рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Конспект лекций По дисциплине Компьютерная графика

Конспект лекций По дисциплине Компьютерная графика - раздел Компьютеры, Федеральное Агентство По Образованию ...

Федеральное агентство по образованию

Московский государственный строительный университет

 

Кафедра «Информационные системы и технологии управления в строительстве»

 

 

Конспект лекций

По дисциплине

«Компьютерная графика»

Для студентов специальности 230102

«Автоматизированные системы обработки информации и управления»

 

 

Москва 2010 г.

Глава 1. Основные понятия. 6 1.1 Разновидности компьютерной графики. 7 Полиграфия. 8

Глава 1. Основные понятия

Важнейшая функция компьютера - обработка информации. Особо можно выделить обработку информации, связанную с изображениями. Она разделяется на три основные направления: компьютерная графика (КГ), обработка и распознавание изображений.

Задача компьютерной графики (Computer Graphics) - визуализация, то есть создание изображения. Визуализация выполняется, исходя из описания (модели) того, что нужно отображать. Существует много методов и алгоритмов визуализации, которые различаются между собою в зависимости от того что и как отображать. Например, отображение того, что может быть только в воображении человека — график функций, диаграмма, схема, карта. Или наоборот, имита­ция трехмерной реальности — изображение сцен в компьютерных играх, художественных фильмах, тренажерах, в системах архитектурного проектирования. Важными и связанными между собою факторами здесь являются: скорость изменения кадров, насыщенность сцены объектами, качество изображения, учет особенностей графического устройства.

Обработка изображений (Computer Vision) — это преобразования изображений. Входными данными явля­ется изображение, и результат обработки — тоже изображение. Примерами обработки изо­бражений могут служить: повышение контраста, чёткости, коррекция цветов, редукция цве­тов, сглаживание, уменьшение шумов и так далее. В качестве материала для обработки могут использоваться космические снимки, сканированные изображения, радиолокационные, ин­фракрасные изображения и т. п. Задачей обработки изображений может быть как улучшение в зависимости от определенного критерия (реставрация, восстановление), так и специальное преобразование, кардинально меняющее изображения. В последнем случае обработка изо­бражений может быть промежуточным этапом для дальнейшего распознавания изображения. Например, перед распознаванием часто необходимо выделять контуры, создавать бинарное изображение, разделять по цветам. Методы обработки изображений могут существенно отли­чаться в зависимости от того, каким путем получено изображение — синтезировано системой КГ либо это результат оцифровки черно-белой или цветной фотографии.

 

 

Рис. 1.1. Направления компьютерной графики

Для распознавания изображений (Image Processing) основная задача — получение описания объектов, представленных изображением. Методы и алгоритмы распознавания разрабатывались пре­жде всего для обеспечения зрения роботов и для систем специального назначения. Но в по­следнее время компьютерные системы распознавания изображений все чаще появляются в повседневной практике многих людей, например, офисные системы распознавания текстов, программы векторизации, создание трехмерных моделей человека.

Цель распознавания может формулироваться по-разному: выделение отдельных элемен­тов (например, букв текста на изображении документа или условных знаков на изображе­нии карты); классификация изображений в целом (например, проверка того, есть ли это изображение определенного летательного аппарата, или установление персоны по отпечат­кам пальцев).

Методы классификации и выделение отдельных элементов могут быть тесно связаны между собою. Так, классификация может быть сделана на основе структурного анализа от­дельных элементов объекта. Или для выделения отдельных элементов можно использовать методы классификации. Задача распознавания является обратной относительно визуализации.

Стоит отметить, что довольно популярным до недавнего времени было словосочетание интерактивная компьютерная графика. Им подчеркивалась способность компьютерной системы создавать графику и вести диалог с человеком. Прежде системы работали в пакетном режиме- способы диалога были не развиты. В настоящее время почти любую программу можно считать интерактивной системой КГ.

 

Разновидности компьютерной графики

Из простого перечисления областей применения видно, что понятие компьютер­ной графики довольно обширно — от алгоритмов, рисующих на экране… · двухмерная графика; · полиграфия;

Полиграфия

Программы верстки дают возможность соединять вместе текстовую и графическую информацию для создания информационных бюллетеней, журналов, брошюр и…  

Мультимедиа

В отличие от полиграфии, где дизайнер-полиграфист сотрудничает с печатником, дизайнер-мультимедийщик сотрудничает с программистом. Здесь требования… Для работы в этой области наряду с графическими редакторами необходимо знать…  

World Wide Web (WWW)

Требования к созданию изображений для WWW очень противоречивы. С одной стороны, жёсткие ограничения по снижению размеров файлов для минимизации…  

D-графика и компьютерная анимация

● Широкое применение 3D-графика находит в индустрии компьютерных игр. Анимационные заставки, интерфейсы и персонажи компьютерных игр создаются… ● Другая область применения 3D-графики–телевизионная реклама и… ● Многие архитекторы и дизайнеры используют 3D-графику для построения макетов зданий и трёхмерных моделей…

САПР и деловая графика

   

Геоинформационные системы (ГИС)

Системы типа ГИС могут использовать значительные ресурсы компьютерных систем как в плане работы с базами данных, так и для визуализации объектов,… Типичными для любой ГИС являются такие операции — ввод и редактирование…  

Принципы организации графических программ

● растровая графика ● векторная графика ● фрактальная графика

Растровые программы

Как создаётся цифровое изображение? Многие программы для обработки изображений, такие как Addobe Photoshop, позволяют выбирать нужные электронные… Большинство цифровых изображений сначала поступают в компьютер при помощи… Процесс оцифровывания изображения посредством цифрового фотоаппарата несложен – человек просто направляет аппарат на…

Векторные программы

Поскольку в этом случае изображение создаётся математически, векторные программы используются тогда, когда нужны чёткие линии. Они часто применяются… Когда вы видите изображение, созданное в векторной программе, его качество…

Фрактальные программы

Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг… Таким образом, в простейшем случае небольшая часть фрактала содержит… Отдельное перспективно напрвление развития фрактальных программ — создание алгоритма фрактального сжатия графической…

Глава 2. Координаты и преобразования

Координатный метод

 

Координатный метод был введен в XVII веке французскими математиками Р. Декартом и П. Ферма. На этом методе основывается аналитическая геометрия, которую можно считать фундаментом КГ. В современной КГ координатный метод широко используется.

 

Преобразование координат

Если задать другую, N-мерную, систему координат в базисе (m1, m2,..., т) и поставить задачу определения координат в новой системе, зная координаты в… где fi — функция пересчета i-й координаты, аргументами являются координаты в системе ki,. Можно поставить и обратную…

Простейшие двумерные преобразования

На рис. 2.1 показана точка с координатами (1, 2), которая смещается на…

Однородные координаты и матричное представление двумерных преобразований

К сожалению, перенос реализуется отдельно (с помощью сложения) от… Если мы выразим точки в однородных координатах, то все три преобразования можно реализовать с помощью умножений.…

Композиция двумерных преобразований

Рассмотрим, например, поворот объекта относительно некоторой произвольной точки Pi. Поскольку нам известно, лишь как поворачивать вокруг начала… 1. Перенос, при котором точка Pi перемещается в начало координат. 2. Поворот.

Матричное представление трехмерных преобразований

Трехмерная система координат, применяемая в этой книге, является правосторонней (рис.2.4). Примем соглашение, в соответствии с которым…  

Композиция трехмерных преобразований

Как и прежде, разобьем сложную задачу на более простые. В данном случае преобразование можно выполнить за четыре шага: 1. Перенос точки Pi в начало координат. 2. Поворот вокруг оси у до совмещения P1P2 с плоскостью уz.

Преобразование объектов

Соотношение между старыми и новыми координатами для всех точек объекта (т1, т2,..., тn) = F(k1, k2,..., kn ) и будет определять преобразование… Классифицировать преобразования объектов можно согласно типу функции… Например, преобразование объектов на плоскости можно определить так:

Преобразование как изменение систем координат

  Рис. 2.7. Преобразования как изменение системы координат

Аффинные преобразования на плоскости

Зададим некоторую двумерную систему координат (x,у). Аффинное преобразование на плоскости описывается формулами где А, В,..., F— константы. Значение (X, Y) можно рассматривать как координаты в новой системе координат.

Трехмерное аффинное преобразование

где А, В,..., Ν— константы. Дадим также запись в матричной форме: Для трехмерного пространства любое аффинное преобразование также может быть представлено последовательностью…

Проекции

При использовании любых графических устройств обычно используют проекции. Проекция задает способ отображения объектов на графическом устройстве. Мы будем рассматривать только проекции на плоскость.

Проецирование - отображение точек, заданных в системе координат с размерностью N, в точки в системе меньшей размерности.

Проекторы (проецирующие лучи) - отрезки прямых, идущие из центра проекции через каждую точку объекта до пересечения с плоскостью проекции (картинной плоскостью).

Мировые и экранные координаты

Пусть мировые координаты будут трехмерными прямоугольными координатами. Где должен размещаться центр координат, и какими будут единицы измерения… Для получения изображения в определенной проекции необходимо вычислить…  

Основные типы проекций

Проектирующий пучок лучей направляется через объект на картинную плоскость, на которую в дальнейшем находят координаты пересечения лучей (или…   Рис. 2.14. Основные типы проекций

Глава 3. Растровая графика. Базовые растровые алгоритмы

Растровые изображения и их основные характеристики

Какие основные характеристики растровых изображений? Геометрические характеристики растра Размеррастра обычно измеряется количеством пикселов по горизонтали и вертикали.

Вывод изображений на растровые устройства

Графика — векторный рисунок из линий минимально возможной толщины. Тестовый образец изготовлен и выведен на устройства с помощью редактора Word… Почему именно такой образец? Для того чтобы оценить погрешности отображения,… После вывода образца на графическом устройстве, соответствующее растровое изображение оцифровывалось сканером с…

Методы улучшения растровых изображений

Рассмотрим некоторые из существующих методов улучшения качества изображений, которые основываются на субъективном восприятии разрешающей способности и количества цветов. При одних и тех же значениях технических параметров устройства графического вывода можно создать иллюзию увеличения разрешающей способности или количества цветов. Причем, субъективное улучшение одной характеристики происходит за счет ухудшения другой.

Устранение ступенчатого эффекта

Рассмотрим это на примере отрезка прямой линии. Вообще говоря, растровое изображение объекта определяется алгоритмом закрашивания пикселов,… На рис. 3.11 показано растровое изображение толстой прямой линии, на которую… .

Дизеринг

Вообразим себе, что отдельные точки на фотографии нельзя различить даже с помощью лупы. Это может быть в таких случаях: или нам посчастливилось… Для устройств печати на бумаге проблема количества красок достаточно важна. В… Если графическое устройство не способно воссоздавать достаточное количество цветов, тогда используют растрирование —…

Базовые растровые алгоритмы

Алгоритмы вывода прямой линии

Наиболее просто нарисовать отрезок горизонтальной линии. Вычисление текущих координат пиксела выполняется как приращение по x… Аналогично рисуется отрезок вертикали.

