Лекция 3 Концепции графического программирования Областью графического

Лекция 3 Концепции графического программирования

Областью графического программирования является компьютерная графика. Для графического программирования необходимы специальные графических программы: - драйверы устройств; - графические библиотеки.

Драйвер устройства - набор аппаратно-зависимых кодов, управляющих процессором графического устройства. При этом электронный пучок оказывается направленным в нужное место. Драйверы являются аппаратнозависимыми и жестко привязаны к конкретным

Использование драйвера устройства При переходе на другое графическое устройство графическую программу придется переписывать с использованием новых команд драйвера.

Графическая библиотека представляет собой набор подпрограмм, предназначенных для решения определенных задач. Конкретная подпрограмма может изображать на экране прямую, круг или иной объект. Графическая библиотека основывается на командах драйвера устройства.

Использование графической библиотеки Open. GL — расширение графической библиотеки GL - фирменной графической библиотеки для компьютеров Silicon Graphics

Системы координат Для вывода изображения объекта на экран графического устройства необходимо решить две основные задачи: - указать положение всех точек объекта в пространстве; - определить положение их проекций на мониторе.

Системы координат графического устройства Одна и та же точка может задаваться разными парами U и V в зависимости от положения начала координат, направления осей и масштаба

Виртуальная система координат устройства фиксирует точку отсчета, направление и масштаб осей для всех рабочих станций. Точка, положение которой задается в виртуальной системе координат, на любом экране будет попадать в одно и то же место.

Виртуальная и обычная системы координат графического устройства позволяют задавать положение точки на плоском экране.

Существует три трехмерных систем координат: -внешняя система координат (т. н. мировая); -система координат модели; -система координат наблюдателя.

Внешняя или мировая система координат - это опорная система, используемая для описания интересующего нас мира. Внешней она является по отношению к объектам этого мира.

Система координат модели определяет форму объекта координатами всех или некоторых характеристических точек. Система координат модели перемещается вместе с тем объектом, к которому она привязана

Расположение и ориентация любого объекта задаются относительным положением и ориентацией модельной системы координат данного объекта по отношению к внешней системе координат. Относительное расположение и ориентация систем координат определяются матрицей преобразования.

Применение матриц преобразования позволяет получить координаты любой точки любого объекта во внешней системе.

Система координат наблюдателя Проецирование трехмерных объектов или их точек на монитор подобно тому, как они проецируются на сетчатку человеческого глаза

В компьютерной графике используется два вида проекций: перспективная и параллельная Точка зрения - это глаз наблюдателя. Точка наблюдения - это точка объекта, определяющая направление «луча зрения» . Вектор, проведенный от точки зрения к цели,

Точки проекции, получаемые любым из описанных методов, легко могут быть рассчитаны, если координаты точек проецируемого объекта даны в системе координат xv y v z v. Система координат xv yv zv называется наблюдательской

Точка зрения и точка наблюдения

Вычисление координат в перспективной проекции

Взаимоотношение систем координат

Преобразования между системами координат

Процедура расчета точек проекции с использованием матриц преобразования: 1. Координаты проецируемой точки преобразуются из модельных в мировые при помощи матрицы преобразования. 2. Координаты этой точки преобразуются из мировой системы координат в наблюдательскую. 3. Координаты в наблюдательской системе координат преобразуются в значения Xs и Ys по формулам, а затем — в виртуальные координаты устройства. 4. Виртуальные координаты устройства преобразуются в обычные подпрограммой драйвера.

Окно и видовой экран В компьютерной графике окно — это область пространства, проецируемая на монитор. Объекты, находящиеся вне окна, на мониторе не появляются. Видимая область пространства, называемая просматриваемым объемом, зависит от типа проекции.

Окно и просматриваемый объем для параллельной проекции

Окно и просматриваемый объем для перспективной проекции

Ближняя и дальняя плоскости

Видовой экран - область экрана, где отображается проецируемое изображение В эту область проецируется просматриваемый объем, определяемый «обычным» окном.

Примитивы - это элементы графики, которые могут отображаться графической библиотекой

Виды отрезков Виды штриховок Виды маркеров

Устройство графического ввода (мышь) может работать в трех режимах: опрос, запрос и выбор. В режиме опроса осуществляется постоянное считывание состояния устройства ввода. В режиме запроса положение локатора считывается при нажатии на кнопку мыши. В режиме выбора устройство графического ввода идентифицирует элемент экрана, на который указывает курсор в момент нажатия кнопки.

Дисплейный файл - группа команд графической библиотеки, сохраненная для последующего выполнения. Дисплейный файл обеспечивает удобство и эффективность упорядочения и обработки команд библиотеки.

К дисплейному файлу могут быть применены следующие операции: -множественное выполнение - один и тот же файл можно выполнять много раз; -иерархическое выполнение - иерархическим называется дисплейный файл (родительский), вызывающий другие дисплейные файлы (дочерние); -удаление - дисплейный файл может быть удален.

Удаление невидимых линий и поверхностей заключается в блокировании отображения отрезков или поверхностей, скрытых от наблюдателя

Основы метода z- буфера

Для имитации реальной сцены нужно воспроизвести эффекты, создаваемые светом, падающим на поверхности объектов. Этот процесс называется визуализацией или тонированием. Две основные технологии визуализации: затушевывание и трассировка лучей.

Процедура затушевывания аналогична удалению невидимых поверхностей с той разницей, что пикселы одной поверхности окрашиваются разными цветами в соответствии с цветом и интенсивностью отраженного света в точке, проецируемой на этот пиксел.

Поверхность объекта может быть освещена светом, исходящим непосредственно от источников, то есть прямым светом, а также светом, отраженным от других поверхностей, дающим окружающее освещение

Прямое и окружающее освещение Отражение света от точечного источника рассматривается как комбинация двух видов отражения: диффузного и зеркального.

Диффузное отражение состоит в том, что поверхность поглощает свет, а затем переизлучает его равномерно во всех направлениях

Зеркальное отражение - прямое отражение света поверхностью

Метод трассировки лучей Затушевывание не применимо в случае множества объектов, особенно если некоторые из них прозрачны, а другие преломляют лучи.

Рассматривают траектории конечного числа лучей в обратном направлении. Луч проходит из центра проекции сквозь каждый пиксел и прослеживается в обратную сторону до тех пор, пока он не выйдет из просматриваемого объема, не упадет на рассеивающую поверхность или не войдет в источник света

Если луч достиг источника света, это означает, что между источником и экраном отсутствуют непрозрачные препятствия, поэтому пиксел окрашивается в цвет источника. Если луч выходит из просматриваемого объема, значит, никакие объекты на данный пиксел не проецируются, и он должен быть окрашен в цвет фона. Если же луч падает на рассеивающую поверхность, проследить его траекторию дальше невозможно. В этом случае цвет пиксела окрашивается в цвет отражаемого данной поверхностью света.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !