Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1 / 5 6 © 2007 Ing. Martin Němec A1047 +420 597 324 438 Přednáška Základy počítačové grafiky Úvod.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1 / 5 6 © 2007 Ing. Martin Němec A1047 +420 597 324 438 Přednáška Základy počítačové grafiky Úvod."— Transkript prezentace:

1 1 / 5 6 © 2007 Ing. Martin Němec A Přednáška Základy počítačové grafiky Úvod

2 2 / 5 6 © 2007 Počítačová grafika Počítačová grafika je obor informatiky, který se od svých počátků v 70. letech rozvinul do samotné vědní disciplíny. Vývoj je úzce propojen s výpočetními a zobrazovacími vlastnostmi počítačů. Počítačová grafika pronikla do různých odvětví –film, lékařství, vojenství, stavebnictví, projektování, modelování, apod. –stává se jejich nepostradatelnou součástí.

3 3 / 5 6 © 2007 Rozdílnost vnímání předání informací (grafická vs. textová informace) AUTO Anuloidy Význam počítačové grafiky

4 4 / 5 6 © 2007 Microsoft ikony Význam počítačové grafiky Výhodou je jasný význam (nezávislost na jazykových znalostech)

5 5 / 5 6 © 2007 Rozdělení počítačové grafiky Pseudografika Semigrafika Obchodní grafika Umění …

6 6 / 5 6 © 2007 Pseudografika grafika tvořená pomocí znaků, které ve výsledku působí dojmem grafického obrázku. vyvinuta programátory pro zpestření práce smailíci (emotion icons) :-) S pozdravem, David Ježek,,,, <',,)

7 7 / 5 6 © 2007 Semigrafika rozšíření o další znaky ░ ▒ ▓ ▀ ▄ atd..

8 8 / 5 6 © 2007 Obchodní grafika

9 9 / 5 6 © 2007 Umění - Art grafika

10 10 / 5 6 © 2007 Medicína - grafika Ing. Přemysl Kršek, Ph.D. – Seminář počítačové grafiky

11 11 / 5 6 © 2007 Technické prostředky - Vstupní a výstupní zařízení

12 12 / 5 6 © lokátor - poskytuje identifikaci polohy v rovině i v prostoru; - valuátor - poskytuje číselnou hodnotu; - zařízení pro výběr grafického prvku, je schopné identifikovat grafický prvek; - klávesnice - pro vstup znaků i hodnot Vstupní zařízení: klávesnice, myš, pisátko, tablet, digitizér, světelné pero …výstup - hodnota scanner, kamera … výstup bitmapa Vstupní a výstupní zařízení

13 13 / 5 6 © 2007 Digitalizační zařízení myši X Y (X) (Y) (X)(X) U výstupní Tablet Vstupní zařízení

14 14 / 5 6 © 2007 a) dočasný záznam - obrazovka - znaková - bodová - grafická. b) trvalý záznam - plotry - kreslící stoly - tiskárny - znakové - bodové. Výstupní zařízení

15 15 / 5 6 © 2007 Typy tiskáren s typovým kolečkem - řetězové jehličkové inkoustové termotransferové laserové … Tiskárny

16 16 / 5 6 © 2007 Jehličkové tiskárny Vlastnosti jehličkových tiskáren: 9, 18, 24 jehliček barevný tisk (7 barev) nízké náklady až 400 stran/hod. až 6 průklepů nižší hlučnost práce v nepříznivém prostředí (prašné, vlhké apod.) Nevýhody: nízká kvalita tisku Použití: Např. u pokladen, kontrolních výpisů – daňové doklady, výplatní pásky, pracovní grafické výstupy apod.

17 17 / 5 6 © 2007 Inkoustové tiskárny se dělí na: termální - trysky vybaveny topným odporem piezoelektrická - před tryskou je umístěn piezoelektrický rezonátor. Trysky obsahují topný odpor, který ohřeje inkoust, který je expandován. expandující inkoust vlivem tepelného ohřevu

18 18 / 5 6 © 2007 Schéma piezoelektrické technologie inkoustových tiskáren

19 19 / 5 6 © 2007 Laserové tiskárny Schéma laserové tiskárny Tento sejmutý řádek je magneticky přenesen na bubnový válec, ze kterého je „obraz“ přenesen na papír. Laserovým paprskem je sejmut bodově řádek předlohy.

20 20 / 5 6 © 2007 Laserové tiskárny Schéma tisku laserové tiskárny

21 21 / 5 6 © 2007 Laserové tiskárny Výhody: kvalitní tisk, nehlučný provoz, oboustránkový tisk. Nevýhody: velké pořizovací náklady, nákladný provoz.