Инкрементные алгоритмы

Инкрементные алгоритмы выполняются как последовательное вычисление координат соседних пикселов путем добавления приращений координат. Приращения… Рассмотрим пример работы приведенного выше алгоритма Брезенхэма для отрезка…

Кривая Безье

Кривые Безье описываются в параметрической форме: Значение t выступает как параметр, которому соответствуют координаты отдельной… Многочлены Безье для Рx и Рy имеют такой вид:

Алгоритмы вывода фигур

Графический вывод фигур делится на две задачи: вывод контура и вывод точек заполнения. Поскольку контур представляет собой линию, то вывод контура… Рис. 3.35. Пример фигуры

Алгоритмы закрашивания

Пикселы контура образуют границу, за которую нельзя выходить в ходе последовательного перебора всех соседних пикселов. Соседними могут считаться…  

Стиль заполнения

При выводе фигур могут использоваться разные стили заполнения. Простейшее — сплошное заполнение — это когда все пикселы внутри контура фигуры имеют… Для описания алгоритмов заполнения фигур в определенном стиле, используем тот…

Инструменты растровых графических пакетов

К фундаментальным инструментам растровой графики относятся такие инструменты обработки изображений, как:

• инструменты выделения;

• каналы и маски;

• инструменты ретуширования;

• гистограммы;

• кривые;

• инструменты для цветовой (цветовой баланс) и тоновой коррекции (уровни);

• фильтры (спецэффекты);

• слои

Инструменты выделения. Каналы и маски

Маски — это один из базовых инструментов профессиональных растровых редакторов. В подтверждение этому можно напомнить, что в простейшем растровом… Хотя концепции маски и выделения тесно связаны, понятие маски шире. Всякая… Таким образом, маска не есть нечто противоположное выделению. Противоположными свойствами обладают части маски, а…

Выделение

Понятие маски возникло не на пустом месте. По смыслу и назначению оно близко к понятию трафарета. Представьте себе художника, вырезающего из ватмана… Количество цветовых каналов определяется количеством базовых цветов в… Назначение этого типа каналов тесно связано с понятием маски. Более того, фактически каждый такой канал представляет…

Инструменты выделения и маскирования

Обычные (геометрические), использующие для построения выделений разнообразные геометрические формы: прямоугольную, квадратную, круглую и… Инструменты выделения от «руки». Типичным примером таких инструментов… Инструменты выделения контуров (раth tools) похожи на инструменты предыдущей группы. Однако в данном случае выделенные…

Ретушь

Традиционно инструменты ретуширования изображений предназначены для восстановления поврежденных изображений, например, для ретуши фотографий.

Ретушь (retouch) — коррекция изображения с целью устранения мелких дефектов, исправления тонального и цветового балансов.

С другой стороны, для дизайнеров в области рекламы и маркетинга основной целью ретуширования является украшение изображения, придание ему большей убедительности. Для реализации этого может потребоваться выполнение двух групп операций:

• устранить детали, мешающие созданию нужного эффекта. Обычно это морщины на лице, блики и мелкие посторонние предметы;
добавить некоторые детали, чтобы подчеркнуть (усилить) нужный эффект.

Изображения могут иметь царапины, пятна и другие дефекты локального характера. В этом случае процесс ретуширования можно выполнить без применения выделений или масок, используя лишь входящие в состав используемого вами пакета инструментальные средства локального улучшения.

Отметим наиболее часто используемые средства ретуширования: инструмент клонирования, инструменты размытия, инструменты Палец и Губка, инструменты Осветлитель и Затемнитель. Они выполняют несколько функций.
Инструменты клонирования (С1оning Тооls) предназначены для копирования деталей из одного места изображения (неповрежденного) в другое (поврежденное). Типичным примером такого инструмента является Штамп. Клонирование рекомендуется применять для удаления дефектов сканирования, следов пыли, царапин пятен путем замены на тона и детали того же или другого изображения, сходного
по цвету или более совершенного.

Инструменты размытия (Blur) и повышения резкости (Sharpen) позволяют соответственно локально снижать или усиливать контраст между пикселами изображения. Так, локальное ослабление нежелательных подробностей (морщин, нездорового цвета кожи и т. д.) позволит акцентировать внимание на главных деталях изображения, маскируя второстепенные детали. В то же время локальное увеличение резкости может привлечь внимание к каким-то особенностям изображения (например, блеск драгоценностей), что составляет основу рекламы производимых изделий или имиджа человека, использующего эти изделия.

Инструменты Палец (Smudge) и Губка (Sponge) сглаживают различия между соседними оттенками в тех местах, где проходит кисть. Они применяются для удаления морщин, складок на одежде, случайного шума, наложенного на изображение при сканировании, а также для сглаживания границ между исходными и клонированными с помощью инструмента Штамп (Stamp) участками изображения.

Инструменты Осветлитель (Dodge) и Затемнитель (Burn) делают объекты более светлыми или тусклыми. Эти средства предназначены для коррекции освещенности или изменения значения яркости, чтобы выделить или скрыть отдельные детали.

Хотя большинство фильтров предназначено для применения к изображению специальных эффектов (об этом подробнее будет сказано ниже в соответствующем разделе), некоторые из них могут быть полезными для ретуширования изображений. В большинстве случаев для получения нужного эффекта их следует использовать в совокупности с масками и выделениями.
К наиболее полезным типам фильтров для решения задач ретуширования можно отнести следующие.

• Нерезкое маскирование (Unsharp mask) и группа Фильтры усиления краев (Edge-Sharpening filters). Сих помощью можно повышать контраст и подчеркивать детали изображения. Локальное использование их для целей ретуширования позволяет усилить одни детали изображения по сравнению с другими.
• Размытия (Blur) и Смягчения (Soften). Эти группы фильтров позволяют удалять дефекты сканирования и сглаживать второстепенные детали.
• добавление шума (Noise). За счет добавления шума в небольшую выделенную область можно скрыть некоторые дефекты изображения или замаскировать
нарушающие гармонию детали изображения.

Гистограммы

При построении этого графика по оси Х откладываются значения яркостей в диапазоне от 0 (черный) до 255 (белый), а по оси Y — количество пикселов,… Человек, впервые сталкивающийся с этим понятием, может усомниться в его… В том случае, если вы хотите улучшить плохое изображение (или плохо отсканированное изображение), анализ его…

Тоновая коррекция изображения

Смысл тоновой коррекции состоит в придании изображению максимального динамического диапазона.

Тон - уровень (градация, оттенок) серого цвета. Тоновое изображение имеет непрерывную шкалу градаций серого от белого до черного. Для одного канала число таких градаций равно 256.

В свою очередь, это напрямую связано с настройкой яркости изображения. Для оценки и коррекции яркости и контрастности изображения (его тоновой коррекции) профессиональные растровые редакторы предоставляют широкий набор средств, среди которых можно отметить:

• два мощных универсальных инструмента — Уровни (Levels) и Кривые (Curves);
• более простые инструменты, например Яркость/Контраст (Brightness/Contrast), предназначенные для устранения наиболее грубых дефектов типа недостаточной яркости или повышенной контрастности.

Уровни (Levels)

Прежде чем воспользоваться данным инструментом для тоновой коррекции изображения, познакомимся с предоставляемым им набором элементов настройки.… Остановимся на назначении основных групп параметров. Параметры раздела…

Кривые

По принципу действия команда Кривые близка к команде Уровни. Только здесь для настройки яркости изображения в окне диалога Кривые (Curves) (рис. 3.53) вместо гистограммы используется инструментальное средство, известное под именем кривая (в локализованных версиях растровых редакторов встречаются и другие термины — настроечная кривая и градационная кривая).

Рис. 3.53.В момент открытия окна диалога Кривые (Curves) его основное инструментальное средство — настроечная кривая — предстает в виде прямой линии с наклоном 45. Это говорит о том, что все входные и выходные пикселы имеют идентичные значения яркости

Кривые уже давно используются в лучших сканерах и графических системах высокого класса для подготовки изображений к печати. В последнее время они активно применяются в профессиональных графических пакетах, являясь одним из самых мощных и тонких средств регулирования тона и цвета изображения.

Кривая (curves) — это график, с помощью которого осуществляется преобразование спектрального диапазона исходного изображения (входные данные) к спектральному диапазону скорректированного изображения (выходные данные). В некоторых источниках это инструментальное средство называют также яркостная кривая, настроечная кривая и градационная кривая.

Рис. 3.54. Яркость на входе и яркость на выходе

Иными словами, кривая — это инструмент для одновременного изменения контраста во многих яркостных диапазонах изображения. Этим она отличается от гистограмм (и соответственно инструмента Уровни), в которой для настройки яркости используются только три области (света, тени и средние тона). По умолчанию в исходном виде кривая представляет собой прямую линию с наклоном в 45°, что соответствует линейному возрастанию уровней яркости от темного тона к светлому. В процессе редактирования кривой вы изменяете конечные (выходные) уровни яркости относительно исходной (входной) прямой линии.

Для RGB-изображений на кривой отображаются значения яркости в диапазоне от 0 до 255 градаций, причем в левой части графика расположены тени (0). В случае использования CMYK-изображений в качестве единиц измерения используются проценты от 0 до 100. В этом случае, наоборот, в левой части графика отображаются света (0). Для инвертирования расположения на графике областей теней и светов нажмите на кнопку в форме двойной стрелки под кривой.

Устанавливая наклон кривой более 45° (выпуклая кривая), вы расширяете диапазон тонов или цветов, входящих в соответствующие области изображения, делая его контрастнее и детальнее. Наоборот, установка вогнутой кривой приводит к сужению диапазона тонов и, как следствие, — к уменьшению контраста.

 

Цветовая коррекция и цветовой баланс

Цветокоррекция — изменение цветовых параметров пикселов (яркости, контрастности, цветового тона, насыщенности) с целью достижения оптимальных… К наиболее распространенным средствам, используемым для повышения качества… Цветовой баланс — соотношение цветов в изображении. Регулировка цветового баланса позволяет усилить или ослабить один…

Фильтры (Plug-ins) и спецэффекты (Effects)

Фильтры и спецэффекты представляют собой небольшие программы, выполняющие заранее установленную последовательность команд. Они автоматически… Большинство современных графических программ поддерживает возможность… Имея под «рукой» подключаемые фильтры, вы можете творить чудеса, диапазон которых ограничен только вашей фантазией и…

Преимущества и недостатки растровой графики

Одним из достоинств растровой графики является простота и, как следствие, техническая реализуемость (автоматизация) ввода (оцифровки)… Растровое изображение имеет преимущества при работе с фотореалистичными… Недостатки

Глава 4. Векторная графика



Изображение, созданное в векторных программах, основывается на математиче­ских формулах, а не на координатах пикселов. Поэтому векторные файлы содер­жат наборы инструкций для построения геометрических объектов — линий, эл­липсов, прямоугольников, многоугольников и дуг (рис. 4.1). В соответствии с этим основу векторных изображений составляют разнообразные линии или кривые, называемые векторами, или, по-другому, контурами. Каждый контур представ­ляет собой независимый объект, который можно редактировать: перемещать, мас­штабировать, изменять. В соответствии с этим векторную графику часто называ­ют также объектно-ориентированной графикой.

