти идеи охватывают широкий круг вопросов, начиная от концепции взаимодействия человека с компьютером, и заканчивая методами структурирования графических данных, обеспечивающими эффективную реализацию таких систем.

Роль изображения. Данный критерий определяет, в какой степени получаемое в системе компьютерной графики изображение является средством для достижения цели или самой целью. Например, в картографии, изготовлении чертежей, компьютерной живописи, полиграфии полученное изображение является результатом.

В другом случае во многих видах компьютерного проектирования полученное изображение служит для визуализации геометрических свойств рассматриваемого объекта. В автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) графическое изображение позволяет наглядно интерпретировать контролируемы процессы и состояние оборудования. В этих применениях компьютерной графики фаза получения изображения относительно небольшая часть обширного процесса, целью которого является формирование и последующая обработка информации с помощью комплекса прикладных программ.

Соотношения между изображениями или их элементами.Изображения или их элементы могут находиться в определенных логических и/или временныхсоотношениях.Системы компьютерной графикимогут в заданный момент времени создавать или обрабатывать:

· одно единственное изображение;

· изменяющуюся во времени последовательность изображений с учетом динамики движения или динамики изменения;

· структурную совокупность объектов.

Назначение системы компьютерной графики. Ранее отмечалось, что системы компьютерной графики находят все более широкое применение в научных исследованиях, образовании, бизнесе и других сферах человеческой деятельности. Тем не менее, все системы компьютерной графики по назначению можно отнести к одному из следующих классов:

· системы для формирования и обработки векторных изображений двухмерной (2D) графики;

· системы для формирования и обработки растровых изображений двухмерной (2D) графики;

· системы для формирования и обработки векторных изображений трехмерной (3D) графики;

· системы для формирования и обработки растровых изображений трехмерной (3D) графики;

· системы для формирования и обработки двухмерной (2D) анимации;

· системы для формирования и обработки трехмерной (3D) анимации;

· системы фрактальной графики (как 2D, так и 3D-графики).

Двухмерная (2D) графика является основой всей компьютерной графики, в том числе и 3D-графики. Системы 3D-графики и анимации являются одним из самых сложных направлений компьютерной графики, они предназначены для создания искусственных предметов и персонажей, их анимации и совмещения с реальными предметами и интерьерами. Широкое применение 3D-графика находит в автоматизированном проектировании, компьютерных играх, кино и теле-индустрия. Освоение 3D-графики требует немало времени и мощных системных ресурсов. Чтобы результат выглядел фотореалистично, необходимо освоить 3D-моделирование, уметь правильно осветить сцену, найти хороший ракурс камеры, подобрать материал и текстуры.

Ряд программ сочетает средства создания как растровой, так и векторной графики. В большей или меньшей степени возможность работать с «неродным» форматом присуща всем популярным графическим программам.


Лидером на рынке фрактальных графических программ до продажи своих программных продуктов другим фирмам являлась компания Meta Creations. Спектр ее продуктов охватывает многие области компьютерной графики. Например, программа для создания и обработки высокохудожественных растровых иллюстраций Fractal Design Painter; комбинированная векторная и растровая программа Fractal Design Expression для создания и редактирования векторных объектов при помощи растровых инструментов; программа Fractal Design Detailer для закраски поверхностей 3D-моделей; программа Fractal Design Poser для интеграции 2D-изображений, 3D-сцены, Web-графики и анимации; а также набор программных модулей (фильтров) для расширения возможностей Adobe Photoshop, Illustrator.

Дата добавления: 2020-11-18 ; просмотров: 929 | Нарушение авторских прав

Основные алгоритмы компьютерной графики

(по П.В.Вельтмандеру, НГТУ)

Теория алгоритмов


Практика программирования


Дополнительные материалы

Данная, вторая часть курса лекций посвящена рассмотрению основных алгоритмов машинной графики.
В разделе 1 рассматриваются алгоритмы выполнения преобразований в двумерных, трехмерных и однородных координатах; параллельные, перспективные и стереопроекции; плоские преобразования растровых картин.
В разделе 2 рассматриваются три алгоритма генерации векторов — обычного и несимметричного ЦДА и Брезенхема. Там же рассмотрены способы борьбы с лестничным эффектом, вызванным различимыми размерами пикселов на экране. Один из способов основан на модификации алгоритма Брезенхема. Другой, общий способ базируется на использовании низкочастотной фильтрации. Этот способ, естественно, применим для произвольных изображений.
В разделе 3 приводится алгоритм генерации окружностей.
В разделе 4 рассмотрены различные алгоритмы заполнения многоугольника, заданного координатами его вершин. Там же рассмотрен наиболее быстрый алгоритм сортировки — алгоритм распределяющего подсчета.
В разделе 5 рассмотрены алгоритмы заливки с затравкой произвольной области, заданной либо значением граничных пикселов, либо значением пикселов внутренней части области.
Раздел 6 посвящен различным алгоритмам отсечения отрезка (Коэна-Сазерленда, Собкова-Поспишила-Янга, Лианга-Барски и Кируса-Бека) применительно к двух, трех и четырехмерным координатам.
В разделе 7 рассмотрены алгоритмы отсечения многоугольника.
В разделе 8 рассмотрены различные варианты организации данных.
В разделе 9 рассматривается геометрическое моделирование объектов и сцен.
Раздел 10 посвящен рассмотрению алгоритмов удаления скрытых линий и поверхностей.
В разделе 11 рассмотрены методы и алгоритмы реалистичного представления сцен.
В приложениях помещены процедуры на языке С, реализующие большую часть рассмотренные алгоритмы, а также тестовые программы для большинства процедур. Основной целью при написании процедур было достижение наглядности, поэтому есть возможности их оптимизации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Encarnacao J. Einfurung in die Graphische Datenverarbeiterung // Eurographics ’89. Tutorial Notes 1. Hamburg, FRG, September 4-8, 1989. 122 s.
  2. Ньюмен У., Спрулл Р. Основы интерактивной машинной графики. Пер. с англ. М.: Мир, 1976.
  3. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 512 c.
  4. Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики: В 2-х книгах. Пер. с англ. М.: Мир, 1985.
  5. Антонофф М., Линдерхолм О. Лазерные принтеры // Компьютер Пресс, сборник N 1, 1989, с. 3-8.
  6. Введение в Автокад 11R: Метод.пособие/ НГТУ; Составители: Р.М.Сидорук, О.А.Соснина, И.М.Моисеенко. Н.Новгород, 1993. 181 с.
  7. Кречко Ю.А., Полищук В.В. Автокад. Курс практической работы. М.: «Диалог-МИФИ», 1994. 256 с.
  8. Вельтмандер П.В., Голубев В.М. Обучение автоматизации проектирования машиностроительного направления// Информатизация образования: Межвуз. сб. науч. тр. / под ред. В.Н.Врагова. Новосибирск: НГУ, 1994. С. 123-131.
  9. Винцюк Т.К. Системы речевого диалога// Материалы пятой школы-семинара «Интерактивные системы» (Кутаиси, 2-10 апреля 1983 г.). Тбилиси: Мецниереба, 1983, с. 16-22.
  10. Печатающие устройства персональных ЭВМ: Справочник // Под редакцией проф. И.М.Витенберга. М.: Радио и связь, 1992.
  11. Гилой В. Интерактивная машинная графика. Пер. с англ. М.: Мир, 1981.
  12. Грис Д. Конструирование компиляторов для цифровых вычислительных машин. Пер. с англ. М.: Мир, 1975. 544 с.
  13. Лисицин Б.Л. Низковольтные индикаторы: Справочник. М.: Радио и связь, 1985.
  14. Справочник по машинной графике в проектировании / В.Е.Михайленко, В.А.Анпилогова, Л.А.Кириевский и др.: Под ред. В.Е.Михайленко. А.А.Лященко. Киев: Будiвельник, 1984. 184 с.
  15. Мячев А.А., Степанов В.Н. Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы организации: Справочник/ Под ред. А.А.Мячева. М.: Радио и связь, 1991.
  16. Новаковский С.В. Цвет в цветном телевидении. М.: Радио и связь, 1988. 288 с.
  17. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986.
  18. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. в 2-х книгах. М.: Мир, 1982.
  19. Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1980.
  20. Сизых В.Г. Растровые дисплеи ряда Гамма. Новосибирск, 1985. 26 с. (Препринт ВЦ СО АН СССР; N 607).
  21. Ткаченко А.П. Цветное телевидение. Минск: Беларусь, 1981. 253 с.
  22. Фролов А.В., Фролов Г.В. Программирование видеоадаптеров CGA, EGA, VGA. M.: Диалог-МИФИ, 1992.
  23. Фостер Дж. Обработка списков. Пер. с англ. М.: Мир, 1974. 71 с.
  24. Холл П. Вычислительные структуры. Ведение в нечисленное программирование. Пер. с англ. М.: Мир, 1978. 214 с.
  25. Bresenham J.E. Algorithm for computer control of a digital plotter// IBM Systems Journal, vol. 4, No. 1, pp. 25-30, 1965.
  26. Bresenham J., A Linear Algoritm for Incremental Didgital Display of Circular Arcs, CACM, vol. 20, pp. 100-106, 1977.
  27. Bui-Tuong Phong. Illumination for Computer-Generated Pictures. Communication of the ASM, 18(6), June 1975, pp. 311-317.
  28. Clark, J.H. A VLSI geometry Processor for Graphics// IEEE Computer, 12(7).
  29. Cyrus M., Beck J. Generalized two- and threedimensional clipping// Computer and Graphics, Vol. 3, pp. 23-28, 1978.
  30. Hans Joseph, Max Mehl. Computer Graphics Hardware: Introduction and State of the Art// Eurographics ’91. Tutorial Note 9. Viena, 2.-6. September 1991. Austria, Viena. 29 p.
  31. Fontenier Guy, Pascal Gros Pascal. Architectures of Graphic Processors for Interactive 2D Graphics// Computer Graphics Forum 7 (1988) 78-89.
  32. You-Dong Liang and Brian A. Barsky. A new concept and method for line clipping// ACM Transaction on Graphics, Vol. 3, No. 1, January 1984, pp. 1-22.
  33. Tina M. Nicholl, D.T.Lee and Robin A. Nicholl. An efficient new algoritm for 2-D line clipping: its development and analysis// Computer Graphics, V. 21, N. 4, July 1987, pp. 253-262.
  34. R.Pinkman, M.Novak, K.Guttag. Video-RAM exels at fast graphics// Electronics Design, pp. 161-171 (August 18 1983).
  35. H.-P. Seidel. PC Graphics Hardware // Eurographics ’88. Tutorial/Cours 8. Nice, 12.-16. September 1988. France, Nice. 44 p.
  36. Smit A.R., Tint Fill, SIGGRAPH’79 Proceedings // Computer Graphics, Vol.13(2), Aug. 1979, pp. 276-283.
  37. Mark S. Sobkow, Paul Pospisil and Yee-Hong Yang. A Fast Two-Dimensional Line Clipping Algoritm via Line Encoding//Computer & Graphics, Vol. 11, No. 4, pp. 459-467, 1987.
  38. Robert F. Sproull and Ivan E. Sutherland. A Clipping Divider // AFIP Fall Joint Computer Conference. San Francisco, 1968.
  39. Stralunsfreier Flacbildschirm. MC, Die MikrocomputerZeitschrift. N 8, 1989, s. 66.
  40. Sutherland I.E., Hodgman G.W. Reentrant Polygon Clipping//Communications of the ACM, 17(1), pp. 32-42.
  41. Weiler K., Atherton P,. Hidden Surface Removal Using Polygon Area Sorting// SIGGGRAPH’77 Proceedings, Computer Graphics, Vol. 11, N. 2, pp. 214-222, 1977.
  42. Weiler K., Polygon Comparision Using a Graph Representation// SIGGGRAPH’80 Proceedings, Computer Graphics, Vol. 14, pp. 10-18, 1980.

НОВОСТИ ФОРУМА
Рыцари теории эфира
01.10.2020 — 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education ->
[center][Youtube]69vJGqDENq4[/Youtube][/center]
[center]14:36[/center]
Osievskii Global News
29 сент. Отправлено 05:20, 01.10.2020 г.’ target=_top>Просвещение от Вячеслава Осиевского — Карим_Хайдаров.
30.09.2020 — 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education ->
[center][Ok]376309070[/Ok][/center]
[center]11:03[/center] Отправлено 12:51, 30.09.2020 г.’ target=_top>Просвещение от Дэйвида Дюка — Карим_Хайдаров.
30.09.2020 — 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education ->
[center][Youtube]VVQv1EzDTtY[/Youtube][/center]
[center]10:43[/center]

интервью Раввина Борода https://cursorinfo.co.il/all-news/rav.
мой телеграмм https://t.me/peshekhonovandrei
мой твиттер https://twitter.com/Andrey54708595
мой инстаграм https://www.instagram.com/andreipeshekhonow/

[b]Мой комментарий:
Андрей спрашивает: Краснодарская синагога — это что, военный объект?
— Да, военный, потому что имеет разрешение от Росатома на манипуляции с радиоактивными веществами, а также иными веществами, опасными в отношении массового поражения. Именно это было выявлено группой краснодарцев во главе с Мариной Мелиховой.

[center][Youtube]CLegyQkMkyw[/Youtube][/center]
[center]10:22 [/center]

Доминико Риккарди: Россию ждёт страшное будущее (хотелки ЦРУ):
https://tainy.net/22686-predskazaniya-dominika-rikardi-o-budushhem-rossii-sdelannye-v-2000-godu.html

Завещание Алена Даллеса / Разработка ЦРУ (запрещено к ознакомлению Роскомнадзором = Жид-над-рус-надзором)
http://av-inf.blogspot.com/2013/12/dalles.html

[center][b]Сон разума народа России [/center]

[center][Youtube]CLegyQkMkyw[/Youtube][/center]
[center]10:22 [/center]


Доминико Риккарди: Россию ждёт страшное будущее (хотелки ЦРУ):
https://tainy.net/22686-predskazaniya-dominika-rikardi-o-budushhem-rossii-sdelannye-v-2000-godu.html

Завещание Алена Даллеса / Разработка ЦРУ (запрещено к ознакомлению Роскомнадзором = Жид-над-рус-надзором)
http://av-inf.blogspot.com/2013/12/dalles.html

[center][b]Сон разума народа России [/center]

Урок 30
§24. Объекты компьютерной графики

Содержание урока:

24.1. Компьютерная графика и её виды
24.2. Форматы графических файлов

24.1. Компьютерная графика и её виды

Компьютерная графика — широкое понятие, обозначающее:

1) область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов;
2) разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера.

По способу создания можно выделить следующие классы объектов компьютерной графики (рис. 5.4): двумерные изображения (растровые, векторные, фрактальные), трёхмерные изображения, анимацию.

Рис. 5.4. Объекты компьютерной графики

Растровое графическое изображение состоит из отдельных маленьких прямоугольников — пикселей. Размеры пикселей растрового изображения настолько малы, что при его просмотре в обычном масштабе они неразличимы. Зернистая структура растрового графического изображения становится заметной при увеличении масштаба его просмотра (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Растровое и векторное изображения в обычном и увеличенном масштабе

Пиксель — наименьший элемент растрового изображения. Он может принимать любой цвет из палитры, содержащей миллионы цветов. Точность цветопередачи — основное достоинство растровых графических изображений. При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого входящего в него пикселя. Качество растрового изображения возрастает с увеличением количества пикселей в изображении и количества цветов в палитре. Но при этом возрастает и информационный объём всего изображения.

