Министерство образования и науки Российской Федерации

Иркутский государственный технический университет

Факультет Кибернетики

Кафедра Автоматизированных систем

Компьютерная графика

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Направление подготовки:

230100 « Информатика и вычислительная техника»

Специальность:

230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

Иркутск 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Основные понятия компьютерной графики...............................................4

2. Краткая история развития компьютерной графики...................................6

3. Графический интерфейс пользователя GUI...............................................9

4. Область применения компьютерной графики............................................9

5. Основные понятия растровой графики.....................................................10

6. Структура файла растровой графики........................................................11

7. Методы создания растровых изображений (цифровые-аналоговые).....14

8. Цветовые модели используемые в компьютерной графики...................18

9. Цветовая модель RGB.................................................................................20

10. Цветовая модель HSL.................................................................................22

11. Цветовая модель CMYK.............................................................................23

12. Глубина цвета..............................................................................................24

13. Форматы файлов растровой графики........................................................28

14. Методы сжатия растровых данных без потерь........................................30

15. Методы сжатия растровых данных с потерями.......................................32

16. Алгоритмы растровой графики..................................................................34

17. Основные понятия векторной графики.....................................................36

18. Кривы Безье 2-го и 3-го порядка...............................................................38

19. NURBS кривые............................................................................................41

20. Формат записи векторной графики PostScript..........................................42

21. Формат SVG.................................................................................................43

22. Афинные преобразования на плоскости...................................................46

23. Форматы файлов векторной графики........................................................54

24. Основные понятия 3D компьютерной графики.......................................55

25. Геометрическое моделирование................................................................57

26. Построение кривых поверхностей.............................................................59

27. Полигональные сетки.................................................................................60

28. Афинные преобразования в пространстве................................................62

29. Основные понятия рендеринга..................................................................64

30. Z-буферизация.............................................................................................66

31. Ортогональные проекции...........................................................................68

32. Перспективная проекция............................................................................70

33. Методы создания элементов сцены...........................................................71

34. Текстурирование.........................................................................................72

35. Моделирование освещения........................................................................73

36. Трассировка лучей......................................................................................74

37. OpenGL.........................................................................................................75

38. DirectX..........................................................................................................77

39. GDI+.............................................................................................................78

40. Flash API.......................................................................................................81

1 Основные понятия компьютерной графики

Компьютерная графика (также машинная графика) — область деятельности, в которой компьютеры используются как для синтеза изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Также компьютерной графикой называют и результат этой деятельности. По способам задания изображений графику можно разделить на категории:

Двумерная графика

Двумерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

Векторная графика

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, сплайны некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

*Растровая графика

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселов. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Без особых потерь растровые изображения можно только лишь уменьшать, хотя некоторые детали изображения тогда исчезнут навсегда, что иначе в векторном представлении. Увеличение же растровых изображений оборачивается красивым видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были пикселями.

В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

*Фрактальная графика

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, к изображениям вне этих классов, фракталы применимы слабо.

*Трёхмерная графика (3D)

Трёхмерная графика оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

В трёхмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Термин "компьютерная графика" часто заменяют на СGI — Сomputer Generated Images (Генерированные Компьютерные Объекты)

Любое изображение на мониторе, в силу его плоскости, становится растровым, так как монитор это матрица, он состоит из столбцов и строк Трёхмерная графика существует лишь в нашем воображении, так как то, что мы видим на мониторе — это проекция трёхмерной фигуры, а уже создаём пространство мы сами. Таким образом визуализация графики бывает только растровая и векторная, а способ визуализации это только растр (набор пикселей), а от количества этих пикселей зависит способ задания изображения.