Giôùi thieäu ñoà hoïa maùy tính

4.9.2004 Chöông 1: Giôùi thieäu ñoà hoïa maùy tính

2

Taøi lieäu moân hoïc

ª Saùch chính:– Computer Graphics, F. S. Hill, Macmillan Publishing

Company, 1990ª http://www.dit.hcmut.edu.vn/~minhle/dohoamaytinh

– slides– ...

ª Thoâng tin, thaûo luaän:– Taïo Yahoo groups?


3

Phaàn cöùng ñoà hoïa

ª Thieát bò hieån thò ñoà hoïa– Cathode-ray tube (CRT)– Liquid crystal display (LCD)


4

Cô cheá hoaït ñoäng cuûa monitor ñoà hoïa moät maøu

ª refresh CRT (cathode-ray tube)

– Ñieàu khieån cöôøng ñoä (soá electron) cuûa tia electron– Ñieàu khieån vò trí tia electron chaïm lôùp phuû

phosphor

suùng electron

caùc taám hoäi tuïlôùp phuû phosphor

tia electron

caùc cuoän daây ñieàu khieånhöôùng ngang vaø ñöùng

connectorpins


5

Caùch hoaït ñoäng cuûa monitor ñoà hoïa maøu

ª Ñieàu khieån cöôøng ñoä cuûa tia electron

caëp ba caùc chaám phosphor

3 suùng electron

maøn hình

shadow mask

R

GB

R

BG

R: redG: greenB: blue

vaøng: R + Btraéng: R + G + B


6

Frame buffer

Frame buffer

ª Frame buffer laø boä nhôù ñeå tröõ aûnh caàn ñöôïc hieån thò leân monitor

ª Ví duï moät caáu truùc frame buffer ñôn giaûn nhaát: 1 bit cho moãi pixel

ª True color: 24 bits cho moãi pixel

Maøn hình

Video controllerSystem bus

0 1 1 00 0 1 00 0 1 00 0 1 0

moät pixel


7

Kieán truùc cuûa moät heä thoáng ñoà hoïa raster ñôn giaûn

ª Frame buffer laø moät phaàn cuûa system memory.ª Video controller truy caäp frame buffer phaûi thoâng

qua system bus

System memor

y

Video controll

erCPU

System bus

Monitor

I/O devices


8

Kieán truùc cuûa moät heä thoáng ñoà hoïa raster

ª Ñeå traùnh caùc nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng ñoà hoïa raster ñôn giaûn ñaõ thaáy, duøng– Display processor, ñeå thöïc thi moät soá thao taùc

ñoà hoïa– Frame buffer rieâng bieät


9

Kieán truùc cuûa moät heä thoáng ñoà hoïa raster (tieáp)

System memor

yCPU

System bus

I/O devices

Displayprocess

or memory

Video controlle

rMonitor

Frame

buffer

Display processor


10

LCD

ª Maøn hình tinh theå loûng: LCD (Liquid Crystal Display)ª Maøn hình LCD ñang nhanh choùng thay theá maøn

hình CRT.


11

ÖÙng duïng cuûa ñoà hoïa maùy tính

ª Presentation graphics: MS PowerPoint

ª Paint system: MS Paintª Scientific data presentationª Interactive logic circuit designª Interactive architectural designª Design of mechanical structuresª Geographic information systemsª Process control visualizationª Flight simulatorª Graphics in image processingª Virtual reality


12

Trình baøy döõ lieäu khoa hoïc

Compressible flow aroundSpace shuttlescience.gmu.edu


13

Paint system

ª SuperPaint system: Richard Shoup, Alvy Ray Smith (PARC, 1973-79)

ª Photoshop


14

AÛnh gioáng nhö hình chuïp

ª AÛnh gioáng nhö hình chuïp (photorealistic image)ª AÛnh beân traùi coù ñöôïc do rendering (xaây döïng,

taïo ra) töø moät moät moâ hình 3D treân maùy tính, coøn aûnh beân phaûi laø aûnh chuïp.


15

AÛnh gioáng nhö hình chuïp

ª Taïo aûnh gioáng nhö hình chuïp vôùi hieäu öùng ñaëc bieät (aûnh nhoøe do chuyeån ñoäng)


16

Taïo aûnh khoâng gioáng nhö hình chuïp

ª Taïo aûnh khoâng gioáng nhö hình chuïp (non-photorealistic rendering)

ª Drebin et al. (1988), Levoy (1988), Haeberli (1990), Salesin et al. (1994-), Meier (1996)


17

Caùc vaán ñeà cô baûn khi thieát keá öùng duïng ñoà hoïa

x

ª Moät ví duï thieát keá chöông trình ñoà hoïa maùy tính

y

Logo caàn veõLayout cuûa Logo:- thaønh phaàn hình hoïc- toïa ñoä, kích thöôùc- maøu- caùc thuoäc tính khaùc

Phaân tích thaønh caùc thaønhphaàn ñôn giaûn


18

Caùc thuû tuïc cô baûn cuûa thö vieän ñoà hoïa

ª Coù theå veõ Logo duøng caùc thuû tuïc sau

procedure Circle(cx, cy, radius : real; filled : boolean);procedure Rectangle(px, py, width, height, angle : real;

filled : boolean)(px, py): toïa ñoä goác döôùi beân traùi cuûa hình chöõ nhaät

angle: goùc giöõa hình chöõ nhaät vaø truïc x


19

Caáu truùc cô baûn cuûa moät chöông trình ñoà hoïa

ª Chöông trình veõ Logo

program DrawLogo(input, output);...begin

Enter_Graphics; {khôûi chaïy thieát bò ñoà hoïa}

Set_Color(black); {set the drawing color to black}

Circle(0.0, 5.0, 1.6, true); {veõ caùi ñaàu}{Caùc goïi Circle( ) khaùc}Rectangle(3.0, -0.4, 3.4, 1.2, 45.0, true); {tay traùi}{Caùc goïi Rectangle( ) khaùc}Exit_Graphics; {hoaøn taát laøm vieäc

vôùi thieát bò ñoà hoïa, thoaùt khoûi cheá ñoä ñoà

hoïa}end.


20

Caùc thuû tuïc cô baûn

ª Enter_Graphics

– Khôûi ñoäng graphics modeª Exit_Graphics

– hoaøn taát graphics modeª LineNDC( )

– veõ ñoaïn thaúng trong NDC


21

API ñoà hoïa

ª Moät API (Application Programming Interface) ñoà hoïa laø moät giao dieän phaàn meàm (software interface) –khoâng phuï thuoäc platform (phaàn cöùng/heä ñieàu haønh)– cho caùc thao taùc ñoà hoïa cô baûn nhö veõ ñoaïn thaúng.– Moät API seõ coù moät hieän thöïc rieâng bieät treân

moät platform rieâng bieät.ª Duøng API ñoà hoïa ñeå xaây döïng caùc öùng duïng

ñoà hoïaª Hai API ñoà hoïa thoâng duïng hieän thôøi

– Direct3D– OpenGL


22

Direct3D

ª Microsoft Windows


23

OpenGL

ª Caùc chöùc naêng cuûa OpenGL ñaõ ñöôïc hieän thöïc treân caùc neàn– X Window (Linux,...)– Microsoft Windows– ...


24

OpenGL (tieáp)

ª Ví duï: duøng OpenGL ñeå hieån thò hình sauª Caùc leänh cuûa OpenGL baét ñaàu baèng gl Caùc haèng baét ñaàu baèng GL_#include <whateverYouNeed.h>

main() {OpenAWindowPlease();

glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);glOrtho(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0);glBegin(GL_POLYGON);

glVertex2f(-0.5, -0.5);glVertex2f(-0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, -0.5);

glEnd();glFlush();

KeepTheWindowOnThe ScreenForAWhile();}


25

Giao tieáp vôùi thieát bò ñoà hoïa

ª Device driver: moät taäp caùc routines ñeå lieân laïc vaø ñieàu khieån phaàn cöùng

ª Muïc ñích khi thieát keá vaø hieän thöïc device driver– Giaûm phuï thuoäc thieát bò– Taêng ñoäc laäp thieát bò

° API thoáng nhaát cho caùc loaïi thieát bò khaùc nhau

° Bao boïc phaàn laøm vieäc vôùi phaàn cöùng moät caùch thích hôïp


26

Giao tieáp vôùi thieát bò ñoà hoïa (tieáp)

ª Ví duï

– Duøng moät thieát bò khaùc thay file maõ nguoàn töông öùng cho ddLine, khoâng caàn thay ñoåi Line

procedure Line(x1, y1, x2, y2 : real);var xa, ya, xb, yb : real;begin

<Kieåm tra vaø ñieàu chænh laïi caùc ñieåm bieân neáu caàn>ddLine(xa, ya, xb, yb) {ñeå ddLine veõ thöïc söï}

end;

(sau ñaây, ddLine laø “device driver Line”)


27

Khoâng gian maøu RGB

ª Maøu coù ñöôïc baèng caùch “troän” ba maøu caên baûn laø red, green, blue.

ª Ñaëc taû maøu: moãi thaønh phaàn maøu töông öùng vôùi moät soá naèm giöõa 0 vaø 1.

ª Caùc maøu quen thuoäc:– black = (0, 0, 0)– red = (1, 0, 0)– green = (0, 1, 0)– blue = (0, 0, 1)– yellow = (1, 1, 0)– white = (1, 1, 1)


28

Khoâng gian maøu RGB (tieáp)

ª Hình khoái maøu RGB trong 3D– Ba truïc r, g, b cho caùc maøu caên baûn (red, green,

blue)


29


ª Hình khoái maøu RGB trong 3D– Ba truïc r, g, b cho caùc maøu caên baûn (red, green,

blue)


30


ª Coù theå duøng moät soá nguyeân khaùc 1 ñeå chæ möùc toái ña cuûa moãi thaønh phaàn maøu trong khoâng gian maøu RGB.– Thí duï:

° Ñaëc taû moãi thaønh phaàn maøu baèng moät soá nguyeân naèm giöõa 0 vaø 255.

Duøng 1 byte ñeå ñaëc taû moät thaønh phaàn maøu

Duøng 3 byte ñeå ñaëc taû moät maøu° “maøu 24 bit” (true color)


31

Löu aûnh

ª Coù theå löu aûnh döôùi caùc daïng– gif– jpeg– tiff– ppm (portable pixmap file format)

ª Trong moân hoïc naøy, seõ sinh aûnh vaø löu döôùi daïng ppm.


32

Format cuûa file PPM

ª Phaàn ñaàu cuûa file PPM goàm

- A "magic number" for identifying the file type. A ppm file's magic number is the two characters "P3".

- Whitespace (blanks, TABs, CRs, LFs).- A width, formatted as ASCII characters in decimal.- Whitespace.- A height, again in ASCII decimal.- Whitespace.- The maximum color-component value, again in ASCII decimal.- Whitespace.


33

Format cuûa file PPM (tieáp)

ª Phaàn thaân cuûa file PPM goàm

- Width height pixels each three ASCII decimal values between 0 and the specified

maximum value, starting at the top-left corner of the pixmap, proceeding in normal English reading order.

The three values for each pixel represent red, green, and blue, respectively; a value of 0 means that color is off, and the

maximum value means that color is maxxed out.- Characters from a "#" to the next end-of-line are ignored

(comments).- No line should be longer than 70 characters.


34

Format cuûa file PPM (tieáp)

ª There is also a variant on the format, available by setting the RAWBITS option at compile time.

- The "magic number" is "P6" instead of "P3".- The pixel values are stored as plain bytes, instead of ASCII

decimal.- Whitespace is not allowed in the pixels area, and only a single

character of whitespace (typically a newline) is allowed after the maxval.- The files are smaller and many times faster to read and write.

Note that this raw format can only be used for maxvals less than or equal to 255.


35

File PPM: moät ví duï

ª Here is an example of a small pixmap in this format:

P3 # feep.ppm 4 4 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 0 15 0 0 0 0 15 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 7 0 0 015 0 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0


36

Xem aûnh daïng ppm

Phaàn meàm hieån thò aûnh daïng ppmª Pic2Pic v1.2, neàn MS Windows

– Input file formats: BMP, EMF, GIF, ICO, JPEG, JPG, PBM, PCX, PGM, PNG, PPM, TIF, TIFF, TGA, WMF

– Output file formats: BMP, JPG, PBM, PGM, PNG, PPM, TGA, TIF

– Download taïi www.wavelsoftware.com

ª Moät soá phaàn meàm khaùc treân neàn X Window (treân Linux,...), MS Windows.


37

Baøi thí nghieäm/thöïc haønh 1

ª 1. Caøi ñaët phaàn meàm ñeå xem aûnh daïng ppm treân moät neàn töï choïn (X Window treân Linux, MS Windows,...)

ª 2. Taïo baèng tay moät vaøi file daïng ppm ñeå thöû nghieäm.ª 3. Phaân tích, thieát keá, caøi ñaët, vaø kieåm tra caùc thuû

tuïc cô baûn cho moät thö vieän ñoà hoïa maø frame buffer ñöôïc bieåu dieãn baèng moät file daïng ppm.– Enter_Graphics, Exit_Graphics

– SetPixel, GetPixel– Bresenham– MichCirc

Ngoân ngöõ laäp trình: töï choïn (Pascal, C, C++,...) Neàn: töï choïn (X Window treân Linux, MS Windows,...)

Giôùi thieäu ñoà hoïa maùy tính

Documents

Transcript of Giôùi thieäu ñoà hoïa maùy tính