Đồ họa máy tính - Tổng quan về đồ họa máy tính

các đối tượng và vị trí trên thiết bị hiển
thị đối tượng.
¨ Tập các công cụ nhập liệu : các ứng dụng đồ họa có thể
sử dụng nhiều loại thiết bị nhập khác nhau như chuột,
bàn phím, bút vẽ, bảng, … để điều khiển và xử lí dòng dữ
liệu nhập.
¨ Tập các công cụ chứa các thao tác dùng cho quản lí và
điều khiển như khởi tạo và đóng chế độ đồ họa, xóa toàn
bộ màn hình, …
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Dương Anh Đức, Lê Đình Duy Tổng quan về Đồ họa máy tính 7/14
Hai môâ hình cơ bảûn củûa ứùng dụïng đồà họïa
· Ưùng dụng đồ họa dựa trên mẫu số hóa (sampled-
based graphics)
¨ Các pixel (điểm ảnh) được tạo ra bởi thao tác số hóa ảnh
bằng cách sử dụng các chương trình vẽ dựa trên mẫu số
hóa hay máy quét.
¨ Các ứng dụng thuộc dạng này gồm : PaintBrush, Adobe
Photoshop, …
· Ưùng dụng đồ họa dựa trên đặc trưng hình học
(geometry-based graphics)
¨ Dùng các đặc trưng hình học và các thuộc tính để mô tả
đối tượng. Sau đó các đối tượng sẽ được số hóa để phục
vụ cho hiển thị.
¨ Các ứng dụng thuộc dạng này : Adobe Illustrator,
AutoCAD, …
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Dương Anh Đức, Lê Đình Duy Tổng quan về Đồ họa máy tính 8/14
Ưùùng dụïng đồà họïa dựïa trêân mẫãu sốá hóùa
· Các đối tượng đồ họa được tạo ra bởi lưới các pixel
rời rạc.
· Các pixel này có một mô tả về tọa độ để xác định vị
trí và giá trị mẫu (sample values), thông thường là
độ sáng hay màu sắc.
· Các pixel này có thể được tạo ra bằng các chương
trình vẽ, máy quét, …
· Khi một ảnh được xác định bởi tập các pixel, chúng
có thể có các thao tác :
¨ Biên tập ảnh (image editting) : cắt, dán các vùng trên
ảnh, sử dụng các công cụ tô màu để hiệu chỉnh, …
¨ Xử lí ảnh (image processing) : sử dụng các thuật toán để
thay đổi ảnh mà không có sự can thiệp của người dùng,
bao gồm : làm nhòe ảnh (blurring), làm nét ảnh
(sharpening), dò đường biên (edge-detection), cân chỉnh
màu sắc, ..
· Một số thuận lợi
¨ Dễ dàng thay đổi ảnh bằng cách thay đổi màu sắc hay vị
trí của các pixel, ví dụ như lấy ảnh âm bản, …
¨ Có thể di chuyển các vùng ảnh từ nơi này sang nơi khác
dễ dàng.
· Một số bất lợi
¨ Không thể xem xét đối tượng từ các góc nhìn khác nhau.
¨ Hiệu chỉnh về thuộc tính hình học, kích thước phức tạp.
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Dương Anh Đức, Lê Đình Duy Tổng quan về Đồ họa máy tính 9/14
Ưùùng dụïng đồà họïa dựïa trêân đặëc trưng hình họïc
· Các đối tượng đồ họa cơ sở như đoạn thẳng, đa giác,
… được lưu trữ bằng các mô hình (model) và các thuộc
tính (attribute) của chúng.
¨ Các mô hình thực chất là các mô tả toán học, ví dụ đoạn
thẳng được mô hình bằng hai điểm đầu, cuối, …
¨ Các thuộc tính được dùng để mô tả cách mà các đối
tượng được hiển thị ví dụ như màu sắc, độ dày, ..
