Презентация Техническое и программное обеспечение компьютерной графики онлайн

Содержание слайда: Компьютерная графика Техническое и программное обеспечение компьютерной графики

Содержание слайда: 2.1 Графическая система Система компьютерной графики является прежде всего вычислительной системой и, как таковая, включает все компоненты вычислительной системы общего назначения: процессор; память; буфер кадра; устройства вывода; устройства ввода.

Содержание слайда: Структура графической системы

Содержание слайда: Устройства ввода В большинстве графических систем в качестве хотя бы одного из возможных устройств ввода используется обычная алфавитно-цифровая клавиатура. Но более специфическими устройствами, предназначенными для ввода именно графической информации, являются мышь, джойстик и планшет.

Содержание слайда: Устройства вывода изображений

Содержание слайда: Принцип работы ЖКД Работа ЖКД основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы "просеивает" свет, данный эффект называется поляризацией света.

Содержание слайда: Принцип работы ЖКД

Содержание слайда: Структура видеоадаптера

Содержание слайда: Буфер кадра Все современные видеоадаптеры формируют растровое изображение, для хранения которой используется двухмерный массив пикселей, который располагается в видеопамяти. Этот участок памяти называется буфером кадра (Frame buffer).

Содержание слайда: Буфер кадра Например, буфер глубиной 1 бит позволяет выводить только двухградационное изображение, а буфер глубиной 8 бит может выводить изображение. Состоящее их элементов 28=256 цветов. Размер буфера кадра определяет, одну из главных характеристик графической системы – разрешающую способность (разрешение).

Содержание слайда: Пиксель (англ. Pixel – PICture’S Element) - это мельчайшая единица изображения в растровой графике. Представляет собой неделимый объект прямоугольной (квадратной) формы, обладающий определенным цветом, градацией серого или прозрачностью. От количества пикселей в изображении зависит его детализация.

Содержание слайда: Основные характеристики изображения

Содержание слайда: Разрешение

Содержание слайда: Разрешение оригинала Разрешение оригинала определяется при вводе изображения в компьютер и измеряется в точках на дюйм (dots per inch - dpi). Например, 300 dpi означает, что в квадратный дюйм изображения покрывается растровой сеткой 300x300 и после сканирования, изображение соответствующее, квадратному дюйму будет состоять из 90 000 пикселей. Для получения на экране изображения близкого к размеру оригинала обычно использует разрешения 72-75 dpi. Для вывода изображения в дальнейшем на печать и распознавания текста рекомендуется устанавливать разрешении 300-600 dpi.

Содержание слайда: Разрешение экранного изображения Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселем (pixel). Для измерения разрешения экранного изображения, кроме dpi, используют единица измерения ppi (pixel per inch). Размер пикселя, а значит и разрешение экранного изображения, варьируется в зависимости от выбранного разрешения экрана (из диапазона стандартных значений), разрешения оригинала и масштаба отображения.

Содержание слайда: Разрешение печатного изображения При выводе на печать пиксели изображения представляются полутоновыми ячейками, а не точками физического растра печатающего устройства. Меняя заполнение полутоновых ячеек печатными точками, можно имитировать градации яркости пикселей изображения. Линейный растр – это просто способ логической организации физического растра. Частота линейного растра или количество полутоновых ячеек на единицу длины называется линиатурой и измеряется в линиях на дюйм (line per inch, lpi).

Содержание слайда: Разрешение различных процессов Для обозначения разрешающей способности различных процессов преобразования изображений (сканирование, печать, растеризация и т. п.) используют следующие термины: dpi (англ. dots per inch) — количество точек на дюйм. ppi (англ. pixels per inch) — количество пикселей на дюйм. lpi (англ. lines per inch) — количество линий на дюйм, разрешающая способность графических планшетов (дигитайзеров). spi (англ. samples per inch) — количество семплов на дюйм; плотность дискретизации (англ. sampling density), в том числе разрешение сканеров изображений.