 

Рис. 4. 1.Примитив векторного файла

Особенности терминологии

Каждый тип компьютерной графики имеет свою терминологию, математический аппарат и характерный для него набор инструментальных средств. Поэтому, не­смотря на большое количество представленных на рынке векторных программ, все они в той или иной мере включают в свой состав общий базовый набор инструмен­тальных средств.

В этой главе приведеы с базовые термины и понятия векторной графики, составляющие ядро любой современной векторной програм­мы. Основная сложность в реализации этой задачи - разнообра­зие терминов, используемых и различных программах для обозначения одних и тех же понятий. Ситуация еще более осложняется при переходе к локализован­ным версиям оригинальных продуктов. Даже в случае локализации различных версий одной и той же программы ни переводчики, ни редакторы не заботятся о сохранении преемственности в терминологии. Поэтому для профессиональной работы с графикой важно составить представление об особенностях используе­мой терминологии и базовых примитивах векторной графики.

Средства создания векторных изображений

· Программами векторной графики. · Программами САПР, типичным представителем которых является программа… · Специализированными программами конвертирования растровых изображе­ний в векторные. (CorelTrace 9 и Adobe…

Сравнение механизмов формирования изображений в растровой и векторной графике

Проиллюстрируем разницу в механизмах работы растровых и векторных редакто­ров на примере описания одного и того же отрезка прямой: · в векторном формате — задаются координаты начала и конца прямой, цвет и… · в растровом формате — задаются координаты и цвет каждой точки (пиксела), входящей в этот отрезок прямой. А…

Структура векторной иллюстрации

1. Следующий уровень иерархии — объекты, представляющие собой разнообразные векторные формы. В большинстве редакторов для их отображения необходимо… 2. Объекты иллюстрации состоят из одного или нескольких контуров. На рис. 4.5… Типичными примерами контуров могут служить окружность, прямоугольник или другие графические элементы сложного…

Математические основы векторной графики

В векторной графике тачке соответствует узел. На плоскости этот объект пред­ставляется двумя числами (X, Y), задающими его положение относительно… Для описания прямой линии используется уравнение Y = аХ + b. Поэтому для… К классу кривых второго порядка относятся параболы, гиперболы, эллипсы и окруж­ности, то есть все линии, уравнения…

Элементы (объекты) векторной графики

Теперь давайте познакомимся более детально с основными элементами векторно­го рисунка, рассмотренными нами ранее в разделе «Структура векторной иллюст­рации».

Линии

Как уже отмечалось, в основе векторной графики лежит использование математи­ческих представлений о свойствах контуров, основу которых составляет элемен­тарный объект векторной графики линия. С ее помощью можно легко построить любой более сложный объект. Например, объект четырехугольник можно создать с помощью четырех линий, а куб — с помощью 12 линий или 6 четырехугольников. Таким образом, иллюстрация составляется из простых объектов, как из кубиков.

Благодаря этому процесс рисования а векторных редакторах фактически сводит­ся к созданию контуров (объектов) нужной формы и приданию им определенных заливок и обводок. Этот принцип лежит в основе всех программ векторной графи­ки. Различаются лишь приемы работы и некоторые специальные эффекты.

В то же время построение линии наряду с использованием для ее описания математи­ческого аппарата предполагает задание ряда дополнительных атрибутов, определяю­щих ее основные свойства: форму, толщину, цвет, стиль (сплошная, пунктирная и т. п.). Количество перечисленных атрибутов зависит от вида линии. Открытые линии, напри­мер, в отличие от замкнутых не имеют атрибута заливки (рис. 4.7). Замкнутые кон­туры кроме обводки могут иметь определенную пользователем заливку).

По умолчанию контуры объектов обычно не имеют толщины. Чтобы контур был виден на экране, ему придают обводку (абрис) опре­деленной толщины, стиля (например, сплошная или пунктирная) и цвета. В большинстве редакторов выбор перечисленных атрибутов линии выполняется путем использования специальных библиотек, доступ к которым реализуется с помощью соответствующих окон диалога. На рис. 4.8 - 4,9 приведены подобные окна диа­лога программы Corel XARA, называемые Галерея линии и Галерея цветов.

Рис. 4.7.Иллюстрация свойств векторного объекта Линия: 1) прямолинейный незамкнутый контур (линия), нарисованный в программе Corel XARA 2 инструментом Рисунок от руки (Freehand) при нажатой клавише Alt без атрибута обводки (слева) и с добавлением обводки (справа) толщиной 4 пункта (4pt); 2) замкнутая линия в виде эллипса без заливки (слева) и с заливкой(справа)

Более подробно цветовые и другие параметры объектов будут рассмотрены далее в разделе «Атрибуты объекта — заливка и обводка».

Рис. 4.8. Часть окна диалога Галерей линии Corel XARA с открытой папкой Образец, где можно выбрать любой из имеющихся в ней стилей линии — сплошная, пунктирная и т. п.

 

Рис. 4.9. Доступ к цветовым атрибутам линии в Corel XARA предоставляется в окне диалога Галерея цветов

Кривые Безье

В начале 70-х годов профессор Пьер Безье, проектируя на компьютере корпуса автомобилей «Рено», впервые применил для этой цели особый вид кривых, опи­сываемых уравнением третьего порядка, которые впоследствии стали известными под названием кривые Безье (функция Bezier).

Поскольку эти линии имеют особое значение как для векторной, так и растровой графики, имеет смысл рассмотреть их более подробно.

В настоящее время кривые Безье присутствуют в любом современном графиче­ском пакете. Достаточно сказать, что все компьютерные шрифты состоят из кривых Безье. Кривые Безье находят также широкое применение и в растровой графике. Так, в программе Photoshop используется термин контур (path), базирующийся на кривых Безье. Именно с помощью этого инструмента вы можете выделить на сканированной фотографии нужный объект (например, для его вырезания), кото­рый будет использован при создании фотомонтажа.

Отрезками такой кривой можно аппроксимировать сколь угодно сложный кон­тур. В этом случае он будет состоять из набора кривых Безье. В местах сочленений сформированная из отрезков кривой Безье линия может иметь изломы. Однако с помощью функции сглаживания (smooth) управляющие точки соседних отрезков легко выстраиваются в одну линию, после чего излом исчезает. Гибкость в построении и редактировании кривых Безье во многом определяется характеристиками узловых и управляющих точек, свойства которых будут рассмот­рены в следующем разделе.

Появление кривых Безье вызвало настоящий переворот в видео и трехмерной гра­фике. Это связано с тем, что до появления формул Безье контуры компьютерных персонажей были ломаными, поверхности — гранеными, а движение — прерывистым, скачкообразным, неестественным. Использование кривых Безье позволило реализовать наиболее общий и интуитивно понятный способ управления движе­нием. В соответствии с ним параметрам кривой можно поставить в соответствие параметры движения компьютерного персонажа. В результате движение будет про­исходить по тем же рассмотренным нами правилам. Таким образом, знаменитая кривая используется не только в двухмерной компьютерной графике, но и в трех­мерной графике, видео и анимаций.

Узлы (Опорные точки)

Наряду с линией (line) другим основным элементом векторной графики является узел (опорная точка). Как уже отмечалось, линии и узлы используются для по­строения контуров, которые могут быть представлены в виде прямой, кривой или формы. Каждый контур имеет несколько узлов.

В векторных редакторах (как, впрочем, и в растровых) форму контура изменя­ют путем манипуляции узлами. Это можно сделать одним из следующих спо­собов:

• перемещением узлов;

• изменением свойств узлов (в том числе атрибутов связанных с ними касательных линий и управляющих точек, рис. 4.10);

• добавлением или удалением узлов.

Рис. 4.10. Невыделенные узловые точки

 

Таким образом, в основе всех процедур, связанных с редактированием (отчасти и созданием) любого типа контуров, лежит работа с узлами. Поэтому прежде, чем приступить к изучению процедур редактирования, давайте сначала познакомимся с типами узловых точек.

Касательные линии и управляющие точки

При выделении узловой точки криволинейного сегмента у нее появляются одна или две управляющие точки, соединенные с узловой точкой касательными линия­ми, Управляющие точки изображаются черными закрашенными точками. Распо­ложение касательных линий и управляющих точек определяет длину и форму (кри­визну) криволинейного сегмента, а их перемещение приводит к изменению формы контура.

Б локализованных версиях векторных программ наряду с термином касательные используются и другие термины: рычаги управления, направляющие и «.усы». Фор­ма и цвет управляющих точек также зависят от используемого редактора. Если в CorelDRAW они, как и выделенные узлы, обозначаются черными квадратиками, но меньшего размера, то в Corel XARA они закрашены красным цветом, а выде­ленный узел отображается незакрашенным квадратом.

Типы узловых точек

Касательная линия всегда является касательной к сегменту кривой в узловой точ­ке. Ее наклон и длина определяют наклон и радиус изгиба соответствующего кри­волинейного сегмента. Перемещение узловых точек и настройка касательных ли­ний позволяют изменять форму криволинейных сегментов. Различают три типа уз­ловых точек:

· гладкий узел (smooth node);

· симметричный узел (symmetrical node);

· острый узел (cusp node).

Симметричный узел

У симметричного узла оба отрезка касательных по обе стороны точки привязки имеют одинаковую длину и лежат на одной прямой, которая показывает направ­ление касательной к контуру в данной узловой точке (рис. 4.11). Это означает, что кривизна сегментов с обеих сторон точки привязки одинакова (в данной точке не претерпевают разрыва первая и вторая производные кривой).

Изменение положения управляющей точки приводит к соответствующему изме­нению угла наклона касательной к кривой. Изменение длины касательной линии с одной стороны точки привязки путем перемещения управляющей точки приво­дит к соответствующему изменению и второй касательной линии, что изменяет радиус кривизны линии в точке привязки.

В CorelDRAW симметричные узлы создаются автоматически при рисовании кривых инструментом Bezier (Кривая Безье) методом перетаскивания. Поскольку этот тип уз­лов является частным случаем гладких узлов в большинстве программ векторной гра­фики (например, в Corel Хата), он не выделен в виде самостоятельного типа узла.

Рис. 4.11. У симметричной узловой точки длина обоих отрезков касательных одинакова, и они лежат на одной прямой

Гладкий узел

У гадкой узловой точки оба отрезка касательных линий по обе стороны точки при­вязки лежат на одной прямой, которая показывает направление касательной к кри­вой в данной точке, но длина управляющих линий разная (рис. 4.12). Это говорит о том, что кривизна криволинейных участков, прилегающих к этой опорной точке, различна с разных ее сторон. Математически это значит, что в данной точке нет разрыва первой производной, но вторая производная кривой претерпевает разрыв.

