Лекции (Алещенко)

2017-06-07СтудИзба

Описание файла

Документ из архива "Лекции (Алещенко)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "инженерная графика" из 10 семестр (2 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "компьютерная рафика" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "Лекции (Алещенко)"

Текст из документа "Лекции (Алещенко)"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(технический университет)

К О Н С П Е К Т Л Е К Ц И Й

А.С. АЛЕЩЕНКО

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Утверждено

на заседании

кафедры № 304

Москва - 2001

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРИНЦИПЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЦВМ 4

СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ 6

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ 9

ВИДЕОКАРТА 9

МОНИТОРЫ 10

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ВИДЕОАПАПТЕРОВ 11

Принтеры 16

Сканеры 20

ГЕОМЕТРИЯ И ДИНАМИКА ИЗОБРАЖЕНИЙ 25

Простейшие преобразования на плоскости 25

Способы описания прямой на плоскости 31

Описание выпуклого многоугольника на плоскости 35

ОСВЕЩЕНИЕ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕНИ НА ПЛОСКОСТИ 36

АФИННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ 39

ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ ПЛОСКОСТИ В ПРОСТРАНСТВЕ 42

Уравнения прямой В ПРОСТРАНСТВЕ 42

Условия принадлежности произвольной точки 44

внутренности выпуклого многогранника 44

виды проецирования 45

ПРОЕЦИРОВАНИЕ ГЛАДКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 54

НА КАРТИННУЮ ПЛОСКОСТЬ 54

Алгоритмы компьютерной графики 58

РАСТРОВЫЕ АЛГОРИТМЫ 58

АЛГОРИТМЫ ВЫЧЕРЧИВАНИЯ ЛИНИЙ 61

ВЫЧЕРЧИВАНИЕ ОТРЕЗКОВ 64

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ТОЧКИ 65

ВНУТРЕННОСТИ МНОГОУГОЛЬНИКА 65

ЗАКРАСКА ОБЛАСТИ, ЗАДАННОЙ ЦВЕТОМ ГРАНИЦЫ 66

УДАЛЕНИЕ НЕЛИЦЕВЫХ ГРАНЕЙ 67

УДАЛЕНИЕ НЕВИДИМЫХ ЛИНИЙ 68

Удаление невидимых граней 69

АЛГОРИТМЫ УПОРЯДОЧЕНИЯ 70

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СПЛАЙНЫ 73

Задача интерполяции 74

ЗАДАЧА СГЛАЖИВАНИЯ 75

СПЛАЙНОВЫЕ ПОВЕРХНОСТИ 80

ЛИТЕРАТУРА 83

ВВЕДЕНИЕ

ПРИНЦИПЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЦВМ

Быстрое развитие вычислительной техники и расширение ее возможностей являются решающим фактором все более широкого внедрения ЭВМ в различные сферы научной и практической деятельности. При этом неизмеримо выросло значение наглядного представления информации, что привело к бурному развитию технологии обработки изображений.

Существуют 3 основных вида обработки изображений в ЭВМ:

1) ввод или распознавание изображений, т.е. преобразование изображения в его описание в машинных кодах, осуществляется системой «технического зрения» Computer Vision (CV). При этом исходное изображение может существовать как в виде реального объекта, так и в виде, зафиксированном на бумаге или пленке;

2) преобразование изображений, осуществляемое системой обработки изображений Image Processing (IP); сюда входят:

- некоторые изменения изображений,

- передача изображений с устранением шумов и сжатием данных,

- переход от одного изображения к другому (формирование промежуточных фаз),

- контрастирование различных изображений,

- синтез изображения на базе другого, например, построение изображения по чертежу;

3) формирование изображения, когда исходная информация не является изображением, это задача компьютерной графики Computer Graphics (CG). Например:

  • визуализация результатов расчетов в виде графиков и диаграмм,

  • вывод изобоажений в компьютерных играх,

  • синтез сцен на тренажерах.

Обобщенная схема компьютерной переработки изображений приведена на рис.1.

Целью рассматриваемой дисциплины является изучения математических и технических основ компьютерной графики.

Формирование машинной графики как самостоятельного направления относится к началу 60-х годов, когда И.Сазерлендом был разработан первый пакет программного обеспечения машинной


и з о б р а ж е н и е






о п и с а н и е


Рис.1

графики. Тогда же были сформулированы принципы рисования отрезками, т.е. основы векторной графики, удаления невидимых линий, определены методы отображения сложных поверхностей, формирования теней, учета освещенности сюжета.

В 70-е годы значительное развитие получило направление трехмерной графики, т.е. методы отображения пространственных форм и объектов. Было опубликовано большое количество работ по методам аппроксимации и представления сложных поверхностей, отображению узоров, генерированию текстур, рельефа моделированию условий освещения. Методы трехмерной компьютерной графики позволяют визуализировать сложные функциональные зависимости, получить изображения проектируемых объектов, оценить облик предмета из недоступной для наблюдения позиции и решить ряд других подобных задач.