Содержание слайда: Глубина цвета

Содержание слайда: 2.2 Стандарты компьютерной графики В 1974 г. в США был создан комитет по стандартизации машинной графики GSPC в АСМ/SIGGRAPH. В 1975 г. в ФРГ в Институте стандартов был создан подкомитет по машинной графике - DIN-NI/UA-5.9. ъ В 1977 г. в международной организации по стандартизации (ISO) была создана рабочая группа TC97/SC5/WG2 "машинная графика" . Важную роль в разработке методологии стандартизации машинной графики сыграла конференция в Сейлаке (Франция), организованная графическим подкомитетом WG 5.2 IFIP в 1976 г. На конференции были сформулированы и обсуждены основные условия и проблемы стандартизации. Было установлено, что основная цель стандартизации - переносимость графических систем, которая достигается стандартизацией интерфейса между графическим ядром системы (базовой графической системой), реализующим собственно графические функции, и моделирующей системой - проблемно-ориентированной прикладной программой, использующей функции графического ядра. Базовая система должна обладать: независимостью от вычислительных систем; независимостью от языков программирования; независимостью от области применения; независимостью от графических устройств.

Содержание слайда: Структура прикладной графической системы

Содержание слайда: Процесс преобразования информации при выполнении вывода может быть представлен состоящим из следующих этапов: 1. Модельные преобразования. Проблемно-ориентированный уровень из геометрических моделей отдельных объектов, задаваемых в собственных локальных системах координат, формирует описание совокупного объекта в некоторой единой (мировой) системе координат. Описание совокупного объекта подается в графическую систему. 2. Нормализующие преобразования. Графическая система переводит описание из мировой, вообще говоря произвольной, системы координат в т.н. нормализованные координаты устройства, имеющие фиксированные пределы изменения координат, например, от 0.0 до 1.0. 3. Преобразования сегментов. Если графическая система предоставляет средства манипулирования отдельными подкартинами изображения (часто именуемыми сегментами), например, для независимого размещения отдельных самостоятельных частей изображения, то могут потребоваться такие преобразования. 4. Видовые преобразования. В случае 3D описания изображения и 2D устройства вывода необходимо выполнить проецирование изображения на заданную картинную плоскость. Наоборот, при 2D сцене и 3D устройстве вывода необходимо выполнить преобразование, связанное с размещением изображения. При выполнении этих преобразований, естественно, может потребоваться выполнение отсечения частей изображения. После этого этапа по сути дела готово описание изображения в некоторой аппаратно-независимой форме, пригодной для вывода на любое устройство. 5. Преобразование рабочей станции. Для выполнения вывода на конкретное устройство необходимо преобразование данных из аппаратно-независимой формы в координаты устройства.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Концептуальная модель графической системы Штриховые линии на нем обозначают интерфейсы, при стандартизации которых может быть обеспечена переносимость. Верхний уровень стандартизации - IGES предназначен для обеспечения мобильности компонент САПР. Средний уровень стандартизации - уровень базового графического пакета (GKS) определяется выбором базовых функций системы. Этот интерфейс делает базовую графическую систему независимой от области применения. Нижний уровень стандартизации - уровень связи с виртуальным графическим устройством (CGI) зависит от выбора примитивов ввода/вывода, являющихся абстракцией возможностей устройств. Этот интерфейс делает базовую графическую систему аппаратно-независимой.

Содержание слайда: Многоуровневая архитектура графической подсистемы

Содержание слайда: 2.3 Графические интерфейсы Интерфейс между прикладной программой и графической системой — это множество функций, которые в совокупности образуют графическую библиотеку. Спецификация этих функций и есть то, что мы называем интерфейсом прикладного программирования (API — application programmer's interface). Модель системы прикладного программирования:

Содержание слайда: Графические интерфейсы Для программиста, занимающегося разработкой прикладной программы, существует только API, и он избавлен, таким образом, от необходимости вникать в подробности работы аппаратуры и программной реализации функций графической библиотеки. С точки зрения прикладного программиста те функции, к которым он обращается через API, должны соответствовать концептуальной модели описания изображения. API определяет функциональность, которую предоставляет программа (модуль, библиотека), при этом API позволяет абстрагироваться от того, как именно эта функциональность реализована. Использование API позволяет разработчикам программ делать их универсальными, независимыми от низкоуровневых команд конкретного графического адаптера.

