Компьютерная графика контрольная. Вопросы для экзамена по курсу. Вопросы для экзамена по курсу "Компьютерная графика"
 Скачать 278.18 Kb.
|
|
Вопросы для экзамена по курсу "Компьютерная графика" (1-20)
1. Технические средства ввода графической информации. 1. Мышь Наиболее распространенным устройством ввода графической информации в ПЭВМ является мышь. Она подключается к компьютеру через интерфейс RS-232. При перемещении мыши и/или нажатии/отпускании кнопок мышь передает в компьютер информацию о своих параметрах (величине перемещения и статусе кнопок). Существует много различных типов устройства мыши, отличающихся как по принципу работы (механический, оптомеханический, оптический), так и по протоколу общения с ЭВМ. "Взаимопонимание" между мышью и ЭВМ при этом достигается с помощью драйвера, поставляемого вместе с мышью. Драйвер отслеживает перемещение мыши и нажатие/отпускание кнопок и обеспечивает работу с курсором мыши на экране дисплея. Конструктивно близок к мыши манипулятор джойстик. Он представляет собой свободно передвигаемый стержень (ручку) и две кнопки-переключателя. Стержень джойстика передвигается в двух измерениях (координаты Х и Y). Нажатие кнопок-переключателей фиксируется и обрабатывается программно. Обычно джойстик подключается к специальному игровому порту и в настоящее время в машинной графике используется редко. Работа с мышью организуется через механизм прерываний. Прикладная программа вызывает прерывание 33h, передавая в регистрах необходимые параметры и получая через регистры возвращаемые драйвере) значения. Существуют различные стандарты работы с мышью. Наиболее распространены стандарты IBM Microsoft. Из драйверов наиболее известны mouse.coin и gmouse.com Они поддерживают множество функции мыши, связанных с внешним видом, положением и перемещением курсора, а также с определением состояния кнопок мыши. Для программирования той или иной функции мыши требуется только знать ее номер и параметры, заносимые в регистры перед вызовом прерывания. Обычно номера функций драйвера заменяются их мнемоническими именами в заголовочном файле (например, mouse.h), сами тексты функций собираются в отдельный файле (например, mouse.cpp). Такая пара (mouse.h и mouse.cpp) ориентируется на конкретный драйвер. В [1,4] приводятся варианты программного обеспечения - для драйверов mouse.com и gmouse.com. Любая библиотека обычно содержит следующие функции: проверка наличия мыши; показ/сокрытие курсора мыши (при сокрытии драйвер мыши продолжает отслеживать ее перемещение); чтение состояния мыши (ее координат и состояния кнопок - нажато/отжато); передвижение курсора мыши в заданную точку; установка области перемещения курсора мыши. По умолчанию форма курсора мыши определяется оборудованием и драйвером. Ее можно изменить. В текстовом режиме курсор мыши отображается на экране совместно с текстовым курсором и представляет собой прямоугольник размером в один символ. Вид изображения при перекрытии курсором мыши чего-либо определяется параметром и передаваемыми функции изображения курсора текстового режима. Эти параметры (маска экрана и маска курсора) состоят из 16 бит и задают мерцание, цвет и фон, также изображаемый при наложении курсора символ. Маска экрана участвует в логической операции AND с атрибутами перекрытого участка экрана, далее выполняется операция XOR с маской курсора. Например, для инвертирования изображения маска экрана - 0xFFFF, маска курсора - 0х770. В графическом режиме также имеется курсор по умолчанию (от драйвера). Обычно это небольшая стрелка. Вид курсора также можно изменить. Над маской экрана и маской курсора выполняются аналогично текстовому режиму операции AND и XOR. Но под каждую маску отводится не 16 бит, а по 16 16-битовых величин (int mask[l][15]). Для создания собственного курсора полезна таблица взаимодействия масок: 
