МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Информационные системы, технологии и автоматизация в строительстве»

Конспект лекций

по дисциплине

«Инженерная и компьютерная графика. Компьютерная графика»

для бакалавров направления подготовки 230100 «Информатика и вычислительная техника»

Москва 2011 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Основные понятия 5

1.1 Разновидности компьютерной графики 6

Полиграфия 7

Мультимедиа 7

World Wide Web (WWW) 8

3D-графика и компьютерная анимация 8

САПР и деловая графика 8

Геоинформационные системы (ГИС) 9

1.2. Принципы организации графических программ 10

Растровые программы 10

Векторные программы 11

Фрактальные программы 11

Глава 2. Растровая графика. Базовые растровые алгоритмы 13

2.1 Растровые изображения и их основные характеристики 13

2.2 Вывод изображений на растровые устройства 15

2.3 Методы улучшения растровых изображений 17

2.4. Базовые растровые алгоритмы 24

Алгоритмы вывода прямой линии 24

Инкрементные алгоритмы 26

Кривая Безье 27

Алгоритмы вывода фигур 28

Алгоритмы закрашивания 29

Стиль заполнения 32

2.5 Инструменты растровых графических пакетов 40

Инструменты выделения. Каналы и маски 40

Выделение 41

Инструменты выделения и маскирования 42

Ретушь 42

Гистограммы 43

Тоновая коррекция изображения 45

Уровни (Levels) 45

Кривые 46

Цветовая коррекция и цветовой баланс 48

Фильтры (Plug-ins) и спецэффекты (Effects) 49

Слои 51

2.6 Преимущества и недостатки растровой графики 51

Глава 3. Векторная графика 53

3.1 Средства создания векторных изображений 54

3.2 Сравнение механизмов формирования изображений в растровой и векторной графике 54

3.3 Структура векторной иллюстрации 55

3.4 Математические основы векторной графики 56

3.5. Элементы (объекты) векторной графики 58

3.6. Достоинства и недостатки векторной графики 63

Глава 4. Фрактальная графика 65

4.1 Математика фракталов. Алгоритмы фрактального сжатия изображений 66

4.2 Обзор основных фрактальных программ 68

Глава 5. Цветовые модели компьютерной графики 71

5.1 Элементы цвета 71

5.1.1 Свет и цвет 71

5.1.2 Физическая природа света и цвета 72

5.1.3 Излученный и отраженный свет 73

5.1.4 Яркостная и цветовая информация 74

5.1.5 Цвет и окраска 75

5.2 Характеристики источника света 77

5.2.1 Стандартные источники 77

5.2.2 Особенности восприятия цвета человеком 77

Колбочки и палочки 78

Спектральная чувствительность глаза к яркости 79

Спектральная чувствительность наблюдателя 80

5.3 Цветовой и динамический диапазоны 81

5.4 Типы цветовых моделей 83

5.4.1 Аддитивные цветовые модели 83

RGB - модель 85

Почему RGB-модель нравится компьютеру? 88

Ограничения RGB-модели 89

sRGB — стандартизированный вариант RGB-цветового пространства 90

5.4.2 Субтрактивные цветовые модели 90

Цветовая модель CMY 91

CMY и CMYK 92

Ограничения модели CMYK 93

Возможности расширения цветового охвата CMYK 94

5.4.3 Перцепционные цветовые модели 95

Достоинства и ограничения HSB-модели 99

5.4.4 Системы соответствия цветов и палитры 99

Системы соответствия цветов 99

Назначение эталона 100

Кодирование цвета. Палитра 100

5.4.5 Триадные и плашечные цвета 101

5.4.6 Цветовые режимы 104

Глава 6. Реалистическое представление сцен 109

6.1 Закрашивание поверхностей 109

6.1.1 Модели отражения света 109

6.1.2 Вычисление нормалей и углов отражения 111

6.2 Метод Гуро 115

6.3 Метод Фонга 116

6.4. Имитация микрорельефа 117

6.5 Трассировка лучей 119

6.6 Анимация 126