Bài giảng Công nghệ đồ họa và hiện thực ảo - Bài 2: Các hệ thống đồ họa

Bài giảng Công nghệ đồ họa và hiện thực ảo - Bài 2: Các hệ thống đồ họa trình bày về tiến trình xử lý đồ họa, phần mềm hệ đồ họa, phần cứng hệ đồ họa. Với các bạn chuyên ngành Đồ họa thì đây là tài liệu hữu ích.

Bài CÁC HỆ THỐNG ĐỒ HỌA Trịnh Thành Trung trungtt@soict.hust.edu.vn NỘI DUNG Tiến trình xử lý đồ họa Phần mềm hệ đồ họa Phần cứng hệ đồ họa - TIẾN TRÌNH XỬ LÝ ĐỒ HỌA - Tiến trình xử lý đồ họa GUI MODELING (to describe) to the computer what is a table, a car Geometric Engine concerned with: - modeling - modeling transf - color models - material property - lighting property RENDERING (to capture) the description create 2D image from 2D / 3D models Rendering Engine concerned with : - viewing & projection - drawing & clipping primitives - local illumination & shading - texture mapping - global rendering DISPLAYING (to show) the image generate image on screen Raster & Display Engine concerned with: - hardware - how to display (rasterization) Mơ hình hóa Tơ trát Hiển thị • Rời rạc hóa - Rasterizer – Chuyển đổi đối tượng hình học (vertex) thành biểu diễn ảnh (fragment) • Fragment = image fragment – Pixel + associated data: color, depth, stencil, etc – Chấp nhận nội suy tạo điểm ảnh Hệ thống đồ họa • Phần cứng đồ hoạ: – Là tập hợp thiết bị điện tử (CPU, nhớ hình) giúp cho việc thực phần mềm đồ hoạ • Phần mềm đồ hoạ hệ thống: – Là tập hợp lệnh đồ hoạ hệ thống (graphics output commands), – Thực công việc hiển thị (what object) chúng hiển thị (how) – Phần mềm đồ hoạ hệ thống phần mềm xây dựng sở thể loại phần cứng định phụ thuộc vào phần cứng PHẦN CỨNG HỆ ĐỒ HỌA - PHẦN CỨNG HỆ ĐỒ HỌA - Trong tiến trình xử lý đồ họa • GPU tiến trình xử lý đồ họa – Luồng ln thay đổi độ chuyển đổi dũ liệu phần nhiều – Nhiều caches, FIFOs, nhiều vấn đề khác Graphics State Application Transform Vertices (3D) CPU Rasterizer Xformed, Lit Vertices (2D) Shade Fragments (pre-pixels) GPU Video Memory (Textures) Final pixels (Color, Depth) Render-to-texture Trong tiến trình xử lý đồ họa • GPU đại tiến trình xử lý đồ họa – bổ sung thêm vertex processor fragment processor Graphics State Vertex Transform Processor Application Vertices (3D) CPU Fragment Shade Processor Rasterizer Xformed, Lit Vertices (2D) Fragments (pre-pixels) GPU Video Memory (Textures) Final pixels (Color, Depth) Render-to-texture Bộ đệm hình (Framebuffer) • Vùng nhớ chứa liệu cho hình ảnh hiển thị • Các mầu sắc đươc lưu trữ độc lập bọ đệm framebuffer • 24 bits per pixel = bits red, bits green, bits blue – 16 bits per pixel = ? bits red, ? bits green, ? bits blue DAC 18 Bộ đệm hình (Framebuffer) • True-color ( 24-bit 32-bit) framebuffer lưu trữ byte cho red, green blue • Do đó, pixel có 224 màu 19 Bộ đệm hình (Framebuffer) – X :  Xmax màu/ bit – Y :  Ymax 16 màu/ bit – 256 màu/ 8bit – 216 màu/ 16 bit – 224 màu/ 24 bit – 640  480  16  Video RAM = 2MB – 1024  1024  24  Video RAM = 24MB 20 Các thiết bị hiển thị tất thiết bị hiển thị đồ họa dạng điểm 21 Hiển thị Standard Dot-trio NEC Hybrid Mask SONY Trinitron CRT Hitachi EDP 22 Màn hình Plasma • Plasma display panels – Similar in principle to fluorescent light tubes – Small gas-filled capsules are excited by electric field, emits UV light – UV excites phosphor – Phosphor relaxes, emits some other color 23 Display Technology: LCDs • Transmissive & reflective LCDs: – LCDs act as light valves, not light emitters, and thus rely on an external light source – Laptop screen: backlit, transmissive display – Palm Pilot/Game Boy: reflective display 24 Màn hình hữu (OLED) •Organic Light-Emitting Diode (OLED) Arrays – OLEDs hoạt động tương tự chế LEDs bán dẫn •Cấu trúc màng chất dẻo mỏng: – Màng film cấu tạo phần tử hữu cơ, phân tử phát sáng thăng hoa khí mơi trường chân khơng – Mầu sắc tạo thành từ lớp mầu gồm phân tử huỳnh quang kích thích – Mịn, không to hạt tinh thể không phát nhiệt – Có thể tạo hình rộng loại OLEDs 25 PHẦN MỀM HỆ ĐỒ HỌA - PHẦN MỀM HỆ ĐỒ HỌA Application program Graphics system Operating system Input and output devices Graphics hardware Metafiles - Các chuẩn giao diện • GKS (Graphics Kernel System): chuẩn xác định hàm đồ hoạ chuẩn, thiết kế tập hợp công cụ đồ hoạ hai chiều ba chiều – GKS Functional Description, ANSI X3.124 - 1985 – GKS - 3D Functional Description, ISO Doc #8805:1988 • CGI (Computer Graphics Interface System): hệ chuẩn cho phương pháp giao tiếp với thiết bị ngoại vi • CGM (Computer Graphics Metafile): xác định chuẩn cho việc lưu trữ chuyển đổi hình ảnh 28 Các chuẩn giao diện • VRML (Virtual Reality Modeling Language): ngơn ngữ thực ảo, hướng phát triển công nghệ hiển thị đề xuất hãng Silicon Graphics, sau chuẩn hóa chuẩn cơng nghiệp • PHIGS (Programmers Hierarchical Interactive Graphics Standard): xác định phương pháp chuẩn cho mơ hình thời gian thực lập trình hướng đối tượng – PHIGS Functional Description, ANSI X3.144 - 1985 – PHIGS+ Functional Description, 1988, 1992 29 Các chuẩn giao diện Các chuẩn khơng thức • OPENGL thư viện đồ họa hãng Silicon Graphics, xây dựng theo chuẩn hệ đồ họa – SGI’s OpenGL 1993 • DIRECTX thư viện đồ hoạ hãng Microsoft – Direct X/Direct3D 1997 30 ...NỘI DUNG Tiến trình xử lý đồ họa Phần mềm hệ đồ họa Phần cứng hệ đồ họa - TIẾN TRÌNH XỬ LÝ ĐỒ HỌA - Tiến trình xử lý đồ họa GUI MODELING (to describe) to the computer what... điểm ảnh Hệ thống đồ họa • Phần cứng đồ hoạ: – Là tập hợp thiết bị điện tử (CPU, nhớ hình) giúp cho việc thực phần mềm đồ hoạ • Phần mềm đồ hoạ hệ thống: – Là tập hợp lệnh đồ hoạ hệ thống (graphics... Thực công việc hiển thị (what object) chúng hiển thị (how) – Phần mềm đồ hoạ hệ thống phần mềm xây dựng sở thể loại phần cứng định phụ thuộc vào phần cứng PHẦN CỨNG HỆ ĐỒ HỌA - PHẦN CỨNG HỆ ĐỒ