Một số ứng dụng của đồ họa máy tính

B TR NG CÔNG TH NG I H C CÔNG NGHI P TP.HCM H A MÁY TÍNH Ths Tr n Bá Bá Ánh Email: Email: tranbaanh@gmail.com Tài li u tham kh o C S H a Máy Tính - Hoàng Ki m, D ng Anh c Francis S Hill, Computer Graphics WWW 10/05/2010 Th i l ng ch ng trình 30 LT + 60 TH (T ng: 90 Ti t) Qui nh ngh h c không quá: 20% s ti t (không bu i) i m ki m tra mi ng: (1 i m L y gi th c hành, i m Ch m v ghi) i m ki m tra gi a k : >=5 m i k (Không t ch c thi l i gi a k ) c phép d thi cu i D thi cu i k : Ngh h c không bu i+ k >=5 i m gi a 10/05/2010 Gi I THI U V H A MÁY TÍNH M t s ng d ng c a h a máy tính Khái ni m v h a máy tính T ng quan v m t h t a M ts 10/05/2010 ng d ng c a h a máy tính 10/05/2010 10/05/2010 10/05/2010 10/05/2010 10 10/05/2010 11 10/05/2010 12 Khái ni m v Khái ni m v h a máy tính h a máy tính h a máy tính (Computer graphics) ngành khoa h c nghiên c u nh ng v n liên quan t i vi c s d ng máy tính phát sinh hình Các v n liên quan n công vi c bao g m: t o, l u tr , thao tác mô hình nh h a máy tính cung c p m t nh ng ph nh t cho vi c truy n t thông tin v i máy tính ng cách t nhiên có th thi t k cài t ch ng trình ng d ng h a c t t, vi c tìm hi u kh n ng c a công c l p trình, c n n m v ng khái ni m v ph n c ng , nguyên lí liên quan n cài t ph n m m, thu t toán, ng d ng 10/05/2010 14 T ng quan v m t h t a I Ph n c ng Thi t b hi n th C u t o c a hình CRT (Cathode Ray Tube) 10/05/2010 16 Thi t b hi n th - - - 10/05/2010 S l ng t i a i m có th hi n th m t CRT c g i phân gi i (resolution) M t nh ngh a  ác h n c a phân gi i s l ng i m m t cm có th c v theo chi u ngang chi u d c Kích th c v t lí c a hình h a c tính theo dài c a ng chéo mành hình, th ng dao ng t 12 n 27 inch (1 inch = 2.54 cm) 17 Màn hình d ng i m (raster scan display) - 10/05/2010 Chùm tia i n t s c quét ngang qua hình, m i l n m t dòng quét tu n t t xu ng d i 18 Màn hình d ng i m (raster sacn display) 10/05/2010 19 Màn hình d ng i m (raster sacn display) Quá trình t o hình nh c a tia quét 10/05/2010 20 Màn hình d ng i m (raster sacn display) - - - M i i m hình element) c g i m t pi✁el (picture Các thông tin v hình nh hi n th hình c l u tr m t vùng b nh g i vùng m làm t i (refresh buffer) Vùng b nh l u tr t p giá tr c c a toàn b i m hình 10/05/2010 ng sáng 21 Màn hình d ng i m (raster sacn display) thay i hình nh c n hi n th , giá tr t ng ng v i v trí sáng ph i c t vào vùng m khung Song ánh gi a vùng 10/05/2010 m khung hình 22 Màn hình d ng i m (raster sacn display) i v i hình en tr ng, vùng m khung c g i bitmap, v i hình khác vùng m dung th ng c g i pi✂map t o nh en tr ng, n gi n ch c n l u thông tin c a m i pixel b ng bit (0: t t (t i); 1: b t (sáng) pixel hình) 10/05/2010 23 Màn hình d ng i m (raster sacn display) N u nh nhi u màu c n nhi u bit h n N u thông tin c a m i pixel c l u b ng b bit, ta có th 2b giá tr màu phân bi t cho pixel ó Trong hình màu, ng i ta l p b ng màu LUT (LookUp Table) M i ph n t c a LUT nh ngh a m t b ba giá tr R (Red) G (Green) B (Blue) mô t m t màu ó Khi c n s d ng m t màu, ta ch c n ch nh s th t t ng ng c a màu ó LUT 10/05/2010 24 Màn hình d ng i m (raster sacn display) Vi c làm t i