Bài giảng Đồ họa máy tính: Chương 1 - ThS. Trần Thị Minh Hoàn

Bài giảng Đồ họa máy tính: Chương 1 Tổng quan về đồ họa cung cấp cho người học những kiến thức như: Giao diện người máy; Công nghệ màn hình CRT; Công nghệ màn hình CRT màu; Hiển thị Raster; Kiến trúc màn hình Raster; Hiển thị Vector; Kiến trúc màn hình Vector;...Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ HỌA MÁY TÍNH Th.S Trần Thị Minh Hồn Email: hoantm@tlu.edu.vn Mục đích mơn học     Hiểu nguyên lý đồ họa máy tính đại Hiểu kiến thức hình học bên mơ hình chiều, chiều Hiểu vấn đề hiệu vẽ mơ hình 3D Có thể xây dựng chương trình hiển thị cảnh chiều sử dụng OpenGL Mơn học nói vấn đề gì?  Khơng phải là:  Các phần mềm vẽ xử lý ảnh(Adobe Photoshop)  Các phần mềm thiết kế(AutoCAD)   Các phần mềm tạo mơ hình(3D Studio MAX)  Các phần mềm hoạt ảnh(animation) (Digimation)  VMTA Các phần mềm hiển thị đồ họa(rendering) (Lightscape) Các giao diện lập trình ứng dụng đồ họa (graphics APIs) Nội dung          Tổng quan đồ họa Màu sắc Xây dựng đối tượng đồ họa sở Các phép biến đổi 2D, 3D Phép chiếu hình học 3D Đường mặt cong 3D, Chiếu sáng tơ bóng Khử mặt khuất Giới thiệu OpenGL Tài liệu tham khảo     Cơ sở đồ họa máy tính (dịch từ sách fudamentals of computer graphics, Peter Shirley) OpenGL Programming Guide, Dave Shreiner, Mason Woo, Jackie Neider, Tom Davis Kĩ thuật đồ họa, Lê Tấn Hùng, Huỳnh Quyết Thắng Đồ họa máy tính, Lương Chi Mai, Huỳnh Thị Thanh Bình   Đường link giảng https://sites.google.com/site/ktdh123/ Chương I: Tổng quan đồ họa    Thuật ngữ đồ họa máy tính William Fetter đặt năm 1960 để mơ tả cách thiết kế làm việc hãng Boeing Thiết kế hiểu phương pháp kĩ thuật tạo hình ảnh từ mơ hình tốn học để mơ tả đối tượng lấy liệu từ đối tượng thực tế, với cách này, tạo nhiều ảnh, chúng sử dụng lại để thiết kế buồng lái phi cơng theo ý muốn Đồ họa máy tính hiểu tất liên quan đến việc tạo ảnh (image) máy tính Chúng bao gồm : tạo, lưu trữ, thao tác mô hình (model) ảnh Ưu điểm ĐHMT   Cho phép tạo hình ảnh giới thực mà cịn vật trừu tượng ảnh tổng hợp Cho phép tạo ảnh động Với ảnh động, đối tượng chuyển động xoay trịn, người dùng xem đối tượng góc độ, phóng to thu nhỏ theo ý Ứng dụng ĐHMT      Hỗ trợ thiết kế (CAD/CAM) Giao diện người máy Biểu diễn thông tin Giải trí nghệ thuật Giáo dục, đào tạo 10 c Cơng nghệ hình Plasma  Plasma Display Panels     Nguyên lý tương tự đèn huỳnh quang Một ống nhỏ đầy gas: Khi bị tác động trường điện từ phát ánh sáng UV UV tác động lên phosphor Phosphor phát vài màu khác 30 Cơng nghệ hình Plasma   Ưu điểm  Góc quan sát rộng  Phù hợp với hình rộng  Ánh sáng rõ Nhược điểm  Đắt tiền  Kích thước pixel lớn (~ mm so với ~0.2 mm)  Phosphor bị yếu dần  Ánh sáng yếu CRTs, sử dụng nhiều lượng 31 II Màu    TK: 3.3 chương 15 Màu sắc đối tượng mà quan sát không phụ thuộc vào thân đối tượng mà cịn phụ thuộc vào nguồn sáng, mơi trường xung quanh đối tượng hệ thống cảm nhận người Một số đối tượng phản xạ lại tia sáng chiếu lên chúng (như tường, giấy, kim loại) số khác cho ánh sáng xuyên qua (như màng mỏng, kính ) 32 Ví dụ   Khi bề mặt phản xạ tia sáng xanh dương chiếu nguồn sáng đỏ có màu đen Tương tự, ánh sáng lục nhìn qua kính cho tia sáng đỏ qua có màu đen 33 Định nghĩa màu  Màu gì? 34  Có nhiều định nghĩa màu  Từ góc nhìn khoa học:     Màu phân bổ bước sóng  (red: 700 nm, violet: 400 nm) Và tần số f Tốc độ ánh sáng: c=f Từ góc nhìn nghệ thuật sống:  Màu Sắc màu (Hue), độ sáng (Brightness), độ bão hịa (Saturation) ánh sáng 35 Mơ hình màu   Là phương pháp diễn giải đặc tính tác động màu ngữ cảnh định Khơng có mơ hình màu đầy đủ cho khía cạnh màu   Sử dụng mơ hình màu khác để mơ tả tính chất nhận biết khác màu Thí dụ    Mơ hình màu RGB: ánh sáng Red, Green Blue ứng dụng cho hình, TV Mơ hình HSV: Nhận thức người Mơ hình CMYK: Máy in 36 a.Mơ hình màu RGB  Mơ hình màu RGB biểu diễn lập phương với trục R, G, B     Gốc biểu diễn màu đen Tọa độ (1, 1, 1) biểu diễn màu trắng Tọa độ cạnh trục biểu diễn màu sở Các cạnh lại biểu diễn màu bù cho màu sở 37 Mơ hình màu RGB  Biểu đồ RGB thuộc mơ hình cộng:   Gán giá trị từ đến cho R, G, B    Phát sinh màu cách cộng cường độ màu sở Red+Blue -> Magenta (1, 0, 1) Đường chéo từ (0, 0, 0) đến (1, 1, 1) biểu diễn màu xám Nhận xét      Mơ hình khơng thể biểu diễn màu phổ nhìn thấy Đủ cho ứng dụng máy tính Màn hình máy tính TV sử dụng mơ hình Được sử dụng rộng rãi Đơn giản 38 b.Mơ hình màu CMYK  Với hình: màu tổ hợp ánh sáng phản xạ từ phosphor  Với giấy: phủ chất màu lên giấy, mắt ta nhận biết ánh sáng phản xạ sau chất màu hấp thụ   Mực viết chữ màu đen có nghĩa mực hấp thụ tồn ánh sáng nhìn thấy Những dịng chữ có màu green mực hấp thụ tồn bước sóng trừ bước sóng tương ứng với màu green Ánh sáng lại phản xạ vào mắt ta 39 Mơ hình màu CMYK   Mơ hình màu xác định màu sở cyan, magenta yellow dành cho máy in màu Mô hình CMY (bên phải) bù mơ hình RGB (bên trái) CMY - CMYK Red Yellow Green Blue Cyan White Magenta Blue Magenta Black Cyan Green Red Yellow 40 Chuyển đổi RGB CMY  RGB -> CMY void RGB2CMY(float R,float G,float B,float &C,float &M,float &Y) { C = - R; M = - G;  C  1  R   M   1  G        Y  1  B  Y = - B; }  RGB -> CMYK void RGB2CMYK(float R,float G,float B,float &C,float &M,float &Y,float &K) { RGB2CMY(R, G, B, C, M, Y); K = min3(C, M, Y); // Cho lại giá trị từ ba đối số C = C - K; M = M - K; Y = Y - K; } 41 c.Mơ hình màu HSV   Thay chọn phần tử RGB để có màu mong muốn, người ta chọn tham số màu: Hue, Saturation Value (HSV) Mơ hình HSV suy diễn từ mơ hình RGB   Hãy quan sát hình hộp RGB theo đường chéo từ White đến Black (gốc) -> ta có hình lục giác Sử dụng làm đỉnh hình nón HSV Red Magenta Yellow White Blue Green Cyan RGB Blue HSV 42 Mơ hình màu HSV  Hue: Bước sóng gốc ánh sáng   Value: Cường độ hay độ chói ánh sáng    Trong mơ hình Hue biểu diễn góc từ 00 đến 3600 Value có giá trị [0, 1] V=0 -> màu đen Đỉnh lục giác có cường độ màu cực đại Saturation: Thước đo độ tinh khiết ánh sáng gốc   S khoảng [0, 1] Biểu diễn tỷ lệ độ tinh khiết màu chọn với độ tinh khiết cực đại 43 Mơ hình màu HSV  Mơ hình HSV trực giác mơ hình RGB     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 V White Tints (add white) Pure Hue Tones (add B&W) Shades (add black) Black  S Mắt người phân biệt 128 Hues, 130 tints cực đại 30 shades: 128 x 130 x 30 = 382 720 màu khác 44 ... Huỳnh Quyết Thắng Đồ họa máy tính, Lương Chi Mai, Huỳnh Thị Thanh Bình   Đường link giảng https://sites.google.com/site/ktdh123/ Chương I: Tổng quan đồ họa    Thuật ngữ đồ họa máy tính William... phần mềm hiển thị đồ họa( rendering) (Lightscape) Các giao diện lập trình ứng dụng đồ họa (graphics APIs) Nội dung          Tổng quan đồ họa Màu sắc Xây dựng đối tượng đồ họa sở Các phép... lại đối tượng với đồ thị hay biểu đồ 12 Giao diện người máy Năm 19 75: Bill Gates sáng lập Microsoft Năm 19 83: MS cho đời hệ điều hành Windows 1. 0 với giao diện đồ họa thay cho giao diện dòng chữ