Рис. 4.12.У гладкой узловой точки касательные линии лежат на одной прямой. но имеют разную длину

Изменение длины касательной линии с одной стороны точки привязки путем пе­ремещения управляющей точки приводит к соответствующему изменению радиу­са кривизны этого криволинейного сегмента с одной стороны узловой точки. При этом длина второго отрезка касательной линии (с другой стороны узловой точки) не изменяется.

Острый узел

У острого узла касательные линии с разных сторон этой точки не лежат на одной прямой. Поэтому два криволинейных сегмента, прилегающих к опорной точке, имеют различную кривизну с разных сторон узловой точки и контур в этой точке образует резкий излом (рис. 4.13). Здесь радиус кривизны и угол наклона каса­тельной для каждого криволинейного сегмента можно регулировать независимо друг от друга соответствующим изменением длины и угла наклона касательной линии для каждого прилегающего к опорной точке криволинейного сегмента в отдельности. В частности, один из отрезков касательных может быть равен нулю (рис. 4.14). В этом случае форма сегмента кривой будет регулироваться только одним отрезком касательной, а не двумя, как это было в предыдущих случаях.

Рис. 4.13.Три варианта острых узлов: без управляющих точек (1), с одной управляющей точкой (2} и двумя (3). В последнем случае кривизну сегментов контура в острой узловой точке можно изменять независимо для каждого сегмента

Рис. 4.14.Иллюстрация рисования (1) и редактирования (2, 3) кривой Безье в программе Corel KARA 2 с помощью инструмента Shape Editor (Редактирования фигур)

Примитивы (Формы)

Наряду с разнообразными кривыми, основу которых составляют кривые Безье, векторные редакторы имеют в своем составе специальные инструментальные сред­ства для создания простых форм (графических примитивов), что упрощает постро­ение сложных объектов. В качестве примера такого примитива можно указать на эллипсовидные формы, используемые при рисовании почек на ветке сакуры (рис. 4.5).

Часто наряду со своим прямым назначением простые формы используются в ка­честве исходных заготовок для создания на их базе более сложных объектов. В этом случае для последующего редактирования созданных заготовок необходимо привлечение рассмотренной нами ранее технологии редактирования кривых Безье с помощью пе­ремещения узлов и управляющих точек. Однако все не так однозначно. Для осу­ществления этой процедуры в некоторых редакторах требуется выполнить специ­альное преобразование примитивов в кривые Безье, поскольку их математическое описание в некоторых редакторах отличается от формул, заложенных в построе­ние кривых Безье.

 

Рис. 4.15.Палитра Swatches (Каталог) предназначена для выбора цвета обводки в Adobe Illustrator 9

Комбинированные объекты

Как вы могли уже убедиться при знакомстве с разделом «Структура векторного рисунка», векторное изображение может состоять из десятков и сотен объектов (контуров). Все они сначала создаются как простые объекты, из которых затем формируется сложный объект. Достигнутый в результате этих действий резуль­тат необходимо зафиксировать, чтобы избежать при выполнении последующих операций искажения рисунка из-за возможного изменения соотношения пропор­ций между объектами или их взаимного расположения. Для этих целей в вектор­ных редакторах предусмотрена группа базовых операций, включающих:

  • группировку объектов;
  • объединение объектов;
  • использование составных контуров.

Группировка объектов

Операция группировки состоит в объединении двух или более объектов (конту­ров) в одну группу. С полученным таким образом сгруппированным объектом можно обращаться как с единым объектом. Его можно перемешать, поворачивать, растягивать и выполнять многие другие операции без искажения взаимного рас­положения и пропорций входящих в него объектов.

При реализации операции группировки можно использовать несколько уровней группировки. В этом случае разгруппировка объектов происходит в обратном по­рядке с сохранением иерархии группировки.

Объединение объектов

Объединенный объект (контур) создается путем использования одной или несколь­ких операций по объединению двух или нескольких контуров. В результате такой операции из нескольких объектов получается новый объект, обладающий свой­ствами самого верхнего из исходных объектов, участвующих в операции. Поэтому в отличие от рассмотренной ранее операции группировки здесь свойства состав­ляющих объектов теряются.

В современных векторных редакторах предусмотрены различные варианты слия­ния объектов. Наиболее распространенными из них являются три процедуры, прин­цип действия которых основан на использовании базовых логических операций ИЛИ, И, И-НЕ.

 

Достоинства и недостатки векторной графики

Достоинства Одним из главных достоинств этого вида графики является возможность неогра­ниченного масштабирования изображения без…

Глава 5. Фрактальная графика

 

Понятия фракталы, фрактальная геометрия и фрактальная графика, появившиеся в конце 70-х, сегодня прочно вошли в обиход математиков и компьютерных художников. Слово фрактал образовано от латинского fractus и в переводе означает “состояние из фрагментов”. Оно было предложено математиком Бенуа Мандельбромом в 1975 году для обозначения нерегулярных, но самоподобных структур, которыми он занимался. Рождение фрактальной геометрии принято связывать с выходом в 1977 году книги Мандельброта “The Fractal Geometry of Nature”. В его работе использованы научные результаты других ученых, работавших в 1875-1925 годах в той же области (Пуанкаре, Фату, Жюлиа, Кантор, Хаусдорф). Но только в наше время удалось объединить их работы в единую систему.

Из всех типов фракталов наиболее наглядными являются геометрические фракталы. В двухмерном случае их получают с помощью некоторой ломаной (или поверхности в трехмерном случае), называется генератором. За один шаг алгоритма каждый из отрезков, составляющих ломанную, заменяется на ломаную-генератор в соответствующем масштабе. В результате бесконечного повторения этой процедуры получается геометрический фрактал.

Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга.

Перефразируя это определение, можно сказать, что в простейшем случае небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале. Например, снежинка несет информацию о снежном сугробе, а горный камень имеет те же самые очертания, и что и горный хребет. Благодаря тому свойству мы можем использовать фракталы для генерирования поверхности местности, которая походит на саму себя, независимо от масштаба, в котором она отображена. Эта идея нашла использование в компьютерной графике благодаря компактности математического аппарата, необходимого для ее реализации. Так, с помощью некоторых математических коэффициентов можно задать линии и поверхности очень сложной формы.

Сегодня разработаны алгоритмы синтеза коэффициентов фрактала, использующего произвести копию любой картинки сколь угодно близкой к исходному оригиналу. С точки зрения машинной графики фрактальная геометрия незаменима при генерации искусственных облаков, гор, поверхности моря. Фактически благодаря фрактальной геометрии найден способ эффективной реализации сложных неевклидовых объектов, образы которых весьма похожи на природные.

Геометрические фракталы на экране компьютера – это узоры, построенные самим компьютером по заданной программе. Они очень красивы, необычны и интересны. Многие художники на Западе (например, Мелиса, Бинде) рассматривают фракталы как новый вид компьютерного искусства. Помимо фрактальной живописи существуют фрактальная анимация и фрактальная музыка.

Создатель фракталов – это художник, скульптор, фотограф, изобретатель и ученый в одном лице. Вы сами задаете форму рисунка математической формулой, исследуете сходимость процесса, варьируя его параметры, выбираете вид изображения и палитру цветов, то есть творите рисунок «с нуля». В этом одно из отличий фрактальных графических редакторов (и в частности — Painter) от прочих графических программ. Например, в Adobe Photoshop изображение, как правило, «с нуля» не создается, а только обрабатывается. Другой самобытной особенностью фрактального графического редактора Painter (как и прочих фрактальных программ, например Art Dabbler) является то, что реальный художник, работающий без компьютера, никогда не достигнет с помощью кисти, карандаша и пера тех возможностей, которые заложены в Painter программистами.

Математика фракталов. Алгоритмы фрактального сжатия изображений

В настоящее время алгоритмы, используемые для генерации изображений фрактальной графики, находят применение и в традиционных видах компьютерной… Фрактал можно определить как объект довольно сложной формы, которая получена в… Фракталом Мандельброта названа фигура, которая порождается очень простым циклом. Для создания этого фрактала…

Обзор основных фрактальных программ

Фирма MetaTools знаменита своим основателем — Каем Краузе, а также его детищами - наборами фильтров (plug-ins) для пакетов растровой (Kai's Power… Итак, лидером на рынке фрактальной графики до недавнего времени (то есть до… Fractal Design Expression комбинирует в себе растровую и векторную технику компьютерной графики. То есть вы рисуете…

Глава 6. Цветовые модели компьютерной графики

 

Для изучения способов представления цвета в компьютерных системах сначала рассмотрим некоторые общие аспекты.

 

Элементы цвета

  Рис. 6.1. Основные участники процесса восприятия цвета

Свет и цвет

  Рис. 6.2. Спектральный состав видимого цвета

Физическая природа света и цвета

Свет имеет двойственную природу, обладая свойствами волны и частицы. Корпус­кулы света, называемые фотонами, излучаются источником света в виде… Разные длины волны воспринимаются нами как разные цвета: свет с большой…  

Излученный и отраженный свет

Излученный цвет — это свет, испускаемый активным источником. Примерами таких источников могут служить солнце, лампочка или экран монитора. В основе… Отраженный свет возникает при отражении некоторым предметом (вернее, его… · ахроматические;

Яркостная и цветовая информация

Рис. 6.5. Источники света: 1 - в виде смеси длин волн, воспринимаемой как… Длина световых волн выражается в нанометрах (нм), представляющих собой мил­лиардные доли метра (10-9). Наш глаз может…

Цвет и окраска

Окраска — это способность предмета отражать излучение в том или ином диа­пазоне длин волн. Цвет является более широким понятием, включающим окраску и условия… Чтобы представить имеющееся между ними различие, вспомните, как, например, выглядит снег при различных условиях…

Характеристики источника света

Стандартные источники

Для имитации различного освещения измерительные устройства используют стан­дартизованные источники излучения - D50, D65, D93, А, В, С, а также F2… • источник А — норма среднего искусственного света эквивалентна цветовой… • источник В — норма прямого солнечного света с цветовой температурой, близ­кой к 4800°К;

Особенности восприятия цвета человеком

Рис. 6.8. Схема функционирования человеческого глаза  

Колбочки и палочки

Процесс функционирования палочек и колбочек не имеет принципиальных отли­чий. В обоих случаях происходит поглощение световых волн и по достижении… Палочки «отвечают» за черно-белое зрение, поскольку способны регистрировать… Колбочки предназначены для распознавания цветовой информации. В отличие от палочек имеются три сорта колбочек, каждая…

Спектральная чувствительность глаза к яркости

На практике в качестве яркостной характеристики чувствительности глаза обычно используют кривую спектральной чувствительности (рис. 6.10). Для…  

Спектральная чувствительность наблюдателя

Рис. 6.12. Спектральная чувчтвительность глаза  

Цветовой и динамический диапазоны

Цветовой диапазон — диапазон цветов, которые могут восприниматься или вос­производиться наблюдателем или приемным устройством. Динамический диапазон характеризует различие между наиболее светлым и… Человеческое зрение имеет широчайший цветовой и динамический диапазон. Глаз человека способен различать градации…

Типы цветовых моделей

• CMY; • CMYK; • RGB;

Аддитивные цветовые модели

Базовыми цветами называют цвета, с помощью которых можно получить практи­чески весь спектр видимых цветов. Для получения новых цветов с помощью аддитивного синтеза можно использовать и…  

RGB - модель

  Ц = rR +gG + bB,  

Ограничения RGB-модели

• ограничение цветового охвата Первая проблема связана с тем, что цвет, возникающий в результате смешения… Существуют и другие причины, приводящие к аппаратной зависимости RGB-мо­дели даже для мониторов, выпускаемых одним и…

SRGB — стандартизированный вариант RGB-цветового пространства

Как вы уже, очевидно, поняли, главный недостаток RGB-модели заключается в ее размытости. Это обусловлено тем, что на практике RGB-модель характеризует цветовое пространство конкретного устройства, например монитора или сканера.

