Ảnh Cánh Tay Robot Được Cấu Tạotừ Các Đối Tượng Đồ Họa Cơ Sở

CÂU HỎI CHƯƠNG 1

Chọn một phương án đúng cho mỗi câu hỏi sau:

1. Để tạo ra các điểm ảnh (pixel) thì các phương pháp nào không đúng: [a]--Tô trát (rendering)

[b]--Rời rác hoá (số hoá) hình ảnh thực của đối tượng [c]--Dựa vào các lý thuyết mô phỏng (Fract..)

[d]--Dùng phần mềm vẽ trực tiếp từng điểm ảnh một

2. Chọn phương án sai cho kỹ thuật đồ hoạ điểm:

[a]--Dễ dàng thay đổi thuộc tính của đối tượng (màu sắc, độ sáng)

[b]--Quan sát đối tượng ở nhiều góc nhìn khác nhau bằng cách thay đổi góc nhìn

[c]--Xoá đi dễ dàng từng pixel của đối tượng

[d]--Đối tượng được hiển thị thông qua từng mẫu rời rạc

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 240 trang tài liệu này.

3. Chọn phương án không phải là ứng dụng của kỹ thuật đồ hoạ: [a]--Tính khối lượng vật liệu (sắt, thép…) cho một toà nhà [b]--Điều khiển các quá trình sản xuất

[c]--Tính thể tích hoặc diện tích các hình trong thiết kế công trình xây dựng [d]--Giải trí nghệ thuật và mô phỏng

4. Các chuẩn sau thì chuẩn nào không thuộc chuẩn giao diện của hệ đồ hoạ: [a]--GKS

[b]--OPENGL

[c]--IEEE802.11 [d]—CGI

5. Tỷ số phương (aspect ratio) của màn hình là 1,4 vậy một hình tròn khi hiển thị trên màn hình đó sẽ cho:

[a]--Hình ellipse nằm ngang (bán kính theo trục x dài hơn bán kính theo trục y) [b]--Hình tròn

[c]--Hình thoi

[d]--Hình ellipse đứng (bán kính theo trục x ngắn hơn bán kính theo trục y)

6. Giả sử màn hình của bạn đang sử dụng có độ phân giải (Resolution) là 1024x768 thì số điểm ảnh của màn hình là:

[a]--784641

[b]--785408

[c]--786431 [d]—786432

7. Giả sử màn hình của bạn đang sử dụng có độ phân giải (Resolution) là 640x480 thì số điểm ảnh của màn hình là:

[a]--306081

[b]--307200

[c]--306082 [d]—307199

8. Nói rằng : kỹ thuật đồ hoạ điểm giúp cho chúng ta quan sát hình ảnh ở nhiều góc độ khác nhau bằng cách thay đổi góc nhìn là đúng hay sai?

[a]--Đúng

[b]—Sai

9. Phát biểu: kỹ thuật đồ hoạ vector = mô hình hình học + tô trát, là đúng hay sai? [a]--Đúng

[b]—Sai

10. Khi biểu diễn tường minh đoạn thẳng có dạng y=kx+m, trong đó k là hệ số góc của đoạn. Phương trình không thể nhận giá trị k= ∞

[a]--Đúng

[b]—Sai

11. Trong hệ tọa độ thiết bị sử dụng............ để hiển thị các hình ảnh : [a]--Hệ tọa độ nguyên

[b]--Hệ tọa độ thế giới thực [c]--Hệ tọa độ thiết bị

[d]--Hệ tọa độ chuẩn

12. Hệ tọa độ thực thường được dùng để mô tả các đối tượng trong thế giới thực là hệ tọa độ :

[a]--Descartes

[b]--Device coordinates

[c]--Normalized device coordinates [d]—XYZ

13. Các điểm trong hệ tọa độ thực được định nghĩa là : [a]--Xác định

[b]--Liên tục [c]--Thống nhất [d]--Rời rạc

Chương 2

CÁC GIẢI THUẬT XÂY DỰNG CÁC THỰC THỂ CƠ SỞ

2.1 Giới thiệu

Bất kì một ảnh mô tả thế giới thực nào bao giờ cũng được cấu trúc từ tập các đối tượng đơn giản hơn. Ví dụ một ảnh thể hiện bài trí của một căn phòng sẽ được cấu trúc từ các đối tượng như cây cảnh, tủ kính, bàn ghế, tường, ánh sáng đèn, …

Với các ảnh đồ họa phát sinh bằng máy tính, hình dạng và màu sắc của mỗi đối tượng có thể được mô tả riêng biệt bằng hai cách: hoặc là bằng dãy các pixel tương ứng hoặc là bằng tập các đối tượng hình học cơ sở như đoạn thẳng hay vùng tô đa giác, … Sau đó, các ảnh sẽ được hiển thị bằng cách nạp các pixel vào vùng đệm khung.

