МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Информационные системы, технологии

и автоматизация в строительстве»

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Конспект лекций

Москва 2012

Введение

Компьютерная графика – это отдельная область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Компьютерная графика сегодня стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты деятельности становятся более наглядными и понятными.

Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации. Архитекторы создают на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть, как оно впишется в ландшафт. Конструкторы, разраВВЕДЕНИЕбатывая и рассчитывая элементы моделей зданий и сооружений, используют трехмерные графические объекты, чтобы представить окончательный вид модели.

Компьютерная или машинная графика – это вполне самостоятельная область человеческой деятельности со своими проблемами и спецификой. Компьютерная графика – это и новые эффективные технические средства для проектировщиков, конструкторов и исследователей, и программные системы и машинные языки, и новые научные, учебные дисциплины, родившиеся на базе синтеза таких наук как аналитическая, прикладная, начертательная геометрия, программирование для ЭВМ, методы вычислительной математики и т.п.

Основными задачами машинной графики являются ввод (считывание) графической информации в ЭВМ, вывод ее из ЭВМ (формирование изображений), а также определенного рода переработка информации в компьютере. Таким образом, основные задачи машинной геометрии или, как говорят, автоматизированного геометрического моделирования и конструирования - синтез в ЭВМ и анализ геометрических объектов, решение задач геометрического характера.

«Компьютерная графика» является одной из ключевых, базовых дисциплин, необходимых для качественной профессиональной подготовки бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 230100 «Информатика и вычислительная техника». Знания, полученные учащимися при освоении этой дисциплины, будут необходимы для изучения таких дисциплин разных циклов, как «Геометрическое моделирование», «Организация и планирование строительного производства», «Геоинформационные системы», «Проектирование инженерных систем и сетей», «Геометрическое моделирование», «Архитектурное проектирование», «Конструкторские проектирование», «Информационное обеспечение систем автоматизации проектирования» и других.

Конспект лекций состоит из девяти глав.

В Главе 1 описаны и проанализированы разновидности компьютерной графики,

В Главе 2 рассказывается о базовых алгоритмах растровой графики и инструментах, используемых в растровых программах,

Глава 3 посвящена анализу формирования изображений с использованием растрового способа организации графических данных,

Глава 4 рассказывает о фрактальной графике,

Глава 5 подробно представляет цветовые модели компьютерной графики и механизмы их реализации в программных пакетах,

в Главе 6 анализируются базовые модели реалистического представления трехмерных сцен,

в Главе 7 дается представление о стандартах КГ,

Глава 8 посвящена описанию графических форматов,

Глава 9 знакомит с техническими средствами компьютерной графики.

Таким образом, конспект лекций не является узкоспециализированным и может представлять интерес для бакалавров, студентов и магистров, специализирующихся в информационных технологиях, разработке программного обеспечения и web-дизайна.

Оглавление

Г л а в а 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 6

1.1 Разновидности компьютерной графики 9

1.2. Принципы организации графических программ 14

Г л а в а 2. РАСТРОВАЯ ГРАФИКА. 18

БАЗОВЫЕ РАСТРОВЫЕ АЛГОРИТМЫ 18

2.1. Растровые изображения и их основные характеристики 18

2.2. Вывод изображений на растровые устройства 21

2.3. Методы улучшения растровых изображений 25

2.4. Базовые растровые алгоритмы 37

2.5. Инструменты растровых графических пакетов 60

2.6. Преимущества и недостатки растровой графики 76

Г л а в а 3. ВЕ КТОРНАЯ ГРАФИКА 78

3.1. Средства создания векторных изображений 79

3.2. Сравнение механизмов формирования изображений в растровой и векторной графике 80

3.3. Структура векторной иллюстрации 80

3.4. Математические основы векторной графики 82

3.5. Элементы (объекты) векторной графики 84

3.6. Достоинства и недостатки векторной графики 91

Г л а в а 4. ФРАКТАЛЬНАЯ ГРАФИКА 93

4.1. Математика фракталов. Алгоритмы фрактального сжатия изображений 94

4.2 Обзор основных фрактальных программ 99

Г л а в а 5. ЦВЕТОВЫЕ МОДЕЛИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ 101

5.1. Элементы цвета 102

5.1.1 Свет и цвет 103

5.1.2. Физическая природа света и цвета 104

5.1.3. Излученный и отраженный свет 104

5.1.4. Яркостная и цветовая информация 107

5.1.5. Цвет и окраска 108

5.2. Характеристики источника света 111

5.2.1. Стандартные источники 111

5.2.2 Особенности восприятия цвета человеком 111

5.3. Цветовой и динамический диапазоны 115

5.4. Типы цветовых моделей 119

5.4.1. Аддитивные цветовые модели 119

5.4.2. Субтрактивные цветовые модели 129

5.4.3. Перцепционные цветовые модели 134

5.4.4. Системы соответствия цветов и палитры 140

5.4.5. Триадные и плашечные цвета 143

5.4.6. Цветовые режимы 145

Г л а в а 6. РЕАЛИСТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СЦЕН 149

6.1 Закрашивание поверхностей 149

6.1.1. Модели отражения света 149

6.1.2. Вычисление нормалей и углов отражения 152

6.2 Метод Гуро 158

6.3 Метод Фонга 160

6.4. Имитация микрорельефа 161

6.5 Трассировка лучей 164

6.6 Анимация 175