Нужен какой-то общий знаменатель.

Тем не менее любое RGB-пространство можно сделать стандартным. Для этого надо всего лишь однозначно определить его. Например, в Photoshop 5 предлагается це­лых девять заранее определенных вариантов, важ­ное место среди которых занимает стандартное цветовое пространство для Интер­нета — sRGB (так называемое standard RGB — стандартное RGB). По инициативе двух фирм — Microsoft и HP — оно стандартизировано и соответствует цветовому пространству типичного монитора VGA низшего класса. Сегодня это пространство является альтернативой системам управления цветом, использующим 1СС, предназначенные для описания цветового охвата устройств, которые входят в состав настольных издательских систем. В отличие от последних для пользователя Интернета важны простота и компактность файлов. Вряд ли вам понравится получать по сети двухме­габайтный (и даже двухкилобайтный) профиль с каждой картинкой (хотя спе­цификация ICC 1:1998-09 позволяет встраивать профили даже в изображения в формате GIF). Идея стандартного RGB-пространства настольно привлекательна, что даже Adobe Systems включила его в состав своих продуктов. Например, Photoshop 5.0 открывает RGB-файлы, не содержащие ICC-профиля, как sRGB.

 

Субтрактивные цветовые модели

Субтрактивные цвета в отличие от аддитивных цветов (той же RGB-модели) по­лучаются вычитанием вторичных цветов из общего луча света. В этой системе…  

Цветовая модель CMY

                Рис. 6.25. Цветовая модель CMY - поглощение (вычитание) цветов)

CMY и CMYK

Однако в реальном технологическом процессе получение черного цвета путем сме­шивания трех основных цветов для бумаги неэффективно по трем… Невозможно произвести идеально чистые пурпурные, синие и желтые краски.… На создание черного цвета с помощью модели CMY тратится в три раза больше краски.

Ограничения модели CMYK

В CMYK-модели также нельзя точно предсказать результирующий цвет только на базе численных значений ее отдельных компонентов. В этом смысле она… В силу тот что цветные красители имеют худшие характеристики по сравнению с…

Возможности расширения цветового охвата CMYK

Технология HiFi Color К настоящему времени создано несколько вариантов HiFi Color. Их общей чертой… Одна из таких цветовых систем разработана фирмой Pantone. Ее компьютерный вариант PANTONE® HEXACHROME(ТМ) Colors…

Перцепционные цветовые модели

Как было показано ранее, используемые для описания технических устройств цве­товые системы RGB и CMYK являются аппаратнозависимыми. Это значит, что… · позволяет обращаться с цветом на интуитивно понятном уровне; · значительно упрощает проблему согласования цветов, поскольку после уста­новки значения яркости можно заняться…

Достоинства и ограничения HSB-модели

Вместе с тем HSB-модель обладает по сравнению с RGB- и CMYK-моделями дву­мя важными преимуществами: Аппаратной независимостью. Задание составляющих этой модели в виде зна­чений… Более простым и интуитивно понятным механизмом управления цветом.

Системы соответствия цветов и палитры

Как уже отмечалось ранее при рассмотрении цветовых моделей, каждая из них характеризуется собственным цветовым охватом. Это приводит к тому, что часть цветов, используемых в технологии многослойной печати, не может быть точно отображена на экране монитора. Кроме того, на воспроизведение цвета на экране монитора влияет множество других факторов: условия освещенности, срок экс­плуатации, точность его настройки. Поэтому нельзя выбирать нужный нам цвет непосредственно на экране дисплея.

С целью повышения точности воспроизведения цвета на этапе печати в современ­ные графические программы включены системы сопоставления цветов и палит­ры, которые предоставляют в ваше распоряжение еще один способ назначения

цветов, альтернативный цветовым моделям.

 

Системы соответствия цветов

Для упрощения процедуры идентификации цвета ведущими фирмами, специализирующимися в области полиграфии и производстве красителей, были созданы

системы соответствия цветов.

Система соответствия цветов включает в себя набор следующих основных компонентов:

Эталонные таблицы (атласы или каталоги) цветов, содержащихся в одноименных палитрах.

Электронные палитры (или просто палитры).

Специальные программные и аппаратные средства для калибровки устройств вывода.

Назначение эталона

Изготовление эталона тщательно контролируется с целью минимизации вариа­ций цветов. Каждому цвету присваивается свое уникальное имя и указывается…  

Кодирование цвета. Палитра

Для модели RGB любой из компонентов может быть представлен числами, ограничен­ными определенным диапазоном — например, дробными числами от 0 до 1,… Такой способ кодирования цветов можно назвать компонентным. В компьютере коды…  

Глава 7. Методы и алгоритмы построения сложных трехмерных объектов

Понятие “трехмерная” графика в настоящее время можно считать наиболее распростра­ненным для обозначения темы, которая будет рассмотрена ниже (в литературе это название часто сокращается до "ЗD-графики"). Однако необходимо заметить, что такое название неточное, так как речь пойдет о создании изображения на плоскости, а не в объеме. Действительно трехмерные средства отображения пока что недостаточно широко распространены.

Модели описания поверхностей

Для описания формы поверхностей могут использоваться разнообразные методы. Сде­лаем обзор этих методов.

 

Аналитическая модель

Наиболее часто используется параметрическая форма описания поверхности. Запишем формулы для трехмерной декартовой системы координат (x, у, z):   где s и t — параметры, которые изменяются в определенном диапазоне, а функции Fx, Fy,и Fz определяют форму…

Векторная полигональная модель

Элемент "вершина" (vertex) — главный элемент описания, все другие являются производ­ными. При использовании трехмерной декартовой системы… Вершина может моделировать отдельный точечный объект, размер которого не имеет…

Воксельная модель

    Рис. 7.9. Пикселы и вокселы

Равномерная сетка

Фактически, такая модель является двумерным массивом (растром, матри­цей), каждый элемент которой хранит значение высоты.  

Неравномерная сетка. Изолинии

Такую модель можно считать обобщением для некоторых рассмотренных нами моде­лей. Например, векторная полигональная модель и равномерная сетка могут…  

Визуализация трехмерных объектов

Любой трехмерный объект может быть изображен по-разному и различными способами. В одном случае нужно показать форму объекта, во втором – внутреннюю… 1. Каркасная визуализация 2. Показ поверхностей в виде многогранников с плоскими гранями или сплайнов с удалением невидимых точек

Каркасная визуализация

Каркас обычно состоит из отрезков прямых линий — ребер многогранника, хотя можно строить каркас и на основе кривых, в частности сплайновых кривых Безье. Все ребра, кото­рые показаны в окне вывода, видно — как ближние, так и дальние.

Для построения каркасного изображения надо знать координаты всех вершин в мировой системе координат. Потом превратить координаты каждой вершины в экранные координа­ты в соответствии с выбранной проекцией. Потом выполнить цикл вывода в плоскости эк­рана всех ребер как отрезков прямых (или кривых), соединяющих вершины.

 

Показ с удалением невидимых точек

Сортировка граней по глубине.Это означает рисование полигонов граней в порядке от самых дальних к ближним. Этот метод не является универсальным, так…    

Глава 8. Реалистическое представление сцен

Основные направления реалистического представления сцен трехмерной графики определяются как:
· синтез реалистичных изображений,

· реалистическое оживление синтезированных объектов (анимация).

В этом разделе будут рассмотрены только некоторые базовые методы синтеза реалистических изображений:

· Модели освещения
· Модели закраски
· Трассировка лучей
· Имитация микрорельефа

· Механизмы отражения света

Другие методы синтеза – прозрачность, тени, задание фактуры, излучательность и т.д. выносятся на самостоятельное изучение.

 

Закрашивание поверхностей

В этом разделе мы рассмотрим методы, которые позволяют получить более-менее реа­листичное изображение для объектов, которые моделируются многогранниками и полиго­нальными сетками.

 

Модели отражения света

Зеркальное отражение света.Угол между нормалью и падающим лучом равняется углу между нормалью и отраженным лучом. Падающий луч, отраженный луч и…  

Вычисление нормалей и углов отражения

  тогда координаты вектора нормали можно вычислить так:

Метод Гуро

Метод Гуро основан на идее закрашивания каждой плоской грани не одним цветом, а плавно изменяющимися оттенками, которые вычисляются путем… • Вычисляются нормали к каждой грани. • Определяются нормали в вершинах. Нормаль в вершине определяется усреднением нормалей прилегающих граней (рис.…

Метод Фонга

• Определяются нормали к граням. • По нормалям к граням определяются нормали в вершинах. В каждой точке… • Цвет каждой точки грани вычисляется в соответствии с направлением интерполирован­ного вектора нормали и согласно…

Имитация микрорельефа

Для визуализации таких поверхностей часто используется следующий метод. Общие очертания поверхности моделируются полигонами, а имитация мелких… Рассмотрим один из популярных в настоящее время методов рельефного… Почему лучше использовать карту нормалей, а не само изображение в виде текстуры? Потому что, это дает возможность…

Преломление света

Модель идеального преломления. Согласно этой модели луч отклоняется на границе двух сред, причем падающий луч, преломленный луч и нормаль лежат в… Обозначим угол между падающим лучом и нормалью как a1, а угол между нормалью и… n1sin α1 = n2 sin α2

Трассировка лучей

   

Положительные черты

2. Даже усеченные варианты данного метода позволяют получить довольно реалистичные изображения. Например если ограничится только первичными лучами(… 3. Все преобразования координат (если таковые имеются) линейные, поэтому… 4. Для одного пиксела растрового изображения можно трассировать несколько близко расположенных лучей, а потом…

Недостатки

1. Проблемы с моделированием диффузного отражения и преломления

2. Для каждой точки изображения необходимо выполнять много вычислительных операций. Трассировка лучей принадлежит к числу самых медленных алгоритмов синтеза изображений.

Анимация

В предыдущих параграфах мы рассмотрели методы и алгоритмы создания трехмерных моделей. В этом параграфе мы затронем вопросы, связанные с анимацией… Можно дать такое определение анимации — это создание зрительной иллюзии… Следует заметить, что в настоящее время существует некоторый разнобой в терминологии: наряду со словом…

Глава 9. Архитектуры графических систем

 

Графические рабочие станции стали результатом сбалансированного объединения технологий:
· построения процессоров,
· организации связи,
· организации ввода/вывода,
· работы с графическими объектами и устройствами.

