Изображение эллипсов
Прежде всего отметим, что у эллипса, в отличие от окружности, всего 2 оси симметрии, поэтому по точкам придется строить уже 2 октанта (см. рис. 4.11).
Рис. 4.11. Изображение эллипса
Построение по неявной функции
Будем рассуждать подобно алгоритму Брезенхема для окружностей.
Неявная функция, задающая эллипс, имеет вид
Введем f(x, y) = b2x2 + a2y2 - a2b2.
Аналогично алгоритму для окружности можно сравнивать f для двух возможных вариантов. Подробный вывод оставляем читателю в качестве упражнения.
Построение путем сжатия окружности
Воспользуемся тем, что эллипс с параметрами a, b (пусть a > b) получается из окружности радиуса a сжатием по оси y в a/b раз. Построим алгоритм, который является некой комбинацией алгоритмов Брезенхема для окружности и для отрезка (см. рис. 4.12).
Рис. 4.12. Построение эллипса путем сжатия окружности
Рис. 4.13. Смешанная связность
Начнем из точки (a, 0) на окружности и из точки (0, 0) на отрезке. Будем строить эллипс точно так же, как окружность, но смещать текущую точку по y только в том случае, когда такое смещение происходит в текущем шаге уже для отрезка, т.е. построение отрезка как раз и является реализацией сжатия в a/b раз (точнее, его дискретной аппроксимацией). Этот алгоритм тоже имеет недостаток: возможная смешанная связность полученной линии (см. рис. 4.13).
Лекция №5 Представление геометрической информации Геометрические примитивы
Под геометрическими примитивами понимают тот базовый набор геометрических фигур, который лежит в основе всех графических построений, причем эти фигуры должны образовывать "базис" в том смысле, что ни один из этих объектов нельзя построить через другие. Однако вопрос о том, что включать в набор геометрических примитивов, нельзя считать окончательно решенным в компьютерной графике. Например, количество примитивов можно свести к некоему минимуму, без которого нельзя обойтись, и этот минимум сводится к аппаратно реализованным графическим объектам. В этом случае базисный набор ограничивается отрезком, многоугольником и набором литер (символов).
Другая точка зрения состоит в том, что в набор примитивов необходимо включить гладкие кривые различного рода (окружности, эллипсы, кривые Безье), некоторые классы поверхностей и даже сплошные геометрические тела. В качестве трехмерных геометрических примитивов в таком случае предлагаются пространственные кривые, параллелепипеды, пирамиды, эллипсоиды. Но если такой расширенный набор примитивов связан с аппаратной реализацией, то возникает проблема перенесения программных приложений с одного компьютера на другой, поскольку такая аппаратная поддержка существует далеко не на всех графических станциях. Кроме того, при создании трехмерных геометрических примитивов программисты сталкиваются с проблемой их математического описания, а также разработки методов манипулирования такими объектами, поскольку те типы объектов, которые не попали в список базовых, надо уметь приближать с помощью этих примитивов.
Во многих случаях для аппроксимации сложных поверхностей используются многогранники, но форма граней может быть различной. Пространственный многоугольник с числом вершин больше трех не всегда бывает плоским, а в этом случае алгоритмы изображения многогранников могут привести к некорректному результату. Поэтому программист должен сам позаботиться о том, чтобы многогранник был описан правильно. В этом случае оптимальным выходом из положения является использование треугольников, поскольку треугольник всегда является плоским. В современной графике это, пожалуй, самый распространенный подход.
Но существует и альтернативное направление, которое называется конструктивной геометрией тел. В системах, использующих этот подход, объекты строятся из объемных примитивов с использованием теоретико- множественных операций (объединение, пересечение).
Любая графическая библиотека определяет свой набор примитивов. Так, например, широко распространенная интерактивная система трехмерной графики OpenGL включает в список своих примитивов точки (вершины), отрезки, ломаные, многоугольники (среди которых особо выделяются треугольники и четырехугольники), полосы (группы треугольников или четырехугольников с общими вершинами) и шрифты. Кроме того, в нее входят и некоторые геометрические тела: сфера, цилиндр, конус и др.
Понятно, что для изображения таких примитивов должны быть разработаны эффективные и надежные алгоритмы, поскольку они являются конструктивными элементами. Исторически сложилось так, что первые дисплеи были векторными, поэтому базовым примитивом был отрезок. Но, самая первая интерактивная программа Sketchpad А.Сазерленда в качестве одного из примитивов имела прямоугольник, после чего этот объект уже традиционно входил в различные графические библиотеки.
Здесь мы рассмотрим такие примитивы, как вершина, отрезок, воксель и модели, строящиеся на их основе, а также функциональные модели.