Следует обратить внимание на рациональную реализацию обработки событий от мыши. Не требуете; все время опрашивать драйвер мыши. Ему передается адрес функции, которую следует вызвать при наступлении заданного события. Первый параметр - указатель на функцию, второй параметр - маска событий. События соединяются побитовой операцией ИЛИ. Функция, которая обрабатывает событие, получает маску вызывающего события, маску состояния кнопок мыши. координаты курсора мыши. 2. Сканеры Сканеры являются устройствами ввода изображений. Чаще всего их действие основано на оптических принципах. Они осуществляют начальную оцифровку изображений (далее при необходимости производится чистка изображений специальными методами - см. тему "Математические основы компьютерной графики") и передачу их в ЭВМ. В настоящее время фактическим стандартом представления изображений сканерами является формат TWAIN. Этот формат поддерживает большинство драйверов различных сканеров. Конвертация из этого формата в формат какой-либо графической системы выполняется программно. 3. Световое перо Световое перо представляет собой цилиндр, содержащий оптическую систему и фотоэлемент, вырабатывающий напряжение при попадании на него света. При прикосновении светового пера к поверхности экрана компьютера фотоэлемент генерирует электрический импульс каждый раз, когда электронный луч дисплея в процессе сканирования пробегает точку, на которую установлено световое перо. Таким образом, считываются координаты точки экрана, на которой расположено световое перо и обеспечивается "рисование" на экране. Основное применение светового пера - автоматизированное проектирование. 4. Диджитайзер (дигитайзер, digitazer, оцифровыватель) Устройство ввода точных двумерных координат объекта. Подключается к асинхронному порту СОМ1. Пример дигитайзера - изделие TRUE GRID фирмы Houston Instruments представляет собой панель размером от 130*130 мм до 280*430 мм и снабжаются курсором в виде пера и напоминающей мышь коробочки с лупой, перекрестьем и одной или несколькими клавишами. Выпускает дигитайзеры также фирма Hewlett Packard и ряд др. фирм. Возможны бинарная передача данных, ASCII-строка, целочисленный ASCII-формат. Съем координат может производиться в следующих режимах: • точки (point) -передача абсолютных координат точки, в которой находится курсор, по нажатию клавиши; • триггер (triggered) - абсолютные координаты точки по запросу компьютера; • обычный поток (stream) - непрерывная передача абсолютных координат: • переключаемый поток (switch stream) - аналогично обычному потоку, но включается по нажатии клавиши; • непрерывная передача относительных координат. 2. Технические средства получения твердой копии графической информации. 1. Графопостроители (плоттеры) Это электромеханические устройства, основанные на преобразовании хранящихся в памяти ЭВМ координат изображения в сигналы перемещения механических пишущих узлов. Различные типы графопостроителей имеют различные системы команд, позволяющие управлять механическими узлами, обеспечивающие нанесение изображения как в одном, так и в нескольких цветах, с различными атрибутами (пунктир, штрих-пунктир и т.п.). Обычно "плоттер подключается к компьютеру через асинхронный порт СОМ1. Для выполнения рисунка плоттеру передаются команды (рисование линии, рисование окружности и т.д.), цвет и координаты точек, о6разующих линию. Эти команды образуют графические языки плоттеров. 2. Принтеры Практически любой современный принтер позволяет получать изображение, т.к. выводит информацию по точкам. Каждый символ представляется матрицей точек. Для большинства матричных принтеров размер матрицы 8*12. Управляет принтером специальный набор команд, обычно называемый Esc-последовательностями. Эти команды позволяют задать режим работы принтера, прогон бумаги на заданное расстояние, собственно печать. Чтобы отличить управляющие коды от выводимой информации, они обычно начинаются с кода меньшего, чем 32 (не ASCII-символ). Для большинства команд начальным является символ Esc (код 27) совокупность подобных команд образует язык управления принтером. Каждый принтер имеет свой набор команд. Однако можно выделить набор команд, реализованный на достаточно широком классе принтеров. Наиболее просты 9-игольчатые принтеры типа Epson, Star и совместимые с ними. Они имеют команды перевода строки (LF) возврата каретки к началу строки (CR), прогона бумаги до начала новой страницы (FF) установки интервала между строками, печати с нормальной или повышенной плотностью (80 или 120 точек дюйм). 