Сферы и области применения КГ
Растровые дисплеи (телевизоры).
В середине 70-х годов была изобретена дешевая растровая графика, основанная на телевизионной технике, которая оказала сильное влияние на развитие машинной графики. В растровых дисплеях дисплейные примитивы (отрезки, литеры и закрашенные участки — обычно многоугольники) хранятся в памяти для регенерации в виде совокупности образующих их точек, называемых пикселами. Пиксель – наименьший элемент изображения, который может изменить яркость или цвет. Изображение формируется на растре, представляющем собой совокупность горизонтальных растровых строк, каждая из которых состоит из отдельных пикселов; таким образом, растр — это матрица из пикселов, покрывающая всю площадь экрана. Все изображение последовательно сканируется по отдельным строкам растра в направлении сверху вниз, при этом изменяется лишь интенсивность электронного луча для каждого пиксела в строке. Этот процесс сканирования называется растровой разверткой. Благодаря этому резко возрастает потребность в памяти, поскольку полное изображение, состоящее, например, из 512 строк по 512 пикселов, должно храниться непосредственно как битовая карта, содержащая только точки, которые находятся в однозначном соответствии с точками на экране. С другой стороны, для вывода простых изображений можно применять очень дешевую и выпускаемую серийно телевизионную аппаратуру с разрешением до 640х480.
|
|
|
Для использования растровой графики была разработана недорогая полупроводниковая память, благодаря чему емкость буферов регенерации стала существенно больше, а их стоимость снизилась во много раз. Разрешающая способность стандартных растровых графических систем пока еще ниже, чем разрешающая способность векторных (2048x1780 против 4096 X 4096 точек), а их аппаратная часть не обеспечивает достаточной скорости для динамических эффектов, обычных на дисплеях с высокой разрешающей способностью. Это связано с тем, что для всех пикселов таких примитивов, как отрезок прямой или прямоугольник, требуется преобразование координат, тогда как в векторном дисплее достаточно преобразовать лишь координаты конечных точек или вершин. Однако растровая графика (в отличие от векторной) позволяет закрашивать отдельные участки изображения (обычно разными цветами), что существенно повышает возможности передачи информации. Кроме того, процесс регенерации в этом случае не зависит от сложности изображения (число линий и т. д.), так как аппаратура обладает достаточным быстродействием, чтобы считать все пикселы из буферной памяти в течение цикла регенерации независимо от того, содержат они информацию или же служат лишь фоном. Благодаря этому устраняется мерцание. Векторные же дисплеи часто начинают мерцать, когда число примитивов в буфере становится таким большим, что его нельзя считать и обработать за 1/30 с, в результате чего изображение регенерируется недостаточно часто.
|
|
|
3. нач – сер 80 гг – появились дешевые мощные ПК, внедрились повсеместно во всех отраслях промышленности, а также быту => массовый характер применения получила и КГ.
Одновременно с развитием аппаратного обеспечения КГ, шло развитие программной части и математической.
1. аппаратно-зависимые графические пакеты – нужны для полного использования ресурсов компьютера, зависят от типа компьютера и графических средств.
2. аппаратно-независимые опирались на стандартизованные драйверы.
¾ графический язык
¾ расширение языков ВУ
¾ гр. пакеты подпрограмм, вызываемых из языков ВУ.
Существенный шаг вперед в середине 70-х годов был связан с осознанием необходимости стандартизации аппаратно-независимых графических пакетов. В результате появились широко известные технические требования к «Графической системе Core» (кратко называемой Core), разработанные группой АСМ GRAРН в 1977 г. и переработанные в 1979 г.
|
|
|
85 г. GPS ( Graphical Kernel System ) – на 2х, 3х мерную графику, ну и openGL в 1992 г. и Direct3D в 1995 г.
Все основные алгоритмы и методы были разработаны еще в 60..70 гг. Сейчас работа по повышению реалистичности изображения.
Сферы и области применения КГ
Компьютерная графика
· 
синтез изображений ( формализ. описание -> визуальное представление ) генерирование изображений, хранение, преобразование, синтезом изображений реально существующих или воображаемых объектов
В курсе КГ-ИКГ2 рассматривается исключительно синтез изображений из формальных описаний: синтаксических (2 D – пикселы, BMP , JPG ) и семантических (3 D - модели)
· анализ изображений ( виз пр -> формализ. описание ) распознавание образов (букв), восстановление двумерных или трехмерных объектов по их изображениям. Анализ изображений имеет важное значение при обработке аэрофотоснимков, фотографий поверхности Луны или Марса (передаваемых на Землю космическими аппаратами в виде медленно сканируемых телевизионных кадров), телевизионных изображений, поступающих от «глаза» промышленного робота, электронных микрофотографий хромосом и фотографий медицинских мазков, рентгеновских снимков и томограмм, а также отпечатков пальцев.
|
|
|
· обработка изображений (виз пр -> виз пр ) повышение качества изображений. Подобласти обработки образов в зависимости от главной цели называются улучшением изображений, обнаружением и распознаванием образов, анализом сцен и машинным видением. Целью же может быть улучшение изображения путем подавления «шумов», например «снега» на телевизионном экране, изменение контрастов, обнаружение и выделение стандартных образов, выявление отклонений от стандартных образов (т. е. искажений) или даже распознавание (реконструкция) трехмерных моделей объектов в сцене по нескольким двумерным изображениям.
Машинная графика в настоящее время используется повсеместно, где есть компьютер:
‑ развлечения (видеоигры, анимация, фильмы и т.д)
‑ полиграфия, издательское дело
‑ тренажеры (имитация реальной обстановки)
‑ бизнес, экономика - Графики, диаграммы, т.е. представление информации в графическом виде.
‑ картография. графика используется для точного представления на бумаге или пленке географических и других природных явлений.
‑ автоматизация чертежных и конструкторских работ. В системах автоматизированного проектирования (САПР) машинная графика используется при проектировании компонент и систем механических, электрических, электронных устройств. К таким системам относятся сложные структуры (например, здания, химические и энергетические установки, кузова автомобилей, фюзеляжи самолетов и корпуса судов и их внутренние части), оптические схемы, телефонные сети и сети ЭВМ.
‑ моделирование и визуализация процессов. Все большую популярность приобретают изготовленные с помощью ЭВМ мультфильмы, демонстрирующие поведение различных реальных или моделируемых объектов во времени. С их помощью можно изучать не только математические фигуры, но также математические модели для таких исследуемых наукой явлений, как поток жидкости, ядерные и химические реакции, физиологические системы и деформация конструкций под нагрузкой, путем визуального представления эффектов видоизменения.
‑ искусство и реклама. Общей целью компьютерного искусства и рекламы являются выражение некоторого смысла и привлечение внимания публики с помощью эстетически приятных изображений.
‑ виртуальная реальность – совокупность средств, позволяющих создать у человека иллюзию, что он находится в искусственно созданном мире, путем подмены обычного восприятия окружающей действительности информацией, генерируемой компьютером. Системы класса виртуальной реальности для диалога с компьютером обычно используют такие устройства, как шлем-дисплей, сенсоры на всем теле человека.
КГ должна быть:
1. интерактивной, т.е. изображение должно формироваться в диалоге с человеком.
2. изображение должно динамически меняться в реальном времени
3. изображение должно быть высокореалистичным
КГ – лучший интерфейс между человеком и ЭВМ, т.е. визуальная информация наиболее восприимчива человеком (около 90% всей сенсорики), а графическая информация – наилучшее средство представления информации ( “окно в ЭВМ” )
Теория цвета. (BMP)
Цвет — это один из факторов нашего восприятия светового излучения. Светом и цветом исследователи интересовались давно. Одним из первых выдающихся достижений в этой области являются опыты Исаака Ньютона в 1666 г. по разложению белого света на составляющие с помощью стеклянной треугольной призмы. Ньютон предположил, что некоторый цвет образуется путем смешивания основных цветов, взятых в определенной пропорции.
