Общее введение в компьютерную графику презентация

компьютерной графики.
Технические средства поддержки компьютерной графики.
Форматы хранения пикселей.
Форматы хранения изображений.

Основные вопросы

(индекс и наименование дисциплины)
по направлению подготовки - 10.03.01 Информационная безопасность
(код и наименование специальности)
квалификация (степень) – «бакалавр»
 института/факультета Институт компьютерных систем и информационной безопасности Факультет очного обучения КубГТУ
кафедра-разработчик Информационных систем и программирования

как дисциплины математического и естественнонаучного цикла направлено на достижение следующих целей:
повышение уровня теоретической и практической подготовки студентов важных прикладных вопросах современной вычислительной техники и информатики;
развитие профессиональной культуры, формирование научного мировоззрения и развитие системного мышления;
привитие стремления к поиску оптимальных, простых и надежных решений;
расширение кругозора.
Задачи дисциплины “ Прикладные пакеты компьютерной графики ”– дать студентам знания по вопросам:
теоретических основ построения реалистического изображения на экране монитора и других средствах вывода графических изображений;
анализа различных методов и алгоритмов, применяемых в данной области.
Дисциплина входит в состав цикла математических и естественнонаучных дисциплин и является дисциплиной по выбору студентов и читается на первом курсе и предполагает использование базы знаний полученных студентом при обучении в среднем образовательном учреждении по дисциплине «Информатика», поэтому требований к входным знаниям, умениям и компетенциям студента, необходимым для ее изучения, не предъявляется.

компетенций:
 
общекультурных компетенций (ОК):
 
способности осознавать необходимость соблюдения Конституции Российской Федерации, прав и обязанностей гражданина своей страны, гражданского долга и проявления патриотизма (ОК – 1);
способности осознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности в области обеспечения информационной безопасности, готовности и способности к активной состязательной деятельности в условиях информационного противоборства (ОК – 7);
способности к саморазвитию, самореализации, приобретению новых знаний, повышению своей квалификации и мастерства (ОК – 11);
 

подсистем и средств обеспечения информационной безопасности (ПК – 18);
способности применять методы анализа изучаемых явлений, процессов и проектных решений (ПК – 20);
способности осуществлять подбор, изучение и обобщение научно-технической литературы, нормативных и методических материалов по вопросам обеспечения информационной безопасности (ПК – 24);

построения графических изображений;
основы построения графических изображений;
алгоритмы, используемые в компьютерной графике;
уметь:
использовать средства ввода графической информации в компьютер;
использовать программные средства компьютерной графики;
применять полученные знания при выполнении курсовых проектов и выпускных квалификационных работ, а также в ходе научных исследований;
владеть:
навыками использования пакетами прикладных программ компьютерной графики для подготовки изображений к публикации при выполнении курсовых проектов и выпускных квалификационных работ, а также в ходе научных исследований.
Дисциплина является предшествующей для дисциплин предполагающих разработку курсовых проектов и написание контрольных работ, согласно учебному плану по подготовке бакалавров, а также для проведения исследований в рамках научной работы студентов и при подготовке выпускной квалификационной роботы.

А.В.Морозов Компьютерная графика Учебное пособие СПб.: СЗТУ -2005г.- 105с
Л.А.Залотова Компьютерная графика. Элективный курс. Учебное пособие. М:. БИНОМ –Лаборатория знаний 2005г. -212 с , 16 ил.
Л.А.Залотова Компьютерная графика. Элективный курс. Практикум. М:. БИНОМ –Лаборатория знаний 2005г. -245 с , 16 ил.

пособие / Нижегород. гос. тех. ун-т. Н. Новгород, 2002. - 70 с. (Гриф Ученого совета НГТУ).
Князьков В.В. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие / Нижегород. гос. тех. ун-т. Н. Новгород, 2004. - 177 с.
(Гриф: Допущено учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки дипломированных специалистов "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств", "Автоматизированные технологии и производства").
2.Скобелева И.Ю., Мухина М.Л., Ширшова И.А. Начертательная геометрия: Учеб. пособие / Нижегород. гос. тех. ун-т. Н. Новгород, 2006. - 150 с. (Гриф: Допущено учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки дипломированных специалистов "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств", "Автоматизированные технологии и производства").