22 22 / 5 6 © 2007 Plotter (rastr vs. vektor) tiskové plottery řezací plottery

23 23 / 5 6 © 2007 Plottery: Výhody - přesnost, barvy, velikost kresby, možnost volby různých druhů papírů. Nevýhody - pomalost, velké a drahé zařízení, pouze originál (bez kopie). Tiskárny: Výhody - rychlost „kresby“, levnější, kopie. Nevýhody - nepřesnost, „barva“, nemožnost volby velikosti a kvality papíru.

24 24 / 5 6 © Charakterizujte vstupní a výstupní zařízení počítačové grafiky. 2. Uveďte rozdělení vstupních zařízení z hlediska aplikace. 3. Charakterizujte jednotlivá vstupní zařízení z hlediska vstupních dat. 4. Charakterizujte výstupní zařízení rastrové, vektorové (výhody, nevýhody). Kontrolní otázky

25 25 / 5 6 © 2007 Počítačová grafika pro osobní počítače řady PC. Rastrová grafika - monitory,… Vektorová grafika - plottery,… osobní počítače - mají vlastní monitory, pracujív textovém (znakovém) a grafickém. 25 řádků 80 sloupců 16 bitů Znakový režim Monochrom 640*480 bodů-pixelů 16 barev 640*480 bodů-pixelů 1 bit 4 bity Grafický režim

26 26 / 5 6 © 2007 Grafické karty (historie) MDA - (Monochrome Display Adapter) adaptér pro monochromatický monitor, který zobrazí na 25 řádcích 80 znaků alfanumerického textu. …. EGA - (Enhanced Graphics Adapter) uvedený na trh v roce 1985 poskytuje grafický režim pro barevný i monochromatický displej. Je schopen generovat signály pro barevné zobrazení 16 barev z 256 barev ve znakovém režimu nebo 640 * 350 bodů v grafickém režimu. Navíc poskytuje grafický režim i pro monochromatický displej. …. MCGA - (Multi Color Grafphics Array) je adaptér podobný adaptéru CGA, ovšem má lepší rozlišitelnost (640 * 480 bodů) a má větší barevnost (256 barev z 2 18 ). Generuje analogové signály pro ovládání barev, což umožňuje širokou škálu barev. … VGA - (Video Graphics Array) má funkci adaptéru EGA s tím, že větší rozlišení (720 * 400 v textovém režimu, 640 * 480 v grafickém režimu a 256 barev z 2 18 ).

27 27 / 5 6 © 2007 Základem grafické stanice je počítač, který je výkonnější od standardního PC. Od standardního PC se liší jak HW, tak SW vybavením. Výrazný rozdíl grafických stanic od počítačů řady PC je: víceprocesorový stroj - paralelní běh několika úloh, operační paměť od 1 - n GB, větší vybavenost vstupními i výstupními periferiemi víceobrazovkový režim - jeden znakový displej, - jeden (minimálně) grafický displej, komunikace na obrazovce s využitím vícenásobných oken, programová podpora pro určitý obor a zaměření stanice apod. rastrová grafika minimálně s 1 miliónem obrazových bodů. Grafické stanice

28 28 / 5 6 © 2007 HP xw8400 Workstation Profesionální grafická pracovní stanice Celsius R630-2/ 1xXeon 3.2/1GB/2x250GB/DVD±RW/nVidia QFX1400/XPP MUI 3 PCI Express (PCIe) I/O slots Problém s rozlišením co je grafická stanice, co je pracovní stanice a co je server.

29 29 / 5 6 © 2007 Potřeba "normalizovat" určité entity stejný popis základních grafických prvků entit (úsečky, kruhové oblouky, kružnice, elipsy, polygony, generování znaků a pod.). Programové balíky, které tyto entity v daném systému a daném HW vykreslí. Pro větší názornost prvky počítačové grafiky využívají i programy, které nejsou pro grafiku programovány. Programové vybavení pro PG

30 30 / 5 6 © 2007 S rozvojem výpočetní techniky vznikla potřeba "normalizovat" určité entity tak, aby při narůstání dalšího počtu programových balíků tyto měly alespoň stejný popis základních grafických prvků - entit (úsečky, kruhové oblouky, kružnice, elipsy, polygony, generování znaků a pod.). Do programového vybavení je nutno zahrnout vše, co je v PC dostupné. Tedy knihovny, moduly a systémy. Vše to je možné pro řešení geometrických problémů využít. Tím se liší využití počítačů pro řešení geometrických úloh od tradičního postupu, kdy řešitel byl odkázán na kreslící pomůcky - tužku a papír. Programové vybavení pro počítačovou grafiku

31 31 / 5 6 © 2007 Výhoda je v tom, že řešitel nemusí daný problém nejprve zobrazit na papír a posléze úkol řešit. Může se soustředit na prostorové řešení bez ohledu na zobrazení ať zadání či výsledku. To za něj udělá grafický systém, ve kterém řešitel pracuje. Výrazně se však liší zadávání vstupních dat. Při zadávání tradičním způsobem řešitel viděl nakreslené vstupní prvky a mohl ihned posoudit, zda je úloha dobře zadána. Při zadávání geometrických úloh digitálním způsobem, je nutno dle požadavků zadavatele vstupní data kontrolovat. Jako ukázku uvedu jednoduchý příklad. Tradiční způsob řešení vs. PG

32 32 / 5 6 © 2007 k Úkol: sestrojte průsečíky kružnice a dané přímky. o m l Analýza.

33 33 / 5 6 © 2007 k Úkol: sestrojte průsečíky kružnice a dané přímky. k A B C Kontrola zadání.

34 34 / 5 6 © 2007 Úkol: sestrojte průsečíky kružnice a dané přímky. d L K DlDl r S k l q Vlastní řešení. SD > r... úloha nemá řešení

35 35 / 5 6 © 2007 Úkol: sestrojte průsečíky kružnice a dané přímky. d M N DmDm r S k m q Vlastní řešení. SD = r... 1 řešení řešení D m... bod dotyku tečny m

36 36 / 5 6 © 2007 Úkol: sestrojte průsečíky kružnice a dané přímky. d O P DoDo r S r q k o X Y q Vlastní řešení. SD < r... úloha má 2 řešení Δ SD 0 Y je určen, kde q =  r 2 – d 2

37 37 / 5 6 © 2007 Generování znaků a grafických značek Rastrový obraz znaku A 1. line(x(h1),y(h1),x(d1),y(d1)); 5. line(x(d8),y(d8),x(h8),y(h8)); 2. line(x(d1),y(d1),x(a4),y(a4)); 6. line(x(h8),y(h8),x(f8),y(f8)); 3. line(x(a4),y(a4),x(a5),y(a5)); {Překreslování úsečky !} 4. line(x(a5),y(a5),x(d8),y(d8)); 7. line(x(f8),y(f8),x(f1),y(f1)); abcdefghabcdefgh abcdefghabcdefgh Vektorový obraz znaku A

38 38 / 5 6 © 2007 Generování úseček v rastru Úsečka je základním prvkem grafického obrazu A(1.6,1.2) B(7.6,4.7) Problém: úsečka dána body A a B, které pixely vysvítit ?

39 39 / 5 6 © 2007 Úsečka v rastru - přímka (směrnicový tvar) y = m * x + b, kde m je směrnice a b je posun na ose y. Zadání úsečky koncovými body (x 1, y 1 ) a (x 2, y 2 ). směrnice úsečky posun (úsek) na ose y 0 x y x = y x = -y m < -1 m > 1 m < < m < 0 0 < m < 1

40 40 / 5 6 © 2007 Algoritmus DDA (Digital Differential Analyzer) Pro m < 1 se souřadnice x zvyšuje PO JEDNÉ. Výpočet y bude dán x+1 x y+1 y 0 V případě y-ové osy by byla hodnota přírůstku k x: Jak pro ostatní m ?

41 41 / 5 6 © 2007 Algoritmus DDA (Digital Differential Analyzer) Příklad: A[1,1], B[6,4] směrnice přímky AB: m=3/5, tedy m<1 řídící osou je osa x, přičítám jedničku dopočítávám y : y i+1 = y i + m Které pixely skutečně vysvítíme ? xy 1 21,6 32,2 42,8 53,4 64

42 42 / 5 6 © 2007 Algoritmus DDA (Digital Differential Analyzer) Příklad: A[1,1], B[6,4] xy výsledek ,62 32,22 42,83 53,43 644

43 43 / 5 6 © 2007 Bresenhamův algoritmus Stejně jako u DDA vychází se směrnicového tvaru. Úsečka … P 1 ( x 1, y 1 ), P 2 ( x 2, y 2 ) Vybírá pixel který je blíže skutečné hodnotě. Pixely [x i+1, y i ] nebo [x i+1, y i+1 ]. y i+1 y y i x i+1 xi xi d1 d1 d2 d2 Podle proměnné d můžeme určit, který ze dvou možných pixelů leží blíže skutečné úsečce (záporná hodnota d - blíže leží pixel o souřadnici y i, kladná - bližší pixel o souřadnici y i+1 ). d 1 = y i+1 - y = y i m ( x i +1 ) – b d 2 = y – y i = m ( x i +1 ) - b d = d 2 – d 1.

44 44 / 5 6 © 2007 Bresenhamův algoritmus - Vyhlazování čar

45 45 / 5 6 © 2007 Kontrolní otázky: 1. Jak jsou generovány úsečky (křivky) v rastrové grafice? 2. Vysvětlete princip DDA algoritmu pro generování úsečky. 3. Vysvětlete princip Bresenhamova algoritmu pro generování úsečky.