Графические рабочие станции построены, в основном из стандартных компонент. Операционные системы, как правило, Unix, реже - Windows. Следуют концепции открытых систем. Поддерживают 3D графику. В период с1980 по 2005 г. осуществлялось удвоение производительности за 2 года.

Суперстанции

Обычно проектируются по принципу объединения в одной системе возможностей рабочих станций (3D графика, интегрированность) и суперкомпьютеров (быстрый ввод/вывод, распараллеливание или векторизация вычислений).

Состав типичной суперстанции:

· один или несколько 32/64-битных центральных процессоров (ЦП);

· сопроцессоры с плавающей запятой и/или векторный;

· графическая подсистема с процессором, кадровым буфером и Z-буфером;

· не менее чем 32-битная внутренняя шина;

· сетевой контроллер (FDDI, Ethernet Token Ring);

· быстрый дисковый контроллер (IPI, SCSI);

· от 16 до 256 мегабайт внутренней памяти;

· стандартная шина ввода/вывода (VME, EISA, MCA) для подключения периферийных устройств;

· один или несколько асинхронных портов;

· монитор, клавиатура, мышь;

· Unix, X Window, NFS, PHIGS, GKS, C, Fortran, TCP-IP, эмуляторы графических терминалов, средства отладки.

Компоненты растровых дисплейных систем


Рис. 9.1. Растровая графическая система

· графический процессор – отвечает за генерацию примитивов и BitBlt операции;

· видеопамять - за хранение изображения;

· видеоконтроллер – за отображение кадрового буфера, управление раскраской, некоторыми атрибутами и монитором.

 

Подходы к проектированию графических систем

1) максимум простоты, минимум гибкости - функционально завершенный графический сопроцессор, аппаратно реализующий основные графические примитивы.
Изменения алгоритмов сопроцессора невозможны.
Недостающие графические средства реализуются за счет доступа к видеопамяти из программы пользователя (Intel, i82786);

2) гибкость на этапе проектирования - построение графической системы из набора сверх больщих интегральных схем (СБИС), реализующих строго регламентированные функции (National Smiconductor, набор СБИС DP 85xx);

3) максимум гибкости - использование универсального процессора, программируемого на языке высокого уровня и аппаратно реализующего основные растровые операции (Texas Instruments, TMS 34010, TMS 34020 и Intel, i860).

Графические системы на базе сопроцессора i82786

Рис. 9.2. Графическая система на базе i82786 Имеют следующие характеристики: · неавтономная работа под управлением ЦП на базе микропроцессора Intel, который передает команды и данные,…

Графические системы из набора сверх больших интегральных схем (СБИС)

В таких системах разработчик сам определяет требуемые функции и реализует их, используя те или иные компоненты набора. Например, набор СБИС AGCS 85xx (Advanced Graphics Chip Set) фирмы National Semiconductor состоит из:

· DP-8500 - растровый графический процессор (RGP - Raster Graphics Processor),

· DP-8510 процессор обмена блоками информации (BPU - BitBlt Processing Unit),

· DP-8512 - генератор тактовых импульсов для вывода видеоизображения (VCG - Video Clock Generator),

· DP-8515 - высокоскоростной сдвиговый регистр (VSR - Video Shift Register).

Рис. 9.4. Графическая система на базе AGCS 85xx

Растровый графический процессор DP-8500


Рис. 9.5. Графический процессор DP-8500

 

Имеет следующие характеристики:

· тактирование 20 МГц,
· цикл шины 100 нс,

· производительность графической системы 10¸160 Мпикселов/с,

· адресное АЛУ, 28 разрядов, 16 регистров,

· АЛУ данных, 16 разрядов, 16 регистров,

· аппаратная генерация линий,

· аппаратное отсечение,

· аппаратное копирование блоков бит,

· видеопамять послойная, в глубину, смешанная,

· получение дисплейного файла от ЦП по флагу.

Графические системы на универсальном процессоре

1. Набор графических функций был бы жестко зафиксирован. Новые примитивы или старые, но с расширенными возможностями, не смогут быть поддержаны. 2. Аппаратная реализация означает "жесткий" выбор поддерживаемых… 3. Высококачественная графика требует точного контроля над алгоритмами формирования изображений, например, для…

Высокоскоростные графические системы

Подходы для быстрого вычисления изображений: · использование специализированной аппаратуры (Silicon Graphics); · использование универсального вычислителя, дополненного средствами быстрого отображения (Stardent);

Рабочие (супер)станции с использованием универсального вычислителя

Многие вычисления при формировании изображений близки к обработке, требуемой в научных вычислениях (геометрические преобразования, расчеты освещенностей и т.д.).

Сочетание высокоскоростного вычислителя и средств быстрого отображения позволяет построить систему, пригодную и для вычислительно интенсивных заданий и для графики реального времени.

Такой подход был реализован в системе GS2000 фирмы Stardent.


Рис. 9.9. Структура рабочей станции с использованием универсального вычислителя

 

Процессор VFP выполняет координатные преобразования (600 K 3D преобразований в сек), отсечение и вычисление освещенности.

Процессор RP ведет обработку изображений со скоростью 80 Мегапикселов/с. (600 K 3D клиппируемых векторов/с, длиной 10 пикселов и 160 K 100 пиксельных треугольников Гуро c Z-буферизацией).

 

Глава 10. Стандартизация в компьютерной графике

 

Начальный период создания и развития средств машинной графики характеризовался развитием многочисленных, иногда достаточно эффективных, графических систем, ориентированных на то или иное оборудование . Фактически этот период можно охарактеризовать как период основного внимания к техническим средствам. Программное обеспечение рассматривалось, как удачно заметил Гантер , чем-то вроде "верхнего слоя краски на аппаратуре".

В следующий период более актуальной стала проблема создания программного обеспечения. Во-первых, велись разработки алгоритмов машинной графики - генерация примитивных элементов, интерполяция, аппроксимация, формы и методы представления изображений и т.д.; во-вторых, создавались инструментальные средства машинной графики - графические языки, пакеты процедур, языки диалога.

Постепенно сформировалось представление о программном продукте как о промышленном изделии, что выдвинуло проблему стандартизации графического программного обеспечения. Развитие сетей ЭВМ, оснащенных терминальными устройствами различных типов, потребовало обеспечить независимость программного обеспечения от аппаратуры.

NGP (Network graphics рrotocol)

Модель работы пользователя в сети с применением графического протокола приведена на рис. 10.1 Рис. 10.1. Модель организации работы в сети

Международная деятельность по стандартизации в машинной графике

Важную роль в разработке методологии стандартизации машинной графики сыграла конференция в Сейлаке (Франция), организованная графическим… Структура прикладной графической системы, удовлетворяющей сформулированным…

Деятельность ISO, IEC по стандартизации в машинной графике

1. GKS (Graphical Kernel System) - набор базовых функций для 2D аппаратно-независимой машинной графики. 2. GKS-3D (Graphical Kernel System for 3 Dimensions) - расширение GKS для… 3. PHIGS (Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System) - набор базовых функций 3D графики аналогичный…

Классификация стандартов

 

Из рис. 10.4 видно, что для обеспечения мобильности программного обеспечения требуется стандартизовать:

· базовую графическую систему, т.е. стандартизовать графический интерфейс (набор базовых графических функций) - Core System, GKS, GKS-3D, PMIG, PHIGS, PHIGS+ и т.д.

· графический протокол (порядок и правила обмена информацией) - IGES, CGM и др.

Далее будут рассмотрены отдельные графические интерфейсы, являющиеся международными графическими стандартами, а затем – некоторые графические протоколы, среди которых большая часть - стандарты де-факто и только один - CGM - международный стандарт.

Core-System

В системе выделены следующие группы функций: вывода; сегментирования дисплейного файла; установления и опроса атрибутов примитивов (цвет, яркость,… В 1979 г. был опубликован уточненный проект стандарта CORE-SYSTEM (GSPC-79) .…

GKS (Graphical Kernel System)

По максимуму рабочая станция обладает следующими свойствами: имеет одну адресуемую поверхность вывода с фиксированным разрешением; допускается… Ясно, что выделение рабочей станции излишне громоздко, когда приходится иметь… Следует отметить, что в GKS столь же последовательно проводится разделение функций ввода/вывода, как и в CORE.

GKS-3D (Graphical Kernel System for Three Dimensions)

 примитивов 3D вывода;  установки атрибутов вывода (2 функции);  поддержки 3D преобразований (9 функций);

CGI (Computer Graphics Interface)

Для эффективного использования аппаратных возможностей современных графических устройств набор функций CGI перекрывает аппаратно-реализуемые… Отличительными особенностями CGI (по сравнению со стандартами на интерфейс… Следует отметить, что стандарт на интерфейс виртуального устройства ориентирован в первую очередь на унификацию…

Графические протоколы

Анализ применяемых в настоящее время графических протоколов и проектов по их стандартизации позволяет выделить протоколы следующих типов:

 аппаратно-зависимые графические протоколы или команды графических устройств,

 аппаратно-независимые графические протоколы или метафайлы,

 прикладные графические протоколы,

 растровые графические файлы.

 

Аппаратно-зависимые графические протоколы

Аппаратно-зависимые графические протоколы разрабатываются фирмами, производящими графическое оборудование. Они представляют собой последовательность команд для построения изображений на устройствах выпускаемых данной фирмой. Для интерпретации таких протоколов не требуется дополнительных ресурсов если используется соответствующее устройство. Поэтому, такие протоколы могут успешно применяться в распределенных системах при отсутствии локальной ЭВМ.

Вопрос о поддержке тех или иных аппаратно-зависимых графических протоколов определяется составом используемого оборудования. Целесообразно, чтобы центральная ЭВМ обеспечивала возможность генерации команд для наиболее распространенных графических устройств. В настоящее время значительная часть производящейся в мире графической аппаратуры работает с протоколами TEKTRONIX, REGIS и HPGL. Поддержка этих протоколов обеспечивается также в наиболее распространенных зарубежных программных продуктах.

 

Протокол TEKTRONIX

Существуют две разновидности протокола TEKTRONIX, соответствующие дисплеям серии 4010/12/14 и дисплеям серий 41ХХ, 42ХХ, 43ХХ. Дисплеи 4010/12/14… Протоколы серии TEKTRONIX 41XX и старше включают множество функций управления… Для представления команд используется символьное кодирование с использованием служебных символов в имени команды (чаще…

Протокол REGIS

Разработан для дисплеев серии VT (240 и выше). С этим протоколом работают также персональные компьютеры фирмы LabTam и ряд графопостроителей различных фирм. Поддержка протокола REGIS обеспечивается в некоторых эмуляторах терминала на IBM PC (VTERM, ST240). По функциональным возможностям протокол REGIS заметно уступает протоколу TEKTRONIXа. В частности, в нем гораздо беднее набор растровых операций, задания атрибутов построений, средств графического ввода и управления плоскостями вывода, полностью отсутствуют возможности сегментации изображения, выполнения видовых преобразований, определения символов.