Растровая графика — универсальное средство для формирования и обработки любых плоских изображений. С помощью цветов и оттенков отдельных точек на плоском изображении могут быть показаны и пространственные (объёмные) сцены. В полиграфических и электронных изданиях растровые изображения используются в тех случаях, когда нужно качественно и чётко передать в изображении оттенки цветов и плавные переходы от одного цвета к другому.

Серьёзным недостатком растровой графики является существенное падение качества изображения в результате его масштабирования и различных геометрических преобразований. Это связано с тем, что при уменьшении растрового изображения несколько соседних пикселей преобразуются в один, что ведёт к потере чёткости мелких деталей изображения. При увеличении растрового изображения в него добавляются новые пиксели, причём соседние пиксели принимают одинаковый цвет и возникает ступенчатый эффект.

Растровые изображения можно получить, сканируя рисунки или фотографии, фотографируя объекты цифровым фотоаппаратом, создавая рисунки с использованием графического планшета или разнообразных растровых графических редакторов (Microsoft Paint, GIMP, Adobe Photoshop).

В последнем случае определённые трудности возникают при манипуляциях с отдельными фрагментами изображения. Чтобы лучше понять, о чём идёт речь, просто представьте свои действия при удалении одного из лепестков цветка (см. рис. 5.5) в графическом редакторе Microsoft Paint. Для преодоления этого недостатка более мощные программы работы с растровой графикой (GIMP, Adobe Photoshop) предусматривают средства создания составных изображений с помощью:

1) механизма слоёв (layers) — накладывающихся друг на друга плоскостей, в каждой из которых используется только часть точек;
2) механизма фильтров — преобразующих цвета пикселей с учётом некоторых параметров;
3) управления цветовыми каналами;
4) управления способом взаимодействия отдельных слоёв.

Векторное изображение — это изображение, построенное из геометрических примитивов (объектов): отрезков прямых, дуг, окружностей, эллипсов, многоугольников и кривых Безье. Примитив не нужно рисовать — выбрав на панели инструментов пиктограмму с его изображением или названием, вы просто задаёте необходимые параметры, по которым компьютер сам выполняет необходимые построения.

Объекты векторного изображения накладываются друг на друга, образуя независимые слои. Каждый слой векторного изображения содержит свой объект. При преобразовании векторного объекта исходное изображение удаляется, а вместо него строится новое — по тем же алгоритмам, но с учётом изменённых данных. Это позволяет без потерь качества масштабировать, поворачивать и трансформировать векторные изображения, оставляя при этом толщину линий неизменной (см. рис. 5.5).

Кривые Безье были разработаны в 60-х годах XX века независимо друг от друга Пьером Безье из автомобилестроительной компании «Рено» и Полем де Кастельжо из компании «Ситроен», где применялись для проектирования кузовов автомобилей. Математический аппарат кривых

Безье основан на многочленах Бернштейна, описанных Сергеем Натановичем Бернштейном в 1912 году.

В компьютерной графике в основном применяются кривые Безье второго и третьего порядка (рис. 5.6). Кривая Безье второго порядка описывается уравнением:

Рис. 5.6. Кривая Безье второго порядка

Вместе с тем не всякое изображение можно представить как совокупность простых геометрических фигур. Векторные графические изображения создают с помощью специальных программ (CorelDRAW, Inkscape) и широко используют в картографии, мультипликации, инженерной графике, при создании логотипов, схем, диаграмм — там, где важны чёткость контуров и возможность увеличения масштаба изображения без потери качества.

Ещё одним видом компьютерной графики является фрактальная графика. Термин «фрактал» (от лат. fractus — дроблёный) употребляется для обозначения объектов, обладающих свойством самоподобия, когда целое (в точности или приближённо) имеет ту же форму, что одна или более его частей (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Примеры фрактальных изображений

В основе фрактальной графики лежит очень простая идея: бесконечное по красоте и разнообразию множество фигур можно получить из относительно простых конструкций при помощи всего двух операций — копирования и масштабирования. На компьютере построение фрактального изображения происходит путём автоматической генерации изображений по некоторым алгоритмам или формулам, хранящимся в памяти компьютера.

В наши дни теория фракталов находит широкое применение в различных областях человеческой деятельности. Помимо фрактальной живописи, фракталы используются в теории информации для сжатия графических данных, в физике и географии для правдоподобного представления моделируемых объектов, в радиоэлектронике для качественного приёма сигнала, в экономике для описания кривых колебания курсов валют и т. д.

Много интересного о фракталах вы найдёте на сайте «Элементы большой науки» (elementy.ru/posters/fractals).

В последнее время всё большую популярность приобретает трёхмерная или ЗБ-графика (от англ. three dimensions — три измерения). В ней применяются технологии создания в виртуальном пространстве объёмных моделей, которые максимально приближены к реальным объектам.

Трёхмерная графика широко используется в инженерном проектировании, компьютерном моделировании физических объектов и процессов, в мультипликации, кинематографии и компьютерных играх.

Рассмотрим процесс создания трёхмерного изображения с помощью векторной графики.

Сначала в пределах некоторого пространства координат (на сцене) размещаются отдельные объекты, составленные из геометрических объёмных тел.

Далее, на этапе каркасной аппроксимации производится разбивка всех плавных криволинейных поверхностей на треугольники — минимальные плоские фигуры. В дальнейшем поверхности обрабатываются именно как наборы треугольников, заданных координатами своих вершин.

Стадия геометрических построений поверхностей включает заполнение поверхностей, создание перспективы, учёт влияния источников света и т. д.

На заключительном этапе рендеринга происходит раскраска поверхностей, а в более сложных случаях создания профессиональных изображений — ещё и учёт свойств поверхностей при отражении и поглощении света и влияния оптической плотности окружающей среды.

В настоящее время одним из наиболее популярных 30-редакторов является Blender — свободно распространяемый пакет для создания трёхмерной компьютерной графики. Его можно найти на сайте разработчиков (www.blender.org), скачать и установить на свой компьютер. Освоить Blender помогут видеоуроки (www.youtube. com).

Анимация (от англ. animation — одушевление) — это «оживление» изображения. При анимации несколько рисунков (кадров) сменяют друг друга через заданные промежутки времени. Если кадры сменяют друг друга чаще, чем 24 раза в секунду, человеческий глаз воспринимает это как непрерывное движение. В настоящее время широкое распространение получила компьютерная анимация.

Компьютерная анимация — последовательный показ заранее подготовленных графических файлов, а также компьютерная имитация движения с помощью изменения формы объектов или показа последовательных изображений с фазами движения.

Рассмотрим основные виды компьютерной анимации. Анимация по ключевым кадрам наиболее близка к традиционной рисованной мультипликации. Прорисовку и расстановку ключевых кадров по временной шкале производит художник, а промежуточные кадры рассчитывает специальная программа.

Запись движения. Движения актёров в специальных костюмах с датчиками записываются камерами и анализируются специальным программным обеспечением. Итоговые данные о перемещении суставов и конечностей актёров применяют к трёхмерным скелетам виртуальных персонажей, чем добиваются высокого уровня достоверности изображения движения последних.

Процедурная анимация автоматически генерируется компьютером в режиме реального времени в соответствии с установленными правилами. Представляет собой симуляцию физического взаимодействия твёрдых тел; имитацию движения систем частиц, жидкостей и газов; расчёт движения персонажа под внешним воздействием и многое другое. Процедурная анимация часто используется в компьютерных играх.

