zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Công Nghệ Thông Tin

» Đồ họa - Thiết kế - Flash

Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính: Phần 1 - ĐH CNTT&TT

Chia sẻ: Kiếp Này Bình Yên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:47

Báo xấu

120
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính 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,.... Bài giảng có bốn chương và được chia thành 2 phần. Phần 1 sau đây sẽ 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. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính: Phần 1 - ĐH CNTT&TT

Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 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 1 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 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 2 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 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 3 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 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 4 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 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. 5 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA MÁY TÍNH 1.1. Tổng quan 1.1.1. Giới thiệu Đồ họa máy tính bao gồm tất cả những gì liên quan đến việc sử dụng máy tính để phát sinh ra hình ảnh. Các vấn đề liên quan đến công việc này bao gồm: tạo lưu trữ, thao tác trên các mô hình và hình ảnh. Theo định nghĩa này thì đồ họa máy tính bao gồm việc thiết kế phần cứng như thiết bị hiển thị, các thuật toán cần thiết để phát sinh các đường trên các thiết bị này, các phần mềm được sử dụng cho cả người lập trình hệ thống, người lập trình ứng dụng đồ họa và các chương trình ứng dụng tạo ảnh bằng máy tính. Đồ họa máy tính cung cấp một trong những phương cách tự nhiên nhất cho việc truyền đạt thông tin với máy tính. Ngày nay, trong nhiều quá trình thiết kế, cài đặt và xây dựng, thông tin mà hình ảnh mang lại là hầu như không thể thiếu được. Kĩ thuật trực quan (scientific visualization) đã trở nên rất quan trọng từ năm 1980, khi các nhà nghiên cứu khoa học và các kĩ sư đã nhận ra rằng họ không thể xử lý một lượng dữ liệu khổng lồ phát sinh từ các siêu máy tính mà dữ liệu không được tóm lược và làm nổi bật các xu hướng và hiện tượng qua nhiều loại biểu diễn đồ họa khác nhau. Đồ họa máy tính tương tác là một trong những phương tiện mang lại thêm nhiều sự thuận lợi cho người dùng trong việc phát sinh hình ảnh kể từ khi có phát minh của máy ảnh và truyền hình. Với máy tính, chúng ta có thể tạo các hình ảnh không chỉ của các đối tượng cụ thể, thực tế, mà còn của các đối tượng trừu tượng, nhân tạo; các biểu diễn của dữ liệu mà không có tính kế thừa về mặt hình học, như là kết quả điều tra, khảo sát. Hơn nữa, với đồ họa máy tính chúng ta không bị giới hạn trong các hình ảnh tĩnh. Các ảnh động thông thường mang lại nhiều hiệu quả hơn so với ảnh tĩnh, đặc biệt là với các hiện tượng biến đổi theo thời gian, cả thực tế (như sự đổi hướng của cánh máy bay siêu âm, hay sự phát triển của khuôn mặt người từ lúc trẻ thơ tới lúc già ) và trừu tượng (như xu hướng phát triển của việc sử dụng năng lượng, gia tăng dân số). Ngày nay, hầu hết các chương trình soạn thảo, bảng tính sử dụng đồ họa trong giao diện với người dùng. Sự phát triển của đồ họa máy tính ngày càng rộng rãi với các chế độ đồ họa hai chiều (2D) và ba chiều (3D) và cao hơn, nó phục vụ trong các lĩnh vực xã hội học khác nhau như khoa học, giáo dục, y học, kỹ thuật, thương mại và 6 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH giải trí. 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. 1.1.2. Lịch sử phát triển của đồ họa máy tính  Graphics những năm 1950-1960 - Năm 1959 thiết bị đồ họa đầu tiên là màn hình xuất hiện tại Đức. - Năm 1960 – SAGE (Semi-Automatic Ground Environment System) xuất hiện bút sáng thao tác với màn hình. - Năm 1960 thuật ngữ “Đồ họa máy tính (Computer Graphics)” được đề xuất bởi nhà khoa học người Mỹ tên là William Fetter khi ông đang nghiên cứu xây dựng mô hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing của Mỹ. Ông đã dựa trên hình ảnh ba chiều của mô hình người phi công trong buồng lái của máy bay để xây dựng nên một mô hình tối ưu cho buồng lái máy bay. Phương pháp này cho phép các nhà thiết kế quan sát một cách trực quan vị trí của người lái trong khoang. Ông đặt tên cho phương pháp này là đồ họa máy tính (Computer Graphics). Màn hình là thiết bị thông dụng nhất trong hệ đồ họa, các thao tác của hầu hết các màn hình đều dựa trên thiết kế ống âm cực CRT (Cathode ray tube). Khi đó giá để làm tươi màn hình là rất cao, máy tính xử lý chậm, đắt và không chắc chắn (không đáng tin cậy).  Graphics năm 1960 – 1970 Năm 1963 dự án SketchPad được phát triển tại Học viện công nghệ Masachusetts (MIT) bởi Ivan Sutherland. Các thành tựu thu được đã được báo cáo tại hội nghị Fall Joint Computer và đây cũng chính là sự kiện đầu tiên người ta có thể tạo mới, hiển thị và thay đổi được dữ liệu hình ảnh trực tiếp trên màn hình máy tính thời gian thực thực. Với hệ thống này, người sử dụng có thể vẽ trực tiếp các sơ đồ mạch điện lên màn hình thông qua bút sáng, chương trình sẽ phân tích và tính toán các thông số cần thiết của mạch điện do người dùng vẽ.  Graphics: năm 1970 – 1980 Raster Graphics (đồ họa điểm). Xuất hiện các chuẩn đồ họa như GKS (Graphics Kernel System): European effort ( kết quả của châu âu), Becomes ISO 2D standard 7 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH làm tăng cường khả năng giao tiếp và tái sử dụng của phần mềm cũng như các thư viện đồ họa.  Graphics : 1980 – 1990 Mục đích đặc biệt về phần cứng, thiết bị hình học đồ họa Silicon. Xuất hiện các chuẩn công nghiệp: PHIGS (Programmers Hierarchical Interactive Graphics Standard) xác định phương pháp chuẩn cho các mô hình thời gian thực và lập trình hướng đối tượng. Giao diện người máy Human – Computer Interface (HCI)  Computer Graphics: 1990 – 2000 - OpenGL API (Application Program Interface – giao diện chương trình ứng dụng). - Completely computer – sinh ra ngành điện ảnh phim truyện rất thành công - Các tiềm tàng phần cứng mới: Texture mapping (dán các ảnh của cảnh vật lên bè mặt của đối tượng), blendung (trộn màu)…  Computer Graphics : 2000 – nay - Ảnh hiện thực, các card đồ họa cho máy tính , game boxes và game players. - Công nghiệp điện ảnh cũng phát triển nhờ vào đồ họa máy tính : Maya.. 1.1.3. Phân loại của đồ họa máy tính  Phân loại theo các lĩnh vực của đồ họa máy tính: Hình 1.1. Phân loại đồ họa máy tính theo lĩnh vực 8 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH - Kỹ thuật xử lý ảnh(Computer Imaging): sau quá trình xử lý ảnh cho ta ảnh số của đối tượng. Trong quá trình xử lý ảnh sử dụng rất nhiều các kỹ thuật phức tạp: kỹ thuật khôi phục ảnh, kỹ thuật làm nổi ảnh, kỹ thuật xác định biên ảnh. - Kỹ thuật nhận dạng (Pattern Recognition): Từ những ảnh mẫu có sẵn ta phân loại theo cấu trúc, hoặc theo các tiêu trí được xác định từ trước và bằng các thuật toán chọn lọc để có thể phân tích hay tổng hợp các ảnh đã cho thành một tập hợp các ảnh gốc, các ảnh gốc này được lưu trong một thư viện và căn cứ vào thư viện này ta xây dựng được các thuật giải phân tích và tổ hợp ảnh. - Kỹ thuật tổng hợp ảnh(Image Synthesis): là lĩnh vực xây dựng mô hình và hình ảnh của các vật thể dựa trên các đối tượng và mối quan hệ giữa chúng. - Các hệ CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacture System): kỹ thuật đồ họa tập hợp các công cụ, các kỹ thuật trợ giúp cho thiết kế các chi tiết và các hệ thống khác nhau: hệ thống cơ, hệ thống điện, hệ thống điện tử … - Đồ họa minh họa (Presentation Graphics): gồm các công cụ giúp hiển thị các số liệu thí nghiệm một cách trực quan, dựa trên các mẫu đồ thị hoặc các thuật toán có sẵn. - Đồ họa hoạt hình và nghệ thuật: bao gồm các công cụ giúp cho các họa sĩ, các nhà thiết kế phim hoạt hình chuyên nghiệp làm các kỹ xảo hoạt hình, vẽ tranh … Ví dụ: phần mềm 3D Studio, 3D Animation, 3D Studio Max.  Phân loại theo hệ tọa độ Hình 1.2. Phân loại đồ họa máy tính theo hệ tọa độ - Kỹ thuật đồ họa hai chiều: là kỹ thuật đồ họa máy tính sử dụng hệ tọa độ hai chiều (hệ tọa độ phẳng) để hiển thị hình ảnh đồ họa, sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật xử lý bản đồ, đồ thị. - Kỹ thuật đồ họa ba chiều: là kỹ thuật đồ họa máy tính sử dụng hệ tọa độ ba chiều, đòi hỏi rất nhiều tính toán và phức tạp hơn nhiều so với kỹ thuật đồ họa hai chiều. 9 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 1.2. Các hệ tọa độ Một hệ đồ họa bao gồm 3 miền như sau: - Miền điều khiển: bao bọc toàn bộ hệ thống. - Miền thực: nằm trong miền điều khiển. Khi một giá trị nằm trong miền thực, nó sẽ được chuyển thành số thực dấu phẩy động, và khi có một số rời khỏi miền này thì nó sẽ được chuyển thành số nguyên. - Miền hiển thị: nằm trong miền điều khiển nhưng phân biệt với miền thực. Chỉ có giá trị số nguyên mới nằm trong miền hiển thị. Trong lĩnh vực kỹ thuật đồ họa, chúng ta phải hiểu được rằng thực chất của đồ họa là làm thế nào để có thể mô tả và biến đổi được các đối tượng trong thế giới thực trên máy tính. Các đối tượng trong thế giới thực được mô tả bằng tọa độ trong miền thực. Trong khi đó, các hệ tọa độ thiết bị lại sử dụng hệ toạ độ nguyên để hiển thị các hình ảnh. Đây chính là vấn đề cơ bản cần giải quyết. Ngoài ra, còn có một khó khăn khác nữa là với các thiết bị khác nhau thì có các đặc trưng về thông số kỹ thuật khác nhau. Do đó, cần có một phương pháp chuyển đổi tương ứng giữa các hệ tọa độ và đối tượng để có thể mô tả gần đúng với hình ảnh thực bên ngoài. Hai mô hình cơ bản của ứng dụng đồ họa là dựa trên mẫu số hóa và dựa trên đặc trưng hình học. Trong ứng dụng đồ họa dựa trên mẫu số hóa thì các đối tượng đồ họa được tạo ra bởi lưới các pixel rời rạc. Các pixel này có thể được tạo ra bằng các chương trình vẽ, máy quét… Các pixel này mô tả tọa độ xác định vị trí và giá trị mẫu. Thuận lợi của ứng dụng này là dễ dàng thay đổi hình ảnh bằng cách thay đổi màu sắc hay vị trí của các pixel hoặc di chuyển vùng ảnh từ nơi này sang nơi khác. Tuy nhiên, điều bất lợi là không thể xem xét đối tượng từ các góc nhìn khác nhau. Ứng dụng đồ họa dựa trên đặc trưng hình học bao gồm các đối tượng đồ họa cơ sở như đoạn thẳng, đa giác, …. Chúng được lưu trữ bằng các mô hình và các thuộc tính. Chẳng hạn, đoạn thẳng được mô hình bằng hai điểm đầu và cuối, có thuộc tính như màu sắc, độ dày. Người sử dụng không thao tác trực tiếp lên các pixel mà thao tác trên các thành phần hình học của đối tượng. 1.2.1. Hệ tọa độ thế giới thực Hệ tọa độ thực thường được dùng để mô tả các đối tượng trong thế giới thực là hệ tọa độ Descartes. Trong hệ tọa độ này, mỗi điểm P được biểu diễn bởi một cặp tọa độ (xp , yp) với xp , yp R (xem hình 1.1) 10 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 1.3. Hệ tọa độ thế giới thực Trong đó: - Ox là trục hoành - Oy là trục tung - xp là hoành độ điểm P - yp là tung độ điểm P 1.2.2. Hệ tọa độ thiết bị Hệ tọa độ thiết bị (device coordinates) được dùng cho một thiết bị xuất cụ thể nào đó, ví dụ như máy in, màn hình,… Trong hệ tọa độ thiết bị thì các điểm cũng được mô tả bởi cặp tọa độ (x,y). Tuy nhiên, khác với hệ toạ độ thực là x,y N. Điều này có nghĩa là các điểm trong hệ tọa độ thực được định nghĩa liên tục, còn các điểm trong hệ tọa độ thiết bị là rời rạc. Ngoài ra, các tọa độ x, y của hệ tọa độ thiết bị chỉ biểu diễn được một giới hạn nào đó của N. Ví dụ: Độ phân giải của màn hình trong chế độ đồ họa là 640x480. Khi đó, x (0, 640) và y (0,480) Hình 1.4. Hệ tọa độ thiết bị 11 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 1.2.3. Hệ tọa độ thiết bị chuẩn Do cách định nghĩa các hệ tọa độ thiết bị khác nhau nên hình ảnh hiển thị chính xác trên thiết bị này thì chưa chắc hiển thị chính xác trên thiết bị khác. Người ta xây dựng một hệ tọa độ thiết bị chuẩn đại diện chung cho tất cả các thiết bị để có thể mô tả các hình ảnh mà không phụ thuộc vào bất kỳ thiết bị nào. Trong hệ tọa độ chuẩn, các tọa độ x,y sẽ được gán các giá trị trong đoạn từ [0,1]. Như vậy, vùng không gian của hệ tọa độ chuẩn chính là hình vuông đơn vị có góc trái dưới (0,0) và góc phải trên là (1,1). Quy trình hiển thị các đối tượng thực như sau: Hình 1.5. Quy trình hiển thị các đối tượng 1.2.4. Hệ tọa độ ba chiều Là ba trục vuông góc với nhau từng đôi 1.  Hệ tọa độ theo qui ước bàn tay phải: để bàn tay phải sao cho ngón cái hướng theo trục z, khi nắm tay lại các ngón tay chuyển động theo hướng từ trục x đến trục y. 12 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 1.6. Hệ tọa độ bàn tay phải  Hệ tọa độ theo qui ước bàn tay trái: để bàn trái sao cho ngón cái hướng theo trục z, khi nắm tay lại các ngón tay chuyển động theo hướng từ trục x đến trục y. Hình 1.7. Hệ tọa độ bàn tay trái 1.3. Các thành phần của một hệ đồ họa Một hệ đồ họa bao giờ cũng có hai thành phần chính đó là phần cứng và phần mềm. Phần cứng bao gồm các thiết bị hiển thị và nhập dữ liệu… Phần mềm bao gồm các công cụ lập trình và các trình ứng dụng đồ họa. Chúng ta sẽ lần lượt khảo sát các thành phần này. 1.3.1. Phần cứng a. Thiết bị hiển thị  Màn hình CRT Một chùm các tia điện tử (tia âm cực) phát ra từ một súng điện tử, vượt qua cuộn lái tia dẫn đến vị trí xác định trên màn hình được phủ một lớp phosphor. Tại mỗi vị trí tương tác với tia điện tử hạt phosphor sẽ phát lên một chấm sáng nhỏ. Nhưng chấm sáng sẽ mờ dần rất nhanh nên cần có cách nào nó duy trì ảnh trên màn hình. Một trong 13 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH các cách là: lặp đi lặp lại nhiều lần việc vẽ lại ảnh thật nhanh bằng cách hướng các tia điện tử trở lại ví trí cũ. Gọi là làm tươi (refresh CRT). Số lượng tối đa các điểm có thể hiển thị trên một CRT được gọi là độ phân giải (Resolution). Hay độ phân giải là số lượng các điểm trên một cm mà có thể được vẽ theo chiều ngang và chiều dọc (được xem như tổng số điểm theo mỗi hướng). Hình 1.8. Công nghệ màn hình CRT Kích thước vật lý của màn hình đồ họa được tính từ độ dài của đường chéo màn hình. Thường dao động từ 12 – 27 inch, hoặc lớn hơn. Thuộc tính khác của màn hình là tỷ số phương (aspect ratio). Nó là tỷ lệ của các điểm dọc và các điểm ngang cần để phát sinh các đoạn thẳng có độ dài đơn vị theo cả 14 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH hai hướng trên màn hình. Màn hình có tỷ số phương khác một thì hình vuông hiển thị trên đó thành hình chữ nhật còn hình tròn thành hình ellipse. Màn hình dạng điểm (Raster Display): thường gặp nhất trong số các dạng màn hình sử dụng CRT trên công nghệ truyền hình. Mỗi điểm trên màn hình được gọi là pixel. Các thông tin về ảnh hiển thị trên màn hình được lưu trữ trong một vùng bộ nhớ gọi là vùng đệm làm tươi (Refresh buffer) hay là vùng đệm khung (Frame buffer). Vùng lưu trữ tập các giá trị cường độ sáng của toàn bộ các điểm trên màn hình và luôn tồn tại một cách song ánh giữa mỗi điểm trên màn hình và mỗi phần tử trong vùng này. Để tạo ra hình ảnh đen trắng, đơn giản chỉ cần lưu thông tin của mỗi Pixel là một bít (0,1). Trong trường hợp ảnh nhiều màu thì cần nhiều bít hơn, nếu thông tin mỗi pixel được lưu bằng b bít thì ta có thể có 2b giá trị mầu phân biệt cho pixel đó. Trong các màn hình màu, người ta định nghĩa tập các màu làm việc trong một bảng tra (LookUp Table - LUT). Mỗi phần tử của LUT được định nghĩa một bộ ba giá trị (RGB) mô tả một màu nào đó. Khi cần sử dụng một màu, ta chỉ cần chỉ định số thứ tự (index) tương ứng của màu đó trong LUT, số phần tử trong bảng LUT chính là số màu có thể được hiển thị cùng một lúc trên màn hình. Ví dụ mô hình đồ hoạ điểm ngôi nhà và ngôi sao. 15 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Việc làm tươi trên màn hình dạng này được thực hiện ở tốc độ 60 – 80 frame/giây. Đôi khi tốc độ làm tươi còn được biểu diễn bằng đơn vị Hertz (Hz – số chu kỳ/giây), trong đó một chu kỳ tương ứng với một frame. Vậy tốc độ làm tươi 60 frame/giây đơn giản là 60 Hz. Khi đạt đến cuối mỗi dòng quét, tia điện tử quay trở lại bên trái của màn hình để bắt đầu dòng quét kế tiếp. Việc quay trở về bên trái màn hình sau khi làm tươi mỗi dòng quét được gọi là tia hồi ngang. Và tới cuối mỗi frame, tia điện tử (tia hổi dọc – vertical retrace) quay trở lại góc bên trái của màn hình để chuẩn bị bắt đầu frame kế tiếp.  Màn hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal Display – LCD) Dựa vào công nghệ truyền ánh sáng qua điện cực mà đặt giữa là cuộn dây xoắn. Khi chưa có từ trường (chưa có dòng điện) ở cuộn dây thì ánh sáng truyền thẳng, khi có từ trường thì ánh sáng truyền đổi chiều. 16 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 1.11. Công nghệ truyền ánh sáng trong màn hình tinh thể lỏng CRT Displays (màn hình CRT) Ƣu điểm Nhƣợc điểm - Đáp ứng nhanh (có độ phân giải cao) - Lớn và nặng (typ. 70x70 cm, 15 - Màu sắc đa dạng (Có độ sâu và kg) rộng) - Tiêu tốn nguồn điện cao (typ. - Màu sắc bão hoà và tự nhiên 140W) - Công nghệ không quá đắt và hoàn - Có hại cho sức khoẻ vì trường thiện điện từ và từ tính - Góc nhìn rộng, tương phản và độ - Màn hình nhấp nháy (at 50-80 Hz) sáng cao - Hình hay bị méo tại 4 góc LCD Displays (màn hình tinh thể lỏng) Ƣu điểm Nhƣợc điểm - Hình dáng nhỏ, trọng lượng nhẹ - Giá thành cao (presently 3x CRT) (approx 1/6 of CRT, typ. 1/5 of CRT) - Góc nhìn hẹp hơn (typ. +/- 50 - Tiêu tốn nguồn thấp (typ. 1/4 of CRT) degrees) - Màn hình phẳng tuyệt đối nên không - độ tương phản thấp (typ. 1:100) méo tại các góc - độ chói (độ ngời) thấp hơn (typ. - Màu sắc đều, ảnh sinh động 200 cd/m2) - Không bị hiệu ứng điện từ trường - Có thể màn hình vừa lớn vừa rộng (>20 inch) b. Thiết bị nhập 17 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH  Bàn phím: Xuất hiện trong hầu hết các máy tính, nó là thiết bị để nhập dữ liệu dạng văn bản và số. Đây là loại thiết bị quen thuộc nhất với người sử dụng tuy có hạn chế là tương tác không cao.  Chuột: Cùng với sự xuất hiện của các ứng dụng đồ họa tương tác cao, chuột là thiết bị nhập ngày càng quen thuộc với người sử dụng. Người ta dùng chuột để trỏ và chọn các chức năng phù hợp với yêu cầu của mình. Bằng cách này, giao tiếp giữa người dùng và máy tính ngày càng thân thiện và dễ dàng hơn. Ngoài ra chúng ta cũng có một số thiết bị nhập khác cùng họ với chuột như track ball,… 1.3.2. Phần mềm Phần mềm đồ họa có thể phân thành 2 loại: các công cụ lập trình và các trình ứng dụng đồ họa phục vụ cho một mục đích nào đó. - Các công cụ lập trình cung cấp một tập các hàm đồ họa có thể được dùng trong các ngôn ngữ lập trình cấp cao như C, pascal,… Ví dụ như các thư viện đồ họa của các ngôn ngữ như C, Pascal hay GL của Silicon Graphic. Các hàm cơ sở của nó bao gồm việc tạo các đối tượng cơ sở của hình ảnh như đoạn thẳng, đa giác, đường tròn,…, thay đổi màu sắc, chọn khung nhìn, áp dụng các phép biến đổi,… - Trong khi đó, các ứng dụng đồ họa được thiết kế cho những người dùng không phải là lập trình viên cho phép người dùng tạo các đối tượng, hình ảnh,… mà không cần quan tâm tới việc chúng được tạo ra như thế nào. Ví dụ Photoshop, AutoCAD, 3DSMax,… 1.4. Một số ứng dụng của đồ họa máy tính Ngày nay, đồ họa máy tính được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, thương mại, quản lí, giáo dục, giải trí, … Số lượng các chương trình đồ họa ứng dụng thật khổng lồ và phát triển liên tục, sau đây là một số ứng dụng tiêu biểu: 1.4.1. Hỗ trợ thiết kế Một trong những ứng dụng lớn nhất của đồ họa máy tính là hỗ trợ thiết kế (CAD – computer-aided design). Ngày nay CAD đã được sử dụng hầu hết trong việc thiết kế các cao ốc, ô tô, máy bay, tàu thủy, tàu vũ trụ, máy tính, trang trí mẫu vải và rất nhiều sản phẩm khác. Sử dụng các chương trình này, đầu tiên các đối tượng được hiển thị dưới dạng các phác thảo của phần khung (wireframe outline), mà từ đó có thể thấy được toàn bộ hình 18 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH dạng và các thành phần bên trong của các đối tượng. Sử dụng kĩ thuật này, người thiết kế sẽ dễ dàng nhận thấy ngay các thay đổi của đối tượng khi tiến hành hiệu chỉnh các chi tiết hay thay đổi góc nhìn, …. Một khi đã thiết kế xong phần khung của đối tượng, các mô hình chiếu sáng, tô màu và tạo bóng bề mặt sẽ được kết hợp để tạo ra kết quả cuối cùng rất gần với thế giới thực . Hình 1.12. Phác thảo phần khung và kết quả của thiết kế xý ảnh 1.4.2. Biểu diễn thông tin Đây là các ứng dụng sử dụng đồ họa máy tính để phát sinh các biểu đồ, đồ thị, … dùng minh họa mối quan hệ giữa nhiều đối tượng với nhau. Các ứng dụng này thường được dùng để tóm lược các dữ liệu về tài chính, thống kê, kinh tế, khoa học, toán học, … giúp cho việc nghiên cứu, quản lí, … một cách có hiệu quả. Hình 1.13. Thông tin tóm lược được biểu diễn qua các biểu đồ 19 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông
Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 1.4.3. Lĩnh vực giải trí, nghệ thuật Trong lĩnh vực nghệ thuật, các chương trình máy tính như Paint Shop Pro, Adobe Photoshop, 3D Studio, … hỗ trợ rất đắc lực cho các họa sĩ, các nhà tạo mẫu trong việc thiết kế các hình ảnh sống động, và rất thực. Với các chương trình này, người họa sĩ được máy tính tạo cho cảm giác y như đang làm việc ngoài đời thực bằng cách cung cấp các công cụ như khung vẽ, giá vẽ, bảng pha màu, các hiệu ứng ba chiều, … làm cho họ cảm thấy rất thoải mái và tiện lợi. Ngoài ra đồ họa máy tính còn giúp tạo ra các chương trình trò chơi, giải trí; hỗ trợ cho các kĩ xảo điện ảnh, cho các nhà làm phim. Có nhiều bộ phim rất nổi tiếng nhờ vào kĩ xảo điện ảnh như : Công viên Khủng long kỉ Jura (Jurassic Park), Titanic, Thế giới nước (Water World), … 1.4.4. Giáo dục và đào tạo Hiện nay các chương trình mô phỏng cấu trúc của các vật thể, tiến trình của các phản ứng hóa học, hoạt động của các gói tin trên mạng máy tính, … được dùng rất nhiều trong việc hỗ trợ giảng dạy. Trong đào tạo, các ứng dụng mô phỏng được dùng để kiểm tra trình độ người lái, huấn luyện phi công, điều khiển giao thông, … 1.4.5. Giao tiếp giữa máy tính và ngƣời dùng Mọi ứng dụng đều phải có giao diện giao tiếp với người dùng. Giao diện đồ họa thực sự là một cuộc cách mạng mang lại sự thuận tiện và thoải mái cho người dùng ứng dụng. Các ứng dụng dựa trên hệ điều hành MS Windows là một minh họa rất trực quan của giao diện đồ họa. Các chức năng của các ứng dụng này được thiết kế cho người dùng làm việc thông qua các biểu tượng mô tả chức năng đó. Ví dụ, chức năng lưu tập tin được hiểu thông qua biểu tượng đĩa mềm, chức năng in ấn được hiểu thông qua biểu tượng máy in, … Để chọn các chức năng, người dùng sử dụng chuột trỏ đến và nhấn vào các biểu tượng tương ứng. Điểm thuận lợi chính khi dùng biểu tượng là kích thước không gian mà nó chiếm ít hơn nhiều so với dùng văn bản để mô tả cho cùng một chức năng, ngoài ra việc nắm bắt các chức năng qua các biểu tượng sẽ dễ dàng hơn rất nhiều khi người dùng gặp trở ngại về mặt ngôn ngữ. Các ứng dụng có giao diện đồ họa còn cho phép người dùng khả năng làm việc dễ dàng với nhiều cửa sổ với nhiều dạng tài liệu khác nhau cùng một lúc. 1.4.6. Ứng dụng trong y tế 20 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.