 

Протокол HP-GL

Графический протокол HP-GL (язык описания данных Graphic Language) разработан фирмой Hewlett Packard в 1976 г. и поддерживается множеством других фирм, выпускающих графопостроители. В настоящее время используется версия HP-GL/2. Операторы языка содержат символьное имя команды и несколько параметров, также подготовленных в печатном текстовом виде. Всего в языке 88 операторов, разбитых на 9 функциональных групп. Ядро языка содержит 5 групп из 55 операторов, которые должны поддерживаться на всех устройствах. Оставшиеся 3 группы из 33 операторов являются специфичными для некоторых из устройств. В целом, благодаря использованию явного текстового представления, язык легко читается и интерпретируется.

Языки описания страниц

Любая страница может быть описана как просто пиксельный массив, но это практически неприемлемо. Язык описания страниц должен описывать любой текст и графику на высоком уровне в терминах абстрактных графических элементов.

Выполнение вывода с использованием языка описания страниц идет в две стадии:

1. Приложение генерирует аппаратно-независимое описание на языке описания страниц.

2. Программа, управляющая некоторым растровым устройством вывода, интерпретирует описание и отображение его на устройство.

Эти две стадии могут быть выполнены в разное время и в разных местах.

Примитивы вывода выдаются на растровое устройство вывода процессом, называемым преобразованием сканирования (растеризация).

Язык PostScript

В первую очередь PostScript - это общий язык программирования с встроенными мощными графическими примитивами. С другой стороны, это язык описания… На PostScript'е можно описывать любые графические формы, двухуровневые… Естественно, что вследствие наглядности PostScript, как и другие языки программирования неоптимален в смысле…

Язык PCL

Несколько версий языка описания страниц Printer Communication Language (PCL) было разработано фирмой Hewlett-Packard для вывода на лазерный принтер рисунков и текстов с использованием различных шрифтов. В версии PCL5 имеется 64 оператора, разбитых на 10 функциональных групп. Все операторы начинаются с символа Esc (шестнадцатиричный код 01BH) и содержат один или несколько последующих символов. Символьное кодирование, используемое в PCL, менее приспособлено для чтения человеком, чем явное текстовое кодирование, используемое в языке PostScript, но значительно компактнее последнего.

Аппаратно-независимые графические протоколы

В настоящее время в мировой практике наиболее активно поддерживаются стандартизованные аппаратно-независимые протоколы NAPLPS, GKSM, CGM и WMF -…   NAPLPS - North American Presentation Level Protocol Syntax

Проблемно-ориентированные протоколы

Основные трудности, связанные с разработкой протоколов этого уровня, состоят в том, что во многих областях применения до сих пор не унифицированы…   Растровые графические файлы

Глава 11. Форматы графических файлов

Проблема сохранения изображений для последующей их обработки чрезвычайно важна. С ней сталкиваются пользователи любых графических систем. Изображение может быть обработано несколькими графическими программами прежде, чем примет свой окончательный вид. Например, исходная фотография сначала сканируется, затем улучшается её чёткость и производится коррекция цветов в программе Adobe PhotoShop .После этого изображение может быть экспортировано в программу рисования, такую как CorelDRAWили Adobe Illustrator, для добавления рисованных картинок. Если изображение создаётся для статьи в журнале или книги, то оно должно быть импортировано в издательскую систему QuarkXPressили Adobe PageMaker. Если же изображение должно появиться в мультимедиа-презентации, то оно, вероятнее всего, будет использовано в Microsoft PowerPoint, Macromedia Directorили размещено на Web-странице.

Формат графического файласпособ представления и расположения графических данных на внешнем носителе.

Важно различать векторныеи растровыеформаты.

Изначально, в условиях отсутствия стандартов каждый разработчик изобретал новый формат для собственных приложений. Поэтому возникали большие проблемы обмена данными между различными программами (текстовыми процессорами, издательскими системами, пакетами иллюстративной графики, программами САПР и др.). Но с начала 80-х гг. официальные группы по стандартам начали создавать общие форматы для различных приложений. Единого формата, пригодного для всех приложений, нет и быть не может, но всё же некоторые форматы стали стандартными для целого ряда предметных областей.

Пользователю графической программы не требуется знать, как именно в том или ином формате хранится информация о графических данных. Однако умение разбираться в особенностях форматов имеет большое значение для эффективного хранения изображений и организации обмена данными между различными приложениями.

Большинство векторных форматов могут так же содержать внедрённые в файл растровые объекты или ссылку на растровый файл (технология OPI). Сложность при передаче данных из одного векторного формата в другой заключается в использовании программами различных алгоритмов, разной математики при построении векторных и описании растровых объектов.

OPI (Open Prepress Interface) — технология, разработанная фирмой Aldus, позволяющая импортировать не оригинальные файлы, а их образы, создавая в программе лишь копию низкого разрешения (эскиз) и ссылку на оригинал. В процессе печати на принтер, эскизы подменяются на оригинальные файлы. Применение OPI, вместо простого внедрения, (embedding) дает возможность экономить ресурсы компьютера (прежде всего, память), заметно повышая его производительность. OPI является основной работы с импортированными графическими файлами в таких программах, как FreeHand и QuarkXPress, широко применяется в других продуктах.

Растровый файл устроен проще (для понимания, по крайней мере). Он представляет из себя прямоугольную матрицу (bitmap), разделенную на маленькие квадратики - пикселы (pixel - picture element). Растровые файлы можно разделить на два типа: предназначенные для вывода на экран и для печати.

Разрешение файлов таких форматов как GIF, JPEG, BMP зависит от видеосистемы компьютера. В старых Маках на квадратный дюйм экрана приходилось 72 пиксела (экранное разрешение), на Windows единого стандарта не сложилось, но сегодня чаще всего употребляется значение 96 пикселов на квадратный дюйм экрана. Реально, однако, эти параметры теперь стали довольно условными, так как почти все видеосистемы современных компьютеров позволяют изменять количество отображаемых на экране пикселов. Растровые форматы, предназначенные исключительно для вывода на экран, имеют только экранное разрешение, то есть один пиксел в файле соответствует одному экранному пикселу. На печать они выводятся так же с экранным разрешением.

Растровые файлы, предназначенные для допечатной подготовки изданий имеют, подобно большинству векторных форматов, параметр Print Size - печатный размер. С ним связано понятие печатного разрешения, которое представляет из себя соотношение количества пикселов на один квадратный дюйм страницы (ppi, pixels per inch или dpi - dots per inch, - термин не совсем верный, но часто употребимый). Печатное разрешение может быть от 130 dpi (для газеты) до 300 (высококачественная печать), больше почти никогда не нужно.

Растровые форматы, так же отличаются друг от друга способностью нести дополнительную информацию: различные цветовые модели, вектора, Альфа-каналы или каналы плашковых (spot)-цветов, слои различных типов, интерлиньяж (черезстрочная подгрузка), анимация, возможности сжатия и другое.

 

Векторные форматы

Особенности некоторых векторных форматов приведены в Таблице 11. 1. Таблица 11.1. Веторные форматы Название формата Программы, …  

Растровые форматы

• размер изображения — количество видеопикселей в рисунке по горизонтали и вертикали • битовая глубина — число битов, используемых для хранения цвета одного… • данные, описывающие рисунок (цвет каждого видеопикселя рисунка), а также некоторая дополнительная информация.

Методы сжатия графических данных

Метод сжатия RLE включается в некоторые графические форматы, например, в формат PCX . Программа сжатия файла может сначала записывать количество видеопикселей, а… Сжатие методом RLE наиболее эффективно для изображений, которые содержат большие области однотонной закраски, и…

Преобразование файлов из одного формата в другой

• программа, с которой работает пользователь, не воспринимает формат его файла; • данные, которые надо передать другому пользователю, должны быть представлены…  

Глава 12. Технические средства КГ (оборудование КГ)

Чаще всего, после того, как изображение возникло на мониторе, пользователь каким-либо образом должен взаимодействовать с ним: модифицировать, передвигать, управлять. Для этого существует ряд устройств, о которых будет рассказано в этой главе.

Видеоадаптеры

Первый компьютер IBM PC был оснащен видеоадаптером MDA {Monochrome Display Adapter). Видеосистема была предназначена для работы в текстовом режиме —… Через год небольшая фирма Hercules выпустила видеоадаптер Hercules Graphic… Следующим шагом был видеоадаптер CGA {Color Graphic Adapter). Это первая цветная модель для IBM PC. Адаптер CGA…

Манипуляторы

Мышь Мышь является важнейшим средством ввода графической информации в компьютер. В… В наиболее распространенных конструкциях мыши в качестве элемента, следяще­го за ее движением, используется шарик,…

Дигитайзер

Рис. 12.7. Манипулятор дигитайзер  

Оборудование мультимедиа

Мультимедийный набор- это: звуковая карта; звуковые колонки; микрофон; CD-ROM; · кабели Рис. 12.10. Оборудование для мультимедиа

Мониторы

Прежде всего он должен нормально работать на разрешении 1280 х 1024 при часто­те вертикальной развертки хотя бы 85 Гц. Хороший монитор должен… Второй немаловажный фактор — это размер точки или ширина ячейки апертурной… Самый распространенный на сегодня тип дисплеев — это CRT (Cathode Ray Tube), или ЭЛТ-мониторы. Свое название они…

Характеристики мониторов

Тип экрана: электронно-лучевая трубка или ЭЛТ (CRT); жидкокристаллический дисплей (ЖКД);

Аналоговые мониторы

Электронно-лучевая трубка мониторов данного типа управляется аналоговыми сиг­налами, поступающими от видеоадаптера. Принцип работы электронно-лучевой трубки монитора такой же, как у телевизионной трубки. Аналоговые мониторы спо­собны поддерживать разрешение стандарта VGA (640 х 480 пикселов) и выше.

Все современные аналоговые мониторы условно можно разделить на следующие типы:

традиционные с фиксированной частотой развертки,

с несколькими фиксированными частотами и многочастотные (мулътичастотные).

Эти мониторы обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхронизации из некоторого заданного диапазона, например30-64 кГц для строчной и 50-100 Гц для кадровой развертки. Разработчиком
мониторов данного типа является фирма NEC. В названии таких мониторов при­сутствует слово Multisync. Эти мониторы относятся к наиболее распространен­ному типу мониторов с электронно-лучевой трубкой (CRT).

Жидкокристаллические дисплеи

Экран жидкокристаллического дисплея (ЖКД) состоит из двух стеклянных плас­тин, между которыми находится масса, содержащая жидкие кристаллы. Кристал­лы изменяют свои оптические свойства в зависимости от прилагаемого электри­ческого заряда. Жидкие кристаллы сами не светятся, поэтому ЖКД нуждаются в подсветке или во внешнем освещении. Основным достоинством ЖКД являются их габариты (экран плоский, толщиной 5-6 см). К недостаткам можно отнести низ­кое быстродействие при изменении изображения на экране, что особенно заметно при перемещении курсора мыши, а также зависимость резкости и яркости изобра­жения от угла зрения.