· Các ảnh được tạo bởi tập các pixel thông qua việc số
hóa các đặc trưng hình học phục vụ cho mỗi yêu cầu
hiển thị. Các ảnh có thể khác nhau tùy vào mỗi yêu
cầu hiển thị khác nhau, nhưng đều xuất phát từ một
mô hình.
· Người dùng không thao tác trực tiếp với từng pixel
của ứng dụng dạng này mà thao tác trên các thành
phần hình học của đối tượng, sau đó số hóa lại rồi
mới hiển thị.
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Dương Anh Đức, Lê Đình Duy Tổng quan về Đồ họa máy tính 10/14
Thiếát bị hiểån thị : Màøn hình
Cấáu tạïo củûa CRT
· Một chùm các tia điện tử (tia âm cực) phát ra từ một
súng điện tử, vượt qua các hệ thống hội tụ (focusing)
và dẫn hướng (deflection) sẽ hướng tới các vị trí xác
định trên màn hình được phủ một lớp phosphor.
· Tại mỗi vị trí tương tác với tia điện tử, hạt phosphor
sẽ phát ra một chấm sáng nhỏ. Vì ánh sáng phát ra
bởi các hạt phosphor mờ dần rất nhanh nên cần
phải có một cách nào đó để duy trì ảnh trên màn
hình. Một trong các cách đó là lặp đi lặp lại nhiều
lần việc vẽ lại ảnh thật nhanh bằng cách hướng các
tia điện tử trở lại vị trí cũ. Kiểu hiển thị này gọi là
refresh CRT.
· Có nhiều loại phosphor được dùng trong một CRT.
Ngoài màu sắc ra, điểm khác nhau chính giữa các
loại phosphor là “độ bền“ (persistent), đó là khoảng
thời gian phát sáng sau khi tia CRT không còn tác
động.
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Dương Anh Đức, Lê Đình Duy Tổng quan về Đồ họa máy tính 11/14
· Lớp phosphor có độ bền thấp cần tốc độ làm tươi cao
hơn để giữ cho hình ảnh trên màn hình khỏi nhòe.
Loại này thường rất tốt cho hoạt hình, rất cần thay
đổi hình ảnh liên tục. Lớp phosphor có độ bền cao
thường được dùng cho việc hiển thị các ảnh tĩnh, độ
phức tạp cao. Mặc dù một số loại phosphor có độ bền
lớn hơn 1 giây, tuy nhiên các màn hình đồ họa
thường được xây dựng với độ bền dao động từ 10 đến
60 micro giây.
· Số lượng tối đa các điểm có thể hiển thị trên một
CRT được gọi là độ phân giải (resolution).
· Kích thước vật lí của màn hình đồ họa được tính từ
độ dài của đường chéo màn hình, thường dao động từ
12 đến 27 inch hoặc lớn hơn. Một màn hình CRT có
thể được kết hợp với nhiều loại máy khác nhau, do
đó số lượng các điểm trên màn hình có thể được vẽ
thật sự còn tùy thuộc vào khả năng của hệ thống mà
nó kết hợp vào.
· Tỉ số phương là tỉ lệ của các điểm dọc và các điểm
ngang cần để phát sinh các đoạn thẳng có độ dài
đơn vị theo cả hai hướng trên màn hình (trong một
số trường hợp người ta thường dùng tỉ số phương như
là tỉ số của các điểm theo chiều ngang so với các
điểm theo chiều dọc). Với các màn hình có tỉ số
phương khác 1, dễ dàng nhận thấy là các hình vuông
hiển thị trên nó sẽ có dạng hình chữ nhật, các hình
tròn sẽ có dạng hình ellipse.
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Dương Anh Đức, Lê Đình Duy Tổng quan về Đồ họa máy tính 12/14
Màøn hình dạïng điểåm (raster - scan display):
· Chùm tia điện tử sẽ được quét ngang qua màn hình,
mỗi lần một dòng và quét tuần tự từ trên xuống
dưới. Sự bật tắt của các điểm sáng trên màn hình
phụ thuộc vào cường độ của tia điện tử và đây chính
là cơ sở của việc tạo ra hình ảnh trên màn hình.