24-игольчатые принтеры (LQ-принтеры) имеют язык управления, являющийся надмножеством языка управления 9-игольчатыми принтерами. Этим достигается программная совместимость. Большинство струйных принтеров на уровне языка управления совместимо с LQ-принтерами. Одним из наиболее распространенных классов лазерных принтеров являются принтеры серии HP LaserJet фирмы Hewlett Packard. Все они управляются языком PCL, также основанным на Еsc-последовательностях. Большинство принтеров работают с параллельным портом ЭВМ, который называется нередко принтерным портом. В устройстве самого параллельного интерфейса имеется только один специальный сигнал, который компьютер может послать в принтер — сигнал инициализации. Остальные коды управления принтером передаются в потоке данных и должны формироваться программно. Принтер может послать компьютеру 3 сигнала: • подтверждение получения данных; • ожидания (задержки передачи данных до тех пор, пока принтер не сможет начать обработку данных снова; • отсутствия бумаги. Первые два сигнала характерны для любой передачи данных. Последний сигнал является особенностью параллельного интерфейса. Следует также отметить, что параллельный интерфейс является односторонним осуществляет только вывод данных. Некоторые принтеры имеют две модификации - для параллельного и последовательного интерфейса. Лазерные принтеры фирмы Hewlett Packard работают только с последовательным интерфейсом со скоростью передачи данных 9600 бод (бит/сек). 3. Дисплей как техническое средство компьютерной графики. Это основное устройство вывода информации. Большинство дисплеев в качестве формирователя изображения использует электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). Paбота ЭЛТ основана на двух физических принципах: влияние электромагнитного поля на поток электронов, движущихся в разреженном пространстве и свечение люминофоров при их бомбардировке электронами. В памяти ЭВМ хранятся координаты точек изображения и информация об их цвете, яркости и др. (например, атрибут мерцания). Эти данные под управлением дисплейного контроллера преобразуются в сигналы управления лучом ЭЛТ. Существует 2 основных типа дисплеев, использующих ЭЛТ: векторные и растровые. Векторные дисплеи наиболее просты, требуют меньше памяти для хранения информации. Электронный луч последовательно обходит траекторию из отрезков прямых (векторов), представляющих рисунок, воспроизводимый на экране. Изображения, формируемые векторными дисплеями, проигрывают по качеству растровым.  Растровые дисплеи являются доминирующими. Они позволяют формировать практически любые изображения. Используется тот же принцип движения луча, что и в телевизоре. Электронный луч циклически совершает движение, образующее на экране последовательность строк (растр) Движение луча начинается в левом верхнем углу, выполняется перемещение от точки А к точке В. Затем луч быстро отклоняется в точку С. Отрезок прямой АВ называется прямым ходом луча по строке, отрезок ВС - обратным. Суммарное время, затрачиваемое на это перемещение, - период строчной развертки.Z - конечная точка растра. Движение луча отточки А до точки Z называется прямым ходом луча по кадру. Из точки Z луч быстро перемещается в точку А, сканирование завершается. Время одного полного движения по растру - период кадра. Реальные дисплеи имеют от 300 до 2000 строк. Изображения, формируемые растровыми дисплеями состоит из множества точек пикселов. Термин "пиксел" происходит от английских слов PICTURE ELEMENT. Множество всех пикселов на экране образует матрицу. Размерность матрицы различна для различных устройств, она определяет разрешающую способность дисплея. Управление работой дисплея осуществляет дисплейный контроллер (видеоконтроллер, видеоадаптер, дисплейный адаптер, видеокарта). Он представляет собой плату, вставляемую в соответствующий слот, и поэтому может заменяться. Видеоадаптер выполняет 3 главные функции хранение информации об изображении; регенерацию изображения на экране ЭЛТ; связь с центральным процессором ЭВМ. ЭВМ имеет многочисленные видеорежимы или способы изображения данных на экране дисплея. Каждый видеоадаптер имеет свой набор видеорежимов. Изображение хранится в растровом виде в памяти видеокарты. Аппаратно обеспечивается регулярное (50-70 раз в сек.) чтение этой памяти и отображение ее на экране. Поэтому работа с изображениями сводится к операциям с видеопамятью. Существует 6 общепринятых стандартов видеоконтроллеров. Имеется также множество нестандартных для решения специальных задач. К стандартным видеоконтроллерам относятся: Монохромный дисплейный адаптер (Monochrome Display Adapter - MDA) - текстовый, высокое качество изображения, низкая цена; Цветной графический адаптер (Color Graphics