- •Оглавление
- •Предисловие
- •1. Компьютерная графика, геометрическое моделирование и решаемые ими задачи
- •Основные понятия и определения
- •1.2. Применение интерактивной графики в информационных системах, графические диалоговые системы
- •Контрольные вопросы и задания
- •2. Представление видеоинформации и ее машинная генерация
- •2.1 Характеристики изображения
- •2.2. Растровая графика
- •2.3. Векторная графика
- •2.4. Представление цвета в компьютерной графике
- •Контрольные вопросы и задания
- •3. Форматы графических файлов
- •3.1. Сжатие изображений
- •3.2. Растровые файлы, метафайлы, графические языки
- •Контрольные вопросы и задания
- •4. Графические объекты, примитивы и их атрибуты
- •4.1.Примитивы
- •4.2. Атрибуты
- •4.3. Модели геометрического представления объектов
- •Контрольные вопросы и задания
- •5. Кривые и криволинейные поверхности
- •5.1. Представление кривых и поверхностей в явной форме
- •5.2. Неявная форма представления кривых и поверхностей
- •5.3. Параметрическая форма представления кривых и поверхностей
- •5.4. Параметрические полиномиальные кривые
- •5.5. Общая характеристика полиномиальной параметрической формы представления
- •5.6. Параметрическая непрерывность
- •5.7. Геометрическая непрерывность
- •5.8. Элементарная кубическая кривая Безье
- •5.10. Поверхности Безье
- •Контрольные вопросы и задания
- •6. Базовая графика. Аффинные преобразования
- •6.1. Однородные координаты
- •6.2. Аффинные преобразования на плоскости
- •6.3. Аффинные преобразования в пространстве
- •6.4. Пространственный поворот относительно точки
- •Контрольные вопросы и задания
- •7. Проективные преобразования
- •Контрольные вопросы и задания
- •8. Алгоритмы отсечения невидимых линий и поверхностей
- •8.1. Алгоритм Коэна-Сазерленда
- •8.2. Отсечение плоских фигур
- •8.3. Алгоритм удаления нелицевых граней
- •8.4. Алгоритм z-буфера
- •8.5. Отсечение пирамидой видимости
- •8.6. Потенциально видимые множества граней
- •8.7. Метод иерархических подсцен
- •Контрольные вопросы и задания
- •9. Растровые алгоритмы
- •9.1. Алгоритмы вывода прямой линии
- •9.2. Алгоритмы закрашивания
- •9.3. Сглаживание ступенчатости линий на изображении
- •Контрольные вопросы и задания
- •10. Свет и материя
- •10.1. Источники света
- •10.2. Модели отражения света
- •10.3. Методы тонирования поверхностей
- •Контрольные вопросы и задания
- •11. Реализация аппаратно-программных модулей графической системы
- •11.1. Архитектура графических терминалов и графических
- •11.2. Современные стандарты компьютерной графики
- •Контрольные вопросы и задания
- •12. Лабораторные работы по курсу «компьютерная графика» Лабораторная работа №1
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа №2
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа №3
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа №4
- •Варианты заданий
- •Контрольные вопросы и задания
- •Библиографический список
- •Учебное пособие
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Муромский институт (филиал)
Государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет»
А.А. Захаров
Компьютерная геометрия и графика
Учебно-методическое пособие
Муром
2009
У
ББК 32.973 – 044.4 я 7
З 54
Рецензенты:
Кафедра вычислительной техники
Курского государственного технического университета
Кандидат экономических наук,
Ведущий специалист ООО «ЭСКОРТ» г. Москва
А.В. Яковлев
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Муромского института (филиала)
Владимирского государственного университета
З 54 Захаров А.А. Компьютерная геометрия и графика: учеб.-метод. пособие / А.А. Захаров – Муром: изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2009.– 128 с.: 54 ил., 2 табл.. – Библиогр.: 25 назв.
ISBN
Учебное пособие представляет собой сборник теоретического материала и компьютерных занятий для изучения дисциплины «Компьютерная геометрия и графика». Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта к обязательному минимуму содержания программы данной учебной дисциплины. Рассмотрены общие характеристики видеоинформации, форматы графических файлов, представлены основные концепции геометрического моделирования трехмерных объектов. Описаны растровые алгоритмы, алгоритмы геометрической обработки, алгоритмы удаления невидимых линий и поверхностей. Приведен обзор современных интерфейсов прикладного программирования трехмерной графики. Рассматривается архитектура графических систем.
Учебное пособие включает курс из четырех лабораторных работ по дисциплине «Компьютерная геометрия и графика» и предназначено для студентов высших учебных заведений специальности «Информационные системы и технологии» и студентов смежных специальностей.
