Компьютерная графика Курс "Компьютерная графика" предназначен для студентов, обучающихся по специальности "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем". Семестры 8 и 9 Преподаватель - Гужов Владимир Иванович

д.т.н. Гужов Владимир Иванович Декан факультета Автоматики и вычислительной техники Тел. 8-(383) Наш адрес: г.Новосибирск Ул. Немировича-Данченко 136

Вся информация о курсе доступна на сайте ido.nstu.ru В разделе

Основной целью курса является изучение: Области применения компьютерной графики; тенденции построения современных графических систем: графическое ядро, приложения, инструментарий для написания приложений; Стандарты в области разработки графических систем; технические средства компьютерной графики: мониторы, графические адаптеры, плоттеры, принтеры, сканеры; графические процессоры, аппаратная реализация графических функций; понятие конвейеров ввода и вывода графической информации; системы координат, типы преобразований графической информации; Форматы хранения графической информации; принципы построения открытых графических систем; 2D и 3D моделирование в рамках графических систем; проблемы геометрического моделирования; виды геометрических моделей их свойства, параметризация моделей; геометрические операции над моделями; алгоритмы визуализации: отсечения, развертки, удаления невидимых линий и поверхностей, закраски; способы создания фотореалистических изображений; основные функциональные возможности современных графических систем; организация диалога в графических системах; Классификация и обзор современных графических систем.

Компьютерная графика Весенний семестр (8-й) Учебный план 8-го семестра предусматривает - Установочные лекции - 2 Практические занятия, семинары дистанционно - 6 Самостоятельная работа - 48 Контрольная работа Зачет

Весенний семестр (8-й) В 8 семестре 48 часов самостоятельной работы 6 лекций по 4 часа = 24 Подготовка к семинарам 6 по 2 12 Подготовка к контрольной работе 4 Подготовка к зачету ВСЕГО: 48

Задача компьютерной графики - воспроизведение изображений в тех случаях, когда исходной является информация неизобразительной природы Пример визуализации: построение графиков функций (2-х и 3-х мерных) или графиков экспериментальных данных; вывод информации на экран в компьютерных играх; синтез визуальных сцен, предназначенных для использования в пилотажных тренажерах Машинная живопись, дизайн, синтез, синтез мультипликационных фильмов - требует не только технической квалификации, но и художественного таланта Термин интерактивная компьютерная графика относится к устройствам и системам, в которых пользователь влияет на построение изображений. Например - графический редактор

Представление изображений Можно выделить 4 класса изображений Векторная графика (непрерывные кривые и линии) Полутоновые черно-белые и цветные изображения. Изображения двухуровневые (ч/б) или представляемые несколькими цветами Задание объекта в виде точек или многоугольников

Векторная и растровая графика Основным элементом векторного изображения является геометрический объект или примитив, в качестве которого принимаются такие простые фигуры, как прямоугольник, окружность, эллипс, линия. Каждому примитиву можно назначить определенные атрибуты (свойства) - толщину и цвет линии, разнообразные цветовые заливки

Преимущество векторной графики заключается в том, что форма, пространственное положение и цвет объектов описывается с помощью математических формул. Это обеспечивает сравнительно небольшие размеры файлов изображений, высокое качество трансформации объектов и независимость от разрешения печатающего устройства или монитора Например, для того, чтобы изобразить окружность на мониторе или принтере, программе векторной графики нужно задать только координаты центра окружности и ее радиус. Все точки для изображения окружности рассчитываются непосредственно перед выводом по математической формуле окружности В настоящее время лидерами среди программных пакетов обработки векторной графики можно назвать CorelDraw, Adobe Illustrator Однако, создание на основе векторной графики фотореалистичных изображений является очень трудоемким процессом и требует особых навыков и техники

Графические данные в векторной форме могут выводиться на различных устройствах, с различными разрешениями и размерами Большинство устройств вывода, включая матричные принтеры, лазерные принтеры и мониторы, являются растровыми устройствами Это означает, что все объекты, должны быть преобразованы перед выводом в растровую форму

Сама сетка получила название растровой карты (bitmap), а ее единичный элемент (квадратная ячейка) называется пикселем (от английского pixel - picture element). Растровая карта представляет собой набор (массив) троек чисел: две координаты пикселя на плоскости и его цвет Компьютерное растровое изображение представляется в виде прямоугольной матрицы, каждая ячейка которой представлена цветной точкой

При оцифровке изображения оно делится на такие крошечные ячейки, что глаз человека их не видит, воспринимая все изображение как целое. Пиксели подобны зернам фотографии и при значительном увеличении они становятся заметными.

Растровое изображение ближе к фотографии поскольку позволяет более точно воспроизводить основные характеристики фотографии: освещенность, прозрачность и глубина резкости В отличии от векторных изображений, при создании растровых изображений математические формулы не используются, поэтому для синтеза растровых изображений необходимо задавать разрешение (resolution) и размеры изображения С развитием компьютерной техники возможное разрешение увеличивается. (VGA - 640х480, SVGA х768, 1280х1024, 1600х1280, 1980x1080) Растровые изображения можно получить и непосредственно в программах растровой графики или в программах векторной графики путем преобразовании векторных изображений в растровые Для сохранения векторных и растровых изображений используются различные форматы файлов

Число различных значений, которые может принимать каждый элемент матрицы, равно некоторой степени числа 2 Для кодирования ч/б изображений используется 24 (16), 28 (256) или 32 разряда (уровня) Цветные изображения могут представляться либо при помощи 3-х матриц (R G B), либо с помощью одной матрицы таким образом, что отдельные биты каждого элемента представляют различные цвета Для кодирования цветных изображений обычно используется - 3х8 (24 бита) или 4х8 (32 бита) уровней

Таким образом, общее количество информации достаточно велико Например один видео кадр занимает 768 х 576 х 3 – Байт (1,3 Мбайт = бит = 10,6 Мбит) Если умножить на 24 кадра в сек. – Байт (31 Мбайт = бит = 254,8 Мбит) В минуту – Байт (1,9 Гбайт = бит = 15 Гбит) Для одного часа видео необходимо – Байт (114,6 Гбайт = бит = 917 Гбит) Для сокращения размера цифровых изображений используются различные алгоритмы сжатия

3D графика Трехмерная графика - технология компьютерной графики, для создания изображений, имеющих длину, ширину и глубину Трехмерная графика в отличие от двухмерной дает более реалистичное представление образов

Во многих прикладных задачах используется одна из следующих форм представления: Аппроксимация поверхности многоугольниками. Грани - обычно треугольники. После проектирования, изображение состоит из многоугольников Криволинейная аппроксимация поверхности. На поверхности тела вычерчивается ряд кривых, описания которых затем используются для получения проекция Аппроксимация участками высшего порядка. Этот метод аналогичен аппроксимации многоугольниками, но в качестве элементов, образующих поверхность объекта, используются не плоские многоугольники, а участки поверхностей высшего порядка.