Adapter - CGA). Разрешающая способность в цветном графическом режиме 320*200, в режиме монохромной графики - 640*200. Палитра из 16 цветов, в графическом режиме можно задать любые 4 цвета. Устарел, практически не используется; Монохромный графический адаптер (Monochrome Graphics Adapter - MGA или, по имени кампании-разработчика Hercules Computer Technology, Hercules Graphics Adapter - HGA). Имеет ту же разрешающую способность, что и MDA, но может работать в графическом режиме. Разрешающая способность 720*348. Изображение качественное, используется широко. Улучшенный графический адаптер (Enhanced Graphics Adapter - EGA). Разрешение 640*350, 16 цветов. Благодаря новой организации управления памятью и формированием изображения можно смешивать цвета в различных комбинациях из палитры в 64 оттенка для каждого из 16 цветов (оттенки тона. насыщенность). Как правило, обеспечивается совместимость с CGA, в ряде моделей - с MGA (Hercules). Сейчас есть усовершенствованные модели, позволяющие при наличии специального программного обеспечения получать 43 строки на экране и разрешение 640*480; Видеографическая матрица (Video Graphics Array - VGA). Была создана для PS/2. Развитие EGA. 640*480 точек, воспроизведение 16 цветов из палитры 4096 оттенков. 320*200 при воспроизведении одновременно 256 цветов; Супер видеографическая матрица (Super Video Graphics Array - SVGA). Стандарта SVGA нет, он рассматривается как расширение VGA. Более высокая частота горизонтальной развертки - ряд частот: 56, 60, 72. Разрешение: 800*600, 1024*768. 1280*1024. 4. Векторная и растровая графика: суть, отличия, области применения. Принципы, положенные в основу работы дисплеев, широко используются в машинной графике как способ формирования изображений. Поэтому часто встречаются термины "ВЕКТОРНАЯ ГРАФИКА" и "РАСТРОВАЯ ГРАФИКА". В первом случае выполняется кусочно-линейная аппроксимация изображений и возникает задача поиска компромисса между временем и точностью построения изображения путем подбора параметров аппроксимации. Во втором случае этот же компромисс выглядит как задача определения параметров растра. 5. Мировые координаты, нормированные координаты, координаты устройства, функция кадрирования. Для программиста естественно желание определить графические элементы в системе координат решаемой задачи. Устройства вывода, на которых визуализируются графические элементы, требуют, как правило, использования собственных аппаратных координатных систем. Чтобы разрешить это противоречие и добиться независимости от устройств, международным стандартом GKS (Graphical Kernel System - ядро графической системы) определены 3 системы координат. Задавая элементы своего изображения, прикладной программист использует систему мировых координат (WC - World Coordinate). Эти координаты определяют положение объекта в некотором модельном мире. МИРОВЫЕ КООРДИНАТЫ - независимые от устройства декартовы координаты, которые используются в прикладной программе для задания графических данных ввода-вывода. Вообще говоря, каждый примитив может быть определен в собственной системе мировых координат. НОРМИРОВАННЫЕ КООРДИНАТЫ задаются в промежуточной, независимой от устройства системе координат и нормированы относительно некоторого диапазона (часто от 0 до 1). Относительное расположение примитивов ввода-вывода определяется отображением мировых координат в нормированные координаты. Нормированные координаты используются при хранении графических образов (в памяти, в файлах и пр.). Пространство нормированных координат пересчитывается в координаты устройства (Device Coordinate). КООРДИНАТЫ УСТРОЙСТВА зависят от вида устройства и измеряются в некоторой системе мер (метрической, в дюймах) или в аппаратных единицах. Множество преобразований нормирования определяет отображение различных систем мировых координат в единое пространство нормированных координат. При работе с конкретным устройством производится отображение пространства нормированных координат в координаты устройства. Пример - система автоматизированного проектирования печатных плат PCAD: различные типы дисплеев подключаются с помощью драйверов (конкретный драйвер указывается в файле pcaddrv.sys). Роль нормированной системы координат играет файл *.PLT, который не зависит от типа устройства. Вывод на конкретное устройство выполняют утилиты PCPRINT для принтера, PCPLOTS для плоттера. |