Программируемая анимация. Движения анимируемых объектов программируются, например, на языке JavaScript.

Виды компьютерной графики. Компьютерная графика — раздел информатики, который изучает средства и способы создания и обработки графических изображений при помощт компьютерной техники

Компьютерная графика — раздел информатики, который изучает средства и способы создания и обработки графических изображений при помощт компьютерной техники. Несмотря на то, что для работы с компьютерной графикой существует множество классов программного обеспечения, различают четыре вида компьютерной графики. Это растровая графика, векторная графика, трёхмерная и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете применяют растровые иллюстрации в тех случаях, когда надо передать полную гамму оттенклв цветного изображения.

Программные средства для работы с векторной графикой наоборот предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики намного проще. Существуют примеры высокохудожественных произведений, созданных средствами векторной графики, но они скорее исключение, чем правило, поскольку художественная подготовка иллюстраций средствами векторной графики чрезвычайно сложна.

Трёхмерная графика широко используется в инженерном программировании, компьютерном моделировании физических объектов и процессов, в мультипликации, кинемотографии и компьютерных играх.

Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику редко применяют для создания печатных или электронных документов, но ее часто используют в развлекательных программах.

Основным (наименьшим) элементом растрового изображения является точка. Если изображение экранное, то эта точка называется пикселом. Каждый пиксел растрового изображения имеет свойства: размещение и цвет. Чем больше количество пикселей и чем меньше их размеры, тем лучше выглядит изображение. Большие объемы данных — это основная проблема при использовании растровых изображений. Для активных работ с большеразмерными иллюстрациями типа журнальной полосы требуются компьютеры с исключительно большими размерами оперативной памяти (128 Мбайт и более). Разумеется, такие компьютеры должны иметь и высокопроизводительные процессоры. Второй недостаток растровых изображений связан с невозможностью их увеличения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее и напоминают мозаику. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой. Этот эффект называется пикселизацией.

Как в растровой графике основным элементом изображения является точка, так в векторной графике основным элементом изображения является линия (при этом не важно, прямая это линия или кривая). Разумеется, в растровой графике тоже существуют линии, но там они рассматриваются как комбинации точек. Для каждой точки линии в растровой графике отводится одна или несколько ячеек памяти (чем больше цветов могут иметь точки, тем больше ячеек им выделяется). Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти она занимает. В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку линия представляется в виде формулы, а точнее говоря, в виде нескольких параметров. Что бы мы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии.
Линия — это элементарный объект векторной графики. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в более сложные, например объект четырехугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а объект куб еще более сложен: его можно рассматривать либо как двенадцать связанных линий, либо как шесть связанных четырехугольников. Из-за такого подхода векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой. Мы сказали, что объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров, но не надо забывать и о том, что на экран все изображения все равно выводятся в виде точек (просто потому, что экран так устроен). Перед выводом на экран каждого объекта программа производит вычисления координат экранных точек в изображении объекта, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой. Аналогичные вычисления производятся и при выводе объектов на принтер. Как и все объекты, линии имеют свойства. К этим свойствам относятся: форма линии, ее толщина, цвет, характер линии (сплошная, пунктирная и т.п.). Замкнутые линии имеют свойство заполнения. Внутренняя область замкнутого контура может быть заполнена цветом, текстурой, картой. Простейшая линия, если она не замкнута, имеет две вершины, которые называются узлами. Узлы тоже имеют свойстьа, от которых зависит, как выглядит вершина линии и как две линии сопрягаются между собой.

Фрактал — это рисунок, который состоит из подобных между собой элементов. Существует большое количество графических изображений, которые являются фракталами: треугольник Серпинского, снежинка Коха, «дракон» Хартера-Хейтуея, множество Мандельброта. Построение фрактального рисунка осуществляется по какому-то алгоритму или путём автоматической генерации изображений при помощи вычислений по конкретным формулам. Изменения значений в алгоритмах или коэффициентов в формулах приводит к модификации этих изображений. Главным преимуществом фрактальной графики есть то, что в файле фрактального изображения сохраняются только алгоритмы и формулы.

Трёхмерная графика (3D-графика) изучает приёмы и методы создания объёмных моделей объектов, которые максимально соответствуют реальным. Такие объёмные изображения можно вращать и рассматривать со всех сторон. Для создания объёмных изображений используют разные графические фигуры и гладкие поверхности. При помощи их сначала создаётся каркас объекта, потом его поверхность покрывают материалами, визуально похожими на реальные. После этого делают осветление, гравитацию, свойства атмосферы ии другие параметры пространства, в котором находиться объект. Для двигающихся объектом указывают траекторию движения, скорость.

Основные понятия компьютерной графики

В компьютерной графике с понятием разрешения обычно происходит больше всего путаницы, поскольку приходится иметь дело сразу с несколькими свойствами разных объектов. Следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства и разрешение изображения. Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.
Разрешение экрана — это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселах (точках) и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.
Разрешение принтера — это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.
Разрешение изображения — это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм — dpi и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Так, для просмотра изображения на экране достаточно, чтобы оно имело разрешение 72 dpi, а для печати на принтере — не меньше как 300 dpi. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения.
Физический размер изображения определяет размер рисунка по вертикали (высота) и горизонтали (ширина) может измеряться как в пикселах, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом. Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселах, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает. Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет.
Физический размер и разрешение изображения неразрывно связаны друг с другом. При изменении разрешения автоматически меняется физический размер.

При работе с цветом используются понятия: глубина цвета (его еще называют цветовое разрешение) и цветовая модель.
Для кодирования цвета пиксела изображения может быть выделено разное количество бит. От этого зависит то, сколько цветов на экране может отображаться одновременно. Чем больше длина двоичного кода цвета, тем больше цветов можно использовать в рисунке. Глубина цвета — это количество бит, которое используют для кодирования цвета одного пиксела. Для кодирования двухцветного (черно-белого) изображения достаточно выделить по одному биту на представление цвета каждого пиксела. Выделение одного байта позволяет закодировать 256 различных цветовых оттенков. Два байта (16 битов) позволяют определить 65536 различных цветов. Этот режим называется High Color. Если для кодирования цвета используются три байта (24 бита), возможно одновременное отображение 16,5 млн цветов. Этот режим называется True Color. От глубины цвета зависит размер файла, в котором сохранено изображение.

Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется не более трех. Эти модели известны под названиями: RGB, CMYK, НSB.

Цветовая модель RGB

Наиболее проста для понимания и очевидна модель RGB. В этой модели работают мониторы и бытовые телевизоры. Любой цвет считается состоящим из трех основных компонентов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Эти цвета называются основными.


Считается также, что при наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета увеличивается. Совмещение трех компонентов дает нейтральный цвет (серый), который при большой яркости стремится к белому цвету. Это соответствует тому, что мы наблюдаем на экране монитора, поэтому данную модель применяют всегда, когда готовится изображение, предназначенное для воспроизведения на экране. Если изображение проходит компьютерную обработку в графическом редакторе, то его тоже следует представить в этой модели.

Метод получения нового оттенка суммированием яркостей составляющих компонентов называют аддитивным методом. Он применяется всюду, где цветное изображение рассматривается в проходящем свете («на просвет»): в мониторах, слайд-проекторах и т.п. Нетрудно догадаться, что чем меньше яркость, тем темнее оттенок. Поэтому в аддитивной модели центральная точка, имеющая нулевые значения компонентов (0,0,0), имеет черный цвет (отсутствие свечения экрана монитора). Белому цвету соответствуют максимальные значения составляющих (255, 255, 255). Модель RGB является аддитивной, а ее компоненты: красный (255,0,0), зеленый (0,255,0) и синий (0,0,255) — называют основными цветами.

Цветовая модель CMYK

Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений. Они отличаются тем, что их видят не в проходящем, а в отраженном свете. Чем больше краски положено на бумагу, тем больше света она поглощает и меньше отражает. Совмещение трех основных красок поглощает почти весь падающий свет, и со стороны изображение выглядит почти черным. В отличие от модели RGB увеличение количества краски приводит не к увеличению визуальной яркости, а наоборот к ее уменьшению.

Поэтому для подготовки печатных изображений используется не аддитивная (суммирующая) модель, а субтрактивная (вычитающая) модель. Цветовыми компонентами этой модели являются не основные цвета, а те, которые получаются в результате вычитания основных цветов из белого:
голубой (Cyan) = Белый — красный = зелёный + синий (0,255,255)
пурпурный (сиреневый) (Magenta) = Белый — зелёный = красный + синий (255,0,255)
жёлтый (Yellow) = Белый — синий = красный + зелёный (255,255,0)
Эти три цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого.
Существенную трудность в полиграфии представляет черный цвет. Теоретически его можно получить совмещением трех основных или дополнительных красок, но на практике результат оказывается негодным. Поэтому в цветовую модель CMYK добавлен четвертый компонент — черный. Ему эта система обязана буквой К в названии (blacK).

В типографиях цветные изображения печатают в несколько приемов. Накладывая на бумагу по очереди голубой, пурпурный, желтый и черный отпечатки, получают полноцветную иллюстрацию. Поэтому готовое изображение, полученое на компьютере, перед печатью разделяют на четыре составляющих одноцветных изображения. Этот процесс называется цветоделением. Современные графические редакторы имеют средства для выполнения этой операции.
В отличие от модели RGB, центральная точка имеет белый цвет (отсутствие красителей на белой бумаге). К трем цветовым координатам добавлена четвертая — интенсивность черной краски. Ось черного цвета выглядит обособленной, но в этом есть смысл: при сложении цветных составляющих с черным цветом все равно получится черный цвет. Сложение цветов в модели CMYK каждый может проверить, взяв в руки голубой, серневый и желтый карандаши или фломастеры. Смесь голубого и желтого на бумаге дает зеленый цвет, сереневого с желтым — красный и т.д. При смешении всех трех цветов получается неопределенный темный цвет. Поэтому в этой модели черный цвет и понадобился дополнительно.

Цветовая модель НSB

Некоторые графические редакторы позволяют работать с цветовой моделью HSB. Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK — для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека. Она проста и интуитивно понятна. В модели HSB тоже три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Регулируя эти три компонента, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями. Оттенок цвета указывает номер цвета в спектральной палитре. Насыщенность цвета характеризует его интенсивность — чем она выше, тем «чище» цвет. Яркость цвета зависит от добавления чёрного цвета к данному — чем её больше, тем яркость цвета меньше.

Цветовая модель HSB удобна для применения в тех графических редакторах, которые ориентированы не на обработку готовых изображений, а на их создание своими руками. Существуют такие программы, которые позволяют имитировать различные инструменты художника (кисти, перья, фломастеры, карандаши), материалы красок (акварель, гуашь, масло, тушь, уголь, пастель) и материалы полотна (холст, картон, рисовая бумага и пр.). Создавая собственное художественное произведение, удобно работать в модели HSB, а по окончании работы его можно преобразовать в модель RGB или CMYK, в зависимости от того, будет ли оно использоваться как экранная или печатная иллюстрация. Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому (нейтральному) цвету, а точки по периметру — чистым цветам. Направление вектора определяет цветовой оттенок и задается в модели HSB в угловых градусах. Длина вектора определяет насыщенность цвета. Яркость цвета задают на отдельной оси, нулевая точка которой имеет черный цвет.

Любое графическое изображение сохраняется в файле. Способ размещения графических данных при их сохранении в файле определяет графический формат файла. Различают форматы файлов растровых изображений и векторных изображений.
Растровые изображения сохраняются в файле в виде прямоугольной таблицы, в каждой клеточке которой записан двоичный код цвета соответствующего пикселя. Такой файл хранит данные и о других свойствах графического изображения, а также алгоритме его сжатия.
Векторные изображения сохраняются в файле как перечень объектов и значений их свойств — координат, размеров, цветов и тому подобное.
Как растровых, так и векторных форматов графических файлов существует достаточно большое количество. Среди этого многообразия форматов нет того идеального, какой бы удовлетворял всем возможным требованиям. Выбор того или другого формата для сохранения изображения зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность воссоздания цветов, то преимущество отдают одному из растровых форматов. Логотипы, схемы, элементы оформления целесообразно хранить в векторных форматах. Формат файла влияет на объем памяти, который занимает этот файл. Графические редакторы позволяют пользователю самостоятельно избирать формат сохранения изображения. Если вы собираетесь работать с графическим изображением только в одном редакторе, целесообразно выбрать тот формат, какой редактор предлагает по умолчанию. Если же данные будут обрабатываться другими программами, стоит использовать один из универсальных форматов.
Существуют универсальные форматы графических файлов, которые одновременно поддерживают и векторные, и растровые изображения.
Формат PDF (англ. Portable Document Format — портативный формат документа) разработан для работы с пакетом программ Acrobat. В этом формате могут быть сохранены изображения и векторного, и растрового формата, текст с большим количеством шрифтов, гипертекстовые ссылки и даже настройки печатающего устройства. Размеры файлов достаточно малы. Он позволяет только просмотр файлов, редактирование изображений в этом формате невозможно.
Формат EPS (англ. Encapsulated PostScript — инкапсулированный постскриптум) — формат, который поддерживается программами для разных операционных систем. Рекомендуется для печати и создания иллюстраций в настольных издательских системах. Этот формат позволяет сохранить векторный контур, который будет ограничивать растровое изображение.

Форматы файлов растровой графики

Существует несколько десятков форматов файлов растровых изображений. У каждого из них есть свои позитивные качества, которые определяют целесообразность его использования при работе с теми или другими программами. Рассмотрим самые распространенные из них.
Достаточно распространенным является формат Bitmap (англ. Bit map image — битовая карта изображения). Файлы этого формата имеют расширение .BMP. Данный формат поддерживается практически всеми графическими редакторами растровой графики. Основным недостатком формата BMP является большой размер файлов из-за отсутствия их сжатия.
Для хранения многоцветных изображений используют формат JPEG (англ. Joint Photographic Expert Group — объединенная экспертная группа в отрасли фотографии), файлы которого имеют расширение .JPG или .JPEG. Позволяет сжать изображение с большим коэффициентом (до 500 раз) за счет необратимой потери части данных, что значительно ухудшает качества изображения. Чем меньше цветов имеет изображение, тем хуже эффект от использования формата JPEG, но для цветных фотографии на экране это малозаметно.
Формат GIF (англ. Graphics Interchange Format — графический формат для обмена) самый уплотнённый из графических форматов, что не имеет потери данных и позволяет уменьшить размер файла в несколько раз. Файлы этого формата имеют расширение .GIF. В этом формате сохраняются и передаются малоцветные изображения (до 256 оттенков), например, рисованные иллюстрации. У формата GIF есть интересные особенности, которые позволяют сохранить такие эффекты, как прозрачность фона и анимацию изображения. GIF-формат также позволяет записывать изображение «через строку», благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение полностью, но с меньшей разрешающей способностью.
Графический формат PNG (англ. Portable Network Graphic — мобильная сетевая графика) — формат графических файлов, аналогичный формату GIF, но который поддерживает намного больше цветов.
Для документов, которые передаются по сети Интернет, очень важным есть незначительный размер файлов, поскольку от него зависит скорость доступа к информации. Поэтому при подготовке Web-страниц используют типы графических форматов, которые имеют высокий коэффициент сжатия данных: .JPEG, .GIF, .PNG.
Особенно высокие требования к качествам изображений предъявляются в полиграфии. В этой отрасли применяется специальный формат TIFF (англ. Tagged Image File Format — теговый (с пометками) формат файлов изображений). Файлы этого формата имеют расширение .TIF или .TIFF. Они обеспечивают сжатие с достаточным коэффициентом и возможность хранить в файле дополнительные данные, которые на рисунке расположены во вспомогательных слоях и содержат аннотации и примечания к рисунку.
Формат PSD (англ. PhotoShop Document).Файлы этого формата имеют расширение .PSD. Это формат программы Photoshop, который позволяет записыватьрастровое изображение со многими слоями, дополнительными цветовыми каналами, масками, т.е. этот формат может сохранить всё, что создал пользователь видимое на мониторе.

