Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH
1
Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
BỘ MÔN TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN
BÀI GIẢNG
CƠ SỞ ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Thông tin môn học
Số tín chỉ
:
2
Số tiết lý thuyết
:
24
Số tiết thực hành
:
0
Số tiết thảo luận
:
12
Hệ đào tạo
:
Đại học
Ngành đào tạo
:
Công nghệ truyền thông,
Thiết kế đồ họa
Thái Nguyên, 2015
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH
2
Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA MÁY TÍNH ........................................... 6
1.1. Tổng quan ............................................................................................................. 6
1.1.1. Giới thiệu ....................................................................................................... 6
1.1.2. Lịch sử phát triển của đồ họa máy tính ......................................................... 7
1.1.3. Phân loại của đồ họa máy tính ....................................................................... 8
1.2. Các hệ tọa độ ...................................................................................................... 10
1.2.1. Hệ tọa độ thế giới thực ................................................................................ 10
1.2.2. Hệ tọa độ thiết bị ......................................................................................... 11
1.2.3. Hệ tọa độ thiết bị chuẩn ............................................................................... 12
1.2.4. Hệ tọa độ ba chiều ....................................................................................... 12
1.3. Các thành phần của một hệ đồ họa ..................................................................... 13
1.3.1. Phần cứng .................................................................................................... 13
1.3.2. Phần mềm .................................................................................................... 18
1.4. Một số ứng dụng của đồ họa máy tính ............................................................... 18
1.4.1. Hỗ trợ thiết kế .............................................................................................. 18
1.4.2. Biểu diễn thông tin ...................................................................................... 19
1.4.3. Lĩnh vực giải trí, nghệ thuật ........................................................................ 20
1.4.4. Giáo dục và đào tạo ..................................................................................... 20
1.4.5. Giao tiếp giữa máy tính và người dùng ....................................................... 20
CHƢƠNG 2: MÀU SẮC TRONG ĐỒ HỌA ............................................................ 22
2.1. Ánh sáng và màu sắc .......................................................................................... 22
2.1.1. Quan niệm về ánh sáng và màu sắc ............................................................ 22
2.1.2. Yếu tố vật lý ................................................................................................ 22
2.2. Các mô hình màu ................................................................................................ 27
2.2.1. Mô hình màu RGB ....................................................................................... 28
2.2.2. Mô hình màu CMY ..................................................................................... 32
2.2.3. Mô hình màu HSV ....................................................................................... 37
2.2.4. Mô hình màu HLS ....................................................................................... 39
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH
3
Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
2.2.5. Mô hình màu YIQ ....................................................................................... 40
2.3. Các thuật toán tô màu ......................................................................................... 42
2.3.1. Tô màu đơn giản .......................................................................................... 42
2.3.2. Tô màu theo dòng quét ................................................................................ 45
2.3.3. Tô màu theo đường biên .............................................................................. 46
CHƢƠNG 3: ĐỒ HỌA HAI CHIỀU ......................................................................... 48
3.1. Đồ họa Raster ..................................................................................................... 48
3.1.1. Giới thiệu về đồ họa Raster ......................................................................... 48
3.1.2. Cấu trúc dữ liệu Raster ................................................................................ 51
3.1.3. Các định dạng ảnh Raster ............................................................................ 51
3.2. Đồ họa vector...................................................................................................... 53
3.2.1. Giới thiệu đồ họa vector .............................................................................. 53
