ĐỒ HỌA MÁY TÍNH Nội dung Chương Các khái niệm Chương Đồ họa hai chiều Chương Đồ họa ba chiều CHƯƠNG I CÁC KHÁI NIỆÂM CƠ BẢN I Giới thiệu đồ hoạ máy tính  II Hệ tọa độ  • III Các hệ màu  IV Thiết bị hiển thị  I Giới thiệu đồ hoạ máy tính -Thuật ngữ đồ họa máy tính (Computer Graphics) đề xuất nhà khoa học người Mỹ tên William Fetter vào năm 1960 ơng nghiên cứu xây dựng mơ hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing - Đồ hoạ máy tính ngành khoa học Tin học chuyên nghiên cứu phương pháp kỹ thuật để làm mô tả thao tác đối tượng giới thực máy tính - Về chất trình xây dựng phát triển công cụ hai lónh vực phần cứng phần mềm hỗ trợ cho lập trình viên thiết kế chương trình có khả đồ hoạ cao I Giới thiệu đồ họa máy tính(tt)  Ứng dụng: • -Tạo giao diện (User interfaces) • -Hỗ trợ thiết kế (CAD-Computer Aided Design) • - Lónh vực giải trí nghệ thuật • - Giáo dục đào tạo • - Biểu diễn thông tin thông qua biểu đồ, đồ thị I Giới thiệu đồ hoạ máy tính (tt) Dựa vào phương pháp xử lý liệu, phân làm hai kỹ thuật đồ họa: - Kỹ thuật đồ họa điểm: hình ảnh hiển thị thông qua pixel Đă ̣c điể m: Có thể thay đổ i thuô ̣c tính + Xóa từng pixel của mơ hình và hình ảnh đớ i tươ ̣ng + Các hình ảnh hiển thị lưới điểm rời rạc (grid) + Từng điểm có vị trí xác định hiển thị với giá trị nguyên biểu thị màu sắc độ sáng điểm + Tập hợp tất pixel grid tạo nên hình ảnh đối tượng mà ta muốn biểu diễn I Giới thiệu đồ hoạ máy tính (tt) - Kỹ thuật đồ họa vector: Xây dựng mơ hình hình học (geometrical model) cho hình ảnh đối tượng, xác định thuộc tính mơ hình hình học, sau dựa mơ hình thực q trình tơ trát (rendering) để hiển thị điểm mơ hình, hình ảnh đối tượng Ở kỹ thuật này, ta lưu trữ mơ hình tốn học thành phần mơ hình hình học với thuộc tính tương ứng mà khơng cần lưu lại tồn tất pixel hình ảnh đối tượng Ví dụ về mơ hình hình ảnh vector I Giới thiệu đồ hoạ máy tính (tt) * Tổng quan hệ đồ họa: Một hệ đồ họa gồm: phần cứng đồ họa phần mềm đồ họa + Phần cứng gồm thiết bị điện tử: CPU, Card, hình, chuột, phím, … giúp cho việc thực phát triển phần mềm đồ họa + Phần mềm gồm công cụ lập trình hàm thư viện C, Pascal, … trình ứng dụng đồ họa phục vụ mục đích Autocad, photoshop, … II Hệ tọa độ 1.Các hệ toạ độ a.Hệ toạ độ giới thực (world coordinates) hệ toạ độ dùng mô tả đối tượng giới thực -Hệ toạ độ Descartes: Bất kỳ điểm mặt phẳng mô tả cặp tọa độ (x,y), với x,y ∈R Hệ toạ độ Descartes ba chiều định nghóa theo quy ước bàn tay trái bàn tay phải z z y x (a) y x (b) Hệ toạ độ theo quy ước bàn tay phải (a) bàn tay trái (b) Hệ toạ độ theo quy ước bàn tay phải (trái) hệ toạ độ với trục x, y, z thoả điều kiện: Nếu để bàn tay phải (trái) cho ngón tay hướng chiều với trục z nắêm tay lại, chiều ngón tay chuyển động theo hướng từ trục x đến trục y Mô hình HSV (Hue, Saturation, Value) • Khơng gian HSV mơ hình hình lập phương RGB quay đỉnh black chúng • H(Hue) góc quay quanh trục values • S(saturation) từ đến • Trục V(values) tương ứng với đường chéo nối đỉnh White Black Mô hình HSV (Hue, Saturation, Value) (tt) • • • • Bắt đầu từ Hue (H cho trước V=1, S=1) Thay đổi S: Bổ sung hay bớt trắng Thay đổi V: Bổ sung hay bớt đen Cho đến có màu mong muốn Mô hình HSV (Hue, Saturation, Value) V Green(1200) Yellow Red(00) Cyan Blue(2400) Magenta H V=0 Black Trong hệ HSV, màu bão hoà khi: Ví dụ: (0, 1, 1): Red (120, 1,1): Green S S=1 V=1 V Thiết bị hiển thị Các thiết bị đồ hoạ thơng dụng hình máy tính, máy in, máy vẽ, … cho phép biểu diễn hình vẽ Hình vẽ tập hữu hạn điểm, điểm gọi Pixel có thành phần toạ độ x y V Thiết bị hiển thị • Cơng nghệ hình CRT (Cathode Ray Tubes ) • Xuất vào đầu năm 70 V Thiết bị hiển thị V Thiết bị hiển thị • Cơng nghệ hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal Displays-LCDs) -Tinh thể lỏng (Liquid Crystal): Được phát minh từ 1888, phân tử hữu cơ, kết tinh trạng thái tự nhiên, hóa lỏng bị đốt nóng hay có trường điện từ (E field) - LCD đầu tiên: 1968 - Lớp tinh thể lỏng LCD dày 0.0005 inch - Tương tự phosphors, LCDs trạng thái “on” khoảng thời gian định sau có trường điện từ (E field) Quá độ trạng thái tinh thể trạng thái lỏng LCD tiến trình từ từ Do vậy, crystals cần phải làm tươi V Thiết bị hiển thị • Các tham số hoạt động hình gồm: • + Độ phân giải (resolution): số lượng tối đa điểm hiển thị hình Ví dụ độ phận giải VGA card 320x200, 640x480, hình Super VGA 1280x1024 • + Số màu: tổng số màu hình hiển thị thời điểm • + Số bit/pixel: Mỗi điểm hình gọi pixel (viết tắt picture element) Nếu dùng b bit/pixel số màu mà hình hiển thị 2b màu • + Địa đầu vùng nhớ hình (vùng đệm khung-frame buffer hay vùng đệm làm tươi-refresh buffer): máy tính quy định vùng nhớ hình $A000:$0000 đến $B800:$0000 V Thiết bị hiển thị  • Đối với hình đen trắng, vùng đệm khung gọi bitmap, pixel bit (giá trị 1) Với ảnh màu, thông tin pixel lưu b bit ta có b giá trị màu phân biệt cho pixel Ví dụ: Vùng đệm khung mode 13 VGA card(320x200x256): (0,0) $A000:$0000 1byte/pixel (0,319) $A000:$013F Màn hình gồm: 320x200=64000 bytes $A000:$F8C0 (199,0) $A000:$F9FF (199,319) V Thiết bị hiển thị • Xác định màu trực tiếp • Giá trị nhớ Video RAM xác định trực tiếp màu điểm ảnh • Thí dụ: Chế độ hình 24 bits/pixel: bits(R) + bits(G) + bits(B) 00001001 10000110 00100101 0000100110000110 00100101 R Video RAM G B V Thiết bị hiển thị • Xác định màu gián tiếp (trên sở Palette) • Đặc tả gián tiếp, sử dụng Palette (LUT-Lookup Table) • Thí dụ: • • Chế độ hình bits/pixel biểu diễn 256 màu, Chế độ hình bits/pixel biểu diễn 16 màu … 72 Video RAM 72 1001 1010 0001 … … 1001 1010 0001 25 Lookup Table (12 bits) R G B V Thiết bị hiển thị • • Ta định nghóa tập màu làm việc bảng tra LUT (LookUp Table) Mỗi phần tử LUT định nghóa ba giá trị RGB mô tả màu Khi cần sử dụng màu, ta định số thứ tự (index) tương ứng màu LUT Ví dụ: Mỗi màu hệ RGB mã hoá 1byte, có 3byte x 8bit=24bit để biểu diễn màu cho điểm ảnh -> có tất 28x28x28=255x255x255≈16,7 triệu màu Nếu pixel mã hoá byte LUT sau: index Red Green Blue 00000000 00001000 00100001 (0,0) y x 196 …… • 196 • =2018 …… 255 •  Nếu phần tử vùng đệm khung dùng b bit để lưu thông tin pixel, LUT có 2b phần tử Nếu b=8 LUT có 28=256 phần tử, số màu hiển thị lúc hình Lập trình đồ họa với Borland C/C++ #include #include #include #include void InitGraph(void) { int driver=DETECT, mode, errcode; initgraph(&driver, &mode, ""); // Khởi tạo đồ họa errcode=graphresult(); // Kiểm tra kết khởi tạo if(errcode!=grOk) {// Xảy lỗi, in thông báo lỗi printf(“Loi hoa: %s\n”, grapherrormsg(errcode)); printf(“ Nhan phim bat ky đe thoat:”); getch(); exit(1); } } int main(void) { InitGraph(); // cac thao tac hoa tiep theo … closegraph(); // Kết thúc chế độ đồ họa … } BIOS Video mode Mode number Resolution Colors Display mode 0/1 320x200 16/256k text 2/3 640x200 16/256k text 4/5 320x200 4/256k text 640x200 2/256k text 720x350 mono text 0Dh 320x200 16/256k Graphics 0Eh 640x200 16/256k Graphics 0Fh 640x350 mono Graphics 10h 640x350 16/256k Graphics 11h 640x480 2/256k Graphics 12h 640x480 16/256k Graphics 13h 320x200 256/256k Graphics SVGA Video mode Mode number Resolution Bits per pixel Colors 100h 640x400 256 101h 640x480 256 102h 800x600 16 103h 800x600 256 105h 1024x768 256 107h 1280x1024 256 110h 640x480 15 32768 113h 800x600 15 32768 116h 1024x768 15 32768 119h 1280x1024 15 32768 111h 640x480 16 65536 114h 800x600 16 65536 117h 1024x768 16 65536 11Ah 1280x1024 16 65536 115h 800x600 24 16777216 11Bh 1280x1024 24 16777216 ... Ví dụ về mô hình hình ảnh vector I Giới thiệu đồ hoạ máy tính (tt) * Tổng quan hệ đồ họa: Một hệ đồ họa gồm: phần cứng đồ họa phần mềm đồ họa + Phần cứng gồm thiết bị điện tử: CPU, Card, hình,... Biểu diễn thông tin thông qua biểu đồ, đồ thị I Giới thiệu đồ hoạ máy tính (tt) Dựa vào phương pháp xử lý liệu, phân làm hai kỹ thuật đồ họa: - Kỹ thuật đồ họa điểm: hình ảnh hiển thị thơng qua... Chương Đồ họa hai chiều Chương Đồ họa ba chiều CHƯƠNG I CÁC KHÁI NIỆÂM CƠ BẢN I Giới thiệu đồ hoạ máy tính  II Hệ tọa độ  • III Các hệ màu  IV Thiết bị hiển thị  I Giới thiệu đồ hoạ máy tính