Изображения

Данные, используемые для подготовки рисунка, как правило, не совпадают с дан­ными, необходимыми для его визуализации (дисплейным файлом). В этом файле содержится некоторая часть, вид или отдельная сцена целого изображения, пред­ставленного в общей базе данных. Выводимое изображение обычно формируется путем поворота, переноса, масштабирования и вычисления различных проекций. Эти преобразования обычно выполняются с помощью матричных операций (4 х 4) с данными, представленными в однородных координатах. В случае, когда требуется последовательность преобразований, матрица каждого отдель­ного преобразования последовательно применяется к точкам рисунка. Однако если таких точек очень много, данный метод становится неэффективным. Гораздо удобнее другой способ, состоящий в использовании одной результирующей мат­рицы комбинированных преобразований,, полученной путем умножения матриц каждого отдельного.преобразования- Такая матричная операция называется конкатенацией. После этого вектор координат всех точек изображения умножается на матрицу комбинированного преобразования размером 4x4 для получения результирующих точек. Данный подход позволяет значительно сократить время проведения сложных матричных операций над множеством точек.

Рис.3 Двумерное отсечение

Данный процесс называется отсечением. Отсечения бывают дву- и трехмерные. В ряде случаев окно и объем отсечения могут иметь отверстия или быть неправильной формы. Стандартное отсечение по границам дву- или трехмерных областей часто реализуется аппаратно

С процессом визуализации изображений обычно связано два ключевых поня­тия: окно и поле зрения. Процесс вывода с использованием окон предусматривает извлечение части графических данных из базы путем их отсечения по границам окна. Программная реализация операций отсечения и вывода окна, как правило, требует значительного времени, что исключает возможность ее применения в ин­терактивных графических системах. С другой стороны, в сложных графических системах для этого используется специализированная аппаратура или микропро­граммные средства. Задача отсечения изображения включает выделение и отбра­сывание отрезков или их частей, лежащих вне окна. Отсеченные отрезки или их части не передаются на графическое устройство вывода.

Рис.4 Трехмерная пирамида видимости

в той системе, в которой хранится вся информация из графической базы данных. Как правило, координаты геометрических примитивов запоминаются в виде ве­щественных чисел.

Процесс отсечения значительно упрощается в случае так называемых регу­лярных окон, ребра которых параллельны осям координат.. На рис, 1-3 показан процесс отсечения на плоскости. Линии удаляются, выводятся на экран полностью или частично в зависимости от их ме­стоположения относительно границ окна. В трехмерном пространстве регулярное окно или отсекающий объем представляет собой прямоугольный параллелепипед (брус) или, для перспективных видов, усеченную пирамиду (пирамиду видимо­сти). На рис. 1-4 показана типичная пирамида видимости; ближайшая к наблюда­телю грань помечена символом N, наиболее удаленная — символом F, а стороны образованы гранями SL, SR, ST и SB.

Поле зрения — это область на экране дисплея, предназначенная для размеще­ния попавшего в окно изображения. Регулярное поле зрения на плоскости зада­ется левым, правым, верхним и нижним ребрами ограничивающего прямоуголь­ника. Поле зрения может быть определено в реальных физических координа­тах устройства, часто задаваемых в виде целых чисел. Координаты поля зрения могут быть нормализованы по некоторому произвольному диапазону, например, 0 ≤ x ≤ 1 <!. 0< y ≤ 1 задаваться в виде вещественных чисел. Содержание одного окна может быть выведено в нескольких полях зрения одного и того же устройства (рис. 1-5), Сохранение пропорций окна и поля (полей) зрения поз­воляет избежать искажений. Отображение на поле зрения графических данных.попавших после отсечения в окно, предусматривает выполнение операций пере­носа и масштабирования (приложение А).

Рис.5Несколько полей зрения для одного окна

генерации символов используются линии, то они отсекаются обычным образом. Это бывает необходимо в случае, когда символы подвергаются операции отсечения, а затем операции преобразования. Однако многие графические устройства имеют встроенные аппаратные генераторы символов, и в этом случае символы идентифи­цируются только своим кодом, а их изображение формируется непосредственно перед выводом на экран. Данная реализация намного эффективнее, но обладает меньшей гибкостью, чем программа ^генерация символов, так как не позволяет проводить Отсечение и выполнять общие преобразования, ограничивающиеся в этом случае поворотом и масштабированием.

При использовании аппаратного генератора управляющая программа графи­ческого устройства должна установить размер, ориентацию и«точку привязки сим­вола или строки текста. После этого в дисплейный файл заносятся коды символов, имеющих установленные характеристики. Затем запускается генератор текстов, который интерпретирует строку текста, задавая аппаратуре всю информацию, необходимую для изображения каждого символа. После этого символы текста пе­ресылаются на устройство вывода.

Основные направления компьютерной графики:

· иллюстративное - это направление можно понимать, расширенно, начиная с представления результатов эксперимента, растровых изображений, картин и кончая созданием рекламных роликов.

· развития - стремительно развивающаяся компьютерная графика должна обслуживать свои потребности, расширяя и совершенствуя их;

· исследования, в которых инструментарий компьютерной графики начинает играть роль во многом подобную той, которую в свое время сыграл микроскоп;

· вывод изображения на экран компьютера является неотъемлемым, но всего лишь первым шагом на пути становления машинной графики. Довольно стремительно пройдя иллюстративный отрезок пути своего развития, компьютерная графика сосредоточилась как бы на двух генеральных направлениях: придание изображению необходимой динамики и придание изображению необходимой реалистичности.

К основным достоинствам компьютерной графики относятся:

· наиболее естественные средства общения с ЭВМ;

· хорошо развитый двухмерный и трехмерный механизм распознавания образов позволяет очень быстро и эффективно воспринимать и обрабатывать различные виды данных. Как гласит старинная китайская пословица: " Одна картинка стоит 1000 слов";

· она позволяет значительно расширить полосу пропускания при общении человека с ЭВМ за счет использования разумного сочетания текста, статических и динамических изображений по сравнению со случаями, когда можно работать только с текстами. Это расширение существенно влияет на возможность понимать данные, выявлять тенденции и визуализировать существующие или воображаемые объекты при обработке;

· высокая точность, быстрота и аккуратность автоматизированного выполнения чертежно-конструкторских работ, возможность многократного воспроизведения изображений и их вариантов, получение динамически изменяющихся изображений машинной мультипликации.

И хотя компьютерная графика всего лишь инструмент, ее структура и методы основаны на комплексном использовании передовых достижений науки и техники. Широко используются достижения из области фундаментальных естественных наук (физики, химии, математики, биологии) и программирования. Это справедливо как для программных, так и аппаратных средств формирования и реализации изображения, поскольку компьютерная графика одно из бурно развивающихся направлений компьютерной индустрии.