Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật đồ hoạ Hình 1.9 Quét mành và quét dòng của màn hình CRT 1. Màn hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal Display – LCD) Dựa vào công nghệ truyền ánh sáng qua điện cực mà đặt giữa là cuộn dây xoắn. Khi chưa có từ trường (chưa có dòng điện) ở cuộn dây thì ánh sáng truyền thẳng, khi có từ trường thì ánh sáng truyền đổi chiều.10 Công nghệ truyền ánh sáng trong màn hình tinh thể lỏng CRT Displays (màn hình CRT) Advantages (ưu điểm) Disadvantages (nhược điểm) Đáp ứng nhanh (có độ phân giải cao) Lớn và nặng (typ. 70x70 cm, 15 kg) Màu sắc đa dạng (Có độ sâu và rộng) Tiêu tốn nguồn điện cao (typ.
140W) Màu sắc bão hoà và tự nhiên Có hại cho sức khoẻ vì trường điện từ và từ tính Công nghệ không quá đắt và hoàn thiện Màn hình nhấp nháy (at 50-80 Hz) Góc nhìn rộng, tương phản và độ sáng cao Hình hay bị méo tại 4 góc LCD Displays (màn hình tinh thể lỏng) Advantages (ưu điểm) Disadvantages (nhược điểm) Hình dáng nhỏ, trọng lượng nhẹ (approx 1/6 of Giá thành cao (presently 3x CRT) CRT, typ. 1/5 of CRT) Góc nhìn hẹp hơn (typ. +/- 50 degrees) Tiêu tốn nguồn thấp (typ. 1/4 of CRT) độ tương phản thấp (typ.
1:100) Màn hình phẳng tuyệt đối nên không méo tại độ chói (độ ngời) thấp hơn (typ. 200 cd/m2) các góc 16 Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật đồ hoạ Màu sắc đều, ảnh sinh động Không bị hiệu ứng điện từ trường Có thể màn hình vừa lớn vừa rộng (>20 inch) Tóm tắt chương: Sự ra đời của đồ hoạ máy tính thực sự là cuộc cách mạng trong giao tiếp giữa người dùng và máy tính. Với lượng thông tin trực quan, đa dạng và phong phú được truyền tải qua hình ảnh. Các ứng dụng đồ hoạ máy tính đã lôi cuốn nhiều người nhờ tính thân thiện, dễ dùng, kích thích khả năng sáng tạo và tăng đáng kể hiệu suất làm việc.
Đồ hoạ máy tính ngày nay được được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học, kỹ thuật, nghệ thuật, kinh doanh, quản lý…Các ứng dụng đồ hoạ rất đa dạng, phong phú và phát triển liên tục không ngừng. Ngày nay, hầu như không có chương trình ứng dụng nào mà không sử dụng kỹ thuật đồ hoạ để làm tăng tính hấp dẫn cho mình. Một hệ thống đồ hoạ bao giờ cũng gồm hai phần chính đó là phần cứng và phần mềm. Phần cứng bao gồm các thiết bị hiển thị (thiết bị xuất) và các thiết bị nhập.
Tiêu biểu nhất là màn hình, có hai loại màn hình thông dụng là CRT và LCD. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của màn hình dạng điểm. Nêu các khái niệm vùng đệm khung, độ phân giải, tỷ số phương. của màn hình loại này? 2.
Ý nghĩa và hoạt động của bảng tra LUT? 3. Tính Video Ram của các màn hình lần lượt có độ phân giải là 640x480, 1024x768, 1280x1024 mà có mỗi pixel được mô tả lần lượt là 8bít, 12 bit, 24 bit. Nếu chúng ta dùng các giá trị 12bit cho mỗi pixel trong một bảng tham chiếu lookup table, có bao nhiêu hạng mục mà lookup table có được? 5. Tại sao phải chuẩn hoá các phần mềm đồ hoạ? Liệt kê các chuẩn hóa đó.
17 Chương 2: Các giải thuật sinh thực thể cơ sở CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI THUẬT SINH THỰC THỂ CƠ SỞ 2. CÁC HỆ THỐNG TOẠ ĐỘ TRONG ĐỒ HOẠ 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 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 thực (WCS – World Coordinate System) Một trong những hệ tọa độ thực thường được dùng để mô tả các đối tượng trong thế giới thực là hệ tọa độ Descartes. Với hệ tọa độ này, mỗi điểm P được biểu diễn bằng một cặp tọa độ P(xp,yp,zp) với xp, yp,zp R Hình 2.1 Hệ tọa độ thực. Ox,Oy, Oz là trục toạ độ xp ,yp,zp : toạ độ của P 19 Chương 2: Các giải thuật sinh thực thể cơ sở 2.
Hệ toạ độ thiết bị (DCS – Device Coordinate System) Hệ tọa độ thiết bị (device coordinates) được dùng cho một thiết bị xuất cụ thể nào đó, ví dụ như máy in, màn hình,. Trong hệ tọa độ thiết bị thì các điểm cũng được mô tả bởi cặp tọa độ (x,y). Tuy nhiên, khác với hệ tọa độ thực là x, y N. Điều này có nghĩa là các điểm trong hệ tọa độ thực được định nghĩa liên tục, còn các điểm trong hệ tọa độ thiết bị là rời rạc.
Ngoài ra, các tọa độ x, y của hệ tọa độ thiết bị chỉ biểu diễn được trong một giới hạn nào đó của N. Ví dụ : Độ phân giải của màn hình trong chế độ đồ họa là 640x480. Khi đó, x(0,639) và y(0,479) (xem hình 2.2 Hệ tọa độ trên màn hình 2. toạ độ thiết bị chuẩn (NDCS – Normalized Device Coordinate System) 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 thiết 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 (xem hình 2.3 Hệ tọa độ trên màn hình.
ĐIỂM VÀ ĐOẠN THẲNG 2. Điểm Trong hệ toạ độ hai chiều (mặt phẳng) thì điểm được biểu diễn P(x,y), ngoài ra nó còn có tính chất màu sắc. Ví dụ để vẽ một điểm ta có hàm putpixel(x,y,color). Đoạn thẳng Biểu diễn tường minh: y = f(x) Một đoạn thẳng được xác định nếu biết 2 điểm thuộc nó.
Phương trình đoạn thẳng đi qua 2 điểm P (x1,y1) và Q(x2,y2) như sau: (y-y1)/( x-x1) = ( y2-y1)/( x2-x1) 20 Chương 2: Các giải thuật sinh thực thể cơ sở (y-y1)(x2-x1)=(x-x1)(y2-y1) (x2-x1)y=(y2-y1)x + y1(x2-x1) - x1(y2-y1) y = ((y2-y1)/(x2-x1))x + y1 - ((y2-y1)/(x2-x1))x1 y = kx + b k = (y2-y1)/(x2-x1) Độ dốc hay hệ số góc của đường Q(x2 , y2) b = y1- kx1 Đoạn chắn trên trục y y = kx (tức là khi x thay đổi thì y thay đổi theo) Biểu diễn không tường minh: ax+by+c=0 P(x1, y1) Ta có: (y2-y1)x - (x2-x1)y + (x2-x1)y1 - (y2-y1)x1 = 0 (y2-y1)x - (x2-x1)y + x2y1 - x1y2 = 0 hay ax + by + c = 0 Trong đó a = (y2-y1), b = -(x2-x1 ) và c = x2y1 - x1y2b Biểu diễn thông qua tham số: Hình 2.4 Vẽ đoạn thẳng PQ P(u) = P1 + u(P2 - P1) có u [0,1] x(u) = x1 + u( x2 - x1 ) y (u)= y1 + u( y2 - y1 ) 2. CÁC GIẢI THUẬT XÂY DỰNG THỰC THỂ CƠ SỞ 2. Giải thuật vẽ đoạn thẳng thông thường Nguyên lý chung: cho một thành phần toạ độ x hay y biến đổi theo từng đơn vị và tính độ nguyên còn lại sao cho gần với toạ độ thực nhất. y2 y1 Ta có y x x1 y1 x2 x1 Cho x thay đổi tìm y, trong bài này cho x1 thay đổi tiến tới x2 ta chọn đơn vị nhỏ nhất của màn hình x=1.
Giải thuật thông thường: void dline(int x1,int y1, int x2,int y2, int color) { float y; int x; for (x=x1; x<=x2; x++) { y = y1 + (x-x1)*(y2-y1)/(x2-x1) ; putpixel(x, Round(y), color ); } } 2. Giải thuật Bresenham 1960 Bresenham thuộc IBMtìm ra các điểm gần với đường thẳng dựa trên độ phân giải hữu hạn. Giải thuật này loại bỏ được các phép toán chia và phép toán làm tròn như ta đã thấy trong giải thuật trên. Xét đoạn thẳng với 0 < k < 1 21 Chương 2: Các giải thuật sinh thực thể cơ sở Hình 2.
