Цвет в КГ. Аддитивные и субтрактивные цвета. Системы RGB, CMYK.

Предмет компьютерной графики (КГ). Области применения КГ. Растровая и векторная графика. Математическое, лингвистическое, программное, техническое обеспечение систем КГ. Прикладное программное обеспечение (ПО). Прикладная модель объекта. Графическое ПО.

Компьютерная графика стала основным средством взаимодействия человека с ЭВМ. Важнейшими сформировавшимися областями приложений являются:

· компьютерное моделирование, которое явилось исторически первым широким приложением компьютерной графики,

· системы автоматизации научных исследований, системы автоматизации проектирования, системы автоматизации конструирования, системы автоматизации производства, автоматизированные системы управления технологическими процессами,

· бизнес,

· искусство,

· средства массовой информации,

· досуг.

В настоящее время появилось новое, очень интересное приложение компьютерной графики - виртуальная реальность.

Итак, под растровым (bitmap, raster) понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселей) различных цветов или оттенков.

Для векторной графики характерно разбиение изображения на ряд графических примитивов – точка, прямая, ломаная, дуга, полигон. Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т.д.).

 

Функции электронных средств графических систем. Классификация технических средств систем КГ. Типы и характеристики мониторов. Растровый дисплей. Частоты регенерации, период кадра. Разрешающая способность. Лестничный эффект.

Цвет в КГ. Аддитивные и субтрактивные цвета. Системы RGB, CMYK.

Цветовая модель RGB. В основе одной из наиболее распространенных цветовых моделей, называемой RGB моделью, лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Каждый канал - R, G или B имеется свой отдельный параметр, указывающий на количество соответствующей компоненты в конечном цвете. Поскольку в RGB модели происходит сложение цветов, то она называется аддитивной (additive). Именно на такой модели построено воспроизведение цвета современными мониторами. Модель CMY использует также три основных цвета: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный или малиновый) и Yellow (желтый). Эти цвета описывают отраженный от белой бумаги свет трех основных цветов RGB модели. Модель CMY является субтрактивной (основанной на вычитании) цветовой моделью.

Видеопамять, ее необходимое количество для различных режимов работы. Битовые плоскости. Глубина цвета. Базовая и рабочая палитры. Типы видеопамяти, их достоинства и недостатки.

 

В ныне существующих растровых дисплеях одной из важнейших компонент, обеспечивающих взаимодействие подсистем генерации и отображения, является видеопамять.

 

Программное обеспечение (ПО) систем КГ. Базовое и прикладное ПО. Три иерархических уровня ПО. Основные графические функции APT. OpenGL, DirectX и Direct3D.

6. Форматы графических данных (файлов). Сжатие графических данных.

1. По типу хранимой графической информации:

• растровые (TIFF, GIF, BMP, JPEG);

• векторные (AI, CDR, FH7, DXF);

• смешанные (универсальные) (EPS, PDF).

 

Классификация устройств вывода. Классификация дисплеев. Векторные дисплеи. Растровые дисплеи. Плазменная панель. Жидкокристаллические индикаторы.

Устройства вывода можно классифицировать следующим образом:

1. По принципам записи (обновления) изображения:

· с произвольным сканированием луча, при котором изображение формируется при перемещении луча по экрану в соответствии с координатами строящихся элементов изображения (каллиграфические, штриховые устройства);

· с растровым сканированием луча, при котором изображение представляется в виде матрицы точек. Изображение на экране формируется при перемещении луча в соответствии с разверткой слева-направо по строке и сверху-вниз по строкам с подсветкой требуемых точек.

2. По принципам отображения:

· периодическая регенерация информации на экране из неотображающей памяти;

· использование отображающего устройства сохранения изображения.

3. По технологическим способам вывода (свечение люминофора, вычерчивание пишущим узлом, перенос красителя и т.п.).

 

В векторных дисплеях изображение строится в виде совокупности отдельно и достаточно точно выдаваемых отрезков.

Основными качествами векторных дисплеев являются:

· векторное представление с высоким разрешением,

· динамическое представление с преобразованиями в реальном масштабе времени,

· высокая интерактивность.

Параметры векторных дисплеев по разрешению, достигнутые уже более десятилетия назад, все еще проблематичны для растровых устройств. Поэтому такие дисплеи хорошо подходят для задач САПР, в которых требуется быстрое представление большого числа отрезков и малое время ответа на воздействие пользователя.

Растровый (телевизионный) принцип формирования изображения заключается в разложении изображения на горизонтальные строки, состоящие из отдельных элементов. Вывод такого изображения осуществляется независимо от процесса построения с одинаковой скоростью последовательным сканированием по строкам в направлении сверху-вниз от 25 до 80 раз в секунду. В отличие от векторных дисплеев, в силу отделения процесса формирования картины от процесса ее вывода, сложность немерцающего изображения не ограничена.

Растровые дисплеи имеют наиболее широкое распространение, что связано со следующими основными свойствами устройств этого класса:

· обеспечивается наивысшее качество при меньшей стоимости,

· полные цветовые возможности и легкость представления закрашенных поверхностей,

· возможность совместимости с телевидением позволяет смешивать синтезированные и естественные изображения и поддерживать новые технологии в телекоммуникациях (видеотекст, системы Multimedia),

· интерактивная компьтерная графика и обработка изображений могут выполняться в рамках одной системы,

· сложность немерцающего изображения практически неограничена,

· телевизор хорошо знаком каждому как привычный предмет обихода.

Дисплеи с плазменной панелью (Plasma Display Panels - PDP) используют явление свечения при разряде в газе. Первые плазменные панели состояли из параллельных покрывающих прозрачных пластин, пространство между которыми заполнено газом (на основе неона) под атмосферным давлением. Между покрывающими пластинами находится стеклянная пластина с отверстиями (маска), разделяющая газ на растр из маленьких ячеек. Таким образом каждая ячейка представляет собой нечто вроде маленькой неоновой лампочки (на самом деле - тиратрона).

Дисплеи на плазменной панели в некотором смысле идеальные устройства. Имеются все важнейшие качества, вплоть до цветовых возможностей:

· большой угол наблюдения (до 160°), так как свет излучается во всех направлениях,

· изображение может запоминаться, выборочно стираться и строиться снова,

· поточечная адресация позволяет использовать как векторные, так и растровые принципы построения изображения,

· панель плоская, поэтому дисплей может иметь много меньшие размеры, чем дисплей на электронно-лучевой трубке,

· картинка, независимо от ее сложности и структуры полностью лишена мерцания,

· информация от внешних источников изображений, например, слайдов или фильмов может проецироваться сквозь этот дисплей, обеспечивая таким способом простое смешение с картинками, сформированными компьютером.

ЖК-дисплеи имеют два таких перекрещенных поляризатора с перекрученным жидким кристаллом между ними. Благодаря вращению плоскости поляризации ЖК-цепочками свет проходит и дисплей становится ярким. При приложении электрического поля к взаимноперпендикулярным прозрачным электродам, нанесенных на внутренние стороны пластин, эффект поворота плоскости поляризации пропадает и соответствующий пиксел становится темным.

 

Графопостроители. Классификация. Планшетные графопостроители. Графопостроители с переметающимся носителем. Электростатические графопостроители.

Назначение графопостроителей - высококачественное документирование чертежно-графической информации. Графопостроители можно классифицировать следующим образом:

· по способу формирования чертежа - с произвольным сканированием и растровые;

· по способу перемещения носителя - планшетные, барабанные и смешанные (фрикционные, с абразивной головкой).

· по используемому инструменту (типу чертежной головки) - перьевые, фотопостроители, со скрайбирующей головкой, с фрезерной головкой.

Результат работы графопостроителей состоит в установлении головки в требуемую позицию, маркировании позиций и/или их соединение линиями.

Требуемые координаты задаются в 2D координатной системе, большей частью это XY-система.

В планшетных графопостроителях носитель неподвижно закреплен на плоском столе. Закрепление либо электростатическое, либо вакуумное, либо механическое за счет притягивания, прижимающих бумагу пластинок, к (электро)магнитам, вмонтированным в поверхность стола. При документировании на бумаге специальной бумаги не требуется. Головка перемещается по двум перпендикулярным направлениям. Размер носителя ограничен размером планшета.

Имеются три разновидности графопостроителей с перемещающимся носителем:

· барабанные графопостроители, в которых носитель фиксированного размера укреплен на вращающемся барабане;

· фрикционные графопостроители, в которых носитель перемещается с помощью фрикционных роликов. Эти графопостроители (при равных размерах чертежа) много меньших габаритов, чем барабанные. Одна из новых разновидностей фрикционного графопостроителя, появившаяся благодаря технологическим достижениям в металлообработке, - графопостроитель с т.н. абразивной головкой, в которых валики привода бумаги - стальные со специальной насечкой, не забивающейся волокнами бумаги;

· рулонные графопостроители, которые подобны фрикционным, но используют специальный носитель с краевой перфорацией.

Вне зависимости от способа перемещения носителя, система привода графопостроителей с произвольным сканированием использует либо шаговые двигатели, поворачивающиеся на фиксированный угол при подаче одного импульса, либо исполнительную систему с обратной связью, содержащую двигатели привода и датчики положения.

Электростатические графопостроители работают на безударном электрографическом растровом принципе. Специальная диэлектрическая бумага перемещается под электростатической головкой, содержащей иголки с плотностью 40-100 на 1 см. К иголкам прикладывается отрицательное напряжение в результате чего диэлектрическая бумага заряжается и на ней создается скрытое изображение. Затем бумага проходит через бокс, в котором над ней распыляется положительно заряженный тонер. Заряженные области притягивают частицы тонера. В цветных системах этот процесс повторяется для каждого их основных субтрактивных цветов - голубого, пурпурного и желтого, а также черного

Классификация и принцип действия устройств вывода. Клавиатуры, кнопки, световое перо. Мышь, трекбол, джойстик. Планшеты. Растровый сканер. Другие устройства ввода. Средства диалога для систем виртуальной реальности.

 

Клавиатуры (Keyboards)

Для обнаружения нажатия клавиши используется несколько различных способов: механическое замыкание контактов, изменение емкости, изменение магнитного поля, прерывание луча света и т.д.

Кнопки (Buttons)

Основное отличие кнопочного устройства от текстового состоит в том, что клавиш на клавиатуре всегда ограниченное количество и с ними жестко связаны определенные метки (коды клавиш). Клавиши же кнопочного устройства не имеют заранее определенного значения и их число может меняться от одной до нескольких десятков.

Световое перо (Lightpen)

Световое перо служит для непосредственного указания элементов изображения на экране. При аналоговой генерации векторов (символов) можно идентифицировать конкретный вектор (символ). При цифровой генерации векторов можно идентифицировать "рассматриваемую" точку изображения. Из-за нечеткой оптики светового пера и трудностей позиционирования в точку на экране эта возможность практически не нужна. Чаще световое перо используется для указания всего элемента изображения На векторном дисплее таким образом устанавливается однозначное соответствие между текущей командой, отрабатываемой дисплейным генератором, и элементом изображения, от которого пришел световой импульс.

Планшеты (Tabletts)

Планшеты являются устройствами ввода с непосредственным заданием координат (локаторы). Это одно из важнейших устройств ввода. Пользователь может вводить информацию в компьютер привычным образом, как при использовании карандаша и бумаги.

Позиции задаются перемещением зонда планшета (визира или карандаша) по рабочей поверхности.

"Мышь"

Под "мышкой" понимается небольшое ручное устройство ввода, выдающее приращения координат при перемещении "мышки" по рабочей поверхности (по рабочему столу для механических "мышек" и по специальной пластине для оптических "мышек"). При перемещении механической "мышки" по столу движение передается одним (двумя) шарами на пару потенциометров или датчиков угла поворота, соответствующих перемещениям по двум взаимно-перпендикулярным направлениям.

Трекбол

Представляет собой перевернутую "мышку" с одним большим шаром, приводимым в действие рукой. Для обеспечения медленных перемещений масса шара должна быть сравнительно большой. Это затрудняет большие и быстрые перемещения. Для облегчения задания больших перемещений используют различные сложные конструкции вплоть до подвески шара на воздушной подушке.

Джойстик

Джойстик представляет собой вертикально стоящий рычаг, который на нижнем конце установлен в кардане и удерживается пальцами в среднем - начальном состоянии. Джойстик является идеальным "рычагом управления курсором", так как он может отклоняться требуемым образом одновременно по двум осям.

Растровый сканер

Сканеры используются для растрового ввода изображений с последующей их обработкой и/или документированием.

Одна из важных областей применения сканеров - ввод текстов. При этом обработка введенного изображения выполняется с программного обеспечения распознавания текстов (Optical Character Recognition - OCR).

Рис. 2.5 Восьмисторонняя симметрия

Рассмотрим участок окружности из второго октанта x Є [0, R / ]. Далее опишем алго­ритм Брезенхейма для этого участка окружности.

На каждом шаге алгоритм выбирает точку P_i (x_i, y_i), которая является бли­жайшей к ис­тинной окружности. Идея алгоритма заключается в выборе ближайшей точки при по­мощи управляющих переменных, значения которых можно вычислить в пошаговом ре­жиме с использованием небольшого числа сложений, вычитаний и сдвигов.

Рассмотрим небольшой участок сетки пикселов, а также возможные спо­собы (от A до E) прохождения истинной окружности через сетку (Рис. 2.6).

Предположим, что точка P_i-1 была выбрана как ближайшая к окружности при x = x_i-1. Теперь найдем, какая из точек S_i или T_i расположена ближе к ок­ружности при x = x_i-1 + 1.

 

Рис. 2.6 Варианты прохождения окружности через рас­тровую сетку

Заметим, что ошибка при выборе точки P_i (x_i, y_i) была равна

 

D(P_i) = (x_i²+ y_i²) – R².

 

Запишем выражение для ошибок, получаемых при выборе точки S_i или T_i.

 

D(S_i) = [(x_i-1+ 1)² + (y_i-1)²] – R²

D(T_i) = [(x_i-1+ 1)² + (y_i-1 – 1)²] – R²

 

Если | D(S_i) | ≥ | D(T_i) |, то T_i ближе к реальной окружности, иначе выбира­ется S_i.

 

Введем d_i = | D(S_i) | – | D(T_i) |

 

T_i будет выбираться при d_i ≥ 0, в противном случае будет устанавливаться S_i.

Опуская алгебраические преобразования, запишем d_i и d_i+1 для разных ва­риантов вы­бора точки S_i или T_i.

 

D₁ = 3 – 2 R

 

Если выбирается S_i (когда d_i < 0), то d_i+1 = d_i + 4 x_i-1 + 6

Если выбирается T_i (когда d_i ≥ 0), то d_i+1 = d_i + 4 (x_i-1 – y_i-1) + 10

 

Простой алгоритм заливки

Заливка выполняется следующим образом:

 определяется является ли пиксел граничным или уже закрашенным,

 если нет, то пиксел перекрашивается, затем проверяются и если надо перекрашиваются 4 соседних пиксела.

Логика работы алгоритма следующая:

Поместить координаты затравки в стек

Пока стек не пуст

Извлечь координаты пиксела из стека.

Перекрасить пиксел.

Для всех четырех соседних пикселов проверить

является ли он граничным или уже перекрашен.

Если нет, то занести его координаты в стек.

Отсечение отрезков. Двумерный алгоритм Коэна-Сазерленда. Другие методы отсечения отрезков: двумерный алгоритм Кируса-Бека, алгоритм Сазерлспда-Ходгмана, алгоритм отсечения многоугольника Вейлера-Азертона. Трехмерное отсечение отрезков.

Алгоритм отсечения многоугольника должен в результате отсечения давать один или несколько замкнутых многоугольников.

Алгоритмы удаления невидимых линий и поверхностей. Алгоритм плавающего горизонта. Другие методы удаления невидимых линий к поверхностей: алгоритм Варнока, алгоритм Вейлера-Азертона, алгоритм разбиения криволинейных поверхностей.

Алгоритм плавающего горизонта чаше всего используется для удаления невидимых линий трех­мерного представления функций, описывающих по­верхность в виде:

F(x, у, z) = 0

Подобные функции возникают во многих приложениях в математике, технике, естественных науках и других дисциплинах.

Главная идея данного метода заключается в сведении трехмерной задачи к двумерной путем пересечения ис­ходной поверхности последовательностью параллельных секущих плоскостей, имеющих постоянные значения координат х, у или z.