Содержание слайда: Элементарные графические функции В состав мощного пакета API может входить несколько сотен функций, а потому желательно сразу же разделить их на категории: Функции описания примитивов (primitive functions) определяют объекты нижнего уровня иерархии – примитивы, - которые способна отображать графическая система. В большинстве графических API имеются такие примитивы, как точки, отрезки прямых линий, многоугольники, пиксели, текст и различного рода криволинейные отрезки и участки криволинейных поверхностей. Для описания примитива требуется определить его положение. Например, прямоугольник задается через положения его углов, а сфера определяется через положение ее центра и радиус. Функции задания атрибутов определяют, как будут выглядеть отображаемы объекты, т.е. атрибуты определяют способ вывода объектов на экран. Функции задания атрибутов (attribute functions) позволяют прикладному программисту выполнять широкий круг операций настройки изображения – от выбора цвета до указания образца заливки внутренней области многоугольника или шрифта для надписей на графике. Функции визуализации (viewing functions) определяют параметры используемой модели синтезированной камеры, с помощью которой создается видимое изображение. От прикладного программиста требуется выбрать положение и ориентацию камеры во внешней системе координат и параметры объектива, в частности фокусное расстояние. Эти параметры позволяют правильно построить изображение и отсечь те объекты, которые оказываются вне поле зрения, чтобы не тратить времени на их обработку. Функции источников света. Источник света характеризуется положением, интенсивностью и цветом излучения и его направленностью. В составе большинства API имеются функции для задания такого рода параметров, причем на сцене может присутствовать несколько источников света с разными характеристиками. Функции задания свойств материалов объектов. Определяют оптические свойства материалов поверхностей объектов. Функции геометрических преобразований (transformation functions) позволяют выполнять различные преобразования объектов – поворот, плоскопараллельный перенос, масштабирование и т.п. Функции ввода графической информации (input functions) позволяют создавать интерактивные приложения. Эти функции играют роль промежуточного звена между устройствами ввода, такими как клавиатура, мышь, планшеты разного рода, дигитайзеры, и прикладной программой. Специальные управляющие функции (control functions), которые позволяют управлять процессом выполнения программы, взаимодействовать с операционной системой, инициализировать приложение и обрабатывать ошибки других графических функций.

Содержание слайда: К API операционных систем относятся: POSIX Windows API Cocoa Linux Kernel API OS/2 API Amiga ROM Kernel Отличия в API различных операционных систем существенно затрудняют перенос приложений между платформами. Существуют различные методы обхода этой сложности: написание «промежуточных» API (API графических интерфейсов Qt, Gtk, и т. п.) написание библиотек, которые отображают системные вызовы одной ОС в системные вызовы другой ОС (такие среды исполнения, как Wine, cygwin, и т. п.) введение стандартов кодирования в языках программирования (например, стандартная библиотека языка C) написания интерпретируемых языков, реализуемых на разных платформах (sh, python, perl, php, tcl, Java и т. д.)

Содержание слайда: Перечень API графических интерфейсов К API графических интерфейсов относятся: OpenGL OpenVG PHIGS VRML JAVA-3D. X11 Qt GTK Motiff Tk GDI GDI+ Direct3D (часть DirectX) DirectDraw (часть DirectX) Zune SDL

Содержание слайда: OpenGL Включает более 250 функций для рисования сложных трёхмерных сцен из простых примитивов. Используется при создании компьютерных игр, САПР, виртуальной реальности, визуализации в научных исследованиях. На платформе Windows конкурирует с DirectX.