Форматы файлов векторной графики

Форматов файлов векторной графики существует намного меньше. Приведем примеры самых распространенных из них.
WMF (англ. Windows MetaFile — метафайл Windows) — универсальный формат для Windows-дополнений. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery. Основные недостатки — искажение цвета, невозможность сохранения ряда дополнительных параметров объектов.
CGM (англ. Computer Graphic Metafile — метафайл компьютерной графики) — широко использует стандартный формат векторных графических данных в сети Internet.
CDR (англ. CorelDRaw files — файлы CorelDRaw) — формат, который используется в векторном графическом редакторе Corel Draw.
AI — формат, который поддерживается векторным редактором Adobe Illustrator.

| следующая лекция ==>
Виды наказаний несовершеннолетних | Географическое положение

Дата добавления: 2015-11-20 ; просмотров: 5126 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Современная компьютерная графика

Специальность: Прикладная информатика в области принятия решений

Данная дисциплина относится к дисциплинам профессионального цикла, вариативной части, в т.ч. дисциплины по выбору студента, преподается в 1 семестре 1 курса обучения магистров. Дисциплина опирается на материал курсов математического анализа, алгебры и геометрии, алгоритмизации и программирования, языков и методов программирования.

Дисциплина знакомит студентов с математическими, алгоритмическими, программными и технологическими основами компьютерной графики (КГ), областями ее применения и тенденциями построения современных графических систем.

Целями освоения курса «Компьютерная геометрия и графика» являются:

  1. изучение и освоение базовых понятий, методов и алгоритмов, применяемых при разработке компьютерной графики. Формирование у студентов теоретической базы для решения задач обработки графической информации;
  2. формирование взгляда на компьютерную графику как на систематическую научно-практическую деятельность, носящую как теоретический, так и прикладной характер;
  3. формирование базовых теоретических понятий, лежащих в основе компьютерной графики, освоение особенностей восприятия растровых и векторных изображений, методов квантования и дискретизации изображений;
  4. дать представление о структуре программного обеспечения и реализации алгоритмов компьютерной графики;
  5. дать представление о методах геометрического моделирования, моделях графических данных и связанных с ними методах представления, хранения и обработки графической информации;
  6. научить использованию алгоритмов и методов компьютерной графики при проектировании пользовательских интерфейсов программных систем;
  7. анализ современные тенденции и перспективы в сфере обработки графической информации.
  8. В результате освоения дисциплины обучающийся должен:знать:
    • математические основы компьютерной графики и геометрического моделирования;
    • методы и формы визуального представления информации;
    • особенности восприятия изображений;
    • системы кодирования и операции над цветом изображения;
    • алгоритмы растрирования и геометрические преобразования;

уметь:

  • на практике создавать геометрические модели объектов;
  • работать с графическими библиотеками при программировании на языках высокого уровня;

владеть представлениями о:

  • методах геометрического моделирования, моделях графических данных;
  • технических и программных средствах компьютерной графики.

Содержание

1. Введение. Три основных направления обработки видеоинформации: компьютерная графика (КГ), обработка изображений (ОИ), распознавание образов (РО). Цели и задачи каждого направления. История развития интерактивных графических систем: системы автопроектирования (САПР), геоинформационные системы (ГИС), системы виртуальной реальности (СВР). Использование графики в кино, компьютерных играх, в сети Internet.

2. Математические аспекты 2D графики. Декартовы координаты на плоскости: система декартовых координат; координаты точки на декартовой плоскости. Явный и неявный виды уравнения прямой линии. Особенности отображения вертикальных прямых. Уравнение прямой, проходящей через 2 заданные точки. Классификация положения точки относительно отрезка прямой. Явный и неявный виды уравнения плоских кривых. Трудности, возникающие при компьютерном моделировании плоских кривых. Важнейшие формулы, описывающие взаимоотношения между точками и прямыми на плоскости: расстояние между двумя точками в различных метриках; расстояние между точкой и прямой на плоскости; условие пересечения двух прямых на плоскости и нахождение координат точки их пересечения; вычисление угла, образованного пересечением двух прямых на плоскости; условие параллельности и перпендикулярности двух прямых на плоскости. Пересечения прямых и кривых. Уравнения касательной и нормали к кривой. Параметрические уравнения прямых и кривых. Пересечение двух параметрических кривых.
Кривизна. Радиус кривизны. Использование полярной системы координат для кривых с осевой симметрией. Недостатки полярной системы координат с точки зрения машинной графики. Интерполирование с помощью многочленов. Определение и свойства многочленов Безье. В-сплайны. Вычислительные аспекты использования В-сплайнов. Интерполяционные В-сплайны. Применение В-сплайнов в КГ.

3. Координатный метод в компьютерной графике. Причины использования координатного метода в КГ. Общие вопросы преобразования координат. Прямое и обратное преобразования. Классификация преобразований координат, линейные и нелинейные преобразования.
Аффинные преобразования на плоскости. понятие однородных координат. матричная запись аффинных преобразований; сложное аффинное преобразование; частные случаи аффинных преобразований: параллельный сдвиг, растяжение, сжатие, поворот; свойства аффинных преобразований. Преобразования объектов. Связь преобразований объектов с преобразованиями координат. Задача отображения в прямоугольное экранное окно.

4. Цвет и цветовые модели. Палитра. Физические основы цветовосприятия: опыты И. Ньютона по спектральному разложению белого цвета; цветовой круг И. Ньютона; цвет с позиций волновой теории. Длина волны. Монохроматическое излучение. Цвет монохроматического излучения. Зависимость чувствительности глаза человека от длины волны светового излучения; характеристики цвета  цветовой тон, яркость, насыщенность; понятие метаменных излучений; колориметрия; законы смешивания цветов Г. Грассмана; Аддитивная цветовая модель RGB:
способ представления цветов; геометрическая интерпретация, треугольник Максвелла, цветовой куб. Обзор других цветовых моделей, используемых в КГ. Кодирование цвета. Палитра

5. Классы изображений, выделяемые при их обработке на ЭВМ. Четыре класса изображений, их основные характеристики и способы представления в ЭВМ. Преобразования изображений, переводящие их из одного класса в другой.

6. Обзор базовых форматов хранения растровых и векторных данных. Краткое перечисление возможностей основных растровых форматов, используемых в КГ. Подробное рассмотрение растрового формата хранения BMP. Краткое перечисление возможностей основных векторных форматов.