На рис. 5.2 приведен пример, где указанные параллельные плоскости определяются по­стоянными значениями z. Функция F(x,у,z) = 0 сводится к последовательности кривых, лежащих в каждой из этих параллельных плоско­стей, например к последовательности у = f(x,z) или х=g(у,z), где z постоянно на каждой из заданных параллельных плоскостей.

Рис. 4.2 Секущие плоскости с постоянной координатой

Рис. 4.3 Секущие плоскости с постоянной координатой

Итак, поверхность теперь складывается из последовательности кривых, лежащих в каж­дой из этих плоскостей, как показано на рис. 5.3. Здесь предполагается, что полученные кривые являются однозначными функциями не­зависимых переменных. Если спроецировать полученные кривые на плоскость z = 0, как показано на рис. 5.4, то сразу становится ясна идея алгоритма удаления невидимых участков исходной поверхности.

 

Рис. 4.4 Проекция кривых на плоскость z = 0

Алгоритм сначала упорядочивает плоскости z = const по возрастанию расстояния до них от точки наблюдения. Затем для каждой плоскости, начиная с ближайшей к точке наблюдения, строится кривая, лежащая на ней, т. е. для каждого значения координаты х в пространстве изображения определяется соответствующее значение y. Ал­горитм удале­ния невидимой линии заключается в следующем:

Если на текущей плоскости при некотором заданном значении x соответствующее зна­чение у на кривой больше значения y для всех предыдущих кривых при этом значении x, то текущая кривая видима в этой точке; в против­ном случае она невидима.

Невидимые участки показаны пунктиром на рис. 5.4. Реализация данного алгоритма достаточно проста. Для хранения максимальных значений y при каждом значении x ис­пользуется массив, длина которого равна числу различимых точек (разрешению) по оси x в пространстве изображения. Значения, хранящиеся в этом массиве, представляют собой текущие значения "горизонта". Поэтому по мере рисования каждой очередной кривой этот горизонт "всплывает". Фактически этот алгоритм удаления невидимых линий рабо­тает каждый раз с одной ли­нией.

Алгоритм работает очень хорошо до тех пор, пока какая-нибудь очередная кривая не окажется ниже самой пер­вой из кривых, как показано на рис. 5.5а.

 

Рис. 4.5 Обработка нижней стороны поверхности

Подобные кривые, естественно, видимы и представляют собой нижнюю сторону исход­ной поверхности, однако алгоритм будет считать их невидимыми. Нижняя сторона по­верхности делается видимой, если модифицировать этот алгоритм, включив в него ниж­ний горизонт, который опускается вниз по ходу работы алгоритма. Это реали­зуется при помощи второго массива, длина которого равна числу различимых точек по оси x в про­странстве изо­бражения. Этот массив содержит наименьшие значения y для каждого зна­чения x. Алгоритм теперь становится таким:

Если на текущей плоскости при некотором заданном значении x соответствующее зна­чение y на кривой больше максимума или меньше минимума по y для всех предыдущих кривых при этом x, то текущая кривая видима. В противном случае она невидима.

Полученный результат показан на рис. 5.5b.

В изложенном алгоритме предполагается, что значение функции, т.е. y, известно для каждого значения x в про­странстве изображения. Однако если для каждого значениях нельзя указать (вычислить) соответствующее ему значение y, то невозможно поддерживать массивы верхнего и нижнего плавающих горизонтов. В таком случае ис­пользуется линейная интерполяция значений y между известными значениями для того, чтобы заполнить мас­сивы верхнего и нижнего плавающих горизонтов.

Алгоритмы удаления невидимых линий и поверхностей. Алгоритм, использующий z-буфер. Другие методы удаления невидимых линий и поверхностей: алгоритмы, использующие список приоритетов, алгоритмы построчного сканирования.

