Конспект лекций по компьютерной графике. Конспект лекций по дисциплине Компьютерная графика
 Скачать 16.3 Mb.
|
|
Федеральное агентство по образованию Московский государственный строительный университет Кафедра «Информационные системы и технологии управления в строительстве» Конспект лекций по дисциплине «Компьютерная графика» для студентов специальности 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» Москва 2010 г. ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 1. Основные понятия 6 1.1 Разновидности компьютерной графики 7 Полиграфия 8 Мультимедиа 9 World Wide Web (WWW) 9 3D-графика и компьютерная анимация 10 САПР и деловая графика 10 Геоинформационные системы (ГИС) 11 1.2. Принципы организации графических программ 11 Растровые программы 12 Векторные программы 13 Фрактальные программы 13 Глава 2. Координаты и преобразования 13 2.1 Координатный метод 13 2.1.1. Преобразование координат 13 Простейшие двумерные преобразования 14 Однородные координаты и матричное представление двумерных преобразований 16 Композиция двумерных преобразований 18 Матричное представление трехмерных преобразований 20 Композиция трехмерных преобразований 21 Преобразование объектов 23 Преобразование как изменение систем координат 23 2.1.2 Аффинные преобразования на плоскости 25 2.2 Проекции 28 2.2.1 Мировые и экранные координаты 28 2.2.2 Основные типы проекций 28 При повороте на угол β относительно оси У (ординат), на угол α вокруг оси Х (абсцисс) и последующем проектировании оси Z (аппликат) возникает матрица 31 Глава 3. Растровая графика. Базовые растровые алгоритмы 37 3.1 Растровые изображения и их основные характеристики 37 3.2 Вывод изображений на растровые устройства 39 3.3 Методы улучшения растровых изображений 42 3.4. Базовые растровые алгоритмы 49 Алгоритмы вывода прямой линии 49 Инкрементные алгоритмы 50 Кривая Безье 51 Алгоритмы вывода фигур 52 Алгоритмы закрашивания 53 Стиль заполнения 56 3.5 Инструменты растровых графических пакетов 64 Инструменты выделения. Каналы и маски 64 Выделение 65 Инструменты выделения и маскирования 66 Ретушь 67 Гистограммы 68 Тоновая коррекция изображения 69 Уровни (Levels) 69 Цветовая коррекция и цветовой баланс 72 Фильтры (Plug-ins) и спецэффекты (Effects) 73 3.6 Преимущества и недостатки растровой графики 76 Глава 4. Векторная графика 77 4.1 Средства создания векторных изображений 77 4.2 Сравнение механизмов формирования изображений в растровой и векторной графике 79 4.3 Структура векторной иллюстрации 79 4.4 Математические основы векторной графики 81 4.5. Элементы (объекты) векторной графики 82 4.6. Достоинства и недостатки векторной графики 88 Глава 5. Фрактальная графика 90 5.1 Математика фракталов. Алгоритмы фрактального сжатия изображений 91 5.2 Обзор основных фрактальных программ 94 Глава 6. Цветовые модели компьютерной графики 95 6.1 Элементы цвета 96 6.1.1 Свет и цвет 96 6.1.2 Физическая природа света и цвета 97 6.1.3 Излученный и отраженный свет 98 6.1.4 Яркостная и цветовая информация 99 6.1.5 Цвет и окраска 101 6.2 Характеристики источника света 102 6.2.1Стандартные источники 102 6.2.2 Особенности восприятия цвета человеком 102 Колбочки и палочки 103 Спектральная чувствительность глаза к яркости 104 Спектральная чувствительность наблюдателя 106 6.3 Цветовой и динамический диапазоны 106 6.4 Типы цветовых моделей 109 6.4.1 Аддитивные цветовые модели 109 RGB - модель 111 Почему RGB-модель нравится компьютеру? 