7. Элементы геометрии дискретной плоскости. Алгоритмическое обеспечение 2D растровой графики. Два способа визуализации изображений: растровый и векторный. Определение пикселя, его характеристики. Определение растрового изображения. Геометрические и цветовые характеристики растровых изображений. Бинарные, полутоновые и цветные изображения. Понятие глубины цвета. Оценка разрешающей способности растра. Определение векторного изображения. Определения: н-связности и к-связности пикселей; н-маршрута и к-маршрута; н-связного множества и к-связного множества пикселей. Базовые растровые алгоритмы: определение н- и к-соседей данного пикселя; построение одиночной области н-связных пикселей; построение всех н-связных областей одноцветных пикселей; построение одиночного контура области связных не фоновых пикселей по бинарной растровой матрице; построение всех контуров не фоновых связных растровых областей по бинарной растровой матрице; алгоритмы устранения «лестничного» эффекта на растровых изображениях. Инкрементные растровые алгоритмы Брезенхама: алгоритм вывода прямой линии, основанный на непосредственном вычислении координат. Его положительные и отрицательные черты с точки зрения требований КГ; понятие инкрементного алгоритма. Инкрементные алгоритмы генерации точек прямой, окружности с заданными координатами центра и радиусом и эллипса, с заданными координатами центра и длинами полуосей. Алгоритмы заполнения растровой области: рекурсивный алгоритм заполнения по критерию связности с затравкой; нерекурсивный алгоритм заполнения по критерию связности. Алгоритм проверки принадлежности точки многоугольнику. Алгоритм вычисления площади многоугольника на дискретной сетке. Алгоритм построения звездчатого полигона. Алгоритм построения выпуклой оболочки.

8. Алгоритмическое обеспечение 2D векторной графики. Алгоритмы формирования многочленов Безье: геометрический алгоритм построения многочленов Безье; построение многочленов Безье по схеме Горнера. Алгоритмы построения кривых по точкам: построение дуги окружности заданного радиуса, соединяющей две заданные точки с известными координатами; интерполирование с помощью В-сплайна. Алгоритмы заполнения контуров: заполнение прямоугольника; заполнение круга; заполнение полигонов. Алгоритмы отсечения: отсечение отрезка по границе прямоугольника. Алгоритм Сазерленда-Кохена; отсечение произвольного многоугольника по границе заданного выпуклого многоугольника

9. Виды проецирования. Параллельное и центральное проецирование. Виды, классификация и характеристика параллельного проецирования: ортографическое, аксонометрическое и косоугольное. Математическое описание ортографических проекций и изометрических аксонометрических проекций. Виды, классификация и характеристика центрального проецирования: одноточечное, двухточечное и трехточечное проецирование. Математическое описание перспективного преобразования.

10. Методы и алгоритмы 3D графики. Модели описания поверхностей: аналитическая модель; векторная полигональная модель. Структуры данных, используемые в векторных полигональных моделях. Положительные черты и недостатки полигональной модели с точки зрения КГ;
воксельная модель. Понятие вокселя, его характеристики. Применение воксельной модели. Достоинства и недостатки; равномерная сетка. Достоинства и недостатки модели; неравномерная сетка. Изолинии. Достоинства и недостатки модели; преобразования моделей описания поверхности. Способы визуализации объемных изображений: каркасная («проволочная») модель; отображение поверхностей в виде многогранников с плоскими гранями с удалением невидимых точек; дополнение предыдущей модели реалистичным закрашиванием поверхностей. Отображение с удалением невидимых точек: сортировка граней по глубине; метод плавающего горизонта; метод Z-буфера.

11. Закрашивание поверхностей. Модели отражения света: зеркальное отражение. Модель Фонга; диффузное отражение. Закон Ламберта. Метод закраски Гуро. Метод закраски Фонга. Преломление света. Модель идеального преломления. Вычисление вектора преломленного луча.

12. Синтез 3D сцен. Метод трассировки лучей. Прямая трассировка. Сложность физической реализации метода прямой трассировки. Обратная трассировка. Ограничения, существенно повышающие быстродействие метода обратной трассировки. Цветовая модель Уиттеда. Алгоритм вычисления значения интенсивности текущего трассируемого луча. Общие выводы по методу обратной трассировки.

13. Изучение возможностей использования графической библиотеки OpenGL. Общие сведения о библиотеке. Условия ее распространения и установки. Сценарий создания нового проекта, использующего OpenGL, в среде MS Visual C++. Запуск OpenGL в полноэкранном режиме. Инициализация библиотеки. Создание приложений: консольное приложение Win32 Console Application; полнофункциональное приложение Win32 Application. Синтаксис функций OpenGL и ее базовые типы данных. Преобразования сдвига и вращения, переход к новым координатам. Анимация в OpenGL. Отображение в OpenGL простых объектов: понятие вершины в OpenGL, ее создание; отображение точек, линий, треугольников, многоугольников. Построение поверхностей. Плоскости отсечения. Интерполяция цветов. Эффекты прозрачности, тумана. Базовые логические операции OpenGL. Работа OpenGL с готовыми растровыми изображениями: загрузка растрового изображения в OpenGL; понятие текстуры. Создание текстуры в памяти. Наложение текстуры на объект. Повторение текстуры. Освещение объектов: модели освещения; материал;
лампы и их свойства.

14. Графические примитивы API Windows. Отображение отдельных пикселей. Понятие контекста памяти. Создание контекста памяти. Параметры контекста графического устройства. Отображение линий с помощью примитивов API Windows. Стиль линии. Перо. Отображение контуров геометрических фигур и фигур с заполнением цветом. Стиль заполнения. Кисть.

15. Графический редактор Paint. Назначение, функциональные возможности. Форматы файлов, понимаемые редактором. Обзор возможностей основных чертежно-графических инструментов. Инструменты выделения областей. Масштабирование и трансформация изображений. Ввод текста.

16. Система трехмерного моделирования КОМПАС. Назначение и функциональные возможности системы КОМПАС. Основные этапы работы с системой КОМПАС: запуск пакета; создание нового файла чертежа; режим работы с чертежом; запись чертежа. Основное меню: общий принцип работы с выбранным действием в подменю; вид. Режим работы с видом; выполнение основных геометрических построений; вспомогательные построения. Построение основных примитивов изображения: выбор атрибутов линий; запись вида. Построение плоского контура: в тонких линиях обвод контура в заданных типах линий. Режим простановки размеров. Специальные знаки. Технологические параметры.

Литература

а) основная литература:

  1. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. Пер. с англ.-М.: Радио и связь. 1986.-400с.: ил.
  2. Гилой В. Интерактивная машинная графика: Структуры данных. Пер. с англ.-М.: Мир.1981.-384 с.: ил.
  3. Фоли Дж..Ван Дэм А. Основы интерактивной машинной графики. в 2 книгах., Том 1-2,-М.:Мир. 1985
  4. Д. Роджерс. Алгоритмические основы машинной графики. Пер. с англ.-М.: Мир.1989.-512 с.: ил.
  5. Пореев В.Н. Компьютерная графика. — СПб.: БХВ-Петербург, 2004. — 432 с.: ил.

б) дополнительная литература:

  1. Энджел Й. Практическое введение в машинную графику.- М.: Радио и связь, 1984
  2. Л.Аммирал. Машинная графика на персональных компьютерах. Пер. с англ.-М.:»Сол Систем», 1992
  3. Л.Аммирал. Принципы программирования в машинной графике. Пер.с англ.-М.: «Сол Систем» , 1992
  4. Е.В.Шишкин, А.В.Боресков. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения — М.: Диалог-МИФИ, 1995.- 288 с.
  5. Е.В.Шишкин, А.В.Боресков. Компьютерная графика. Полигональные модели – М.: Диалог-МИФИ, 2005.- 464 с.
  6. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. Пер. с англ.-М.:Мир, 1982
  7. М.Минаси. Графический интерфейс пользователя. Секреты проектирования. – М. Мир. 1996
  8. Эйнжел Э. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL, 2 изд.; пер. с англ.- М.; Изд.дом “Вильямс”, 2001

Алгоритмы компьютерной графики

Персональный компьютер получил такое широкое распространение благодаря наличию у него весьма дружественных средств (интерфейса) взаимодействия с пользователем. Удобство этих средств для человека объясняется тем, что основной поток выходной информации компьютера — визуальный, — текст и графика. Причем современному персональному компьютеру доступна любая графика – и штриховая черно-белая, и полутоновые черно-белые (монохромные) рисунки, и цветные рисунки (например, фотографии), и движущиеся рисунки (мультипликация, телевизионная картинка, видеофильм).