Комплекс учебно-методических материалов для студентов заочной и дистанционной форм обучения / Нижегород. гос. тех. ун-т. Н. Новгород, 2006. - 120 с. (Гриф Ученого совета НГТУ).
4.Гареева Л.В., Скобелева И.Ю, Ширшова И.А. Начертательная геометрия: Комплекс учебно-методических материалов для студентов заочной и дистанционной форм обучения / Нижегород. гос. тех. ун-т. Н. Новгород, 2006. - 111 с. (Гриф Ученого совета НГТУ).
5.Ширшова И.А., Скобелева И.Ю., Гареева Л.В., Князьков В.В. Инженерная графика: Комплекс учебно-методических материалов для студентов заочной и дистанционной форм обучения. Ч.1 / Нижегород. гос. тех. ун-т. Н. Новгород, 2008. - 140 с. (Гриф Ученого совета НГТУ).
6.Скобелева И.Ю., Ширшова И.А., Гареева Л.В., Князьков В.В. Инженерная графика: Комплекс учебно-методических материалов для студентов заочной и дистанционной форм обучения. Ч.2 / Нижегород. гос. тех. ун-т. Н. Новгород, 2008. - 127 с. (Гриф Ученого совета НГТУ).

изображений с помощью компьютера.

Моделирование

4. Графический пользовательский интерфейс

графика,
обработка и анализ изображений,
анализ сцен (перцептивная компьютерная графика),
компьютерная графика для научных абстракций (когнитивная компьютерная графика, т.е. графика, способствующая познанию).

которые она решает, сводятся к следующим:
построение модели объекта и формирование изображения;
преобразование модели и изображения;
идентификация объекта и получение требуемой информации.

и других изображений.
Средства компьютерной графики здесь используются для:
повышения качества изображения;
оценки изображения - определения формы, местоположения, размеров и других параметров требуемых объектов;
распознавания образов - выделения и классификации свойств объектов (при обработке аэрокосмических снимков, вводе чертежей, в системах навигации, обнаружения и наведения).

между ними.
Объекты могут быть как синтезированными, так и выделенными на фотоснимках. К таким задачам относятся, например,
моделирование "машинного зрения" (роботы),
анализ рентгеновских снимков с выделением и отслеживанием интересующего объекта (внутреннего органа),
разработка систем видеонаблюдения.

четко очерченное. Это - компьютерная графика для научных абстракций, способствующая рождению нового научного знания. Технической основой для нее являются мощные ЭВМ и высокопроизводительные средства визуализации.

три точки, соответствующие красному, синему и зеленому цветам
В трубке находятся электронные пушки, испускающие электронные лучи
Эти лучи попадают на триады, заставляя их светиться с различной интенсивностью
В совокупности эти три цвета каждой триады дают нужный цветовой оттенок пикселя

for separating beams for red, green, and blue part of displayed image
Phosphor layer with red, green, and blue zones
Close-up of the phosphor-coated inner side of the screen

кристаллов под действием приложенного электрического поля
Кристаллы пропускают свет через поляризаторы, поэтому угол поворота кристалла «открывает» ячейку или «закрывает» ее для пропускаемого света

mask
5&6. Horizontal and vertical command lines
7. Rugged polymer layer
8. Spacers
9. Thin film transistors
10. front electrode
11. rear electrodes

видеосигнал для монитора
Современная видеокарта обычно является платой расширения, вставляемой в AGP или PCI-Express слот материнской платы

от этой обязанности центральный процессор
Обладает высокой эффективностью:
Трехмерные преобразования сотен миллионов вершин в секунду
Растеризация миллиардов пикселей в секунду

развертки для монитора
осуществляет обработку запросов центрального процессора.

графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов)
Данные для обработки 3D-графики
Полигональные сетки
Текстуры
Шейдеры
Видеоадаптером может использоваться также часть системной памяти компьютера
Доступ к этой памяти осуществляется посредством шины AGP или PCI-Express

цвета, подаваемые на аналоговый монитор
От характеристик RAMDAC зависит возможный диапазон цветности подаваемого сигнала

ЦАП
Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит – по 256 градаций яркости на каждый цветовой канал

драйвера видеокарты
Экранные шрифты и служебные таблицы

пределах

видеоадаптера
Загружается в процессе запуска ОС
Обеспечивает управление работой видеоадаптера путем программирования его регистров через порты ввода-вывода

двухмерный массив пикселей, который располагается в видеопамяти
Этот участок памяти называется буфером кадра (Frame buffer)

на экране
Типичные экранные разрешения:
640*480
800*600
1024*768
1280*1024
Чем больше разрешение, тем больше мелких деталей изображения видеоадаптер способен отобразить

зависит количество бит, требуемых для хранения информации о цвете пикселя
Большинство современных видеокарт обеспечивают глубину цвета в 24 или 32 бита
Это позволяет передать более 16 миллионов (224) различных цветовых оттенков

