11

Пользователи, особенно любители игр, одним из главных критериев выбора ПК считают возможности 3D-графики. Использование 3D-графики в играх прошло длинный путь от нескольких игр в жанре «экшн» до широчайшего их разнообразия, начиная от стратегий и кончая детскими игрушками.

1.2. Области применения компьютерной графики

Развитие КГ определяется двумя факторами: реальными потребностями потенциальных пользователей и достижениями в области аппаратного и программного обеспечения. Хотя КГ используется в самых различных сферах жизни современного общества, можно выделить четыре главные области ее применения.

1.Отображение информации. Отображение статистических данных, результатов моделирования.

2.Проектирование.

–Системы CAD/CAM используются сегодня в различных областях инженерной конструкторской деятельности: от проектирования микросхем до создания самолетов. Ведущие инженерные и производственные компании в конечном счете двигаются к полностью цифровому представлению конструкций самолетов (например, российская оборонная промышленность: ОАО «АНТК им. А.Н.Туполева», проект ТУ-324, АВПК "СУХОЙ").

–Архитектура является другой важной областью применения CAD/CAM и совсем недавно созданных систем класса walkthrough (прогулки вокруг проектируемого объекта с целью его изучения и оценки). Такие фирмы, как McDonald's, уже с 1987 года используют компьютерную графику для архитектурного дизайна, размещения посадочных мест, планирования помещений и проектирования кухонного оборудования. Есть ряд эффектных применений КГ в области проектирования стадионов и дизайна спортивного инвентаря.

–Медицина стала весьма привлекательной сферой применения КГ, например автоматизированное проектирование имплантантов, особенно для костей и суставов, позволяет минимизировать необходимость внесения изменений в течение операции, что сокращает время пребывания на операционном столе. Анатомические модели КГ используются в медицинских исследованиях и в хирургической практике.

12

3.Моделирование. Моделирование реальной обстановки (симулято-

ры), построение фотореалистических изображений, формирование виртуальной реальности (VR – virtual reality).

4.Пользовательский интерфейс, например MS Windows, X-

Windows, Mac OS и др.

Хотя во многих компьютерных приложениях можно обнаружить черты нескольких групп, развитие каждой из них шло своим путем.

1.3. Основные понятия компьютерной графики

Компоненты графической системы – практически все, что только есть в компьютере (рис. 1.1):

1)процессор общего назначения;

2)память;

3)видеоадаптер (прошел эволюцию от простого буфера кадра до системы, превосходящей по сложности центральный процессор);

4)устройства ввода;

5)устройства вывода.

SYSTEM BUS / AGP

CPU RAM

Рис. 1.1. Взаимодействие элементов графической подсистемы

Электронный луч можно направить в желаемое место на экране в одном из двух режимов: векторном и растровом. В векторном режиме движение луча определяется координатами точек рисуемой фигуры. Именно в таком режиме работает обычный осциллограф. Координаты могут быть заданы и математическими формулами. Так, для изображения прямой линии нужны координаты двух точек и формула линии (рис. 1.2а), а для отображения окружности – координаты центра, размер радиуса и формула окружности. Для представления дисплейных примитивов векторная графика требует мало памяти,

13

сами примитивы четко изображаются, оператор может непрерывно менять изображения в реальном времени. Главным недостатком векторной графики является то, что с ее помощью нельзя изобразить сплошные области, любые объекты могут быть представлены лишь в виде проволочных каркасов. Более того, если на экране окажется чересчур много примитивов, они не будут успевать обновляться за один цикл регенерации и изображение начнет мерцать.

В растровом режиме луч отклоняется не в соответствии с контурами рисунка, а, как в бытовом телевизоре, 25 (30-150) раз в секунду высвечивается растр (кадр), состоящий из строк. Управлять в растровом режиме можно только яркостью луча при прохождении им активных (люминофорных) точек строки. Поскольку растровые дисплеи имеют фиксированную систему отклонения, они оказываются проще и дешевле векторных. Недостатком является искажение формы примитивов (рис.1.2б).

Векторная графика – представление графического изображения в памяти компьютера в виде координат отдельных точек.

Растровая графика – представление графического изображения как единого целого, а в памяти компьютера как копии всего экрана (подобно бытовому телевизору).

а) б)

Рис. 1.2. Векторное (а) и растровое (б) представление отрезка

Цифровое изображение – набор точек (пикселей) изображения; каждая точка изображения характеризуется координатами x и y и яркостью V(x, y), это дискретные величины, обычно целые. В случае цветного изображения каждый пиксель характеризуется координатами x и y и тремя яркостями (рис. 1.3): яркостью красного, яркостью синего и яркостью зеленого (VR , VB , VG). Комбинируя эти три цвета, можно получить большое количество различных оттенков.

14

R(x,y) - от RED

G(x,y) - от GREEN

B(x,y) - от BLUE

V(x,y) - яркость точки

y

Рис. 1.3. Цифровое изображение (растр)

Изменять цвет каждого пикселя можно независимо, но количество оттенков, которые одновременно могут присутствовать на экране, ограничено и зависит от используемого графического оборудования. К одному концу диапазона относятся монохромные системы, позволяющие изображать только два цвета. К противоположному его концу относятся полноцветные системы, отображающие 16,7 миллионов цветов. Максимальное количество цветов, одновременно отображаемых на экране, определяется количеством битов, выделенных для каждого пикселя в видеобуфере. В полноцветных системах каждому пикселю отводится 24 бита цветовой информации: по байту на каждый компонент VR , VB , VG. Каждое восьмибитное значение лежит в пределах от 0 (черный цвет) до 255 (максимальная яркость – белый). 24-битное число может быть в пределах от 0 до 16 777 215. Смешивая разные интенсивности красного, зеленого и синего компонентов, можно получить практически любой цвет.

Биты в видеобуфере, соответствующие тому или иному пикселю, не обязательно указывают его цвет непосредственно. В системах с 256-ю цветами (8 бит на пиксель) значение из видеобуфеpа указывает на одну из 256 строк в таблице, называемой цветовой палитрой. Число, находящееся в этой строке палитры, определяет цвет пикселя. Если палитра состоит из 24-битных значений, то видеоадаптер, в принципе, может изобразить любой из 16,7 млн цветов. Но только 256 цветов могут одновременно присутствовать на экране. Достоинство графической архитектуры, использующей палитру, в том, что требуется меньше памяти. Для данного pазpешения экрана видеобуфер полноцветного видеоадаптера должен быть в 3 раза больше, чем 256-цветного.

15

Как правило, чем больше пикселей на экране, тем выше качество изображения. Часто пользователь поставлен перед выбором: больше цветов или выше pазpешение. Один и тот же видеоадаптер позволяет получить 256 цветов при pазpешении 1024 на 768, но 16 цветов при pазpешении 1280 на 1024. Так что же важнее: выше pазpешение или больше оттенков? Если на экране нужно получить изображение фотографического качества, то важнее оттенки. Изображение низкого pазpешения, содержащее 256 цветов, выглядит более реалистичным, чем изображение из 16 цветов, но куда более высокого pазpешения. Поэтому-то изображение на экране телевизора обычно выглядит лучше, чем на экране компьютера. Экран компьютера может иметь более высокое разрешение, но телевизор позволяет показывать практически неограниченное число цветов.

Один из путей, позволяющих скомпенсировать нехватку имеющихся цветов, – это псевдотонирование (dithering) компьютерного изображения. Существует много вариантов псевдотонирования, но все они основаны на одном принципе – замене пикселей с цветами, отсутствующими в палитре, конфигурациями пикселей с цветами из палитры. Псевдотонирование основывается на том, что человеческий глаз смешивает цвета двух рядом находящихся пикселей, воспринимая некий третий цвет.

В зависимости от разрешающей способности они подразделяются на CGA, EGA, VGA, SVGA и др. Каждой точке экрана, называемой пикселем, соответствует определенное место в памяти, называемое видеопамятью. Обычно она располагается на видеоадаптере, который управляет работой дисплея, циклически отображая на экране содержимое видеопамяти. Для ускорения работы видеопамять разбивается на страницы, которые последовательно сменяются подобно картинкам в рисованных мультфильмах. Говоря о режимах работы дисплея, следует помнить, что их определяет сочетание видеоадаптера, монитора и программного обеспечения.

MDA (монохромный) режим появился в 1981 году и имел низкое разрешение. Но современные средства позволяют получать разрешение до 1280х1024, поэтому этот режим получил как бы второе рождение. «Mono» означает, что на фоне какого-то цвета изображение представляется точно.

CGA (Color Graphic Adapter) был создан для IBM PC/XT и име-

ет характеристики 320 х 200 при 4-х цветах.