В 80-е годы сфера применения компьютерной графики существенно расширилась вследствие широкого распространения персональных компьютеров (ПК), в результате чего компьютерная графика стала доступной большому числу пользователей, не являющихся специалистами в вычислительной технике. Теоретические исследования этих лет направлены на комплексное решение проблем формирования всей совокупности изобразительных свойств объектов: объемность, расположение предметов в сюжете, полутона, цвет, текстура поверхности, особенности освещенности.

В 90-е годы быстрое расширение функциональных возможностей ПК создало базу для развития систем компьютерной графики, повышение качества изображения динамических сюжетов, в которых изображения последовательно сменяют друг друга.

В настоящее время можно выделить следующие основные направления использования компьютерной графики:

  1. иллюстративное, включающее в себя все виды визуализации результатов моделирования или экспериментов, а также создание анимации и рекламных роликов;

  2. саморазвивающее, т.е. обслуживание все более расширяющихся возможностей компьютерной графики;

  3. исследовательское, в котором наиболее интересные результаты предполагаются на пути обработки и вывода изображений, когда сама CG является инструментарием для решения других задач (дизайнерских, архитектурных и т.п.).

В наши дни наиболее актуальны два направления в развитии CG:

  • придание изображению необходимой реалистичности;

  • придание изображению необходимой динамики.

Для успешного решения этих задач требуется не только высокая точность моделей, но и чрезвычайно высокая производительность вычислительных средств, создание и применение транспьютерных вычислительных систем создают реальные перспективы для дальнейшего развития компьютерной графики.

Весьма актуальными направлениями развития компьютерной графики можно считать такие, как:

  • системы графического моделирования для наглядного представления процессов химии, астрономии, медицине и др.,

  • системы имитации динамических ситуаций в тренажерах,

  • системы получения двумерных и трехмерных изображений для телевидения и кино.

СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Существуют два основных способа формирования изображения:

  • растровый или точечный (BitMap) способ, в котором изображение формируется как набор точек,

  • векторный, изображение формируется как набор отрезков прямых линий, заданных координатами начала, конца и цветом.

Рассмотрим их подробнее. На большинстве ПК (включая и IBM PC) принят растровый способ изображения графической информации – изображение представлено прямоугольной матрицей точек (пикселей), каждый пиксель имеет свой цвет, выбираемый из заданного набора цветов (палитры).

Для этого компьютер содержит видеоадаптер, который хранит в своей памяти (называемой видеопамятью) изображение, причем на каждый пиксель выделяется определенное число бит памяти; кроме того видеоадаптер обеспечивает регулярное (50-70 раз в сек) отображение видеопамяти на экране монитора. Основными видеоадаптерами для IBM PC/AT и PS/2 являются:

CGA (Color Graphics Adapter), EGA (Enhanced Graphics Adapter), VGA (Video Graphics Array), SVGA (Super Video Graphics Array) и т.д., совместимые по принципу преемственности.

Адаптер EGA и все, совместимые с ним, наиболее часто используют т.н. RGB- представление цветов:

  • Red (красный) - 0/1

  • Green (зеленый) - 0/1

  • Blue (синий) - 0/1

Например, (0,0,0) – черный, (1,1,1) – белый, (1,1,0) – желтый,

(1,0,1) – малиновый.

Палитра (Palette)это массив, в котором каждому значению пикселя сопоставляется значение цвета (r,g,b), выводимое на экран. Размер палитры и ее организация зависят от типа используемого видеоадаптера.

Наиболее простая палитра видеоадаптера EGA рассчитана на 16 цветов и для каждого пикселя отводится 6 бит из байта – по 2 бита на каждую компоненту

0

0

r

g

b

R

G

B

Реализация палитры VGA требует, кроме аналога палитры EGA, наличия дополнительно 256 специальных регистров (DAC-регистры), где для каждого цвета хранится его 18-битовое представление (по 6 бит на каждую компоненту). При этом исходному номеру цвета с использованием 6-битовых регистров палитры сопоставляется значение от 0 до 63, но оно уже является не RGB-разложением цвета, а номером DAC-регистра, содержащего физический цвет.

Встречается также условное разложение цвета для VGA на 4 составляющих CMYB:

  • Cyan (светло-голубой),

  • Magenta (сиреневый)

  • Yellow (желтый)

  • Black (черный).

Тогда формирование сложного цвета можно при увеличении увидеть следующим образом на фрагменте экрана (см. рис.2)

пиксель

C

M

C

M

C

M

Y

B

Y

B

Y

B

C

M

C

M

C

M

Y

B

Y

B

Y

B

Рис.2

При векторном способе формирования изображения цвет образуется как определенный рисунок линий, состоящих из трех или четырех цветов, причем каждый цвет образует собственный линейный рисунок. Количество линий данного цвета на единице поверхности пропорционально доле этого цвета в общем фоне. Это можно увидеть на примерах, представленных на рис.3:

а) 1 цвет – все линии горизонтальные,

б) 2 цвета – первый цвет – горизонтальные линии, а второй – диагональные,

в) 3 цвета – горизонтальные, вертикальные и диагональные линии.

а) один цвет б) два цвета в) три цвета



Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее