MỤC LỤC
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH 1
1.1. Các khái niệm tổng quan của kỹ thuật đồ họa máy tính 1
1.1.1. Kỹ thuật đồ họa máy tính 1
1.1.2.Kỹ thuật đồ họa tương tác 1
1.2. Các kỹ thuật đồ họa 2
1.2.1.Kỹ thuật đồ hoạ điểm 3
1.2.2.Kỹ thuật đồ hoạ Vecto 4
1.2.3. Sự phát triển của kỹ thuật hiển thị 5
1.3. Phân loại các lĩnh vực của kỹ thuật đồ họa 7
Có thể bạn quan tâm!
-
Đồ họa máy tính - 2 -
Các Thành Phần Phần Cứng Của Hệ Tọa Độ Tương Tác -
Ảnh Cánh Tay Robot Được Cấu Tạotừ Các Đối Tượng Đồ Họa Cơ Sở
Xem toàn bộ 240 trang tài liệu này.
1.3.1. Phân loại theo mục đích xử lý dữ liệu 7
1.3.2. Phân loại theo hệ tọa độ dùng trong kỹ thuật đồ họa 8
1.4.Giới thiệu một số ứng dụng của kỹ thuật đồ họa 8
1.4.1. Hỗ trợ thiết kế 8
1.4.2. Biểu diễn thông tin 9
1.4.3. Lĩnh vực giải trí, nghệ thuật 9
1.4.4. Điều khiển các quá trình sản xuất 10
1.4.5. Lĩnh vực bản đồ 10
1.4.5. Giáo dục và đào tạo 10
1.4.6. Giao tiếp giữa máy tính và người dùng 11
1.5. Hệ đồ họa tương tác 12
1.5.1. Mô hình hệ tọa độ tương tác 12
1.5.2. Các thành phần của hệ đồ họa tương tác 12
1.6. Phần cứng đồ họa 15
1.6.1. Các thành phần phần cứng của hệ tọa độ tương tác 15
1.6.2. Các thiết bị hiển thị (thiết bị ra dữ liệu) 15
1.6.3. Các thiết bị vào dữ liệu 19
CÂU HỎI CHƯƠNG 1 20
Chương 2CÁC GIẢI THUẬT XÂY DỰNG CÁC THỰC THỂ CƠ SỞ 22
2.1 Giới thiệu 22
2.2. Các đối tượng đồ họa cơ sở 23
2.2.1 Điểm 23
2.2.2. Đường thẳng, đường gấp khúc 24
2.2.3 Vùng tô 25
2.2.4 Kí tự, chuỗi kí tự 26
2.3. Giải thuật sinh đường thẳng 27
2.3.1 Nguyên lý chung 27
2.3.2 Thuật toán DDA (Digital Differential Analyzer) 28
2.3.3 Giải thuật Bresenham 31
2.3.4 Thuật toán MidPoint 35
2.4. Giải thuật sinh đường tròn 37
2.4.1 Nguyên lý chung 37
2.4.2 Thuật toán MidPoint 38
2.4.3 Giải thuật Bresenham 43
2.5. Giải thuật sinh elip 45
2.5.1. Giải thuật Midpoint 45
2.5.2. Giải thuật Bresenham 48
2.6. Giải thuật sinh đa giác 50
2.7. Giải thuật sinh ký tự 51
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 2 55
Hướng dẫn giải bài tập 61
Chương 3CÁC GIẢI THUẬT ĐỒ HOẠ CƠ SỞ 64
3.1. Hệ toạ độ và mô hình chuyển đổi 64
3.1.1. Các hệ thống tọa độ trong đồ họa 64
3.1.2. Phép chuyển đổi 65
3.2. Các giải thuật xén tỉa 66
3.2.1. Khái niệm 66
3.2.2. Các giải thuật xén tỉa đoạn thẳng 66
3.2.3. Giải thuật Hodgman 76
3.3. Các giải thuật tô miền kín 77
3.3.1. Giải thuật đường biên 77
3.3.2. Giải thuật dòng quét cho việc tô màu vùng 78
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 3 82
Hướng dẫn giải bài tập 88
Chương 4CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI HÌNH HỌC 2 CHIỀU 92
4.1.Phương pháp biểu diễn đối tượng trong không gian hai chiều 92
4.2. Phép biến đổi Afine 2D 93
4.3. Các phép biến đổi hình học cơ sở 93
4.3.1. Phép tịnh tiến 93
4.3.2. Phép biến đổi tỉ lệ 94
4.3.2. Phép quay 95
4.3.3. Phép đối xứng 96
4.3.4. Phép biến dạng 96
4.4. Hệ tọa độ thuần nhất và các phép biến đổi 97
4.4.1. Hệ tọa độ thuần nhất 97
4.4.2. Biểu diễn các phép biến đổi dưới dạng tọa độ thuần nhất 98
4.4.3. Phép biến đổi ngược 99
4.5. Kết hợp các phép biến đổi 100
4.5.1. Kết hợp các phép tịnh tiến 100
4.5.2. Kết hợp các phép tỉ lệ 102
4.5.3. Kết hợp các phép quay 104
4.5.4. Phép quay có tâm quay là điểm bất kỳ 104
4.5.5. Phép tỉ lệ giữ nguyên điểm chốt 105
4.6. Phép biến đổi giữa các hệ tọa độ 106
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 4 108
Hướng dẫn giải bài tập 113
Chương 5CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI HÌNH HỌC 3 CHIỀU 123
5.1. Giới thiệu đồ họa ba chiều 123
5.1.1. Tổng quan về đồ họa ba chiều 123
5.1.2. Sơ lược về quy trình hiển thị 124
5.1.3. Mô hình khung nối kết (Wireframe Model) 126
5.2. Một số khái niệm 128
5.2.1. Phương pháp biểu diễn điểm trong không gian 3 chiều. 128
5.2.2. Phương pháp biểu diễn sử dụng hệ tọa độ đồng nhất. 129
5.2.3. Công thức biến đổi Affine. 130
5.2.4. Các hệ trục tọa độ theo quy ước bàn tay phải và bàn tay trái 131
5.3. Các phép biến đổi hình học 3 chiều cơ sở 131
5.3.1. Phép tịnh tiến 131
5.3.2. Phép biến đổi tỉ lệ 132
5.3.3. Phép biến dạng 133
5.3.4. Phép quay 134
5.3.5.Phép đối xứng. 139
5.3.6 Kết hợp các phép biến đổi affine ba chiều 144
5.4. Các phép chiếu của vật thể trong không gian lên mặt phẳng 144
5.4.1. Định nghĩa chung 144
5.4.2. Phân loại phép chiếu 145
5.4.3. Phép chiếu song song 146
5.4.4. Phép chiếu phối cảnh (Perspective Projection) 154
5.5. Phép biến đổi mô hình và phép biến đổi hệ trục toạ độ 158
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 5 160
Hướng dẫn giải bài tập 168
Chương 6MÀU SẮC TRONG ĐỒ HỌA 175
6.1. Ánh sáng đơn sắc 175
6.1.1. Cường độ sáng và cách tính 175
6.1.2. Hiệu chỉnh Gama 176
6.2. Lý thuyết màu sắc trong đồ họa 182
6.2.1. Cảm nhận màu sắc 182
6.2.2. Yếu tố vật lý 184
6.2.3. Biểu đồ màu CIE 185
6.3. Giới thiệu về các hệ màu trong màn hình đồ họa 189
6.3.1. Mô hình màu RGB 189
6.3.2.Mô hình màu CMY 192
6.3.3. Mô hình màu YIQ 193
6.3.4. Mô hình màu HSV 194
6.3.5. Mô hình màu HLS 196
6.3.6. Chuyển đổi giữa các hệ màu 197
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 6 215
Hướng dẫn giải bài tập 220
Chương 1TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH
1.1. Các khái niệm tổng quan của kỹ thuật đồ họa máy tính
Đồ họa máy tính là tất cả những gì liên quan đến việc sử dụng máy tính để phát sinh ra hình ảnh. Các vấn đề liên quan tới công việc này bao gồm: tạo, lưu trữ, thao tác trên các mô hình (các mô tả hình học của đối tượng) và các ảnh.
1.1.1. Kỹ thuật đồ họa máy tính
Kỹ thuật đồ hoạ máy tính (Computer Graphics) có thể định nghĩa như một lĩnh vực của công nghệ thông tin mà ở đó nghiên cứu, xây dựng và tập hợp các công cụ (mô hình lý thuyết và phần mềm) khác nhau để kiến tạo xây dựng, lưu trữ và xử lý các mô hình (model) và hình ảnh (image) của đối tượng, sự vật hiện tượng khác nhau trong cuộc sống, sản xuất và nghiên cứu. Các mô hình và hình ảnh này có thể là các kết quả thu được từ những lĩnh vực khác nhau của nhiều ngành nghề khoa học (vật lý, toán học, thiên văn học...) và bao trùm nhiều thể loại như: cấu trúc phân tử, cấu trúc sinh học, mô hình vũ trụ...
Thuật ngữ kỹ thuật đồ hoạ máy tính được đề xuất bởi nhà khoa học người Mỹ William Fetter vào năm 1960. Khi đó ông đang nghiên cứu xây dựng mô hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing của Mỹ. William Fetter đã dựa trên các hình ảnh ba chiều của mô hình người phi công trong buồng lái máy bay để xây dựng nên một mô hình tối ưu cho buồng lái máy bay Boeing. Đây là phương pháp nghiên cứu rất mới và có những tính năng vượt trội hơn tất cả những phương pháp nghiên cứu xây dựng mô hình buồng lái máy bay khác trước đó được áp dụng trong hãng Boeing. Phương pháp này cho phép nhà thiết kế quan sát một cách trực quan vị trí của người lái trong khoang buồng lái. William Fetter đã đặt tên cho phương pháp của mình là Computer Graphics.