hình c th c hi n t c n 80 frame/giây ôi t c làm t i bi u di n b ng n v Hertz (Hz s chu k /giây) T c làm t i 60 frame/giây 60 c n gi n 60 Hz Khi t n cu i m i dòng quét, tia i n t qua tr l i bên trái hình b t u dòng quét k ti p Và t i cu i m i frame, l i tr l i góc bên trái c a hình chu n b b t u frame k ti p 10/05/2010 25 Màn hình d ng i m (raster sacn display) tránh nh p nháy, chia frame thành hai tr ng Các dòng quét ch n Các dòng quét l Quét luân phiên nhóm ch n l 10/05/2010 t o nh an chéo 26 Màn hình d ng i m (raster sacn display) 10/05/2010 27 Công ngh hình CRT màu (tt) Color CRTs có: Ba súng b n tia i n t M t n shadow mask khu bi t tia i n t 545 580 440 10/05/2010 28 II Các h màu Màu s c c m giác mang n cho h th n kinh c a ng i t s k t h p tín hi u c a ba lo i t bào c m th màu m t ng i C m giác c ng b nh h ng "dài h n" t trí nh l u l i trình h c h i t l n lên xã h i, "ng n h n" b i hi u ng ánh sáng c a phông n n Màu s c c a m t tia ánh sáng c m giác màu mà tia sáng ó gây nên m t ng i Màu s c c a v t th màu s c c a ánh sáng xu t phát t chúng 10/05/2010 29 Không gian RGB Không gian RGB mô t màu s c b ng ba thành ph n Red, Green, c minh Blue Không gian h a b ng m t kh i l p ph ng v i tr c R, G, B M i màu không gian RGB u c bi u di n nh m t vector thông qua ba vector c s Red, Green, Blue Do ó, ng v i t h p khác c a ba màu s cho ta m t màu m i 10/05/2010 30 Không gian RGB ✄⋮☎ ✆￣ ☎✝✞ ✟ ✠︿✡ ☛✝✡ ☞ùng không gian RGB : Không gian RGB chu n công nghi p cho thao tác ー h a máy tính Có th chuy n ︲i qua l i giぃa không gian RGB v︵i không gian màu khác nh CIE, CMY, HSL, HSV, Các thao tác tính toán không gian RGB th ︹ng n gi n h n M⋮t s￣ b t l︿i : Các giá tr RGB c﹁a m⋮t màu khác ￣i v︵i hình khác Sぇ mô t màu th gi︵i thぇc ￣i v︵i không gian RGB nhi u h n ch b［i không gian RGB không hoàn toàn phù h︿p v︵i sぇ c m nh n màu s c c﹁a ng ︹i 10/05/2010 31 Không gian HSL Không gian HSL c bi u di n h t a tr , hình minh h a hai hình nón úp vào H (Hue) to ng v i góc quay, S (Saturation) t a g c, L tr c th ng ng H ✌ ✍ ✎ ✏ác màu t bão hòa S = L = 0.5 10/05/2010 32 Không gian HSL ✑ t s thu n l i c a không gian HSL : Không gian HSL g n v i s c m nh n thu c tính màu s c c a ng i h n không gian RGB Các màu c xác nh d dàng h n Vi c ki m soát màu c s HSL d h n cho nh ng ng làm quen v i ch ng trình h a i m i M ts b tl i: Vi c thêm vào m t vector không th th c hi n n gi n nh không gian RGB (ch thêm vào thành ph n màu) Các thao tác l ng giác bi n i s nh h ng k nt c c a ch ng trình C n ph i qua hi u ch nh gamma tr nh không gian khác) c hi n th (gi ng 10/05/2010 33 Không gian HSV Không gian HSV th c ch t c ng ch m t s bi n i khác c a không gian RGB Không gian HSV c mô hình b ng hình l p ph ng RGB quay nh Black c a H (Hue) góc quay quanh tr c Values, S (Saturation) i t n 1, tr c V (Values) v y t ng ng v i ng chéo n i nh White Black 10/05/2010 34 Không gian HSV M t s thu n l i c a không gian HSV : Không gian HSV d dàng áp ng màu s c c a ch ng trình h a c ✒ây d ng d a s b t ch c lu t tr n màu c a ng i h a s Do không c n s d ng phép bi n i l ng giác mu n chuy n sang không gian RGB nên không gian HSV có nhi u thu n l i v m t tính toán h n so v