УДК 004.92 (07)
ББК 65. 32.973 – 044.4 я 7
ISBN © Муромский институт (филиал)
Государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет», 2009
Оглавление
|
Предисловие………………………………………………………… |
6 |
|
1. |
КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА, ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕШАЕМЫЕ ИМИ ЗАДАЧИ…………... |
7 |
|
|
1.1. |
Основные понятия и определения…………………………. |
7 |
|
1.2. |
Применение интерактивной графики в информационных системах., графические диалоговые системы……………… |
8 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
10 |
|
2. |
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ И ЕЕ МАШИННАЯ ГЕНЕРАЦИЯ………………………………………. |
11 |
|
|
2.1. |
Характеристики изображения……………………………… |
11 |
|
2.2. |
Растровая графика…………………………………………... |
12 |
|
2.3. |
Векторная графика………………………………………….. |
14 |
|
2.4. |
Представление цвета в компьютерной графике…………... |
15 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
19 |
|
3. |
ФОРМАТЫ ГРАФИЧЕСКИХ ФАЙЛОВ…………………………. |
20 |
|
|
3.1. |
Сжатие изображений……………………………………….. |
20 |
|
3.2. |
Растровые файлы, метафайлы, графические языки………. |
22 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
25 |
|
4. |
ГРАФИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ, ПРИМИТИВЫ И ИХ АТРИБУТЫ |
26 |
|
|
4.1. |
Примитивы…………………………………………………... |
26 |
|
4.2. |
Атрибуты…………………………………………………….. |
26 |
|
4.3. |
Модели геометрического представления объектов……….. |
27 |
|
4.4. |
2.5D – модели………………………………………………... |
30 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
30 |
|
5. |
КРИВЫЕ И КРИВОЛИНЕЙНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ……………... |
31 |
|
|
5.1. |
Представление кривых и поверхностей в явной форме………………………………………………………… |
31 |
|
5.2. |
Неявная форма представления кривых и поверхностей….. |
32 |
|
5.3. |
Параметрическая форма представления кривых и поверхностей……………………………………... |
32 |
|
5.4. |
Параметрические полиномиальные кривые………………. |
33 |
|
5.5. |
Общая характеристика полиномиальной параметрической формы представления…………………... |
34 |
|
5.6. |
Параметрическая непрерывность………………………….. |
34 |
|
5.7. |
Геометрическая непрерывность............................................. |
35 |
|
5.8. |
Элементарная кубическая кривая Безье…………………… |
36 |
|
5.9. |
В-сплайны……………………………………………………. |
37 |
|
5.10. |
Поверхности Безье…………………………………………... |
38 |
|
5.11. |
B-сплайновые поверхности………………………………… |
39 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
39 |
|
6. |
БАЗОВАЯ ГРАФИКА. АФФИННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ……. |
40 |
|
|
6.1. |
Однородные координаты точки……………………………. |
40 |
|
6.2. |
Аффинные преобразования на плоскости ………………… |
41 |
|
6.3. |
Аффинные преобразования в пространстве……………….. |
42 |
|
6.4. |
Пространственный поворот относительно точки ………… |
42 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
43 |
|
7. |
ПРОЕКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ…………………………... |
44 |
|
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
47 |
|
8. |
АЛГОРИТМЫ ОТСЕЧЕНИЯ НЕВИДИМЫХ ЛИНИЙ И ПОВЕРХНОСТЕЙ……………………………………... |
48 |
|
|
8.1. |
Алгоритм Коэна – Сазерленда……………………………… |
48 |
|
8.2. |
Отсечение плоских фигур………………………………….. |
50 |
|
8.3. |
Алгоритм удаления нелицевых граней……………………. |
52 |
|
8.4. |
Алгоритм z-буфера………………………………………….. |
53 |
|
8.5. |
Отсечение пирамидой видимости …………………………. |
54 |
|
8.6. |
Потенциально видимые множества граней ………………. |
54 |
|
8.7. |
Метод иерархических подсцен …………………………….. |
54 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
55 |
|
9. |
РАСТРОВЫЕ АЛГОРИТМЫ……………………………………… |
56 |
|
|
9.1. |
Алгоритмы вывода прямой линии………………………… |
56 |
|
9.2.
ные понятия и
определения |
Алгоритмы закрашивания………………………………….. |
60 |
|
9.3. |
Сглаживание ступенчатости линий на изображении …….. |
63 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
63 |
|
10. |
СВЕТ И МАТЕРИЯ…………………………………………………. |
64 |
|
|
10.1. |
Источники света…………………………………………….. |
64 |
|
10.2. |
Модели отражения света…………………………………… |
66 |
|
10.3. |
Методы тонирования поверхностей……………………….. |
68 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
70 |
|
11. |
РЕАЛИЗАЦИЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ ГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ……………………………………… |
71 |
|
|
11.1. |
Архитектура графических терминалов и графических рабочих станций…………………………………………….. |
71 |
|
11.2. |
Современные стандарты компьютерной графики………… |
74 |
|
Контрольные вопросы и задания………………………………………. |
76 |
|
12. |
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО КУРСУ «КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА» …………………………………………………………. |
77 |
|
|
Лабораторная работа №1…………………………………………… |
77 |
|
|
Лабораторная работа №2…………………………………………… |
87 |
|
|
Лабораторная работа №3…………………………………………… |
98 |
|
|
Лабораторная работа №4…………………………………………… |
100 |
|
|
Библиографический список………………………………………... |
126 |
|