Содержание слайда: OpenGL 1992 г. – разработана первая версия пакета OpenGL (Open Graphics Library - открытая графическая библиотека) как аппаратно-независимая версия пакета GL. Разработчиками OpenGL являются крупнейшие фирмы-разработчики как оборудования, так и программного обеспечения: Silicon Graphics, Inc., Microsoft, IBM Corporation, Sun Microsystems, Inc., Digital Equipment Corporation (DEC), Evans & Sutherland, Hewlett-Packard Corporation, Intel Corporation и Intergraph Corporation. Разработана специально для эффективной обработки трехмерных данных, но может работать и с описаниями двумерных сцен как с частным случаем трехмерного изображения, где все значения координаты z равны нулю. Программы, написанные с помощью OpenGL, можно переносить практически на любые аппаратные (персональный компьютер, графическая станция или суперкомпьютер) и программные платформы (Unix, Linux, SunOS, IRIX, Windows, MacOS, PlayStation3, Google Android и другие), получая при этом одинаковый результат. Существуют привязки пакета OpenGL к языкам C(C++), Ada и Fortran. Основная сфера использования – при разработке CAD-систем и научных приложений, а также компьютерных игр (Quake). Вспомогательные библиотеки, расширяющие возможности стандартной библиотеки OpenGL: GLU (Graphics Utility Library) - библиотека графических утилит , которая включает функции формирования часто встречающихся сложных объектов (цилиндрических форм, сферических объектов, криволинейных поверхностей). GLUT (GL Utility Toolkit) - библиотека, отвечающая за взаимодействие с системой окон. Содержит функции, обеспечивающие пользователя основными возможностями, характерными для большинства современных многооконных систем. Также поддерживает возможности ввода информации и взаимодействия с пользователем. Стандарт OpenGL поддерживает функциональный интерфейс. Open Inventor – объектно-ориентированная библиотека классов для описания сцен, которые нужно изобразить с помощью функций OpenGL.

Содержание слайда: DirectX

Содержание слайда: DirectX 1995 г. - компания Microsoft представила первую версию библиотеки DirectX (тогда она называлась Game SDK). Все права на доработку/изменение DirectX принадлежат Microsoft. DirectX предназначен только для платформ под управлением ОС Windows. Стандарт DirectX основан на выборе интерфейсов Component Object Model (компонентная модель объектов), а объекты COM могут описываться практически любыми языками программирования, например C/C++, Delphi и даже Basic. Стандарт DirectX включает в себя модули поддержки: программирования двухмерной графики (модуль DirectDraw); создания трехмерной графики (модуль Direct3D); работы со звуками и музыкой (модули DirectSound и DirectMusic); поддержки устройств ввода (модуль DirectInput); разработки сетевых игр (модуль DirectPlay); Используется: при разработке графических интерфейсов операционной системы Windows разработчиками игр …

Содержание слайда: GDI

Содержание слайда: Достоинства и недостатки GDI

Содержание слайда: Что такое GDI+

Содержание слайда: Достоинства и недостатки GDI+

Содержание слайда: Графические объекты GDI+

Содержание слайда: Графические файловые форматы

Содержание слайда: Форматов графических файлов существует великое множество и выбор приемлемого отнюдь не является тривиальной задачей. Для облегчения выбора воспользуемся классификациями. По типу хранимой графической информации: растровые (TIFF, GIF, BMP, JPEG); векторные (AI, CDR, FH7, DXF); смешанные/универсальные (EPS, PDF).

Содержание слайда: Векторные форматы

Содержание слайда: TIFF - популярный формат для хранения изображений с большой глубиной цвета. GIF – рекомендуемы формат, сохраняющий изображения с ограниченным количеством цветов (до 256). Также используется в Интернете. BMP – формат хранения для растровых изображений однотонной закраски. CGM – векторный формат. Обладает соответствующим функционалом для отображения содержимого, включает поддержку большого количества видов графической информации и геометрических примитивов. DXF -  открытый векторный формат файлов для обмена графической информацией между приложениями.

Содержание слайда: Графические форматы