i không gian HSL M ts b tl i: C n có phép hi u ch nh gamma 10/05/2010 35 Không gian HSV RGB HSL HSV Chu n công nghi p cho thao tác ー h a máy tính Hình th﹃c bi n ︲i khác c﹁a không gian RGB Hình th﹃c bi n ︲i khác c﹁a không gian RGB Liên h trぇc ti p v︵i ph n c﹃ng Liên h g n h n v︵i sぇ c m nh n màu s c c﹁a ng ︹i Liên h g n h n v︵i sぇ c m nh n màu s c c﹁a ng ︹i Là chuy n ︲i cu￣i cho t t c nhu c u hi n th òi h、i phép bi n ︲i ph﹃c t p ã n gi n hóa thao tác tính toán Không th chuy n sang hình khác (ph︽ thu⋮c thi t b ) ⋮c l p thi øt b ⋮c l p thi t b Không có sぇ t ng ﹃ng 1-1 v︵i cách c m nh n màu c﹁a ng ︹i Có Có Mô hình hình l p ph Mô hình hai hình nón úp vào Mô hình hình nón ng ︿c chu n hóa v ⋮ bão hòa t max S =1 Tr⋮n màu không rõ ràng 10/05/2010 ︿c chu n hóa v ⋮ bão hòa =0.5 Rõ ràng t max S =1, L n ︿c chu n hóa v ⋮ bão hòa =1 t max S =1, V Rõ ràng 36 III Các thi t b nh p Bàn phím : Xu t hi n h u h t máy tính, thi t b nh p d li u d ng v n b n s Chu t : Ng i ta dùng chu t tr ch n (pointclick) ch c n ng phù h p v i yêu c u c a B ng cách này, giao ti p gi a ng i dùng máy tính ngày thân thi n d dàng h n Ngoài c ng có m t s thi t b nh p khác h v i chu t nh track ball, 10/05/2010 37 IV Ph n m m Ph n m m Ph n m m h a có th phân thành lo i : công c l p trình trình ng d ng h a ph c v cho m t m c ích ó Các công c l p trình cung c p m t t p hàm h a có th c dùng ngôn ng l p trình c p cao nh C, Pascal, Trong ó, ng d ng h a c thi t k ng i dùng không ph i l p trình viên, cho phép t o i t ng, hình nh, mà không c n quan chúng c t o nh th Ví d nh AutoCAD, 10/05/2010 cho nh ng ng i dùng tâm t i vi c Photoshop, 38 Bi u di n t a Thông th ng h h a s d ng h t a Descartes mô t i t ng N u t a c a i t ng c mô t h t a khác nh t a c u, , chúng ph i c chuy n v t a Descartes tr c dùng 10/05/2010 39 Qui trình hi n th Tr c tiên mô t i t h t a riêng c a chúng Các h t a (modeling coordinates) it ng ng thành ph n c a m t nh ph c t p thu n ti n cho vi c bi u di n t a c g i h t a mô hình Khi i t ng thành ph n c bi u di n xong, s t chúng vào v trí t ng ng nh s d ng h t a th gi i th c (world coordinates) Sau cùng, mô t c a nh h t a th gi i th c s c chuy n n m t ho c nhi u h t a khác c a thi t b hi n th , tùy vào mu n hi n th thi t b Các h t a c g i h t a thi t b (device coordinates) 10/05/2010 40 Qui trình hi n th Thông th ng, h h a chuy n th gi i th c t i h t a thi t b coordinates) có chi u n v tr thi t b i u làm cho h th ng khác it ng mô t h t a chu n (normalized device c chuy n t i h t a c l p v i nhi u lo i thi t b 10/05/2010 41 Các hàm h a Các hàm h a cung c p kh n ng t o thao tác hình nh Các hàm c phân lo i nh sau : T p công c t o ng cong, vùng tô, kí t , it ng h a c s nh T p công c thay i thu c tính dùng i t ng h a c s nh màu s c, ki u T p công c th c hi n phép bi n kích th c v trí, h ng c a i t ng, T p công c bi n i h quan sát dùng t ng v trí thi t b hi n th c dùng i m, o n th ng, thay i thu c tính c a ng, ki u ch , m u tô, i hình h c dùng thay i nh v trí quan sát hi n th i t ng i ✓ác T p công c nh p li u : Các ng d ng h a có th s d ng nhi u lo i thi t b nh p khác nh bút v , b ng, chu t, bàn phím, i u n ✓ lí dòng d li u nh p Cu i t p công c ch a thao tác dùng cho vi c qu n lí i u n ví d nh ✓óa toàn b hình, thi t l p ch h a, 10/05/2010 42 [...]... ⋮ bão hòa =1 t max khi S =1, V Rõ ràng 36 III Các thi t b nh p Bàn phím : Xu t hi n trong h u h t các máy tính, nó là thi t b nh p d li u d ng v n b n và s Chu t : Ng i ta dùng chu t tr và ch n (pointclick) các ch c n ng phù h p v i yêu c u c a mình B ng cách này, giao ti p gi a ng i dùng và máy tính càng ngày càng thân thi n và d dàng h n Ngoài ra chúng ta c ng có m t s thi t b nh p khác cùng h v... n s d ng các phép bi n i l ng giác khi mu n chuy n sang không gian RGB nên không gian HSV có nhi u thu n l i v m t tính toán h n so v i không gian HSL M ts b tl i: C n có các phép hi u ch nh gamma 10/05/2010 35 3 Không gian HSV RGB HSL HSV Chu n công nghi p cho các thao tác ー h a máy tính Hình th﹃c bi n ︲i khác c﹁a không gian RGB Hình th﹃c bi n ︲i khác c﹁a không gian RGB Liên h trぇc ti p v︵i ph n c﹃ng... màu m i 10/05/2010 30 1 Không gian RGB ✄⋮☎ ✆￣ ☎✝✞ ✟ ✠︿✡ ☛✝✡ ☞ùng không gian RGB : Không gian RGB là chu n công nghi p cho các thao tác ー h a máy tính Có th chuy n ︲i qua l i giぃa không gian RGB v︵i các không gian màu khác nh CIE, CMY, HSL, HSV, Các thao tác tính toán trên không gian RGB th ︹ng n gi n h n M⋮t s￣ b t l︿i : Các giá tr RGB c﹁a m⋮t màu là khác nhau ￣i v︵i các màn hình khác nhau Sぇ mô t... công c t o ra các ng cong, vùng tô, kí t , it ng h a c s nh T p các công c thay i thu c tính dùng i t ng h a c s nh màu s c, ki u T p các công c th c hi n các phép bi n kích th c v trí, h ng c a các i t ng, T p các công c bi n i h quan sát dùng t ng và v trí trên thi t b hi n th c dùng i m, o n th ng, thay i thu c tính c a các ng, ki u ch , m u tô, i hình h c dùng thay i nh v trí quan sát hi n th i t... (Saturation) là t a g c, L là tr c th ng ng H ✌ ✍ ✎ ✏ác màu t bão hòa khi S = 1 và L = 0.5 10/05/2010 32 2 Không gian HSL ✑ t s thu n l i c a không gian HSL : Không gian HSL g n v i s c m nh n các thu c tính màu s c c a con ng i h n không gian RGB Các màu c xác nh d dàng h n Vi c ki m soát các màu c s HSL d h n cho nh ng ng làm quen v i các ch ng trình h a i m i M ts b tl i: Vi c thêm vào m t vector không... v︵i sぇ c m nh n màu s c c﹁a con ng ︹i Liên h g n h n v︵i sぇ c m nh n màu s c c﹁a con ng ︹i Là chuy n ︲i cu￣i cùng cho t t c các nhu c u hi n th òi h、i các phép bi n ︲i ph﹃c t p ã n gi n hóa các thao tác tính toán Không th chuy n sang màn hình khác (ph︽ thu⋮c thi t b ) ⋮c l p thi øt b ⋮c l p thi t b Không có sぇ t ng ﹃ng 1-1 v︵i cách c m nh n màu c﹁a con ng ︹i Có Có Mô hình là hình l p ph Mô hình là hai ... m gi a 10/05/2010 Gi I THI U V H A MÁY TÍNH M t s ng d ng c a h a máy tính Khái ni m v h a máy tính T ng quan v m t h t a M ts 10/05/2010 ng d ng c a h a máy tính 10/05/2010 10/05/2010 10/05/2010... 10/05/2010 12 Khái ni m v Khái ni m v h a máy tính h a máy tính h a máy tính (Computer graphics) ngành khoa h c nghiên c u nh ng v n liên quan t i vi c s d ng máy tính phát sinh hình Các v n liên quan... n công vi c bao g m: t o, l u tr , thao tác mô hình nh h a máy tính cung c p m t nh ng ph nh t cho vi c truy n t thông tin v i máy tính ng cách t nhiên có th thi t k cài t ch ng trình ng d ng