Предмет компьютерной графики (КГ). Области применения КГ. Растровая и векторная графика. Математическое, лингвистическое, программное, техническое обеспечение систем КГ. Прикладное программное обеспечение (ПО). Прикладная модель объекта. Графическое ПО.

Компьютерная графика стала основным средством взаимодействия человека с ЭВМ. Важнейшими сформировавшимися областями приложений являются:

· компьютерное моделирование, которое явилось исторически первым широким приложением компьютерной графики,

· системы автоматизации научных исследований, системы автоматизации проектирования, системы автоматизации конструирования, системы автоматизации производства, автоматизированные системы управления технологическими процессами,

· бизнес,

· искусство,

· средства массовой информации,

· досуг.

В настоящее время появилось новое, очень интересное приложение компьютерной графики - виртуальная реальность.

Итак, под растровым (bitmap, raster) понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселей) различных цветов или оттенков.

Для векторной графики характерно разбиение изображения на ряд графических примитивов – точка, прямая, ломаная, дуга, полигон. Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т.д.).

1. Функции электронных средств графических систем. Классификация технических средств систем КГ. Типы и характеристики мониторов. Растровый дисплей. Частоты регенерации, период кадра. Разрешающая способность. Лестничный эффект.

2. Цвет в кг. Аддитивные и субтрактивные цвета. Системы rgb, cmyk.

Цветовая модель RGB. В основе одной из наиболее распространенных цветовых моделей, называемой RGB моделью, лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Каждый канал - R, G или B имеется свой отдельный параметр, указывающий на количество соответствующей компоненты в конечном цвете. Поскольку в RGB модели происходит сложение цветов, то она называется аддитивной (additive). Именно на такой модели построено воспроизведение цвета современными мониторами. Модель CMY использует также три основных цвета: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный или малиновый) и Yellow (желтый). Эти цвета описывают отраженный от белой бумаги свет трех основных цветов RGB модели. Модель CMY является субтрактивной (основанной на вычитании) цветовой моделью.

3. Видеопамять, ее необходимое количество для различных режимов работы. Битовые плоскости. Глубина цвета. Базовая и рабочая палитры. Типы видеопамяти, их достоинства и недостатки.

В ныне существующих растровых дисплеях одной из важнейших компонент, обеспечивающих взаимодействие подсистем генерации и отображения, является видеопамять.

4. Программное обеспечение (ПО) систем КГ. Базовое и прикладное ПО. Три иерархических уровня ПО. Основные графические функции APT. OpenGL, DirectX и Direct3D.

6. Форматы графических данных (файлов). Сжатие графических данных.

1. По типу хранимой графической информации:

• растровые (TIFF, GIF, BMP, JPEG);

• векторные (AI, CDR, FH7, DXF);

• смешанные (универсальные) (EPS, PDF).

7. Классификация устройств вывода. Классификация дисплеев. Векторные дисплеи. Растровые дисплеи. Плазменная панель. Жидкокристаллические индикаторы.

Устройства вывода можно классифицировать следующим образом:

1. По принципам записи (обновления) изображения:

· с произвольным сканированием луча, при котором изображение формируется при перемещении луча по экрану в соответствии с координатами строящихся элементов изображения (каллиграфические, штриховые устройства);

· с растровым сканированием луча, при котором изображение представляется в виде матрицы точек. Изображение на экране формируется при перемещении луча в соответствии с разверткой слева-направо по строке и сверху-вниз по строкам с подсветкой требуемых точек.

2. По принципам отображения:

· периодическая регенерация информации на экране из неотображающей памяти;

· использование отображающего устройства сохранения изображения.

3. По технологическим способам вывода (свечение люминофора, вычерчивание пишущим узлом, перенос красителя и т.п.).

В векторных дисплеях изображение строится в виде совокупности отдельно и достаточно точно выдаваемых отрезков.

Основными качествами векторных дисплеев являются:

· векторное представление с высоким разрешением,

· динамическое представление с преобразованиями в реальном масштабе времени,

· высокая интерактивность.

Параметры векторных дисплеев по разрешению, достигнутые уже более десятилетия назад, все еще проблематичны для растровых устройств. Поэтому такие дисплеи хорошо подходят для задач САПР, в которых требуется быстрое представление большого числа отрезков и малое время ответа на воздействие пользователя.

Растровый (телевизионный) принцип формирования изображения заключается в разложении изображения на горизонтальные строки, состоящие из отдельных элементов. Вывод такого изображения осуществляется независимо от процесса построения с одинаковой скоростью последовательным сканированием по строкам в направлении сверху-вниз от 25 до 80 раз в секунду. В отличие от векторных дисплеев, в силу отделения процесса формирования картины от процесса ее вывода, сложность немерцающего изображения не ограничена.

Растровые дисплеи имеют наиболее широкое распространение, что связано со следующими основными свойствами устройств этого класса:

· обеспечивается наивысшее качество при меньшей стоимости,

· полные цветовые возможности и легкость представления закрашенных поверхностей,

· возможность совместимости с телевидением позволяет смешивать синтезированные и естественные изображения и поддерживать новые технологии в телекоммуникациях (видеотекст, системы Multimedia),

· интерактивная компьтерная графика и обработка изображений могут выполняться в рамках одной системы,

· сложность немерцающего изображения практически неограничена,

· телевизор хорошо знаком каждому как привычный предмет обихода.

Дисплеи с плазменной панелью (Plasma Display Panels - PDP) используют явление свечения при разряде в газе. Первые плазменные панели состояли из параллельных покрывающих прозрачных пластин, пространство между которыми заполнено газом (на основе неона) под атмосферным давлением. Между покрывающими пластинами находится стеклянная пластина с отверстиями (маска), разделяющая газ на растр из маленьких ячеек. Таким образом каждая ячейка представляет собой нечто вроде маленькой неоновой лампочки (на самом деле - тиратрона).

Дисплеи на плазменной панели в некотором смысле идеальные устройства. Имеются все важнейшие качества, вплоть до цветовых возможностей:

· большой угол наблюдения (до 160°), так как свет излучается во всех направлениях,

· изображение может запоминаться, выборочно стираться и строиться снова,

· поточечная адресация позволяет использовать как векторные, так и растровые принципы построения изображения,

· панель плоская, поэтому дисплей может иметь много меньшие размеры, чем дисплей на электронно-лучевой трубке,

· картинка, независимо от ее сложности и структуры полностью лишена мерцания,

· информация от внешних источников изображений, например, слайдов или фильмов может проецироваться сквозь этот дисплей, обеспечивая таким способом простое смешение с картинками, сформированными компьютером.

ЖК-дисплеи имеют два таких перекрещенных поляризатора с перекрученным жидким кристаллом между ними. Благодаря вращению плоскости поляризации ЖК-цепочками свет проходит и дисплей становится ярким. При приложении электрического поля к взаимноперпендикулярным прозрачным электродам, нанесенных на внутренние стороны пластин, эффект поворота плоскости поляризации пропадает и соответствующий пиксел становится темным.