Газоплазменные мониторы

Пример. Модель монитора SAMSUNG SyncMaster 700IFT Модель SyncMaster 700IFT предназначена для решения профессиональных задач. В… LCD-панель (жидкокристаллическая индикаторная панель), как правило, работа­ет во взаимодействии с эпидиаскопическим…

Видеокарта

скорость обработки информации; четкость изображения и размеры; цветность (количество воспроизводимых цветов) рабочего поля экрана.

Функции графического ускорителя

Выбор видеокарты под монитор

Для профессионалов компьютерной графики, дизайнеров и художников лучшим выбором может стать только Matrox — модели G200 или более новые — G400. Пользователям, не нуждающимся в мощных игровых SD-ускорителях и… Абсолютное большинство современных видеоадаптеров выполняется для AGP-слота. Поэтому, покупая PCI-видеокарту,…

Видеобластеры

Видеобластер (видеокарта ввода-вывода) — это устройство, предназначенное для ввода в персональный компьютер видеоинформации, а также для вывода из компьютера видеоинформации на внешние устройства (например, видеомаг­нитофон). Видеобластер не заменяет видеоадаптер, служащий для вывода инфор­мации на экран монитора, а устанавливается дополнительно.

Частным случаем видеобластеров являются TV-конвертеры. Наиболее простые и дешевые TV-конвертеры, или платы видеовывода, подключаются между видео­адаптером и монитором. Они стоят примерно $300 и позволяют вести запись на обычный бытовой видеомагнитофон типа VHS. Более профессиональные устрой­ства (они стоят дороже) вставляются в компьютер в виде отдельной платы. Они рассчитаны на подключение профессионального «видика» с качеством Super-VHS и могут управлять видеомагнитофоном.

Периферия

Последовательный и параллельный интерфейсы называют также портами ввода-вывода. Последовательные порты используются для подключения мыши,…  

Принтеры

Матричные принтеры До недавнего времени матричные (игольчатые) принтеры являлись основным… Производительность работы матричных принтеров оценивают но количеству пе­чатаемых знаков в секунду (cps — characters…

Имиджсеттеры

Фотонаборные машины с цифровым формированием изображения, или имиджсеттеры, производят вывод на печать с высоким разрешением — от 1000 до 3000 то­чек на дюйм (dpi). Для черно-белой издательской продукции имиджсеттеры обес­печивают вывод печати и графики с максимальным количеством оттенков серого — 256. Для цветного вывода имиджсеттеры создают четыре пленочных негатива, каж­дый из которых передает свой цвет (C+M+Y+K). Контрольные оттиски могут быть выведены с негативов, при этом полученные цвета будут полностью соответство­вать тем, что выйдут из типографии в конечном варианте. После того как процесс получения пробного оттиска завершен, негативы пересылают на коммерческий принтер, на котором создаются печатные формы с негативов.

 

Плоттеры

Большинство плоттеров имеют пишущий узел перьевого типа (pen-plotter). Они используют специальные фломастеры или ручки с возможностью их… Существуют разновидности плоттеров с пишущим узлом струйного типа, а также…

Модемы

Модем (модулятор-демодулятор, modem) — устройство для подключения компь­ютера к глобальной компьютерной сети или для связи с другими компьютерами по телефонной линии. Модем состоит из двух частей — передатчика (модулятора) и приемника (демодулятора). Модулятор передает в низкочастотную телефонную сеть цифровую информацию от компьютера в виде аналоговых сигналов звукового диапазона частот. Демодулятор преобразует эти аналоговые сигналы л цифровые значения, которые может интерпретировать компьютер. Таким образом, модем пре­образует аналоговый телефонный сигнал в цифровой компьютерный и наоборот.

Основной характеристикой модема является его скорость работы или скорость передачи данных. Для работы в Интернете рекомендуются модемы со скоростью, на которой работает ваш провайдер (обычно это 56 Кбит в секунду). Модемы бы­вают внутренними (плата, вставляемая в гнездо расширения) и внешними, под­ключаемыми к одному из портов компьютера.

Звуковые карты

Частота квантования показывает, сколько раз в секунду происходит измере­ние сигнала. Обычно она лежит в пределах от 4 до 48 кГц. Разрядность определяет точность преобразования. Так, например, 8-разряд­ные… На звуковой карте размещены два принципиально различных устройства воспро­изведения звука — синтезатор и плеер:

Сканеры

Основным элементом сканера является массив фоточувствительных кремниевых ячеек (приборов с зарядовой связью, ПЗС), выполняющих функции датчиков для… Цветные сканеры работают по принципу сложения цветов, при котором цветное… в процессе сканирования цветной оригинал освещается белым цветом, а отра­женный свет попадает на ПЗС-матрицу через…

Секреты графических планшетов (дигитайзеров)

Графический планшет (дигитайзер) предназначен для выполнения профессиональ­ных графических работ. Это практически основной инструмент художников. Рисо­вать мышкой неудобно, а планшеты позволяют дизайнерам и художникам созда­вать экранные изображения привычными приемами (рис. 12.16), характерными для традиционных инструментов (карандаш, перо, кисть). С помощью специального программного обеспечения планшет позволяет преобразовывать движение руки оператора в формат векторной графики. В отличие от мыши дигитайзер способен точно определять и обрабатывать абсолютные координаты.

 

Рис. 12.16. С помощью графического планшета вы сможете освоить компьютерную живопись. Внешний вид графического планшета А4 Tech Tablet 12x12"

 

Планшет может быть настроен с учетом требований и привычек своего владельца. Для этого используются программируемые кнопки на корпусе пера и макрокноп­ки, расположенные на самом планшете.

Наличие у планшета функции Erasing означает, что при переворачивании пера включается его противоположный конец, который выполняет функцию стирания. Последнее свойство поддерживается большинством современных популярных редакторов, включая MS Word, WordPerfect, QuarkXPress, PageMaker и т. п. Для того чтобы удалить лишний текст, нужно опустить перо «ластиком» вниз, выде­лить ненужный фрагмент текста и затем поднять перо. Выделенный текст будет уничтожен.

Достоинства и недостатки графических планшетов

Недостатки

Высокая стоимость, особенно серьезных, солидных моделей.

У доступных широкому кругу покупателей моделей относительно маленькоерабочее пространство (от 7,5 х 10 до 30 х 30 см).

Весьма часто встречается проводное подключение пера или мыши, что доволь­но неудобно при рисовании.

Достоинства

Это незаменимое и очень удобное в работе средство для профессиональных ху­дожников, пользователей, работающих с САПР или занимающихся дизайном и рекламой.

Оцифровка изображения происходит очень точно.

Планшет можно использовать в качестве средства идентификации по элект­ронной подписи, а также в качестве устройства ввода рукописного текста.

Дигитайзеры поддерживаются большинством серьезных графических редак­торов и средствами проектирования, так что отпадает необходимость в каком-либо специализированном программном обеспечении.

Цифровые фотоаппараты и фотокамеры

Каков в самом упрощенном виде принцип действия цифровой камеры? Свет, про­шедший через объектив, попадает на светочувствительную матрицу (занимающую… После того как мы получили фотокартинку, ее необходимо записать в память. Для… Еще одним из достоинств цифровых камер является наличие жидкокристалли­ческого дисплея (экрана), на котором можно…

Литература

1. М. Н. Петров, В. П. Молочков. Компьютерная графика. Учебник. Серия: Учебник для вузов.

Издательство Питер, 2004 г. 812 стр. ISBN 5-94723-758-Х

2. Марк Кэмпбелл. Компьютерная графика. The Complete Idiot's Guide ti Computer

Illustration. Серия: The Complete Idiot's Guide.

Периодическое издание. Издательство АСТ, 2007 г.

3. П. Я. Пантюхин, А. В. Быков, А. В. Репинская. Компьютерная графика. В 2 частях.

Серия: Профессиональное образование.

Издательство Инфра-М, 2007 г.
88 стр. ISBN 978-5-8199-0284-4, 978-5-16-002734-0

4. В. П. Каминский, Е. И. Иващенко. Инженерная и компьютерная графика для строителей. Серия: Высшее образование.

Издательство Феникс, 2008 г. 288 стр.

5. Н. В. Максимов, И. И. Попов, Т. Л. Партыка. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы. Серия: Профессиональное образование.

Издательство Форум, 2008 г.
512 стр. ISBN 978-5-91134-230-2

6. Шикин Т.В., Борисков А.В. "Компьютерная графика: динамика и реалистические изображения". - М.: "Диалог-МИФИ", 1996 г.

7. Смородинский А.В., Моисеев В.А.. "Библия ACAD 2004". – М.: "Компьютер", 2005 г.

8. Стевол К.,Вильямс Н. Графический пакет 3D Studio и правила работы в нем. - М.: "Диалог-МИФИ", 2003 г.

 

 


 

 

– Конец работы –

Используемые теги: Конспект, лекций, дисциплине, Компьютерная, графика0.159

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Конспект лекций По дисциплине Компьютерная графика

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Компьютерная графика. Достоинства компьютерной графики. ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
Компьютерная графика это наука предметом изучения которой является создание хранение и обработка графической информации с помощью ЭВМ... Компьютерная графика в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном... В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи...

Конспект лекций по дисциплине Компьютерная графика
Кафедра Вычислительной Техники... Конспект лекций по дисциплине Компьютерная графика...

Конспект лекций по дисциплине Экономика недвижимости: конспект лекций
Государственное бюджетное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Уральский государственный экономический университет...

Тематика по дисциплине Компьютерное моделирование в дизайне 2 год обучения, 3 семестр 1.Специфика и возможности векторной компьютерной графики
для студентов направления подготовки Дизайн заочной формы обучения... год обучения семестр...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ По дисциплине Компьютерные сети и телекоммуникации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Высшего профессионального образования... Тульский государственный университет...

Дисциплина Эстетико-философские учения Древнего мира и Средних веков наименование дисциплины в соответствии с ФГОС ВПО и учебным планом КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
Федеральное государственное образовательное учреждение... Высшего профессионального образования... Сибирский федеральный университет...

Психиатрия. Конспект лекций. ЛЕКЦИЯ № 1. Общая психопатология Психиатрия: конспект лекций
Психиатрия конспект лекций... Текст предоставлен литагентом http litres ru...

Психодиагностика. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Истоки психодиагностики Психодиагностика: конспект лекций
Психодиагностика конспект лекций... А С Лучинин...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по курсу Архитектурное материаловедение Конспект лекций по курсу Архитектурное материаловедение
ФГОУ ВПО ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ... ИНСТИТУТ Архитектуры и искусств... КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНО строительных ДИСЦИПЛИН...

История мировых религий: конспект лекций История мировых религий. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Религия как феномен культуры Классификация религий
История мировых религий конспект лекций... С Ф Панкин...

0.064
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам