Введение в компьютерную графику. Геометрические модели

А. Ч. АХТАРЕЕВ, И. Ю. ЕЛИСЕЕВА, К. ШЕРШУКОВ

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Учебно-методическое пособие

КАЗАНЬ

2007

СОДЕРЖАНИЕ

Введение в компьютерную графику. Геометрические модели. 3

Разновидности машинной графики. 6

Геометрические модели. 7

Контрольные вопросы.. 11

Геометрические преобразования графических объектов. 12

Аффинные преобразования на плоскости. 12

Преобразования в пространстве. 18

Контрольные вопросы.. 20

Виды проектирования. 22

Контрольные вопросы.. 28

Центральная проекция. 29

Контрольные вопросы.. 32

Представление кривых. Параметрические кубические кривые. 33

Контрольные вопросы.. 38

Представление кривых. Сплайны.. 39

Контрольные вопросы.. 44

Представление поверхностей. 45

Контрольные вопросы.. 48

Введение во фракталы.. 49

Контрольные вопросы.. 59

Понятие Морфинга. 60

Контрольные вопросы.. 62

Удаление невидимых линий и поверхностей. 64

Алгоритм, использующий z-буфер. 67

Алгоритм построчного сканирования, использующий z-буфер. 70

Алгоритм Робертса. 72

Контрольные вопросы.. 77

Модели закраски. 79

Контрольные вопросы.. 83

Модель отражения Фонга. Прозрачность и смешивание. 85

Прозрачность и смешивание. 91

Контрольные вопросы.. 93

Системы цветов. 95

Контрольные вопросы.. 97

Введение в OpenGL.. 98

Контрольные вопросы.. 105

OpenGL. Вершины и примитивы.. 106

Контрольные вопросы.. 114

OpenGL. Преобразования координат и проекции. 115

Контрольные вопросы.. 120

OpenGL. Материалы и освещение. 121

Контрольные вопросы.. 126

OpenGL. Текстуры.. 127

Контрольные вопросы.. 133

Технические средства компьютерной графики. 134

Контрольные вопросы.. 137

Приложение. Основные понятия трехмерной графики. 138

Введение в компьютерную графику. Геометрические модели

Компьютерная графика в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении для разнообразных изображений от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности и восприятия, передачи информации. Применяется в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д. Конечным продуктом компьютерной графики является изображение. Это изображение может использоваться в различных сферах, например, оно может быть техническим чертежом, иллюстрацией с изображением детали в руководстве по эксплуатации, простой диаграммой, архитектурным видом предполагаемой конструкции или проектным заданием, рекламной иллюстрацией или кадром из мультфильма.

В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи:

1. Представление изображения в компьютере;

2. Подготовка изображения к визуализации;

3. Создание изображения;

4. Осуществление действий с изображением.

Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью ЭВМ.

Под графической информацией понимаются модели объектов и их изображения.

Интерактивная компьютерная графика - это так же использование ЭВМ для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь имеет возможность оперативно вносить изменения в изображение непосредственно в процессе его воспроизведения, т.е. предполагается возможность работы с графикой в режиме диалога в реальном масштабе времени.

Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления.

Достоинства графики:

• Наиболее естественные средства общения с ЭВМ;
• Хорошо развитый двухмерный и трехмерный механизм распознавания образов позволяет очень быстро и эффективно воспринимать и обрабатывать различные виды данных. Как гласит старинная китайская пословица: "Одна картинка стоит 1000 слов";
• Она позволяет значительно расширить полосу пропускания при общении человека с ЭВМ за счет использования разумного сочетания текста, статических и динамических изображений по сравнению со случаями, когда можно работать только с текстами. Это расширение существенно влияет на возможность понимать данные, выявлять тенденции и визуализировать существующие или воображаемые объекты при обработке.

При обработке информации, связанной с изображением, выделяют три основных направления:

1. Распознавание образов;

2. Обработка изображений;

3. Машинная и компьютерная графика.

Основная задача распознавания образов состоит в распознавании имеющегося изображения на формально понятном на языке символов. Распознавание образов есть совокупность методов, позволяющих получать изображения поданные на вход, либо отнесение некоторых изображений к некоторому классу.

Обработка изображений рассматривает задачи, в которых и входные, и выходные данные являются изображениями. Примерами обработки изображений могут служить:

1. Передача изображений вместе с удалением шумов и сжатием данных;

2. Переход от одного вида изображений к другому;

3. Контрастирование различных снимков.

Компьютерная или машинная графика применяется, когда исходной является информация не изобразительной природы, например, визуализация экспериментальных данных в виде графиков или гистограмм, вывод графики в компьютерных играх или синтез сцен для тренажеров. Можно сказать, что компьютерная графика рисует, опираясь на формульные представления, и имеет набор средств.

Основные направления компьютерной графики:

Иллюстративное - это направление можно понимать, расширенно, начиная с представления результатов эксперимента, и кончая созданием рекламных роликов;

Стремительно развивающаяся компьютерная графика должна обслуживать свои потребности, расширяя и совершенствуя их;

Исследования, в которых инструментарий компьютерной графики начинает играть роль во многом подобную той, которую в свое время сыграл микроскоп.

Вывод изображения на экран компьютера является неотъемлемым, но всего лишь первым шагом на пути становления машинной графики. Довольно стремительно пройдя иллюстративный отрезок пути своего развития, компьютерная графика сосредоточилась как бы на двух генеральных направлениях: придание изображению необходимой динамики и придание изображению необходимой реалистичности. Достижения компьютерной графики мы видим на экранах телевизоров, на рекламных заставках. Реклама в этом случае выступает как мощный стимул к развитию все более совершенного графического инструментария. Он существует в виде разнообразных графических пакетов, начиная от простеньких графических редакторов и заканчивая специальным программным обеспечением.

Развитие компьютерной графики создало новый изобразительный инструментарий, привлекающий внимание дизайнеров и архитекторов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: