Literatura

LITERATURA GŁÓWNA

1. Deke McClelland , Corel Draw 9 dla opornych, Readme, 1999.

2. Paweł Kaczor. Corel Photo-Paint 8 PL od A do Z. Warszawa 1998, 107.

3. Coburn Foster, McCormick Peter. CORELDRAW 9. RM, 784 s.





LITERATURA POMOCNICZA

1. Graf Janusz. MODELOWANIE PRZESTRZENNE - ĆWICZENIA Z AUTOCADA

14PL. MIKOM, 127 s.

2. Maciej Gdula CorelDRAW 11. Ćwiczenia zaawansowane. Helion, 2001.

3. Bolesław Ogórek. Corel Photo Point 10, ćwiczenia praktyczne, Helion, 2001.







Wybrane zastosowania grafiki komputerowej:

1. Gry, Multimedia, TV, Filmy (w sensie produkcji),

2. Wojsko i przemysł (symulatory),

3. Wspomagane komputerowo projektowanie,

4. Nauka, Medycyna (symulacje, wizualizacja),

5. Kartografia.



Wstęp, pojęcie grafiki komputerowej. Przetwarzanie danych obrazowych przyjmuje różne

formy w zależności od typu zastosowań: grafika, przetwarzanie obrazów, rozpoznawanie

obrazów, rysunek poniżej.

Przetwarzanie

obrazów









OBRAZ







Rozpoznawanie

Grafika obrazów









OPIS





Grafika komputerowa. Zajmuje się tworzeniem obrazów na podstawie informacji

nieobrazowej, np. narysować odcinek między dwoma punktami o zadanych współrzędnych.

Wyodrębnia się także grafikę interaktywną, która odnosi się do urządzeń i systemów

akceptujących dane wejściowe podawane w postaci graficznej, np. narysować odcinek

między dwoma punktami wskazanymi na ekranie.

Przetwarzanie obrazów. Dotyczy zagadnień, w których dane wejściowe i wyjściowe mają

postać obrazów. Przykładem może być poprawianie obrazów prześwietlonych,

niedoświetlonych dzięki technikom polepszania kontrastu, usuwanie zakłóceń powstałych

przy przesyłaniu obrazów, redukcja obrazu do dwu poziomów luminacji.

Rozpoznawanie obrazów. Dotyczy tworzenia opisu obrazu lub zakwalifikowanie obrazu do

szczególnej klasy obrazów. Rozpoznawanie obrazów jest zagadnieniem odwrotnym do grafiki

komputerowej. Przykładem rozpoznawania obrazów może być rozpoznawanie pisma przez

automatyczny sorter listów, automatyczna diagnostyka lekarska.

Pewne problemy występujące w w/w dziedzinach mogą być wspólne, a pewnych

sytuacjach związki między tymi dziedzinami nie są oczywiste. Wspólne elementy dotyczą

struktur danych, ich przechowywania, kompresji danych. Związki mniej oczywiste występują

np. przy znajdowaniu konturów (zadanie dla przetwarzania obrazów) i przy wypełnianiu

konturów (zadanie dla grafiki komputerowej) -związek polega na tym, że jedno zagadnienie

jest odwróceniem drugiego.



Formy danych obrazowych

Algorytmy wykorzystywane w przetwarzaniu danych obrazowych działają dla różnych form

danych obrazowych, przy czym podział odnosi się bardziej do sposobu przedstawiania

danych obrazowych i ich przedstawiania niż do formy wizualnej. Rozróżnia się cztery klasy

obrazów:

1. obrazy o pełnej gradacji kontrastów i kolorowe: obrazy są reprezentowane jako

macierze z elementami zwanymi pikselami. Macierze są znacznych rozmiarów -typowe

mają 512x512 i dlatego często są przechowywane nie jako zwykłe macierze, ale z

wykorzystaniem bardziej wyszukanych form. Ewentualne kolory mogą być uwzględniane

jako macierze trójwymiarowe. Przykładem obrazów tej klasy są np. obrazy telewizyjne.

2. obrazy dwupoziomowe lub kilkukolorowe: obrazy tej klasy są zapamiętywane jako

macierze z jednym bitem na element obrazu. Obrazy kilkukolorowe są pamiętane jako

mapy zawierające jednoznacznie zdefiniowane obszary o ustalonym kolorze. Przykładem

obrazu dwupoziomowego może być strona tekstu.

