Область применения компьютерной графики



страница1/5
Дата19.05.2016
Размер1.35 Mb.
  1   2   3   4   5
Область применения компьютерной графики

Компьютерной графики - это специальная область информатики, которая изучает методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе. Распространение компьютерной графики началось с полиграфии, но вскоре она получила широкое распространение во всех областях человеческой деятельности. Компьютерную графику можно разделить на несколько направлений:



  • полиграфия

  • двухмерная графика

  • web-дизайн

  • мультимедиа

  • 3D-графика и компьютерная анимация

  • видеомонтаж

  • САПР и деловая графика

Для каждой сферы применения создано свое программное обеспечение, включающее разные специальные программы.

Графическая система, графическое ядро

Графические системы служат для создания, поиска, хранения, модификации и вывода графических данных. Графические системы могут быть пассивными и интерактивными. Пассивные системы обеспечивают вывод графических изображений, при этом человек не может прямо воздействовать на графические преобразования. Интерактивные системы дают возможность человеку динамически управлять изображением в режиме диалога. Графические системы применяются при синтезе изображения, анализе изображения и обработке изображения. При синтезе изображения из описания объекта, который составил пользователь, получается геометрическая модель объекта с последующим отображением на экране. Анализ изображения выполняет обратную задачу, т.е. из имеющегося графического изображения получают формальное описание объекта.

Функции графических систем:

- ввод данных;

- вывод графических изображений;

- обработка запросов пользователей;

- поиск и хранение данных;

- выполнение преобразований графической информации.

Основное назначение графической системы состоит в преобразовании двух или трехмерной модели объекта, который формируется прикладной программой, в графические команды и данные, которые либо передаются на устройства, либо запоминаются в той или иной графической структуре данных.

Графическая система ПК состоит из аппаратной и программной частей. Аппаратная часть включает видеоадаптер, монитор и интерфейсы, которые обслуживают графическую систему: один между адаптером и северным мостом, второй – между видеоадаптером и устройством отображения. Программная часть обеспечивает поддержку интерфейсов видеоадаптера, монитора и приложений на уровне BIOS, ОС, драйверов и специализированных прикладных языков программирования (API). Графическая система используется всеми прикладными программами. Приложение использует функции видеоадаптера при посредничестве драйвера, который интерпретирует команды для графического процессора. В соответствии с полученными командами видеоадаптер выводит на монитор изображение.

Графическая система решает задачи:

- 2D графики. Это задачи интерфейса GUI (Graphic User Interface). Графическим ядром Windows являются библиотеки GDI и новая версия GDI+.

- 3D графики. 3D графика представляет собой геометрические модели объектов. Эти модели, как правило, создаются и обрабатываются специальными программами, которые выполняются на ЦП и хранятся в ОП ПК. Графическая система используется в основном для вывода трехмерных сцен. Современные видеоадаптеры могут самостоятельно осуществлять создание и обработку геометрических моделей.

- задачи вывода и обработки видеографики.

Графической подсистемой часто считается часть операционной системы, которая обеспечивает решение задач компьютерной графики. В нее входят программные средства ввода, обработки и отображения графической информации, а также преобразование данных в графическую форму. Например, пакет OpenGL для Windows. Графическая подсистема состоит из ядра и обширной библиотеки графических функций graphics.lib (ее нужно подключать при компоновке программного модуля).

Графический примитив – это простейший геометрический объект, создаваемый и обрабатываемый как единое целое и отображаемый на устройстве вывода. Существуют графические примитивы двухмерной и трехмерной графики, каждый примитив имеет определенный набор атрибутов. В качестве примеров примитивов можно привести точку, линию, прямоугольник, овал, пирамиду, куб и т. д. В качестве атрибутов – цвет, толщину и форму линии. Основное значение графических примитивов - обеспечить наличие программных средств для рисования всевозможных геометрических объектов. Условно можно разбить все графические примитивы по типу рисуемых ими графических объектов на две группы: контурные и площадные. Функции первой группы рисуют всевозможные контурные линии. Ко второй группе относятся функции, предназначенные для рисования геометрических фигур с закрашиванием ограничиваемых ими областей.



