Глава 7. Методы и алгоритмы построения сложных трехмерных объектов 128

7.1 Модели описания поверхностей 128

7.1.1. Аналитическая модель 128

7.1.2 Векторная полигональная модель 130

7.1.3 Воксельная модель 133

7.1.4 Равномерная сетка 134

7.1.5 Неравномерная сетка. Изолинии 136

7.2. Визуализация трехмерных объектов 138

7.2.1 Каркасная визуализация 139

7.2.2 Показ с удалением невидимых точек 139

Глава 8. Реалистическое представление сцен 146

8.1 Закрашивание поверхностей 146

8.1.1 Модели отражения света 146

8.1.2 Вычисление нормалей и углов отражения 148

8.2 Метод Гуро 152

8.3 Метод Фонга 153

8.4. Имитация микрорельефа 154

8.5 Трассировка лучей 156

8.6 Анимация 163

Глава 9. Архитектуры графических систем 172

9.1 Суперстанции 173

9.2 Компоненты растровых дисплейных систем 173

9.3 Подходы к проектированию графических систем 173

9.4 Графические системы на базе сопроцессора i82786 174

9.5 Графические системы из набора сверх больших интегральных схем (СБИС) 175

9.6 Растровый графический процессор DP-8500 176

9.7 Графические системы на универсальном процессоре 176

9.8 Высокоскоростные графические системы 177

9.9 Рабочие (супер)станции с использованием универсального вычислителя 179

Глава 10. Стандартизация в компьютерной графике 180

10.1 NGP (Network graphics рrotocol) 181

10.2 Международная деятельность по стандартизации в машинной графике 181

Деятельность ISO, IEC по стандартизации в машинной графике 183

10.3 Классификация стандартов 184

Core-System 185

GKS (Graphical Kernel System) 186

GKS-3D (Graphical Kernel System for Three Dimensions) 187

  PHIGS (Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System) 188

PHIGS+ 189

CGI (Computer Graphics Interface) 189

10.4 Графические протоколы 190

10.4.1 Аппаратно-зависимые графические протоколы 190

Протокол TEKTRONIX 190

Протокол REGIS 191

Протокол HP-GL 191

10.4.2 Языки описания страниц 191

Язык PostScript 191

Язык PCL 192

10.4.3 Аппаратно-независимые графические протоколы 192

10.4.4 Проблемно-ориентированные протоколы 194

Глава 11. Форматы графических файлов 196

11.1 Векторные форматы 197

11.2 Растровые форматы 199

  202

11.3 Методы сжатия графических данных 202

11.4 Преобразование файлов из одного формата в другой 209

Преобразование файлов из растрового формата в векторный 209

Преобразование файлов одного векторного формата в другой 210

Глава 12. Технические средства кг (оборудование кг) 214

12.1 Видеоадаптеры 214

12.2 Манипуляторы 218

Дигитайзер 220

12.3 Оборудование мультимедиа 221

12.4 Мониторы 223

Характеристики мониторов 224

Аналоговые мониторы 225

Жидкокристаллические дисплеи 225

Газоплазменные мониторы 226

Видеокарта 226

Функции графического ускорителя 228

Выбор видеокарты под монитор 229

12.5 Видеобластеры 229

12.6 Периферия 229

12.6.1 Принтеры 230

12.6.2 Имиджсеттеры 232

12.6.3 Плоттеры 232

12.7 Модемы 232

12.8 Звуковые карты 233

12.9 Сканеры 233

12.10 Секреты графических планшетов (дигитайзеров) 236

12.11 Цифровые фотоаппараты и фотокамеры 236

Литература 238

Глава 1. Основные понятия

Важнейшая функция компьютера - обработка информации. Особо можно выделить обработку информации, связанную с изображениями. Она разделяется на три основные направления: компьютерная графика (КГ), обработка и распознавание изображений.

Задача компьютерной графики(Computer Graphics)- визуализация, то есть создание изображения. Визуализация выполняется, исходя из описания (модели) того, что нужно отображать. Существует много методов и алгоритмов визуализации, которые различаются между собою в зависимости от того что и как отображать. Например, отображение того, что может быть только в воображении человека — график функций, диаграмма, схема, карта. Или наоборот, имита­ция трехмерной реальности — изображение сцен в компьютерных играх, художественных фильмах, тренажерах, в системах архитектурного проектирования. Важными и связанными между собою факторами здесь являются: скорость изменения кадров, насыщенность сцены объектами, качество изображения, учет особенностей графического устройства.

Обработка изображений(Computer Vision)— это преобразования изображений. Входными данными явля­ется изображение, и результат обработки — тоже изображение. Примерами обработки изо­бражений могут служить: повышение контраста, чёткости, коррекция цветов, редукция цве­тов, сглаживание, уменьшение шумов и так далее. В качестве материала для обработки могут использоваться космические снимки, сканированные изображения, радиолокационные, ин­фракрасные изображения и т. п. Задачей обработки изображений может быть как улучшение в зависимости от определенного критерия (реставрация, восстановление), так и специальное преобразование, кардинально меняющее изображения. В последнем случае обработка изо­бражений может быть промежуточным этапом для дальнейшего распознавания изображения. Например, перед распознаванием часто необходимо выделять контуры, создавать бинарное изображение, разделять по цветам. Методы обработки изображений могут существенно отли­чаться в зависимости от того, каким путем получено изображение — синтезировано системой КГ либо это результат оцифровки черно-белой или цветной фотографии.

Рис. 1.1. Направления компьютерной графики

Для распознавания изображений (Image Processing)основная задача — получение описания объектов, представленных изображением. Методы и алгоритмы распознавания разрабатывались пре­жде всего для обеспечения зрения роботов и для систем специального назначения. Но в по­следнее время компьютерные системы распознавания изображений все чаще появляются в повседневной практике многих людей, например, офисные системы распознавания текстов, программы векторизации, создание трехмерных моделей человека.

Цель распознавания может формулироваться по-разному: выделение отдельных элемен­тов (например, букв текста на изображении документа или условных знаков на изображе­нии карты); классификация изображений в целом (например, проверка того, есть ли это изображение определенного летательного аппарата, или установление персоны по отпечат­кам пальцев).

Методы классификации и выделение отдельных элементов могут быть тесно связаны между собою. Так, классификация может быть сделана на основе структурного анализа от­дельных элементов объекта. Или для выделения отдельных элементов можно использовать методы классификации. Задача распознавания является обратной относительно визуализации.

Стоит отметить, что довольно популярным до недавнего времени было словосочетание интерактивная компьютерная графика. Им подчеркивалась способность компьютерной системы создавать графику и вести диалог с человеком. Прежде системы работали в пакетном режиме- способы диалога были не развиты. В настоящее время почти любую программу можно считать интерактивной системой КГ.