Видеосистема PC обычно ориентирована на растровый метод вывода изображения, когда изображение формируется построчно по всему полю изображения. Например, в случае видеомонитора на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), три луча базисных цветов построчно сканируют экран, вызывая свечение соответствующих точек люминофора, нанесенных на внутреннюю поверхность экрана. Каждая строка состоит из некоторого количества точек – пикселов. Пиксел цветного монитора состоит из трех точек базовых цветов, засветкой каждой из которых может управлять устройство, формирующее изображение (например, графическая карта)(см.рис. 16).

Рис.16 Схема устройства ЭЛТ

Рис.17 Пиксельные триады на экране ЭЛТ

Базисные цвета (RGB) — красный, зеленый, синий. Остальные цвета – смеси базисных цветов. Их количество зависит от технических возможностей видеосистемы компьютера, определяемых его видеокартой и монитором.

Итак, видеомонитор является растровым устройством вывода динамически изменяемых изображений. Растровыми устройствами вывода статических изображений являются принтеры.

Альтернатива растровым устройствам — векторные устройства вывода изображений. В этих устройствах прорисовывают только изображаемые фигуры.

При этом изображение состоит из графических примитивов, которыми могут быть отрезки прямых — векторы (откуда и название метода вывода), дуги, окружности. К векторным устройствам вывода статических изображений относятся, например, перьевые плоттеры.

Существует два основных режима вывода информации — текстовый (символьный) и графический. Исторически первые видеосистемы ПК работали в текстовом режиме.

Текстовый режим

В текстовом режиме экран организуется в виде матрицы знакомест, образованной горизонтальными линиями и вертикальными колонками. Адаптер, работающий в текстовом режиме, имеет знакогенератор, который хранит образы всех отображаемых символов. Отличительной чертой текстового режима является наличие на экране курсора.

По умолчанию текстовый режим имеет 25 строк (доступны 24) и 80 символов в строке – 80х25. Оператором WIDTH можно установить любой тестовый режим, доступный вашему видеоадаптеру.

Синтаксис:

WIDTH ,

число символов в строке – 40 или 80,

число строк на экране – 25, 43, 50 или 60 (для VGA-адаптера).

Оператор WIDTH очищает экран и помещает курсор в верхний левый угол. Если задать только один параметр в операторе, то значение второго не изменится. Без параметров оператор применять нельзя — ошибка.

Об операторе управления положением курсора LOCATE было сказано выше.

LOCATE [,[ ],[ ]]

— может иметь целые значения от1 до 24,

— в зависимости от установленного режима экрана может иметь целые значения от 1 до 80,

— значения: 1 — курсор виден или 0 — курсор невиден.

Цветом в текстовом режиме можно управлять оператором COLOR.

Синтаксис:

COLOR ,

– целое значение от 0 до 31, определяющее цвет символа,

— целое значение от 0 до 15, определяющее цвет фона.

0 Черный 8 Серый

1 Синий 9 Ярко синий

2 Зелен 10 Ярко зеленый

3 Голубой 11 Ярко голубой

4 Красный 12 Ярко красный

5 Пурпурный 13 Розовый

6 Коричневый 14 Ярко желтый

7 Белый 15 Ярко белый

В графическом режиме имеется возможность индивидуального управления свечением каждой точки экрана монитора. В графическом режиме каждой точке экрана — пикселю — соответствует ячейка специальной памяти, которая сканируется схемами адаптера синхронно с движением луча монитора. Эта память называется видеопамятью (Video RAM). Постоянного сканирования видеопамяти требует регенерация изображения. Частота регенерации изображения называется частотой кадра. Эта частота должна быть достаточно большой, чтобы не позволять глазу видеть мерцание изображения.

Для программного управления построением изображений к видеопамяти должен обеспечиваться доступ также и со стороны системной магистрали компьютера, причем как по записи, так и по чтению.

Количество бит видеопамяти, отводимое на каждый пиксел, определяет возможное число состояний пикселя — цветов, градаций яркости или иных атрибутов (например, мерцание). Так при одном бите на пиксель возможно лишь два состояния — светится или не светится. Два бита на пиксель позволяли иметь одновременно четыре цвета на экране (адаптеры CGA). Четыре бита на пиксель обеспечивают16 цветов на экране (адаптеры EGA). Этого достаточно для многих графических приложений, например, в САПРах. При 256 цветах (8 бит на пиксель, адаптер VGA) — цветная фотография розы на экране монитора кажется великолепной. Сейчас обычно применяются режимы High Color (16 бит — 65536 цветов) и True Color — (24 бит — 16.7 млн. цветов), реализуемых адаптерами SVGA.

В OC WINDOWS в меню «Свойства рабочего стола» -«настройка» обычно автоматически дается максимальное количество цветов, которое поддерживается видеосистемой.

Логически видеопамять организована так, чтобы отображать матрицу пикселов экрана на биты видеопамяти — Bit Mapping. Объем видеопамяти (в битах), требуемый для хранения образа экрана, определяется как произведение количества пикселов в строке на количество строк и на количество бит на пиксел. Так для режима 800 x 600 x 256 цветов требуется 480000 бит или около 469 Кб, а для режима True Color — 1.4 Мб.

Если физический объем видеопамяти превышает необходимый для отображения экрана, видеопамять разбивается на страницы, в которых умещаются образы целого экрана.

Формирование битовой карты изображения в видеопамяти графического адаптера производится под управлением программы, исполняемой центральным процессором. Эта задача процессору вполне по силам, но при ее решении требуется пересылка большого объема информации в видеопамять, а для многих построений еще и чтение видеопамяти со стороны процессора. Такая ситуация представляет собой узкое горлышко,. При выводе статической картинки этот объем невелик, но «оживить» изображение оказывается проблематично.

Узким местом является канал связи центрального процессора с видеопамятью, через который надо передать нередко весьма большой поток данных.

Выходов имеется несколько. Во-первых, повышают быстродействие видеопамяти. Во-вторых, расширяют разрядность шин графического адаптера (применяют AGP). И наконец, принципиально повысили производительность графического адаптера, когда наделили его собственным процессором. Этот процессор способен формировать растровое изображение в видеопамяти (bit-map) по командам центрального процессора, ориентированным на методы описания изображений графическими элементами более высокого уровня, чем пиксели — отрезков прямой, прямоугольников, дуг, эллипсов. Процессор видеоадаптера способен выполнить эти операции, а также весьма трудоемкие операции заливки замкнутого контура, копирования блока с одного места на экране на другое, не выходя с этим потоком данных на внешнюю магистраль.

Интеллектуальные адаптеры позволяют выводить символы и в графическом режиме. При этом адаптер строит их изображение, не отвлекая центральный процессор.

Для работы программы BASIC в графическом режиме необходимо перейти в нужный графический режим применив оператор SCREEN.Этот оператор устанавливает режим и некоторые другие характеристики экрана (вкл. цвет, стр памяти)

Синтаксис:

SCREEN ,

где — номер графического режима (целое число).

Номер графического режима определяет количество точек на экране и возможное количество их цветов, что влияет на качество выводимого изображения. Возможность применения того или иного графического режима определяется типом графического адаптера, установленного в компьютере.

Илон Маск рекомендует:  Что такое код ftp_site
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Кодинг, CSS и SQL