Графическое ядро является частью графической системы. Графическое ядро имеет собственную систему команд и набор элементарных функций работы с графикой. Графическое ядро реализует определенный набор графических примитивов. Основной функцией графического ядра является поддержка вывода графических примитивов.


Создание компьютерного изображения


Независимо от источника получения компьютерного изображения его свойства характеризуются набором основных параметров, включающих размер изображения, разрешение, формат, тип цветовой модели и палитру (цветовое разрешение). Процедура создания цифрового изображения обычно включает три этапа:

  • ввод или получение изображения

  • обработку изображения

  • вывод изображения

На этапе ввода или получения изображения цифровой аппарат или сканер преобразуют (оцифровывают) световую информацию в численные значения, которые сохраняются в файле изображения. В фазе обработки изображения с помощью специального программного обеспечения (графического редактора) происходит обработка числовой информацией об изображении, сохраненной на предыдущем этапе в виде файла. Основной задачей данного этапа является выполнение последовательности шагов для улучшения введенного в компьютер оригинального изображения путем управления и настройки яркости, контраста, цветности, резкости, кадрирования и других. При выводе изображения реализуется обратная процедура, связанная с преобразованием чисел, хранящихся в файле изображения, в готовое изображение аналогичное тому, которое было введено в компьютер на первом этапе. Каждый из перечисленных этапов работы с изображением характеризуется своим типом разрешения. Понятие разрешения включает в себя пространственное разрешение и яркостное разрешение.

Пространственное разрешение (или просто разрешение) характеризует количество мельчайших элементов информации, из которых состоит изображение.

Яркостное разрешение характеризует количество уровней яркости, которые может принимать отдельный пиксель. Чем выше яркостное разрешение, тем большее число уровней яркости будет содержать файл изображения. Таким образом, разрешение – это совокупность размера изображения в пикселях и глубины цвета.

Основные сведения о графическом режиме ПК


В самых общих чертах работа с дисплеем ПК в графическом режиме может быть представлена следующим образом. Экран дисплейного монитора представляется, как набор отдельных точек – пикселей, образующий прямоугольный растр. Число пикселей определяет разрешающую способность графической системы и обычно отражается парой чисел, первое из которых показывает количество пикселей в строке, а второе - число строк. Каждому пикселю экрана ставится в соответствие фиксированное количество битов (атрибут пикселя) в некоторой области адресного пространства центрального микропроцессора ПК. Атрибут пиксела (т.е. существенная характеристика пиксела) – это определенное число битов в адресном пространстве ПК. Эта адресное пространство называется видеопамятью, как правило, оно является частью дисплейного адаптера (видеоадаптера) - специального устройства, управляющего работой монитора. Видеоадаптер, в частности, осуществляет циклическое воспроизведение содержимого видеопамяти на экране монитора. Причем изображение каждого пикселя определяется текущим значение его атрибута. Такой подход получил название битовой карты - bit-mapped graphics. Программе, выполняющейся на ПК в графическом режиме, доступны для чтения/записи все пиксели видеопамяти.

Совокупность экранного и цветового разрешения графического режима определяет количество видеопамяти, необходимое для его реализации. В ряде случаев возможно одновременное существование в видеопамяти двух или более областей одинаковой структуры, каждая из которых содержит атрибуты всех пикселей экрана. Такие области называются страницами. В данный момент времени любая из страниц может отображаться видеоадаптером на дисплее, занимая при этом весь экран. Наличие страниц позволяет программе мгновенно менять изображение на экране, просто переключаясь с одной страницы на другую. В частности, это дает возможность проводить всю “черновую работу” по подготовке графического изображения на неотображаемой в настоящий момент времени странице, избегая появления на экране побочных графических эффектов.

Если каждый пиксель в графическом режиме представляется n битами, то в таком режиме имеется возможность одновременно представить на экране N_pallette=2**n оттенков цвета (палитра режима).

Графический конвейер

Графическая обработка основывается на понятии конвейера, при которой графические данные проходят последовательно несколько этапов обработки - выходные данные одного этапа сразу передаются на вход следующего. Рассмотрим универсальный графический конвейер и выделим в нем 5 этапов (G, T, X, R, D).

Графическая обработка реализуется аппаратно (видеокарта) и программно, но в любом случае она состоит из пяти этапов.

Графические данные проходят



1) Этап генерации (G) - создание и модификация прикладных структур данных.

2) Этап обхода (T) прикладных структур данных и получение соответствующих графических данных.

3) Этап преобразования (X

На этапе геометрической обработки графического конвейера выполняется преобразование координат (применение мировой, видовой и проекционной матриц) вершины, перевод вершины в пространство отсечения, расчет освещения, применение материалов, определение цвета каждой вершины с учетом всех источников света и генерация текстурных координат.

После выполнения этих операций наступает компоновка примитива. В этой части конвейера вершины группируются в треугольники и подаются в растеризатор.

Растеризация (растрирование) – это процесс преобразования изображений векторной графики в растровое изображение. Текстура – это дву или трехмерное изображение, которое накладывается на части объекта.



4) На этапе растеризации (R) Растеризатор делит треугольник на фрагменты (пиксели), для которых рассчитываются текстурные координаты и цвет. Затем для каждого фрагмента происходит выполнение следующих операций: проверка принадлежности пикселя, наложение текстур (заданные для фрагмента координаты текстуры определяют цвет из элементов текстурного изображения — текселей, значение этого цвета комбинируется с цветом фрагмента), применение эффектов и т.д. После обработки всех этих методов полученный фрагмент помещается в буфер кадра, который впоследствии выводиться на экран. В каждую из этих частей графического процессора (геометрический блок и растеризатор) можно вставить свой определенный шейдер. Шейдер — это специальная программа, которая использует определенные программируемые регистры видеокарты для создания различных графических эффектов. Ше́йдер— это программа, используемая в трёхмерной графике для определения окончательных параметров объекта или изображения. Это может включать в себя произвольной сложности описание поглощения и рассеяния света, наложения текстуры, отражение и преломление, затенение, смещение поверхности и эффекты пост-обработки.

Существует два различных шейдера: вершинный шейдер (vertex shader) и пиксельный шейдер (pixel shader).



5) На этапе вывода (D) происходит сканирование буфера кадра и вывод изображения на экран дисплея.

Аппаратная реализация конвейера:

В GPU обычно имеется нескольких блоков обработки информации, а именно: блок обработки 2D графики, блок обработки 3D графики, в свою очередь, обычно разделяющийся на геометрическое ядро (плюс кэш вершин) и блок растеризации (плюс кэш текстур) и др.

В упрощенной модели графического конвейера особое значение имеет обработка геометрии и обработка фрагментов.
Программная реализация конвейера:

Два первых этапа (Этап генерации (G) - создание и модификация прикладных структур данных и Этап обхода (T) ) сильно зависят от приложения, от графического интерфейса пользователя и от способа организации самой прикладной программы (эти этапы могут быть совмещены). Поэтому графические системы общего назначения поддерживают главным образом последние три этапа, которые собственно и реализуют рендеринг.



Каталог: wp-content -> uploads -> 2012
2012 -> Система социальной помощи семье, воспитывающей ребенка с ограниченными возможностями здоровья, в учреждениях социального обслуживания семьи и детей
2012 -> Коалиция организаций ветеранов боевых действий Дальневосточного Федерального округа «Боевое братство дв»
2012 -> Стерлитамакский филиал
2012 -> Питання про виникнення людини хвилює людство здавна. У XIX ст
2012 -> Методические рекомендации по проведению занятий с применением интерактивных форм обучения
2012 -> Тема опыта
2012 -> Вопросы к экзамену Планирование и организация работы кадровой службы Современные концепции управления персоналом
2012 -> Танцевально двигательная
2012 -> Современной


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©dogmon.org 2019
обратиться к администрации

    Главная страница