1.1.2.Kỹ thuật đồ họa tương tác
Cũng như mọi lĩnh vực khác trong công nghệ thông tin, một hệ thống sử dụng kỹ thuật đồ hoạ tương tác là một hệ thống xử lý thông tin bao gồm ba thành phần với các thao tác tương ứng:
Nhập (vào) dữ liệu: thông qua các thiết bị vào dữ liệu như chuột, máy quét, bàn phím ...
Xử lý và lưu trữ dữ liệu
Hiển thị/ kết xuất kết quả: thông qua các thiết bị như màn hình, máy in ...
Hiển thị kết quả
USER
Ngoài những đặc thù chung đã được liệt kê ở trên, hệ thống kỹ thuật đồ hoạ tương tác còn có một đặc điểm: trong hệ thống này, các thông tin và dữ liệu đặc trưng được hiển thị trên màn hình một cách trực quan và người sử dụng có thể quan sát, theo dòi, thay đổi giá trị hoặc khuôn dạng của chúng một cách tương tác (interactive) và ngay lập tức những thay đổi này được hệ thống ghi nhận và xử lý . Kết quả của sự thay đổi sẽ được hệ thống xử lý ngay trên các mô hình, cấu trúc hoặc hình ảnh của các đối tượng và hiển thị chúng ngay trên màn hình người sử dụng mong muốn.
Nhập dữ liệu
Xử lý lưu trữ
Hình 1.1 Mô hình chung của hệ đồ họa tương tác
Như trên mô hình chung của một hệ thống sử dụng kỹ thuật đồ hoạ tương tác, người sử dụng có khả năng giao tiếp tương tác với hệ thống ở cả ba giai đoạn trong quá trình xử lý thông tin.
Hệ thống đồ hoạ tương tác đầu tiên được thiết kế và xây dựng bởi Ivan Sutherland năm 1963 mang tên Sketchpad. Hệ thống này được dùng để thiết kế mạch điện và bao gồm những thành phần sau:
CRT màn hình.
Bút chì sáng và một bàn phím bao gồm một số phím bấm chức năng.
Máy tính chứa chương trình xử lý các thông tin.
Người sử dụng có thể vẽ mạch điện trực tiếp lên màn hình thông qua bút sáng, chương trình sẽ phân tích và tính toán những thông số cần thiết của mạch điện do người sử dụng vẽ nên.
1.2. Các kỹ thuật đồ họa
Ngày nay số lượng các hệ thống sử dụng kỹ thuật đồ họa tương tác ngày càng nhiều và đa dạng. Tuy vậy căn cứ vào phương pháp xử lý dữ liệu trong hệ thống, có thể phân kỹ thuật đồ họa thành hai loại: kỹ thuật đồ họa điểm (Sample – Based Graphics) và kỹ thuật đồ họa vector (Geometry – Based Graphics).
1.2.1.Kỹ thuật đồ hoạ điểm
Nguyên lý xây dựng các mô hình và hình ảnh trong kỹ thuật đồ họa điểm là: Các mô hình, hình ảnh của các đối tượng được hiển thị thông qua từng điểm ảnh (pixel).
Đặc điểm của kỹ thuật đồ họa điểm:
- Có thể tạo ra, thay đổi thuộc tính, xoá đi từng điểm ảnh của mô hình và hình ảnh các đối tượng.
- Các mô hình hình ảnh được hiển thị nhưmột lưới (grid) các điểm ảnh rời rạc, từng điểm ảnh đều có vị trí xác định, được hiển thị với một giá trị rời rạc (số nguyên) các thông số hiển thị ví dụ như màu sắc hoặc độ sáng.
- Tập hợp tất cả các điểm ảnh của lưới điểm cho ta mô hình, hình ảnh đối tượng ta muốn hiển thị để nghiên cứu hoặc xây dựng.
Có hai phương pháp để tạo ra các điểm ảnhtrong kỹ thuật đồ họa điểm:
- Dùng phần mềm để vẽ trực tiếp từng điểm ảnh một, dựa trên các lý thuyết mô phỏng để xây dựng nên các đối tượng hoặc hình ảnh thực của sự vật.
- Rời rạc hóa (số hóa) hình ảnh thực của đối tượng, sau đó có thể sửa đổi hoặc xử lý mảng các điểm ảnh thu được theo những phương pháp khác nhau để thu được hình ảnh đặc trưng của đối tượng.
Hình 1.2 Ví dụ ảnh đồ họa điểm