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:

Tài li u tham kh o chính
1. C S

H a Máy Tính - Hoàng Ki m, D

ng Anh

c

2. Francis S. Hill, Computer Graphics
WWW

10/05/2010

2


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 quá 4
bu i)
i m ki m tra mi ng: 2 (1 con i m L y trong gi th c
hành, 1 con 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 quá 4 bu i+
k >=5

i m gi a

10/05/2010

3

Gi I THI U V

H A MÁY TÍNH

1. M t s ng d ng c a
h a máy tính
2. Khái ni m v
h a máy tính
3. T ng quan v m t h t a


M ts

10/05/2010

ng d ng c a

h a máy tính

6


10/05/2010

7

10/05/2010

8

10/05/2010

9

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) là ngành khoa h c nghiên
c u nh ng v n
liên quan t i vi c s d ng máy tính
phát sinh

ra hình
Các v n
liên quan n công vi c này bao g m: t o, l u tr , thao
tác trên các mô hình và các nh
h a máy tính cung c p m t trong 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 và cài
t các ch ng trình ng d ng
h a
c t t, ngoài vi c tìm hi u các kh n ng c a công c l p trình,
chúng ta c n n m v ng các khái ni m v ph n c ng , các nguyên
lí liên quan n cài t ph n m m, các thu t toán, ng d ng...

10/05/2010

14


T ng quan v m t h t a

I. Ph n c ng
1. Thi t b hi n th

C u t o c a màn hình CRT (Cathode Ray Tube)
10/05/2010

16

1. Thi t b hi n th
-

-

-

10/05/2010

S l

ng t i a các i m có th hi n th trên m t CRT
c g i là
phân gi i (resolution).

M t nh ngh a chính  ác h n c a
phân gi i là s
l ng các i m trên m t cm là có th
c v theo
chi u ngang và chi u d c.
Kích th c v t lí c a màn 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

2. Màn hình d ng i m (raster scan display)
-

10/05/2010

Chùm tia i n t s
c quét ngang qua màn hình,
m i l n m t dòng và quét tu n t t trên xu ng d i.

18


2. Màn hình d ng i m (raster sacn display)

10/05/2010

19

2. Màn hình d ng i m (raster sacn display)

Quá trình t o hình nh c a các tia quét
10/05/2010

20


2. Màn hình d ng i m (raster sacn display)
-

-

-

M i i m trên màn hình
element)

c g i là m t pi✁el (picture

Các thông tin v hình nh hi n th trên màn hình
c
l u tr trong m t vùng b nh g i là vùng
m làm
t i (refresh buffer).
Vùng b nh này l u tr t p các giá tr c
c a toàn b i m trên màn hình

10/05/2010

ng

sáng

21

2. Màn hình d ng i m (raster sacn display)
thay i các hình nh c n hi n th , các 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 và màn hình
22


2. Màn hình d ng i m (raster sacn display)
i v i màn hình en tr ng, vùng m khung còn
c
g i là bitmap, v i các màn hình khác vùng m dung
th ng
c g i là pi✂map
t o ra các nh en tr ng, n gi n ch c n l u
thông tin c a m i pixel b ng 1 bit (0: t t (t i); 1: b t
(sáng) pixel trên màn hình).

10/05/2010

23

2. Màn hình d ng i m (raster sacn display)
N u nh nhi u màu thì c n nhi u bit h n. N u thông tin
c a m i pixel
c l u b ng b bit, thì ta có th 2b giá tr
màu phân bi t cho pixel ó
Trong các màn hình màu, ng i ta l p ra 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 nào 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 trong LUT

10/05/2010

24


2. Màn hình d ng i m (raster sacn display)
Vi c làm t i trên màn hình
c th c hi n t c
n 80 frame/giây. ôi khi t c
làm t i còn
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 là 60 Hz.

Khi t n cu i m i dòng quét, tia i n t qua tr l i
bên trái màn hình
b t u dòng quét k ti p. Và t i
cu i m i frame, nó l i tr l i góc trên bên trái c a màn
hình
chu n b b t u frame k ti p.

10/05/2010

25

2. 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 các nhóm ch n l

10/05/2010

t o ra nh an chéo nhau

26


2. Màn hình d ng i m (raster sacn display)

10/05/2010

27

Công ngh màn hình CRT màu (tt)
Color CRTs có:

Ba súng b n tia i n t
M t n shadow mask

khu bi t các tia i n t

545
580

440

10/05/2010

28


II. Các h màu
Màu s c là 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
này c ng b nh h ng "dài h n" t trí nh l u
l i quá trình h c h i t khi l n lên trong xã h i,
và "ng n h n" b i các hi u ng ánh sáng c a
phông n n.
Màu s c c a m t tia ánh sáng là c m giác màu
mà tia sáng ó gây nên m t ng i. Màu s c
c a các v t th là màu s c c a ánh sáng xu t
phát t chúng.
10/05/2010

