Тема «Геометрические преобразования в векторной графике»

Системы координат в компьютерной графике. Аффинные преобразования. Двумерные геометрические преобразования в компьютерной графике. Трехмерные геометрические преобразования в компьютерной графике. Перспектива. Элементы дифференциальной геометрии. Интерполяция кривых и поверхностей. Алгоритмы удаления невидимых поверхностей и получения реалистичных изображений

Пособие по решению задач на orlova.rsue.ru

Алгоритм Z-буферапредложен Эдом Кэтмулом. Обычный буфер кадра хранит коды цвета для каждого пиксела в пространстве изображения. Идея алгоритма состоит в том, чтобы для каждого пиксела дополнительно хранить еще и координату Z или глубину. При занесении очередного пиксела в буфер кадра значение его Z-координаты сравнивается с Z-координатой пиксела, который уже находится в буфере. Если Z-координата нового пиксела больше, чем координата старого, т.е. он ближе к наблюдателю, то атрибуты нового пиксела и его Z-координата заносятся в буфер, если нет, то ничего не делается.

Алгоритм с Z-буфером — некоторая модификация уже рассмотренного алгоритма заливки многоугольника. Если используется построчный алгоритм заливки, то легко сделать пошаговое вычисление Z-координаты очередного пиксела, дополнительно храня Z-координаты его вершин и вычисляя приращение dz Z-координаты при перемещении вдоль X на dx, равное 1. Если известно уравнение плоскости, в которой лежит обрабатываемый многоугольник, то можно обойтись без хранения Z-координат вершин.

Алгоритм трассировки лучей

Методы трассировки лучей считаются наиболее мощными и универсальными методами создания реалистичных изображений. Универсальность методов трассировки объясняется тем, что в его основе лежат физические законы распространения света. Будем считать, что объекты обладают по отношению к свету следующими свойствами:

- излучают;

- отражают и поглощают;

- пропускают сквозь себя.

Каждое из этих свойств можно охарактеризовать набором характеристик: интенсивностью, направлением, спектром, углом распространения луча.

Тема «Геометрические примитивы»

Прямая. Плоскость. Нормаль к плоскости. Нахождение точки пересечения двух прямых. Нахождение точки пересечения отрезка с плоскостью

Алгебраическое уравнение прямой в пространстве в общем случае имеет вид

.

Прямая в пространстве может быть задана двумя точками и.

Тема «Растровая графика»

Пиксели. Битовая глубина, определение числа доступных цветов в изображении. Типы изображений. Факторы, влияющие на количество памяти, занимаемой растровым изображением. Представление видеоинформации и ее машинная генерация. Графические языки. Метафайлы. Структура и форматы растровых файлов. Алгоритмы растеризации. Масштабирование изображений. Выборка изображений. Интерполяция. Методы сжатия растровых изображений. Достоинства и недостатки растровой графики

Создание изображения с нуля в редакторе

• Импорт и экспорт изображений

• Библиотеки изображений (Kodak PhotoCD)

• Сканирующие устройства

Растр (растровый массив, bitmap, массив битов) —это совокупность битов, расположенных на сетчатом поле-канве

Пиксель (pixel – picture element) —основной элемент, кирпичик всех растровых изображений

Коэффициент прямоугольности изображения (размер изображения, image resolution)

— количество пикселей в матрице рисунка по горизонтали и вертикали

Битовая глубина —это число битов, используемых для описания цвета пикселя

2 ⁿ —число доступных цветов или градаций серого цвета в изображении

n – битовая глубина изображения

• Черно-белые штриховые (Line Art Graphic, Bitmap)

• Изображения в градациях серого (Grayscale)

• Изображения с индексированными цветами (IndexColor)

• Полноцветные изображения (RGB, CMYK)

Масштабирование —это изменение пропорций изображения путем увеличения или уменьшения горизонтальных и вертикальных размеров

Факторы, оказывающие наибольшее влияние на количество памяти, занимаемой растровым изображением:

• Размер изображения (image resolution)

• Битовая глубина изображения

• Формат файла, используемого для хранения изображения

Наиболее известны два способа визуализации — растровый и векторный. Первый ассоциируется с растровыми устройствами, такими как дисплей, телевизор, принтер. Второй используется в векторных дисплеях и плоттерах.

Наиболее удобно, когда способ описания изображения соответствует способу визуализации. Иначе нужна конвертация (векторизация или растеризация).

Растровая визуализация основывается на представлении изображения в виде набора окрашенных точек (пикселов), образующих растр.

Растр— это матрица ячеек (пикселов). Совокупность пикселов различного цвета образует изображение. В зависимости от расположения пикселов в пространстве различают квадратный, прямоугольный, гексагональный и другие виды растра. Для описания координат пикселов используются различные системы координат. Чаще — декартовая с нулем в верхнем левом углу.

Векторная визуализация основывается на представлении изображения в виде линий — прямых или кривых (отрезок, дуга, овал, окружность и других). В данном случае вектор – это набор данных, характеризующих какой–либо объект.

В соответствии с этим различают растровую и векторную графику (растровые и векторные изображения).

В отличие от растровой графики в векторной графике изображение строится с помощью математических описаний объектов, окружностей и линий. Хотя на первый взгляд это может показаться сложнее, чем использование растровых массивов, но для некоторых видов изображений использование математических описаний является более простым способом. Ключевым моментом векторной графики является то, что она использует комбинацию компьютерных команд и математических формул для объекта.