Hình 2.1 Ảnh cánh tay robot được cấu tạotừ các đối tượng đồ họa cơ sở

Với các ảnh được mô tả bằng các đối tượng hình học cơ sở, cần phải có một quá trình chuyển các đối tượng này về dạng ma trận các pixel trước. Quá trình này còn được gọi là quá trình chuyển đổi bằng dòng quét (scan-converting). Bất kì công cụ lập trình đồ họa nào cũng phải cung cấp các hàm để mô tả một ảnh dưới dạng các đối tượng hình học cơ sở hay còn gọi là các đối tượng đồ họa cơ sở (output primitives) và các hàm cho phép kết hợp tập các đối tượng cơ sở để tạo thành đối tượng có cấu trúc phức tạp hơn.

Mỗi đối tượng đồ họa cơ sở được mô tả thông qua dữ liệu về tọa độ và các thuộc tính của nó, đây chính là thông tin cho biết kiểu cách mà đối tượng được hiển

thị. Đối tượng đồ họa cơ sở đơn giản nhất là điểm và đoạn thẳng, ngoài ra còn có đường tròn, và các đường conics, mặt bậc hai, các mặt và đường splines, các vùng tô đa giác, chuỗi kí tự, … cũng được xem là các đối tượng đồ họa cơ sở để giúp xây dựng các ảnh phức tạp. Chương này sẽ khảo sát các thuật toán hiển thị các đối tượng đồ họa cơ sở cho các thiết bị hiển thị dạng điểm.

Xét về mặt bản chất, các thuật toán này thực hiện quá trình chuyển đổi các đối tượng đồ họa cơ sở được mô tả trong hệ tọa độ thực về dãy các pixel có tọa độ nguyên của thiết bị hiển thị. Có hai yêu cầu đặt ra cho các thuật toán này đó là:Đối tượng được mô tả trong hệ tọa độ thực là đối tượng liên tục, còn đối tượng trong hệ tọa độ thiết bị là đối tượng rời rạc, do đó bản chất của quá trình chuyển đổi này chính là sự rời rạc hóa và nguyên hóa các đối tượng sao cho có thể xác định các điểm nguyên xấp xỉ đối tượng một cách tốt nhất, thực nhất. Nghĩa là đối tượng hiển thị bằng lưới nguyên trên thiết bị hiển thị phải có hình dạng tương tự như đối tượng trong lưới tọa độ thực và ―có vẻ‖ liên tục, liền nét. Sự liên tục trên lưới nguyên của thiết bị hiển thị có được do mắt người không thể phân biệt được hai điểm quá gần nhau.

Do các đối tượng đồ họa cơ sở là thành phần chính cấu trúc các đối tượng phức tạp nên các thuật toán hiển thị chúng cần phải được tối ưu hóa về mặt tốc độ, đây chính là điểm mấu chốt cho việc ra đời các thuật toán khác

nhau.

Hình 2.2 Quá trình chuyển đổi một đoạn thẳng về dãy các pixel

2.2. Các đối tượng đồ họa cơ sở

2.2.1 Điểm

Điểm là thành phần cơ sở được định nghĩa trong một hệ tọa độ. Đối với hệ tọa độ hai chiều mỗi điểm được xác định bởi cặp tọa độ (x, y).

Ngoài thông tin về tọa độ, điểm còn có thuộc tính là màu sắc.

2.2.2. Đường thẳng, đường gấp khúc

a. Đường thẳng

Một đường thẳng có thể xác định nếu biết hai điểm thuộc nó. Phương trình đường thẳng đi qua hai điểm (x1, y1) và (x2,y2) có dạng sau:

x - x1

y - y1

x2 - x1 y2- y1

Hay ở dạng tương đương (x -x1)(y2- y1)=(x2 - x1)(y - y1) Khai triển có dạng y = mx+k

với m= y2-y1 = Dy, k = y – mx .

x2-x1 Dx 1 1

Đây được gọi là phương trình đoạn chắn của đường thẳng.

Nếu khai triển dưới dạng (y2 –y1)x –(x2 – x1)y –x1y2 + x2y1 = 0 và đặt A = y2 – y1, B = -(x2 – x1), C = x2y1 – x1y2 thì phương trình đường thẳng có dạng Ax + By + C

= 0. Dạng này gọi là phương trình tổng quát của đường thẳng.

Phương trình tham số của đường thẳng có dạng các tọa độ x, y được mô tả qua một thành phần thứ ba là t. Dạng này rất thuận tiện khi khảo sát các đoạn thẳng.

x= 1-t x1+tx2

y= 1-t y +ty

Nếu t  [0,1], các điểm (x,y) thuộc về đoạn thẳng giới hạn bởi 2 điểm (x1, y1), (x2, y2), nếu t  [ -,+] ta có toàn bộ đường thẳng.

Một đoạn thẳng là một đường thẳng bị giới hạn bởi hai điểm đầu, cuối

Hình 2.3 Dạng tham số của phương trình đường thẳng

b. Đường gấp khúc

Đường gấp khúc là tập các đoạn thẳng nối với nhau một cách tuần tự. Các đoạn thẳng này không nhất thiết phải tạo thành một hình khép kín và các đoạn có thể cắt lẫn

nhau. Điểm giao của hai đoạn thẳng được gọi là đỉnh. Các đường gấp khúc được xác định qua danh sách các đỉnh, mỗi đỉnh được cho bởi các cặp tọa độ (xi, yi).

Một đa giác là một đường gấp khúc có điểm đầu và điểm cuối trùng nhau.

Hình 2.4: Đường gấp khúc (a) và đa giác (b)

Các thuộc tính của đoạn thẳng bao gồm:

- Màu sắc

- Độ rộng của nét vẽ.

- Kiểu nét vẽ của đoạn thẳng có thể là một trong các dạng như hình 2.5.

Hầu hết các công cụ đồ họa đều định nghĩa tập các kiểu nét vẽ đoạn thẳng có thể dùng và cho phép người dùng định nghĩa kiểu đoạn thẳng của mình thông qua một mẫu (pattern) gồm các số 0, 1.

Đối với đường gấp khúc, các đoạn thẳng trong cùng một đường gấp khúc thì có cùng một thuộc tính.

Hình 2.5 Kiểu nét vẽ của đoạn thẳng

2.2.3 Vùng tô

Một vùng tô bao gồm đường biên và vùng bên trong. Đường biên là một đường khép kín ví dụ như đa giác.Các thuộc tính của vùng tô bao gồm:

Thuộc tính của đường biên: chính là các thuộc tính như thuộc tính của đoạn

thẳng.

Thuộc tính của vùng bên trong: bao gồm màu tô và mẫu tô.

Hình 2.6 Vùng tô với các mẫu đường biên và

2.2.4 Kí tự, chuỗi kí tự

Các chuỗi kí tự giúp hiển thị nội dung các thông điệp theo một ngôn ngữ nào đó.Các thuộc tính của kí tự bao gồm :

Màu sắc của các kí tự.

Font chữ: bộ kí tự dùng hiển thị; font chữ định nghĩa kiểu, kích thước của kí tự hiển thị. Hình dạng của mỗi kí tự có thể được xác định bởi một tập các đường gấp khúc (đối với font vector) hay là mẫu các pixel (font bitmap). Có nhiều loại font khác nhau như font bitmap, font truetype, font CHR, ...

Kích thước: chiều cao và chiều rộng của kí tự. Các kí tự định nghĩa bằng đường gấp khúc có thể dễ dàng thay đổi kích thước hơn là các kí tự định nghĩa bằng mẫu các pixel.

Khoảng cách giữa các kí tự.

Sự canh chỉnh (gióng lề): canh trái (left text), canh phải (right text), canh giữa (center text), canh đều nhau (justify text).

Cách hiển thị tuần tự của các kí tự: có thể là phải sang trái, từ trên xuống dưới, từ trái sang phải, từ dưới lên trên.

Hướng của kí tự.

Hình 2.7 Dạng Bitmap và vector của font ký tự B

2.3. Giải thuật sinh đường thẳng

2.3.1 Nguyên lý chung

Trên mặt phẳng bất kỳ, một điểm được xác định bởi cặp hai giá trị tọa độ x và y mô tả khoảng cách từ điểm đó đến các trục. Điểm nằm trên đường thẳng khi giá trị tọa độ điểm thỏa mãn phương trình biểu diễn đường thẳng đó.

Xét bài toán: Vẽ đoạn thẳng đi qua 2 điểm A(x1,y1) và B(x2,y2)

Phương trình đường thẳng đi qua hai điểm A(x1,y1) và B(x2,y2) có thể biểu diễn dưới dạng y = mx + k với m = (y2 – y1)/(x2 – x1), k = y1 – mx1. Từ phương trình này có thể xây dựng quá trình vẽ đường thẳng bằng cách cho một thành phần toạ độ x hay y biến đổi theo từng đơn vị và tính giá trị nguyên của thành phần tọa độ còn lại. Do các đường thẳng được mô tả trong hệ tọa độ thực nhưng khi hiển thị trong máy tính, hệ tọa độ là lưới nguyên nên bản chất của quá trình vẽ đường thẳng chính là sự nguyên hóa các tọa độ các điểm thuộc đường thẳng và vẽ các điểm ảnh tương ứng.

Nguyên lý chung là cho một thành phần tọa độ biến đổi theo từng đơn vị và tính tọa độ nguyên còn lại sao cho gần với tọa độ thực nhất. Việc quyết định chọn x hay y biến đổi phụ thuộc vào độ rộng của đường thẳng.

Xét trường hợp hệ số góc 0< m< 1và Dx  0, khi đó độ biến thiên trên trục x sẽ lớn hơn độ biến thiên theo trục y.Cho x biến thiên mỗi lần một điểm ảnh (Δx=1)từ x1 tiến tới x2, độ biến thiên của y tính theo x nhiều nhất là một điểm ảnh.

Hình 2.8 Nguyên hóa của các tọa độ khi sinh đường thẳng

độ biến thiên của x lớn hơn độ biến thiên của y (a) và độ biến thiên của y lớn hơn độ biến thiên của x (b)