3.2.2. Cấu trúc dữ liệu vector ................................................................................ 54
3.2.3. Các định dạng ảnh vector ............................................................................ 54
3.2.4. Các ứng dụng của đồ họa vector ................................................................. 55
3.2.5. Sự chuyển đổi giữa Raster và Vector .......................................................... 55
3.3. Nguyên lý xây dựng hệ thống giao tiếp bằng đồ họa ......................................... 56
3.3.1. Sắp xếp các điều khiển và hiển thị .............................................................. 56
3.3.2. Môi trường vật lý của tương tác .................................................................. 57
3.3.3. Các vấn đề về sức khỏe ............................................................................... 58
3.3.4. Sử dụng màu sắc .......................................................................................... 59
3.4. Một số phong cách giao diện đồ họa .................................................................. 60
3.4.1. Giao diện dòng lệnh ..................................................................................... 60
3.4.2. Menu ............................................................................................................ 61
3.4.3. Ngôn ngữ tự nhiên ....................................................................................... 62
3.4.4. Đối thoại truy vấn và đối thoại kiểu hỏi /trả lời .......................................... 62
3.4.5. Form –fill và bảng tính ................................................................................ 63
3.4.6. WIMP .......................................................................................................... 63
3.4.7. Point và click ............................................................................................... 64
CHƢƠNG 4: ĐỒ HỌA BA CHIỀU ........................................................................... 65
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH
4
Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
4.1. Giới thiệu về đồ họa 3 chiều ............................................................................... 65
4.2. Tổng quan các hiệu ứng 3D ................................................................................ 67
4.3. Ứng dụng của đồ họa 3D .................................................................................... 72
4.4. Quy trình hiển thị đối tượng 3 chiều .................................................................. 74
4.5. Các phép chiếu.................................................................................................... 75
4.5.1. Phép chiếu song song .................................................................................. 78
4.5.2. Phép chiếu phối cảnh ................................................................................... 80
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH
5
Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển của khoa học, kĩ thuật, nghệ thuật, kinh doanh và công nghệ luôn
luôn phụ thuộc vào khả năng truyền đạt thông tin của chúng ta hoặc thông qua các bit
dữ liệu lưu trữ trong microchip hoặc thông qua giao tiếp bằng tiếng nói. Chúng ta có
câu châm ngôn từ xa xưa “một hình ảnh có giá trị hơn cả vạn lời” hay “trăm nghe
không bằng một thấy” cho thấy ý nghĩa rất lớn của hình ảnh trong việc chuyền tải
thông tin. Hình ảnh bao giờ cũng được cảm nhận nhanh và dễ dàng hơn, đặc biệt là
trong trường hợp bất đồng về ngôn ngữ. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi mà ngay từ
khi xuất hiện máy tính, các nhà nghiên cứu đã cố gắng sử dụng nó để phát sinh các ảnh
trên màn hình. Trong suốt gần 50 năm phát triển của máy tính, khả năng phát sinh hình
ảnh bằng máy tính của chúng ta đã đạt tới mức mà bây giờ hầu như tất cả các máy tính
đều có khả năng đồ họa.
Đồ họa máy tính là một trong những lĩnh vực lí thú nhất và phát triển nhanh nhất
của tin học. Ngay từ khi xuất hiện, đồ họa máy tính đã có sức lôi cuốn mãnh liệt, cuốn
hút rất nhiều người ở nhiều lĩnh vực khác nhau như khoa học, nghệ thuật, kinh doanh,
quản lý, ... Tính hấp dẫn và đa dạng của đồ họa máy tính có thể được minh họa rất trực
quan thông qua việc khảo sát các ứng dụng của nó.
Cuốn tài liệu giảng dạy này muốn cung cấp cho bạn đọc các cơ sở lý thuyết về đồ
họa máy tính từ đơn giản nhất như các khái niệm đồ họa máy tính, các thành phần cơ
bản, các ứng dụng phổ biến… Tiếp đến làm quen với thế giới màu sắc thông qua các
hệ màu: RGB, CMYK, HSV… Chúng ta lần lượt làm quen với lý thuyết đồ họa 2
chiều, một số công cụ phổ biến hỗ trợ xử lý đồ họa 2 chiều, các nguyên lý xây dựng hệ
thống giao tiếp bằng đồ họa… Phức tạp hơn nữa là cơ sở lý thuyết đồ họa 3D.
Tài liệu gồm có bốn chương, trong đó chương một giúp bạn có cái nhìn tổng quan
về kỹ thuật đồ họa từ trước đến giờ cùng định hướng tương lai cho lĩnh vực này. Các
chương tiếp theo, mỗi chương sẽ là một vấn đề từ đơn giản đến phức tạp. Bố cục rõ
ràng, hình ảnh phong phú, đa dạng, phù hợp với nội dung kiến thức môn học.