Компьютерная графика

Что такое компьютерная графика?

Это область деятельности, в которой компьютеры используются как

Области применения компьютерной графики

Графический интерфейс пользователя

Основывается на представлении всех доступных пользователю системных объектов и

Спецэффекты, цифровая кинематография

Компьютерные игры

Цифровая фотография и цифровая обработка изображений

Системы автоматического проектирования

Двухмерная компьютерная графика

Двухмерная компьютерная графика

Создание и обработка цифровых изображений, созданных, как правило, на

Применение

Типография
Картография
Технические чертежи
Издательское дело
Компьютерные игры
Графический интерфейс пользователя

Программы для создания и обработки 2D-изображений и анимации

Adobe Photoshop
Corel Draw
Macromedia (в

Трехмерная графика

Что такое трехмерная (3D) графика?

Статические и динамические компьютерные изображения, создаваемые при

Особенности трехмерной графики

Трёхмерное изображение отличается от плоского построением геометрической проекции трёхмерной

Программы для создания и обработки 3D-графики

3D Studio Max
Maya
Lightwave
Poser
Pov-Ray

Отличия от двухмерной графики

Трехмерное представление геометрических данных хранится в памяти компьютера

2D и 3D графика

В современных графических программах эти различия постепенно стираются:
2D-приложения

Растровая графика

Растровая графика всегда оперирует с изображением, как с двухмерным массивом (матрицей)

Пиксель (англ. Pixel – PICture’S Element)

Это мельчайшая единица изображения в растровой

Достоинства

Растровые изображения позволяют воспроизвести практически любой рисунок вне зависимости от его

Недостатки

Большой объем данных, необходимых для хранения информации об изображении в файле

Векторная графика

Векторная графика представляет изображение как набор геометрический примитивов (точек, линий, окружности,

Пример векторного изображения

Достоинства

Для описания геометрических объектов как правило требуется меньше данных, поэтому векторные

Недостатки

Не всякое изображение можно адекватно представить в виде набора примитивов, в

Что такое цвет?

Природа цвета

Свет взаимодействует с телами, на которые попадает
Часть световой энергии поглощается
Часть

Видимый свет – всего лишь часть спектра Э/М волн

Белый свет является смесью волн всех частот видимого диапазона

Различные вещества поглощают,

Строение человеческого глаза

Стандартная кривая Международной комиссии по освещению (МКО, или CIE - Comission

Рис. Кривые чувствительности различных рецепторов

Человеческое зрение

Попадая в глаз человека световые волны проецируются на поверхности сетчатки
Рецепторы

Цвет – это субъективное восприятие зрительной системой человека электромагнитных волн видимого

Цвет в компьютерной графике

Установлено, что колбочки наиболее чувствительны к трем основным

Графические устройства современной ЭВМ

Монитор (дисплей)

Преобразует аналоговый или цифровой сигнал в видеоизображение

ЭЛТ Монитор

Принцип работы

Внутренняя поверхность ЭЛ-трубки покрыта люминофором
Люминофорный слой состоит из «триад» -

Electron guns
Electron beams
Focusing coils
Deflection coils
Anode connection
Mask

Жидкокристаллический монитор

Принцип работы

Яркость пикселей ЖК-монитора меняется за счет изменения угла поворота жидких

1. Glass plates
2&3. Horizontal and vertical polarisers
4. RGB colour

Графический адаптер

Что такое графический адаптер?

Это аппаратной устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти

Видеокарта ATI Radeon X1950 Crossfire Edition

Графический процессор (GPU – Graphics Processing Unit)

Обрабатывает двух- и трехмерные изображения, освобождая

Видеоконтроллер

отвечает за формирование изображения в видеопамяти
дает команды RAMDAC на формирование сигналов

Видеопамять

Буфер кадра
Хранит в цифровом формате растровое изображение, генерируемое и постоянно изменяемое

Цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC)

Служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности

Для каждого цветового канала (R, G или B) RAMDAC имеет свой

Видео-ПЗУ

Содержит видео-BIOS
Используется для инициализации и работы видеоадаптера до загрузки ОС и

Система охлаждения

Предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых

Видео-драйвер

Поставляется производителем видео-чипа, что позволяет наиболее полно и эффективно использовать возможности

Буфер кадра

Все современные видеоадаптеры формируют растровое изображение, для хранения которой используется

Разрешение

Размер буфера кадра зависит от текущего разрешения – количества пикселей, отображаемых

Глубина цвета

Максимальное количество цветов, отображаемых в текущем графическом режиме
От глубины цвета

Отображение буфера кадра на системную память

Центральный процессор должен иметь возможность модификации

Немного математики…

Современные видеокарты могут поддерживать разрешение 2560*1600 пикселей при глубине цвета

Формат хранения пикселей в буфере кадра

Вычисление адреса пикселя в буфере кадра

char *GetPixelAddress(
char * buffer,
int pitch,

Формат хранения пикселей

Компьютерные дисплеи работают с цветом, являющимся аддитивной комбинацией трех основных цветовых

Смешивание цветов

148

217

190

190, 148, 217

Дискретизация цветовых составляющих

Спектр частот электромагнитных волн имеет непрерывную структуру
Это значит, что

Различные цветовые режимы

Монохромный (1 бит на пиксель)
16 цветов (4 бита на

Монохромный режим

Цвет каждого пикселя определяется всего лишь одним битом информации
1 байт

256-цветный режим

На хранение состояния одного пикселя отводится один байт
Цвет каждого пикселя

Изображение с палитрой 256 цветов

15-ти и 16-битные форматы пикселей (High-Color)

Информация о цвете одного пикселя хранится

15-ти и 16-битные форматы пикселей

Форматы файлов изображений

Обеспечивают стандартизованный метод хранения цифровых изображений
Это дает возможность просмотра и обработки

Форматы файлов растровых изображений

Файлы растровых изображений хранят информацию о пикселях изображения

BMP (Bit-Map)

Один из наиболее простых графических форматов
Поддерживает 1, 4, 8, 16,

JPEG (Joint Photographic Experts Group )

Хорошо подходит для хранения полноцветных и

GIF (Graphic Interchange format)

Достоинства
Поддерживает хранение нескольких кадров, позволяя воспроизводить анимации
Позволяет хранить

PNG (Portable Network Graphics)

Достоинства
Открытый формат со свободно распространяемыми исходными кодами
Поддержка различных

TIFF (Tagged Image File Format)

Гибкий формат, позволяющий хранить многослойные изображения с

Форматы векторных изображений

В отличие от растровых форматов векторные форматы файлов описывают

SVG (Scalable Vector Graphics)

Является открытым стандартом, разработанным WWW-консорциумом для хранения векторных

SWF (ShockWave Flash)

Широко распространенный формат, разработанный фирмой Macromedia (в настоящее время

WMF (Windows Metafile)

Содержит список закодированных команд GDI - графической подсистемы системы