46 46 / 5 6 © 2007 Atributy čar. Tloušťka čar Výpočet pixelů v závislosti na tloušťce čáry

47 47 / 5 6 © 2007 Realizace tloušťky čar na plotru ekvidistantní pohyb pera nerespektuje tloušťku pera respektuje tloušťku pera

48 48 / 5 6 © 2007 Realizace tloušťky

49 49 / 5 6 © 2007 Výhody: snadné, jednoduché naprogramování (rekurze) Nevýhody: nedostatek paměti - rekurze Algoritmy vyplňování - Semínkové algoritmy

50 50 / 5 6 © 2007 Algoritmy vyplňování - Semínkové algoritmy

51 51 / 5 6 © 2007 Postup řádkového algoritmu lze napsat takto: - Postupujeme od nejvyššího vrcholu n-úhelníku směrem dolů. - V každém řádku zleva doprava. - Vyřadíme vodorovné hrany. - Upravíme rostoucí resp. klesající hrany a současně upravíme orientaci hran tak, aby jejich první vrchol měl y - souřadnici vyšší než druhý vrchol. 1.Přímka vrcholem, do seznamu průsečíků zapíše pouze jeden průsečík,jestliže protínající se hrany jsou klesající nebo rostoucí. (AK,AB) Jinak se obě hrany zkrátí - právě ten bod se vynechá. (C, D, E) 2. Přímka zpracovávaného řádku je rovnoběžná s hranou vyplňované oblasti - vypustíme tuto hranu. Algoritmy vyplňování - Řádkové algoritmy

52 52 / 5 6 © 2007 Řádkové algoritmy (šrafování) Šrafování – stejně jako při řádkovém vyplňování. Posun ve směru druhé osy je větší než jedna. Pokud šrafy svírají s osou x úhel , otočíme hranici šrafované oblasti o úhel - . Vypočtené jednotlivé šrafy otočíme zpět o úhel .

53 53 / 5 6 © 2007 Shrnutí pojmů Semínkové vyplňování - vybarvování pixelů určenou barvou místo barvy pozadí. Vhodné použití – vyplňování malých ploch (tučně vyplňované písmo). Pro velké plochy (při použití rekurzivních procedur) je možnost přeplnění paměti počítače. Pro vyplňování velkých ploch není vhodné semínkovou metodu programovat rekurzivně. Řádkové vyplňování - vybarvování pixelů určenou barvou místo barvy pozadí po jednotlivých řádcích. Je nutno určit počáteční a koncový bod řádku vyplňování určenou barvou a sudý počet průsečíků hranice vyplňování. Šrafování - řádkové vyplňování, kde posun ve směru svislé osy je přičítání „řádků“ o více než jeden pixel. Jestliže šrafy nejsou rovnoběžné s vodorovnou osou x, ale svírají s osou x úhel , je nutné šrafovaný útvar otočit o úhel - , a po výpočtu jednotlivých šraf, tyto otočit „zpět“ o úhel .

54 54 / 5 6 © 2007 Algoritmus ořezávání (Algoritmus Cohen-Sutherland) P 1 =P 2 = 0000 vykreslím (úsečka HG) P 1 =P 2 ≠ 0000 leží mimo P 1 &P 2 ≠ 0 (logický součin) leží mimo (úsečky NO, LM) Počítám průsečík postupně se všemi hranami (úsečky AB, CD, EF) Xmax Xmin Ymin Ymax A E H G D C L M B ON F bit 4y > Ymax bit 3y < Ymin bit 2x > Xmax bit 1x < Xmin

55 55 / 5 6 © 2007 Algoritmus ořezávání (Algoritmus Cohen-Sutherland) Ukázka: Algoritmus ořezávání

56 56 / 5 6 © 2007 Kontrolní otázky 1. Úloha a význam počítačové grafiky. Význam, výhody, nevýhody. 2. Nároky na hardware a software ? 3. Co je pseudografika, semigrafika, obchodní grafika ? 4. Vstupní a výstupní zařízení počítačové grafiky. 5. Charakteristika počítačové grafiky pro počítače řady PC. 6. Rozdíl grafiky na počítačích řady PC a grafických stanicích (workstation). 7. Generování úseček (křivek) v rastrové grafice. 8. DDA algoritmus pro generování úsečky. 9. Bresenhamův algoritmus pro generování úsečky. 10. Princip ořezávání obrazců (zoom).

57 57 / 5 6 © 2007 Konec, dotazy?


Stáhnout ppt "1 / 5 6 © 2007 Ing. Martin Němec A1047 +420 597 324 438 Přednáška Základy počítačové grafiky Úvod."

Podobné prezentace


Reklamy Google