Последующие исследования цвета выполняли Томас Юнг, Джемс Максвелл и другие ученые. В настоящее время физики полагают, что свет имеет двойственный характер. С одной стороны, свет - это поток частиц, с другой стороны, свету присущи волновые свойства. С помощью волновой теории, выдвинутой Христианом Гюйгенсом в 1678 году, были объяснены многие свойства света, в частности законы отражения и преломления.
Одной из волновых характеристик света является длина волны — расстояние, которое проходит волна в течение одного периода колебания. Монохроматическим называется излучение, спектр которого состоит из единственной линии, соответствующей единственной длине волны. Достаточно качественным источником монохроматического излучения является лазер — именно поэтому его луч легко сфокусировать. Цвет монохроматического излучения определяется длиной волны. Диапазон длин волн для видимого света простирается от 380—400 нм (фиолетовый) до 700—780 нм (красный). В указанном диапазоне чувствительность человеческого зрения непостоянна. Наибольшая чувствительность наблюдается для длин волн, соответствующих зеленому цвету (рис. 1.19).
Для характеристики цвета используются следующие атрибуты:
1 Цветовой тон. Можно определить преобладающей длиной волны в спектре излучения. Цветовой
тон позволяет отличать один цвет от другого — например, зеленый от красного, желтого и других.
2 Яркость. Определяется энергией, интенсивностью светового излучения,
Выражает количество воспринимаемого света.
3 Насыщенность или чистота тона. Выражается долей присутствия белого цвета. В идеально
чистом цвете примесь белого отсутствует. Если, например, к чистому красному цвету добавить в
определенной пропорции белый цвет (у художников это называется разбелом), то получится
светлый бледно-красный цвет.
Наука, которая изучает цвет и его измерения, называется колориметрией. Она описывает общие закономерности цветового восприятия света человеком.
Одними из основных законов колориметрии являются законы смешивания цветов. Эти законы в наиболее полном виде были сформулированы в 1853 году немецким математиком Германом Грассманом.
1). Цвет трехмерен - для его описания необходимы три компоненты. Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости, хотя существует неограниченное число линейно независимых совокупностей из трех гнетов.
Иными словами, для любого заданного цвета (Ц) можно записать такое цветовое уравнение, выражающее линейную зависимость цветов:
Ц = К1 · Ц1 + К2 · Ц2 + К3 · Ц3,
где Ц1, Ц2, Ц3 — некоторые базисные, линейно независимые цвета, коэффициенты К1, К2 и К3 указывают количество соответствующего смешиваемого цвета. Линейная независимость цветов Ц1, Ц2, Ц3 означает, что ни один из них не может быть выражен взвешенной суммой (линейной комбинацией) двух других.
Первый закон можно трактовать и в более широком смысле, а именно, в смысле трехмерности цвета. Необязательно для описания цвета применять смесь других цветов, можно использовать и другие величины — но, их обязательно должно быть три.
2). Если в смеси трех цветовых компонент одна меняется непрерывно, в то время, как две другие остаются постоянными, цвет смеси также изменяется непрерывно.
3). Цвет смеси зависит только от цветов смешиваемых компонент и не зависит от их спектральных составов.
Смысл третьего закона становится более понятным, если учесть, что один и тот же цвет (в том числе и цвет смешиваемых компонент) может быть получен различными способами. Например, смешиваемая компонента может быть получена, в свою очередь, смешиванием других компонент.
Строение глаза
Особенности строения человеческого глаза и задают основные параметры формирования движущихся изображений в КГ:
яблоко, мышцы, роговица, зрачок-радужка, хрусталик,
стекловидное тело, нерв, сетчатка: 100 мил. палочек и 6 мил. колбочек трех видов.
1. угловое разрешение 1минута -> 300 dpi на 30 cm
2. цветовая трехкомпонентность -> RGB,
350 тыс. оттенков
3. временнАя инертность -> 15 кад/сек
Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 133; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!