Bài 2 CÁC ĐỐI TƯỢNG ĐỒ HỌA CỞ SỞ Mục tiêu-yêu cầu- kết quả
1. Các đối tượng đồ họa cơ sở
1.1 Hệ tọa độ
Một hệ mềm đồ họa được mô tả bao gồm 3 miền như sau :
- Miền điều khiển : bao bọc toàn bộ hệ thống.
- Miền thực : nằm trong miền điều khiển. Khi một số nào đó thâm nhập vào miền thực, nó sẽ được chuyển thành số thực dấu phẩy động, và khi có một số rời khỏi miền này thì nó sẽ được chuyển thành số nguyên có dấu 16 bits.
- Miền hiển thị : nằm trong miền điều khiển nhưng phân biệt với miền thực. Chỉ có
số nguyên 16 bits mới nằm trong miền hiển thị.
Trong lĩnh vực kỹ thuật đồ họa, chúng ta phải hiểu được rằng thực chất của đồ họa
là làm thế nào để có thể mô tả và biến đổi được các đối tượng trong thế giới thực trên máy tính. Bởi vì, các đối tượng trong thế giới thực được mô tả bằng tọa độ thực. Trong khi đó, hệ tọa độ thiết bị lại sử dụng hệ tọa độ nguyên để hiển thị các hình ảnh. Đây chính
là vấn đề cơ bản cần giải quyết. Ngoài ra, còn có một khó khăn khác nữa là với các thiết
bị khác nhau thì có các định nghĩa khác nhau. Do đó, cần có một phương pháp chuyển đổi tương ứng giữa các hệ tọa độ và đối tượng phải được định nghĩa bởi các thành phần đơn giản như thế nào để có thể mô tả gần đúng với hình ảnh thực bên ngoài.
Hai mô hình cơ bản của ứng dụng đồ họa là dựa trên mẫu số hóa và dựa trên đặc trưng hình học. Trong ứng dụng đồ họa dựa trên mẫu số hóa thì các đối tượng đồ họa được tạo ra bởi lưới các pixel rời rạc. Các pixel này có thể đuợc tạo ra bằng các chương
Kỹ thuật đồ họa và Thực tại ảo - Bài 2 Trang 2 trình vẽ, máy quét, ... Các pixel này mô tả tọa độ xác định vị trí và giá trị mẫu. Thuận lợi của ứng dụng này là dể dàng thay đổi ảnh bằng cách thay đổi màu sắc hay vị trí của các pixel, hoặc di chuyển vùng ảnh từ nơi này sang nơi khác. Tuy nhiên, điều bất lợi là không thể xem xét đối tượng từ các góc nhìn khác nhau. Ứng dụng đồ họa dựa trên đặc trưng hình học bao gồm các đối tượng đồ họa cơ sở như đoạn thẳng, đa giác,... . Chúng được lưu trữ bằng các mô hình và các thuộc tính. Ví dụ: đoạn thẳng được mô hình bằng hai điểm đầu và cuối, có thuộc tính như màu sắc, độ dày. Người sử dụng không thao tác trực tiếp trên các pixel mà thao tác trên các thành phần hình học của đối tượng.
Hệ toạ độ thế giới thực (WCS: World Coordinate System)
WCS hay hệ toạ độ thực là hệ toạ độ được dùng mô tả các đối tượng trong thế giới thực. Một trong hệ toạ độ thực được dùng nhiều nhất là hệ toạ độ Descartes. Bất kì điểm
nào trong mặt phẳng được mô tả bằng cặp toạ độ (xp,yp) trong đó xp,yp € R. Gốc toạ độ là điểm O có toạ độ (0,0), Ox,Oy lần lượt là trục hoành và trục tung và x,y là hoành độ và tung độ.
Các toạ độ thế giới thực cho phép người sử dụng bất kì một thứ nguyên (dimension) qui ước: foot, cm, nm, km, inch....tuỳ ý.
Hệ toạ độ thiết bị (DCS: Device Coordinate System)
Hệ toạ độ thiết bị là hệ toạ độ được dùng bởi một thiết bị xuất cụ thể
nào đó như máy in, màn hình...
Các điểm được biểu diễn bởi cặp toạ độ (x,y), nhưng x,y €N. Điểm
trong toạ độ thực được định nghĩa liên tục, còn trong toạ độ thiết bị thì rời
Kỹ thuật đồ họa và Thực tại ảo - Bài 2 Trang 3 rạc do tính chất của tập các số tự nhiên.
Các toạ độ (x,y) có giới hạn trong một khoảng nào đó.
Hệ tọa độ thiết bị chuẩn (Normalized device coordinates)
Do cách định nghĩa các hệ tọa độ thiết bị khác nhau nên một hình ảnh hiển thị được trên thiết bị này là chính xác thì chưa chắc hiển thị chính xác trên thíết bị khác. Người ta xây dựng một hệ tọa độ thiết bị chuẩn đại diện chung cho tất cả các thiết bị
để có thể mô tả các hình ảnh mà không phụ thuộc vào bất kỳ thiết bị nào.
Trong hệ tọa độ chuẩn, các tọa độ x, y sẽ được gán các giá trị trong đoạn từ [0,1]. Như vậy, vùng không gian của hệ tọa độ chuẩn chính là hình vuông đơn vị có góc trái dưới (0, 0) và góc phải trên là (1, 1).
Quá trình mô tả các đối tượng thực như sau
Kỹ thuật đồ họa và Thực tại ảo - Bài 2 Trang 4
1.2 Điểm
Là thành phần cơ sở được định nghĩa trong một hệ tọa độ, đối với hệ tọa độ 2 chiều mỗi điểm được xác định bởi hoành độ và tung độ. Ngoài thông tin tọa độ, điểm còn có thông tin màu sắc.
Ví dụ: Trong mặt phẳng điểm là một cặp (x,y)
Trong không gian ba chiều, điểm là bộ ba (x,y,z)
Trên màn hình máy tính, một điểm là một vị trí trong vùng nhớ màn hình dùng để lưu trữ các thông tin vầ độ sáng của điểm tương ứng trên màn hình
Số điểm trên màn hình gọi là độ phân giải cùa màn hình
(480*600,600*800,1024*1024..)
1.3 Đường thẳng, đường gấp khúc và đa giác
Đường thẳng xác định qua 2 điểm, đoạn thẳng bị giới hạn bởi 2 điểm đầu và cuối. Điểm đầu (x1, y1) và điểm cuối (x2, y2)
Phương trình tham số:
Khi t thuộc [0,1] ta có các điểm x, y thuộc về đoạn thẳng giới hạn bởi (x1, y1) và (x2, y2).
Khi t thuộc [-∞ ,+∞] ta có toàn bộ đường thẳng.
Đường gấp khúc: là tập các đoạn thẳng nối với nhau một cách tuần tự, các đoạn không nhất thiết phải tạo thành hình khép kín và có thể cắt nhau. Giao của hai đoạn thẳng
là đỉnh, đỉnh đầu và đỉnh cuối của đa giác trùng nhau.
Kỹ thuật đồ họa và Thực tại ảo - Bài 2 Trang 5 Đoạn thẳng, đường thẳng có thuộc tính màu sắc, độ rộng, kiểu nét
Đa giác là đường gấp khúc có điểm đầu trùng điểm cuối
1.4 Vùng tô
Bao gồm đường biên và vùng bên trong, đường biên là đường khép kín như đa giác lồi
Kỹ thuật đồ họa và Thực tại ảo - Bài 2 Trang 6 Vùng tô có thuộc tính của đường thẳng, và thuộc tính riêng là mầu tô và mẫu tô
1.5 Kí tự, chuỗi kí tự
Ký tự cho phép hiển thị thông tin theo ngôn ngữ nào đó
Ký tự có thuộc tính màu sắc, kiểu chữ, cỡ chữ, khoảng cách giữa các ký tự, hướng hiển thị ký tự...
Theo định dạng bitmap: mỗi ký tự được biểu diễn bằng một ma trận với kích thước
ngang dọc nhất định.
Ký tự „B‟ được biểu điễn bằng ma trận 8x8 với các phần tử là các bit 0 hoặc 1 Các font bitmap có khuyết điểm là chất lượng thấp khi hiển thị ở kích thước lớn Việc xử lý và lưu trữ tương đối đơn giản
Theo dạng vector (Truetype font):
Thông tin về ký tự được biểu diễn dưới dạng các thành phần hình học như đoạn thẳng, cung tròn…
Ưu điểm của cách biểu diễn này là không giới hạn kích thước khi hiển thị.