3. krzywe ciągłe i linie proste: obraz jest ciągiem punktów, które mogą być reprezentowane

przez współrzędne (x,y) danego punktu lub poprzez przyrosty x, y między kolejnymi

punktami. Są efektywniejsze metody, np. kody łańcuchowe.

4. punkty lub wieloboki. Obrazy klasy czwartej są reprezentowane przez oddzielne zbiory

punktów, które są tak odległe, że nie mogą być reprezentowane przez kody łańcuchowe.

Należy wtedy zastosować tablicę współrzędnych (x,y), a do tej tablicy można zastosować

jeszcze kody przyrostowe lub kody różnicowe. Punkty mogą być połączone za pomocą

linii prostych lub krzywych. Liczba punktów określająca położenie obiektu jest mała.

Obrazy tego typu są najczęściej stosowane w grafice komputerowej. W większości

zastosowań stosuje się następujące metody:

 aproksymacja powierzchni za pomocą wieloboków, wycinki aproksymowane są

zwykle trójkątami. Obraz składa się wtedy z wieloboków,

 krzywoliniowe przybliżanie kształtu powierzchni, zbiór krzywych jest rysowany

na powierzchni bryły, a ich opisy są używane do otrzymania rzutów,

 wycinki powierzchni wyższego rzędu, zamiast płaskich wieloboków do opisu

powierzchni bryły wykorzystywane są wycinki powierzchni wyższego rzędu.



Porównanie grafiki wektorowej i rastrowej. Zaletą grafiki wektorowej jest oddzielenie

opisu obiektu od ekranu. O rozdzielczości systemu (minimalna odległość między dwoma

punktami na ekranie) decyduje elektronika układów stosowanych do pisania na ekranie.

Dlatego też stosowane są układy o matrycy ekranu o wymiarach 4096x4096. Dla urządzeń

rastrowych musi istnieć odwzorowanie elementów obrazu na komórki pamięci operacyjnej.

Zwiększenie rozdzielczości powoduje zwiększenie potrzebnej ilości pamięci. Obecnie

spotykane matryce ekranu mają wymiar 1024x1024. Mniejsza rozdzielczość powoduje efekt

schodów przy rysowaniu linii ukośnych.



Przekształcenia obrazów.

Klasa 1 w klasę 2. Taki proces nazywamy segmentacją i identyfikuje on obszary, gdzie kolor

i jasność są w przybliżeniu jednakowe.

Klasa 2 w klasę 3. Możliwe przekształcenia to znajdowanie konturu (obszar

odwzorowywany jest w krzywą zamkniętą) i ścienianie (tworzony jest zbiór zwany

szkieletem obrazu).

Klasa 3 w klasę 4. Proces ten nazywany jest segmentacją krzywych. Ma on na celu

znalezienie punktów krytycznych na konturze, np. punktami krytycznymi dla wielokątów są

ich wierzchołki.

Klasa 4 w klasę 3. Obejmuje on interpolację, w której krzywa gładka przechodzi przez

punkty i aproksymację, gdy krzywa gładka przechodzi w pobliżu punktów.

Klasa 3 w klasę 2. Obejmuje zagadnienia wypełniania konturów (nazywane jest to czasem

cieniowaniem). Jeżeli na wejściu jest szkielet obiektu to obraz musi być zrekonstruowany

poprzez rozszerzanie.

Klasa 2 w klasę 1. Przejście między tymi klasami polega na poprawieniu estetyki obrazu,

osiąga się to poprzez zastosowanie filtrów dolnoprzepustowych lub z zastosowaniem filtrów

zakłócających drżenie kolorów.

Przedstawione wyżej przekształcenia obrazów obejmują rozpoznawanie obrazów dla

przejścia z klasy niższej do klasy wyższej oraz grafikę komputerową dla przekształcenia

obrazu z klasy wyższej do klasy niższej.

Innymi przekształceniami są mogą być przekształcenia wewnątrz klasowe -

przykładem może być polepszanie jakości obrazu.

Ważną klasą zagadnień stanowią przekształcenia między obrazami dwuwymiarowymi

a obrazami trójwymiarowymi. Obejmują one rzutowanie - przejście od obrazu

trójwymiarowego do dwuwymiarowego i reprojekcja - rekonstrukcja obrazu

trójwymiarowego na podstawie rzutów.

Inną klasą zastosowań są przekształcenia geometryczne obiektów. Rozważa się także przy nich

problemy usuwania zasłoniętych linii lub zasłoniętych powierzchni.



Metody grafiki komputerowej - Przegląd algorytmów grafiki komputerowej

1. Algorytmy rastrowe:

 Rysowanie odcinka - za pomocą podstawowych operacji narysować odcinek łączący

dwa punkty we współrzędnych ekranowych, aspekt ekranu,

 Rysowanie okręgu,

 Rysowanie dowolnych krzywych ciągłych,

 Wypełnianie obszaru – dany jest kolor cb, należy wypełnić wnętrze kolorem cw,

stosujemy takie algorytmy jak: algorytm przez sianie, algorytm Smitha, algorytm

wypełniania trapezu, wypełnianie wielokąta poprzez rozkład na trapezy.

2. Geometria na płaszczyźnie:

 Przekształcenia punktu na płaszczyźnie (translacja, obrót, skalowanie, jednokładność,

powinowactwo prostokątne,

 Okienkowanie (odwzorowanie obszaru określonego we współrzędnych rzeczywistych

na obszar we współrzędnych ekranowych),

 Obcinanie (wyznaczenie elementów leżących wewnątrz okna),

 Działania na wielokątach (wyznaczenie położenia punktu względem wieloboku,

wyznaczenie powłoki wypukłej zbioru punktów, triangulacja wielokątów.

3. Geometria w przestrzeni:

 Przekształcenia punktu w przestrzeni,

 Rzutowanie (podstawowa operacja, każdy trójwymiarowy obiekt jest rzutowany na

ekran, kartkę papieru, rzuty równoległe i perspektywiczne),

 Reprezentacja i modelowanie krzywych (wielomiany, funkcje sklejane, interpolacja,

interpolacja Legrange’a, krzywe Beziera)

 Reprezentacja powierzchni (powierzchnie Beziera.



Fizyka grafiki komputerowej – przegląd zagadnień

1. Zagadnienia percepcji obrazów: budowa i działanie oka ludzkiego, barwa w grafice

komputerowej, teoria fal i konsekwencje dla oka ludzkiego (bezwładność- pozwala

odbierać bodźce jako sygnały ciągłe, kontrast – różnica między jasnością obiektu i

jasnością tła, adaptacja wzroku – przystosowywanie się do zmian oświetlenia itd.)

2. Teoria barwy w grafice komputerowej: - Pojęcie barwy, opis fizyczny,

psychofizjologiczny, postrzeganie barw,

3. Modele oświetlenia (uzyskanie informacji o świetle docierającym do sceny)– modele

empiryczne (uwzględniają jedynie pierwotne źródło światła, np. słońce, oświetlenie

sztuczne), modele przejściowe (uwzględniają w ograniczonym zakresie wtórne źródło

światła), modele analityczne (badają rozpływ energii na scenie).

4. Metody wizualizacji (przedstawienie wyników na urządzeniu grafiki komputerowej):

metody śledzenia promieni, metoda energetyczna, tekstury.

5. Stereoskopia – prezentowanie obrazów 2DF i 3D na monitorze (algorytmy są

wykorzystywane głównie do eliminacji efektów, które byłyby sprzeczne ze zdrowym

rozsądkiem).

6. Animacja: Modele opisowe – określenie ciągu wartości opisujących dany parametr,

modele generacyjne – obiekt jest zapisywany bezpośrednio w przestrzeni reprezentacji

obiektu (np. na monitorze), modele zachowań – opisują wszelkie działania jakie organizm

podejmuje przystępując lub prowadząc jakąś akcję, np. lot stada ptaków, ławica ryb.



Modelowanie Grafiki 3D – przegląd zagadnień

1. Algorytmy wyznaczania linii i powierzchni zasłoniętych (obiekty wielościenne).

2. Modelowanie oświetlenia, koloru i tekstury:

 Wyznaczanie cieni,

 Modelowanie oświetlenia,

 Cieniowanie powierzchni brył (bryły wielościenne),

 Kolory (model RGB – kolory podstawowe to czerwony, zielony, niebieski, model

CMY – kolory podstawowe to zielono – niebieski (cyan), karmazynowy (magneta) i

żółty (yellow), model HSV – określany na podstawie barwy, nasycenia i

intensywności,

 Tekstura (cechy powierzchni danego obiektu).



Programowanie grafiki komputerowej– systemy grafiki komputerowej

1. OPenGl

2. Java3D

3. DirectX

4. ActionScript,

5. AutoLisp