Это один из простейших алгоритмов удаления невидимых поверхностей. Впервые он был предложен Кэтмулом. Работает этот алгоритм в пространстве изображения. Идея z -буфера является простым обобщением идеи о бу­фере кадра. Буфер кадра используется для запоминания атрибутов (интенсивности) каждого пиксела в простран­стве изображения, z -буфер - это отдельный буфер глубины, используемый для запоминания координаты z или глубины каждого видимого пиксела в пространстве изображения. В процессе работы глубина или значение z ка­ждого нового пиксела, который нужно зане­сти в буфер кадра, сравнивается с глубиной того пиксела, который уже занесен в z -бу­фер. Если это сравнение показывает, что новый пиксел расположен впереди пиксела, на­ходя­щегося в буфере кадра, то новый пиксел заносится в этот буфер и, кроме того, про­изводится корректировка z -бу­фера новым значением z. Если же сравнение дает противоположный результат, то никаких действий не произво­дится. По сути, алгоритм является поиском по х и у наибольшего значения функции z (х, у).

Главное преимущество алгоритма - его простота. Кроме того, этот алгоритм решает за­дачу об удалении неви­димых поверхностей и делает тривиальной визуализацию пересе­чений сложных поверхностей. Сцены могут быть любой сложности. Поскольку габариты пространства изображения фиксированы, оценка вычислительной трудо­емкости алго­ритма не более чем линейна. Поскольку элементы сцены или картинки можно заносить в буфер кадра или в z -буфер в произвольном порядке, их не нужно предварительно сорти­ровать по приоритету глубины. Поэтому экономится вычислительное время, затрачивае­мое на сортировку по глубине.

Основной недостаток алгоритма - большой объем требуемой памяти. Если сцена под­вергается видовому преоб­разованию и отсекается до фиксированного диапазона коорди­нат z значений, то можно использовать z -буфер с фиксированной точностью. Информацию о глубине нужно обрабатывать с большей точностью, чем координатную информацию на плоскости (х, y); обычно бывает достаточно 20 бит. Буфер кадра разме­ром 512х512х24 бит в комбинации с z -буфером размером 512х512х20 бит требует почти 1.5 мегабайт памяти. Однако снижение цен на память делает экономически оправданным создание специализированных запоминающих уст­ройств для z -буфера и связанной с ним аппаратуры.

Другой недостаток алгоритма z-буфера состоит в трудоемкости и высокой стоимости устранения лестничного эффекта, а также реализации эффектов прозрачности и просве­чивания. Поскольку алгоритм заносит пикселы в буфер кадра в произвольном порядке, то нелегко получить информацию, необходимую для методов устранения лестничного эффекта, основывающихся на предварительной фильтрации. При реализации эффектов прозрачности и просвечивания, пикселы могут заноситься в буфер кадра в некорректном порядке, что ведет к ло­кальным ошибкам.

Формальное описание алгоритма z-буфера таково:

1. Заполнить буфер кадра фоновым значением интенсивности или цвета.

2. Заполнить z -буфер минимальным значением z.

3. Преобразовать каждый многоугольник в растровую форму в произвольном по­рядке.

4. Для каждого Пиксел(x,y) в многоугольнике вычислить его глубину z (x,y).

5. Сравнить глубину z (х,у) со значением Zбуфер(х,у), хранящимся в z -буфере в этой же позиции.

Если z (х, у) > Zбуфер (х,у), то записать атрибут этого многоугольника (интенсивность, цвет и т. п.) в буфер кадра и заменить Zбуфер(х,у) на z (х,у). В противном случае никаких действий не производить.

Устройство глаза

Свет попадает в глаз через роговицу и фокусируется хрусталиком на внутренний слой глаза, называемый сетчаткой. Сетчатка преобразует свет в импульсы в нервных волокнах и состоит из трех слоев клеток. Таким образом, свет должен вначале пройти два слоя клеток, прежде чем он воздействует на колбочки и палочки. Причины для такого обратного устройства сетчатки не полностью поняты, но одно из объяснений состоит в том, что расположение светочувствительных клеток в задней части сетчатки позволяет любому паразитному непоглощенному свету попасть на клетки находящиеся непосредственно позади сетчатки, которые содержат черный пигмент - меланин. Клетки, содержащие меланин, также помогают химически восстанавливать светочувствительный визуальный пигмент в колбочках и палочках после того, как они были отбелены на свету. Интересно отметить, что природа создала целый ряд конструкций глаза. При этом глаза у всех позвоночных похожи на глаза человека, а глаза у беспозвоночных либо сложные (фасеточные) как у насекомых, либо недоразвитые в виде световувствительного пятна. Информация от рецепторов передается в мозг по зрительному нерву, содержащему около 800 тысяч волокон. Колбочки и палочки содержат зрительные пигменты. Зрительные пигменты очень похожи на любые другие пигменты, в том, что они поглощают свет и степень поглощения зависит от длины волны. Важное свойство зрительных пигментов состоит в том, что когда зрительный пигмент поглощает фотон света, то изменяется форма молекулы и в то же самое время происходит переизлучение света. Пигмент при этом изменился, измененная молекула поглощает свет менее хорошо чем прежде, т.е. как часто говорят, "отбеливается". Изменение формы молекулы и переизлучение энергии некоторым, пока еще не вполне ясным образом, инициируют светочувствительную клетку к выдаче сигнала.

Информация от светочувствительных рецепторов (колбочек и палочек) передается другим типам клеток, которые соединены между собой. Специальные клетки передают информацию в зрительный нерв. Таким образом волокно зрительного нерва обслуживает несколько светочувствительных рецепторов, т.е. некоторая предварительная обработка изображения выполняется непосредственно в глазу, который по сути представляет собой выдвинутую вперед часть мозга.

Область сетчатки, в которой волокна зрительного нерва собираются вместе и выходят из глаза, лишена светочувствительных рецепторов и называется слепым пятном.

Радужная оболочка (см. рис. 0.2.1) действует как диафрагма, изменяя количество света, проходящего в глаз. Диаметр зрачка меняется от ~ 2 мм (при ярком свете) до ~ 8 мм (при малой освещенности).

Контекст устройства,

Перед созданием контекста воспроизведения необходимо установить формат пикселей. Для установки формата пикселей используется функция Windows GDI

int ChoosePixelFormat(HDC, const PIXELFORMATDESCRIPTOR),

выбирающая наиболее подходящий формат исходя из информации, переданной в полях структуры PIXELFORMATDESCRIPTOR.

После того как найден подходящий формат пикселей, следует установить его в контексте устройства при по­мощи функции

BOOL SetPixelFormat(HDC hDC, inl pixelFormat, const PIXELFORMATDESCRIPTOR).

Для работы с контекстом воспроизведения в Windows существуют функции

HGLRC wglCreateContext(HDC hDC) и

BOOL wglMakeCurrent(HDC hDC, HGLRC hGLRC).

Описание модели освещения.

Предмет компьютерной графики (КГ). Области применения КГ. Растровая и векторная графика. Математическое, лингвистическое, программное, техническое обеспечение систем КГ. Прикладное программное обеспечение (ПО). Прикладная модель объекта. Графическое ПО.

Компьютерная графика стала основным средством взаимодействия человека с ЭВМ. Важнейшими сформировавшимися областями приложений являются:

· компьютерное моделирование, которое явилось исторически первым широким приложением компьютерной графики,

· системы автоматизации научных исследований, системы автоматизации проектирования, системы автоматизации конструирования, системы автоматизации производства, автоматизированные системы управления технологическими процессами,

· бизнес,

· искусство,

· средства массовой информации,

· досуг.

В настоящее время появилось новое, очень интересное приложение компьютерной графики - виртуальная реальность.

Итак, под растровым (bitmap, raster) понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселей) различных цветов или оттенков.

Для векторной графики характерно разбиение изображения на ряд графических примитивов – точка, прямая, ломаная, дуга, полигон. Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т.д.).

 

Функции электронных средств графических систем. Классификация технических средств систем КГ. Типы и характеристики мониторов. Растровый дисплей. Частоты регенерации, период кадра. Разрешающая способность. Лестничный эффект.

Цвет в КГ. Аддитивные и субтрактивные цвета. Системы RGB, CMYK.

Цветовая модель RGB. В основе одной из наиболее распространенных цветовых моделей, называемой RGB моделью, лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Каждый канал - R, G или B имеется свой отдельный параметр, указывающий на количество соответствующей компоненты в конечном цвете. Поскольку в RGB модели происходит сложение цветов, то она называется аддитивной (additive). Именно на такой модели построено воспроизведение цвета современными мониторами. Модель CMY использует также три основных цвета: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный или малиновый) и Yellow (желтый). Эти цвета описывают отраженный от белой бумаги свет трех основных цветов RGB модели. Модель CMY является субтрактивной (основанной на вычитании) цветовой моделью.