115 Ограничения RGB-модели 116 sRGB — стандартизированный вариант RGB-цветового пространства 117 6.4.2 Субтрактивные цветовые модели 118 Цветовая модель CMY 119 CMY и CMYK 120 Ограничения модели CMYK 121 Возможности расширения цветового охвата CMYK 122 6.4.3 Перцепционные цветовые модели 123 Достоинства и ограничения HSB-модели 126 6.4.4 Системы соответствия цветов и палитры 127 Системы соответствия цветов 127 Назначение эталона 127 Кодирование цвета. Палитра 129 Глава 7. Методы и алгоритмы построения сложных трехмерных объектов 130 7.1 Модели описания поверхностей 130 7.1.1. Аналитическая модель 130 7.1.2 Векторная полигональная модель 132 7.1.3 Воксельная модель 135 7.1.4 Равномерная сетка 136 7.1.5 Неравномерная сетка. Изолинии 138 7.2. Визуализация трехмерных объектов 141 7.2.1 Каркасная визуализация 142 7.2.2 Показ с удалением невидимых точек 142 Глава 8. Реалистическое представление сцен 149 8.1 Закрашивание поверхностей 149 8.1.1 Модели отражения света 149 8.1.2 Вычисление нормалей и углов отражения 152 8.2 Метод Гуро 155 8.3 Метод Фонга 157 8.4. Имитация микрорельефа 158 8.5 Трассировка лучей 160 8.6 Анимация 168 Глава 9. Архитектуры графических систем 179 9.1 Суперстанции 179 9.2 Компоненты растровых дисплейных систем 180 9.3 Подходы к проектированию графических систем 180 9.4 Графические системы на базе сопроцессора i82786 180 9.5 Графические системы из набора сверх больших интегральных схем (СБИС) 181 9.6 Растровый графический процессор DP-8500 182 9.7 Графические системы на универсальном процессоре 183 9.8 Высокоскоростные графические системы 184 9.9 Рабочие (супер)станции с использованием универсального вычислителя 185 Глава 10. Стандартизация в компьютерной графике 187 10.1 NGP (Network graphics рrotocol) 187 10.2 Международная деятельность по стандартизации в машинной графике 188 Деятельность ISO, IEC по стандартизации в машинной графике 190 10.3 Классификация стандартов 191 Core-System 191 GKS (Graphical Kernel System) 192 GKS-3D (Graphical Kernel System for Three Dimensions) 194 PHIGS (Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System) 194 PHIGS+ 195 CGI (Computer Graphics Interface) 196 10.4 Графические протоколы 196 10.4.1 Аппаратно-зависимые графические протоколы 196 Протокол TEKTRONIX 197 Протокол REGIS 197 Протокол HP-GL 197 10.4.2 Языки описания страниц 197 Язык PostScript 198 Язык PCL 199 10.4.3 Аппаратно-независимые графические протоколы 199 10.4.4 Проблемно-ориентированные протоколы 201 Глава 11. Форматы графических файлов 203 11.1 Векторные форматы 204 11.2 Растровые форматы 206 209 11.3 Методы сжатия графических данных 209 11.4 Преобразование файлов из одного формата в другой 216 Преобразование файлов из растрового формата в векторный 216 Преобразование файлов одного векторного формата в другой 217 Глава 12. Технические средства КГ (оборудование КГ) 221 12.1 Видеоадаптеры 221 12.2 Манипуляторы 225 Дигитайзер 227 12.3 Оборудование мультимедиа 228 12.4 Мониторы 231 Характеристики мониторов 232 Аналоговые мониторы 233 Жидкокристаллические дисплеи 233 Газоплазменные мониторы 233 Видеокарта 234 Функции графического ускорителя 236 Выбор видеокарты под монитор 236 12.5 Видеобластеры 237 12.6 Периферия 237 12.6.1 Принтеры 238 12.6.2 Имиджсеттеры 240 12.6.3 Плоттеры 240 12.7 Модемы 240 12.8 Звуковые карты 241 12.9 Сканеры 241 12.10 Секреты графических планшетов (дигитайзеров) 244 12.11 Цифровые фотоаппараты и фотокамеры 244 Литература 246 |