буфера кадра чтобы нарисовать что-либо
Часть адресного пространства отводилась для хранения данных видеопамяти
Это вызывало определенный проблемы при работе с видеопамятью из реального режима процессора
С появлением 32-битных процессоров и ОС ситуация изменилась в лучшую сторону

32 бит
Размер буфера кадра при этом равен 16 Mb
Вопрос: Какая пропускная способность шины потребуется, чтобы вывести такой буфер кадра на монитор с частотой 75Hz?
Вот почему современные видеокарты имеют ширину шины 128 или 256 бит.

int byteperpixel,
int x,
int y
)
{
return buffer + (y * pitch) + (x * byteperpixel);
}

компонент красного, зеленого и синего цветов
Смешивая эти цвета в различных пропорциях можно получить различные оттенки остальных цветов

в идеале интенсивность каждой цветовой составляющей должна быть выражена действительными числами в диапазоне от 0 до 1
Однако в цифровом мире видеоадаптеров этот непрерывный диапазон обычно выражается целыми числами от 0 до 255 – по 1 байту на каждую цветовую компоненту

пиксель)
256 цветов (8 бит на пиксель)
32’658 цветов (15 бит на пиксель)
65’536 цветов (16 бит на пиксель)
16’777’216 цветов (24/32 бита на пиксель)

несет информацию о 8 соседних пикселях
Это позволяет отображать изображения, состоящие всего из двух цветов – черного и белого
Данный цветовой режим используется при выводе информации на матричный принтер, образы шрифтов также могут храниться в этом режиме

определяется индексом цвета в специальной таблице, называемой палитрой
Данная таблица содержит информацию о цвете каждого из 256 цветов

в двух байтах
В 15-битном режиме на хранение информации о цветовых компонентах отводится по 5 бит (32 градации)
В 16 битном режиме на зеленый цвет отводится 6 бит, на синий и красный - по 5

изображений в заданном формате, полученных из различных источников (фотокамера, сканер, графический редактор и т.п.)

– цветах, прозрачности и т.п.
С целью уменьшения размеров файла во многих форматах применяются различные алгоритмы компрессии графических данных

24 и 32-битные изображения
Поддерживается большинством графических приложений
Поддерживает компрессию без потерь качества RLE (Run-Length Encoding), однако в большинстве случаев изображения в формате BMP компрессию не используют
В силу больших размеров BMP-файлы плохо подходят для распространения по сети

grayscale-изображений (фотографий)
Использует сжатие с потерями качества (величину потерь и степень сжатия можно контролировать)
Благодаря высокой степени сжатия файлы формата JPEG широко распространены в сети Интернет

изображения, содержащие «прозрачные» пиксели
Использует сжатие без потерь качества
Недостатки
позволяет хранить лишь 8-битные изображения, что делает его пригодным лишь для хранения простых диаграмм, фигур и «мультяшных» изображений

форматов изображений
индексный (палитровом) режим,
True-color изображения (8 или 16 бит на каждую цветовую составляющую)
Поддержка полупрозрачности
Поддерживает компрессию без потерь качества
Недостатки
Некоторые старые браузеры не поддерживают этот формат
Фотореалистичные изображения сжимаются плохо

глубиной цвета до 48 бит (64 с прозрачностью) в различных цветовых пространствах
Поддерживает как компрессию без потерь качества, так и с потерями
Плохо поддерживается браузерами, поэтому не широко распространен в Сети

характеристики не отдельных пикселей, а геометрических примитивов, из которых состоит изображение
Векторные изображения могут быть качественно изображены в любом разрешении

изображений
Представляет собой текстовый XML-файл определенной структуры
SVGZ – файл SVG упакованный GZip
Может содержать сценарии, позволяющие создавать динамичную и интерактивную графику

- Adobe)
Может содержать статические изображения, анимацию, звуки, видео, а также апплеты на языке ActionScript, позволяя создавать сложные интерактивные Web-приложения
SWF-формат не предоставляет специальных возможностей для своего редактирования

направления развития компьютерной графики? Какие задачи они решают?
Где и когда впервые был использован дисплей в качестве устройства вывода ЭВМ?
Кем и когда была разработана первая интерактивная программа для рисования?
Назовите основных разработчиков методов закрашивания гладких поверхностей.
Кто является автором ряда алгоритмов построения растровых образов различных геометрических объектов?
Назовите авторов алгоритмов удаления невидимых линий.
В чем состоит основное различие между дисплеями с произвольным сканированием и растровым