29

1. Không gian RGB
Không gian RGB mô t màu s c
b ng ba thành ph n Red, Green,
c minh
Blue. Không gian này
h a b ng m t kh i l p ph ng v i
các tr c chính R, G, B.
M i màu trong không gian RGB
u
c bi u di n nh là m t
vector thông qua ba vector c s là
Red, Green, Blue. Do ó, ng v i
các t h p khác nhau c a ba màu
này s cho ta m t 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 các màu trong th gi︵i thぇc ￣i v︵i không gian RGB còn
nhi u h n ch b［i vì không gian RGB không hoàn toàn phù h︿p
v︵i sぇ c m nh n màu s c c﹁a con ng ︹i.

10/05/2010

31

3. Không gian HSL
Không gian HSL
c bi u di n trong h t a
tr , hình minh h a là hai hình nón úp vào
nhau. H (Hue) là to
ng v i góc quay, S
(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 th th c hi n
n gi n
nh không gian RGB (ch thêm vào các thành ph n màu).
Các thao tác l ng giác khi bi n i s nh h ng áng k
nt c
c a ch ng trình.
C n ph i qua hi u ch nh gamma tr
nh các không gian khác).

c khi hi n th (gi ng

10/05/2010

33

2. Không gian HSV
Không gian HSV th c ch t c ng ch là
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 trên
nh Black c a nó. H (Hue) là góc quay
quanh tr c Values, S (Saturation) i t
0
n 1, tr c V (Values) do v y t ng
ng v i
ng chéo n i nh White và
Black.

10/05/2010

34


3. Không gian HSV
M t s thu n l i c a không gian HSV :
Không gian HSV d dàng áp ng các màu s c c a các ch ng trình
h a do
c ✒ây d ng d a trên s b t ch c lu t tr n màu c a
ng i h a s .
Do không c 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

Liên h g n h n 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 hình nón úp vào
nhau

Mô hình là hình nón

ng

︿c chu n hóa v 1
⋮ bão hòa

t max khi S =1

Tr⋮n màu không rõ ràng
10/05/2010

︿c chu n hóa v 1
⋮ bão hòa
=0.5
Rõ ràng

t max khi S =1, L

n

︿c chu n hóa v 1
⋮ 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 i
chu t nh track ball,

10/05/2010

37

IV. Ph n m m
1. Ph n m m
Ph n m m
h a có th phân thành 2 lo i : các công c l p
trình và các trình ng d ng
h a ph c v cho m t m c ích
nào ó.
Các công c l p trình cung c p m t t p các hàm
h a có th
c dùng trong các ngôn ng l p trình c p cao nh C, Pascal,
Trong khi ó, các ng d ng
h a
c thi t k
ng i dùng không ph i là l p trình viên, cho phép
t o các i t ng, hình nh,
mà không c n quan
chúng
c t o ra nh th nào. Ví d nh là

AutoCAD,
10/05/2010

cho nh ng
ng i dùng
tâm t i vi c
Photoshop,

38


2. Bi u di n t a
Thông th ng các h
h a s d ng h t a
Descartes
mô t
i t ng. N u các t a
c a i
t ng
c mô t trong các h t a
khác nh t a
c u, , chúng ph i
c chuy n v t a
Descartes
tr c khi dùng.

10/05/2010

39

3. Qui trình hi n th
Tr c tiên mô t các i t
trong các 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
này
c g i là h t a
mô hình

Khi các
i t ng thành ph n
c bi u di n xong, s
t chúng
vào các v trí t ng ng trong nh s d ng h t a
th gi i th c
(world coordinates).
Sau cùng, các mô t c a nh trong h t a
th gi i th c s
c
chuy n n m t ho c nhi u h t a
khác nhau c a thi t b hi n
th , tùy vào chúng ta mu n hi n th trên thi t b nào. Các h t a

này còn
c g i là h t a
thi t b (device coordinates).

10/05/2010

40


3. Qui trình hi n th

Thông th ng, các h
h a chuy n
th gi i th c t i h t a
thi t b
coordinates) có các chi u là n v tr
thi t b . i u này làm cho h th ng
khác nhau.

it

ng

các mô t trong h t a
chu n (normalized device
c khi chuy n t i h t a
c l p v i nhi u lo i thi t b

10/05/2010

41

4. Các hàm

h a

Các hàm
h a cung c p kh n ng t o và thao tác hình nh. Các hàm này
c phân lo i nh sau :
T p các 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 ng.

i

✓ác

T p các 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 nhau nh bút v , b ng, chu t, bàn phím,
i u
khi n và ✓ lí dòng d li u nh p.
Cu i cùng là t p các công c ch a các thao tác dùng cho vi c qu n lí và
i u khi n ví d nh ✓óa toàn b màn hình, thi t l p ch
h a,

10/05/2010

42