- •Список лабораторных работ
- •Понятие компьютерной графики
- •История и перспективы развития кг
- •Основные области применения компьютерной графики
- •Графические стандарты
- •Принципы формирования изображений в пк
- •Принцип действия видеосистемы пк
- •Структура ram dac
- •Программирование графики Pascal abc
- •Преобразование на плоскости 2 d и в пространстве 3 d
- •Удаление невидимых линии и поверхностей
- •(Алгоритм отсечение нелицевых граней)
- •Алгоритм плавающего горизонта
- •Ортографические проекции
- •Изометрия и диметрия
- •Закрашивание
Графические стандарты
CGA (Color Graphics Adapter) - начало 80 годов.
MCGA (Multicolor Graphics Array) - 1987 г. 320*200 256 цветов или 640*480 монохром.
HGC (Hercules Graphics Card) - первый монохромный графический стандарт.
EGA (Enhanced Graphics Adapter) - 1985 г. , разработан фирмой IBM
PGA ( Professional Graphics Adapter или EGA-Plus
VGA (Video Graphics Array) - основной графический стандарт
Стандарт |
Разрешающая. способность |
Количество цветов |
частота строк, кГц |
частота кадров, Гц |
CGA |
320*200 |
4 из16 |
15,75 |
60 |
Hercules |
720*348 |
монохром |
18,43 |
50 |
EGA |
640*350 |
16 из 64 |
21,85 |
60 |
PGA |
640*480 |
16 из 256 |
25,00 |
60 |
VGA |
640*480 |
16 из 256 |
31,50 |
70 |
|
320*200 |
256 из 262144(218) |
|
|
SVGA |
800*600 |
256 |
|
|
Разрешающая способность определяется емкостью видеопамяти (число точек по горизонтали Х, число точек по
вертикали Y, число бит цветов на одну точку), полосой пропускания, частотой строк и кадров. При воспроизведении графики разрешающую способность желательно иметь как можно выше, поскольку пользователи ПК находятся на незначительном расстоянии от экрана и лучше видят все несовершенства изображения.
Принципы формирования изображений в пк
Различают векторный и растровый способы формирования изображения.
При векторном способе электронный луч совершает обход контура воспроизводимой фигуры, перемещаясь на каждом шаге из одной точки координатной сетки в другую. В этом случае последовательность элементов матрицы состояния отображаемой фигуры генерируется программно в порядке обхода точек контура, а положение очередной точки может задаваться как в абсолютных координатах, так и в приращениях. Для прорисовки фигуры может понадобиться достаточно много таких элементарных перемещений.
При растровом способе электронный луч движется по экрану дисплея по фиксированной траектории - растру (электронный луч передвигается по горизонталям, последовательно перемещаясь с одной на другую , ). В этом случае матрица состояний узлов координатной сетки формируется последовательно - по строкам, а затем в таком же порядке электронный луч воспроизводит состояние каждого пиксела (элемент изображения).
Принцип действия видеосистемы пк
Различают графические и растровые дисплеи в зависимости от используемого способа формирования изображения: векторный или растровый.
Дисплеи обладают богатыми возможностями. Это управление цветом и яркостью изображения, быстрая смена отображаемых кадров, комбинирование графических элементов с алфавитно-цифровой информацией. Все это позволяет строить на экране динамические рисунки, моделирующие поведение отображаемого объекта, создавать изображения объемных тел, менять их положение в пространстве. Изображения формируются при помощи электронного луча, направляемого в заданные точки люминофора на экране.
Наибольшее распространение получили растровые дисплеи, поскольку они более дешевые по сравнению с графическими. Графические дисплеи применяются в дорогих графических системах.
В растровых дисплеях электронный луч на экране перемещается в некоторой прямоугольной области. Эта область называется рабочим полем. Минимально допустимые перемещения луча в рабочем поле по каждой из координат определяют на дисплее прямоугольную сетку. Узлами координатной сетки на рабочем поле являются точки растра.
Видеосистема компьютера
Схема подключения видеосистемы в современном компьютере изображена на рисунке. Для повышения операций обмена с памятью используется шинаAGP, к которой подключается плата видеоадаптера компьютера.
На рисунке изображена структура типичного современного видеоадаптера. Он состоит из следующих основных частей:
1. Видеопамять (буфер кадра, Z-буфер, буфер текстур).
2. RAMDAC (RAM+DAC) – устройство, состоящее из RAM (память) DAC (ЦАП – преобразователь цифрового сигнала в аналоговый).
3. 2D- и 3D-акселераторы (процессоры: растеризации, генерирующий треугольники, рендеринга (прорисовки), геометрических преобразований).
4. TV-тюнер (на плате или отдельно).
Основные устройства – буфер кадра и RAMDAC.
Буфер кадра – память, где размещаются видеоданные, готовые к выводу на экран. Различают Frontbuffer – из него данные непосредственно выводятся на экран, и Backbuffer - в котором производится расчет следующего кадра. Это позволяет улучшить плавность вывода изображения на экран. Иногда используется и Framebuffer – где хранится несколько кадров, готовых к выводу на экран.
Сформированное изображение попиксельно поступает в RAMDAC, где цветовой код преобразуется в аналоговые сигналы трех основных цветов (R, G, B – красного, зеленого и синего). RGB-сигнал подается в монитор для отображения.
Рассмотрим работу видеоадаптера на примере создания объемного изображения. Формирование объемного изображения можно разделить на 2 этапа: построение каркаса и рендеринг – процесс закраски каркасной модели объекта .
Каркас – геометрическая модель поверхности объекта, состоящая из треугольников. Вершины треугольников – основная информация об объекте. Эта информация обрабатывается процессором при перемещении объекта. Количество треугольников определяют степень детализации поверхности. При увеличении детализации объекта (количества треугольников) увеличивается качество отображения и требования к производительности видеосистемы. Данные о координатах треугольников поступают в 2D ускоритель, где превращаются в растровое изображение (процесс генерации треугольников). При этом скорость генерации треугольников составляет несколько единиц до несколько десятков млн/с.
При обработке каркасной модели учитываются тип и расположение источника света, текстура, вид проектирования (перспективное). Процессор выполняет необходимые вычисления и определяет цвет и интенсивность окраски растрового представления треугольника. В последнее время выпускаются видеоакселераторы, оснащенных процессорами геометрических преобразований и динамического освещения (T&L). При рендеринге учитывают:
Глубину объекта (удаленность по координате Z);
Материал объекта, форму, тип поверхности;
Источники освещения;
Видимость треугольников.
Основная характеристика рендеринга – скорость заполнения. Она составляет несколько сотен млн. pixel/с. Кроме того, следует отметить, что под буфер текстур видеосистемы отводится больше памяти (примерно в два раза), чем под буфер кадра и Z–буфер. В качестве параметров видеосистемы приводят значения fps- flip per second, т.е. количество анимированных кадров в секунду (скорость с которой видеосистема может обрабатывать кадры анимации). Этот параметр не следует путать с частотой кадра (fk=85-120 Гц, a fv=60 fps – частота обновления кадра в видеобуфере).
Для ускорения обработки в видеосистеме используется различные виды распараллеливания вычислений, аппаратная поддержка функций API (Application Programming Interface – интерфейс программирования приложений). На сегодняшний день стандартами стали два основных API – DirectX от Microsoft и OpenGL от Silicon Graphics. Исключением стало создание компанией 3Dfx программного продукта Glide OGL, выполняющего те же функции.