· Mỗi điểm trên màn hình được gọi là một pixel. Các
thông tin về hình ảnh hiển thị trên màn hình được
lưu trữ trong một vùng bộ nhớ gọi là vùng đệm làm
tươi (refresh buffer) hay là vùng đệm khung (frame
buffer). Vùng bộ nhớ này lưu trữ tập các giá trị
cường độ sáng của toàn bộ các điểm trên màn hình
và luôn luôn tồn tại một song ánh giữa mỗi điểm
trên màn hình và mỗi phần tử trong vùng này.
· Để thay đổi các hình ảnh cần hiển thị, các giá trị
tương ứng với vị trí và độ sáng phải được đặt vào
vùng đệm khung.
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Dương Anh Đức, Lê Đình Duy Tổng quan về Đồ họa máy tính 13/14
· Để tạo ra các ảnh đen trắng, đơn giản chỉ cần lưu
thông tin của mỗi pixel bằng 1 bit (các giá trị 0, 1 sẽ
tượng trưng cho việc tắt (tối), bật (sáng) pixel trên
màn hình). Trong trường hợp ảnh nhiều màu, người
ta cần nhiều bit hơn, nếu thông tin của mỗi pixel
được lưu bằng b bit, thì ta có thể có 2b giá trị màu
phân biệt cho pixel đó.
· Trong các màn hình màu, người ta định nghĩa tập
các màu làm việc trong một bảng tra (LookUp Table
- LUT). Mỗi phần tử của LUT định nghĩa một bộ ba
giá trị R (Red), G (Green), B (Blue) mô tả một màu
nào đó. Khi cần sử dụng một màu, ta chỉ cần chỉ
định số thứ tự (index) tương ứng của màu đó trong
LUT. Bảng LUT có thể được thay đổi bởi các ứng
dụng và người lập trình có thể can thiệp điều khiển.
Với cách làm này chúng ta có thể tiết kiệm không
gian lưu trữ cho mỗi phần tử trong vùng đệm khung.
· Số phần tử của LUT được xác định từ số lượng các
bits/pixel. Nếu mỗi phần tử của vùng đệm khung
dùng b bits để lưu thông tin của một pixel, thì bảng
LUT có 2b phần tử. Nếu b=8, LUT sẽ có 28=256 phần
tử, đó chính là số màu có thể được hiển thị cùng một
lúc trên màn hình.
· Việc làm tươi trên màn hình dạng này được thực
hiện ở tốc độ 60 đến 80 frame/giây. Đôi khi tốc độ
làm tươi còn được biểu diễn bằng đơn vị Hertz (Hz –
số chu kì/ giây), trong đó một chu kì tương ứng với
một frame.
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Dương Anh Đức, Lê Đình Duy Tổng quan về Đồ họa máy tính 14/14
· Khi đạt đến cuối mỗi dòng quét, tia điện tử quay trở
lại bên trái của màn hình để bắt đầu dòng quét kế
tiếp. Việc quay trở lại phía trái màn hình sau khi
làm tươi mỗi dòng quét được gọi là tia hồi ngang
(horizontal retrace). Và tới cuối mỗi frame, tia điện
tử (tia hồi dọc – vertical retrace) quay trở lại góc
trên bên trái của màn hình để chuẩn bị bắt đầu
frame kế tiếp.
· Trong một số màn hình, mỗi frame được hiển thị
thành hai giai đoạn sử dụng kĩ thuật làm tươi đan
xen nhau (interlaced refesh). Ở giai đoạn đầu tiên,
tia quét sẽ quét một số dòng từ trên xuống dưới, sau
tia hồi dọc, các dòng còn lại sẽ được quét. Việc đan
xen các dòng quét này cho phép chúng ta thấy được
toàn màn hình hiển thị chỉ trong một nửa thời gian
so với dùng để quét tất cả các dòng một lần từ trên
xuống dưới. Kĩ thuật này thường được dùng cho loại
màn hình có tốc độ làm tươi thấp.