Основные понятия




НазваниеОсновные понятия
страница1/10
Дата20.12.2012
Размер1 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Введение

Основные понятия


Термин "машинная графика" (computer graphics) в словаре по обработке данных Международной организации по стандартизации (ISO) определен как совокупность методов и средств для преобразования данных в графическую форму представления и из графической формы представления с помощью ЭВМ.

Выделяют три основных направления, связанных с обработкой информации, которая представлена изображением на мониторе: распознавание образов (pattern recognition), обработка изображений (image processing) и собственно машинная графика.

Самый наглядный пример задачи распознавания образов – распознавание текста. Исходная информация представлена совокупностью знаков, состоящих для программы распознавания из определенных комбинаций точек. Число и пространственное расположение точек должны совпадать или приближаться к образцам, которые хранит программа распознавания. Если такое сравнение дает положительный результат, то программа преобразует графический образ знака в символ, кодированный в общепринятом стандарте. Другой пример – распознавание линий. В этом случае программа должна решить задачу преобразования точечного образа линии в ее математическое описание (например, отрезок задается координатами его концов, окружность – координатами центра и радиусом). При этом решается важная подзадача, называемая скелетизацией объектов, когда восстанавливается некая основа объекта, его "скелет".

Таким образом, системы распознавания решают задачу, которая заключается в преобразовании уже имеющегося изображения на язык символов. Изображение в результате представляется в виде абстрактного описания – набора букв определенного алфавита, чисел или в виде графа.

Обработка изображений связана с преобразованием или переводом изображения в другой формат или вид, а также с устранением шумов, сжатием данных и т.п.

И, наконец, машинная (компьютерная) графика занимается синтезом изображений реально существующих или воображаемых объектов. Здесь исходная информация, как правило, имеет неизобразительный характер. Компьютеру требуется так называемое формальное описание для отображения указанных сцен. Формальное описание включает в себя, кроме правильных с точки зрения синтаксиса выражений на алгоритмическом языке, разработанные аналитические методы и математическое описание каждого представляемого объекта. Разработкой и исследованием формальных описаний графической информации, а также нахождением методов и средств их преобразования в изображение на видеомониторе и занимается компьютерная графика.

На рис. 1, взятом из книги Шикина Е.В. и Борескова А.В. [1], приведена наглядная схема взаимодействия трех названных процессов обработки графической информации.



IP – обработка изображения; PR – распознавание образов;
CG – компьютерная графика.


Рис. 1. Схема взаимодействия процессов обработки графической информации

Синтез изображения в графической системе разделяют, как правило, на два этапа:

1) извлечение из базы данных и геометрические преобразования сегментов изображения;

2) визуализация.

Однако, прежде, чем мы займемся математическим и алгоритмическим обеспечением компьютерной графики, определимся с некоторыми другими важными терминами, имеющими отношение к технической и программной реализации.

С точки зрения программиста, изображение на мониторе представляется в виде отдельных объектов, называемых графическими примитивами (точки, линии, ломаные или цепочки литер). Это обусловлено простой и ясной моделью того, что называют изображением, образом, видом и т.п. Ребенок, рисующий человечка, произносит: точка, точка, запятая - вышла рожица кривая, ручки, ножки, огуречик - вот и вышел человечек.

Существуют и другие модели восприятия и представления изображения, например, художники-импрессионисты говорят, что любой образ можно отобразить с помощью цветовых пятен. Дисплей накладывает технические ограничения на представление графической информации. Изображение представляется в виде точек и каждой точке соответствует вполне определенный атрибут - цвет и интенсивность. Таким образом, графические (а точнее - дисплейные) примитивы хранятся в памяти в виде совокупности образующих их точек, называемых пикселями или пэлами (рels) от словосочетания рicture element. Говорят, что изображение формируется на растре, представляющем собой совокупность горизонтальных растровых строк, каждая из которых состоит из отдельных пэлов; таким образом, растр - это матрица пэлов, покрывающая всю площадь экрана. Все изображение последовательно сканируется не менее 30 раз в секунду по отдельным строкам растра в направлении сверху вниз, при этом изменяется лишь интенсивность электронного луча для каждого пэла в строке. Этот принцип растровой графики, который основан на телевизионной технике, реализуется в большинстве современных ЭВМ (включая и IBM РC).

Количество точек растра называется разрешающей способность (или разрешением) монитора.

Краткая история компьютерной графики


Проект WHIRLWIND ("вихрь") в начале 50-х годов Массачусетского технологического института (МТИ) можно считать началом эры МГ. Компьютер содержал около 1 кв.км. электроники, но его система управления уже имела дисплей. WHIRLWIND был использован для создания системы воздушной защиты как средство преобразования данных, полученных от радара, в наглядную форму.

1960-е годы. Иван Сазерленд (Ivan Sutherland) в 1963 году на базе Линкольновской лаборатории в МТИ защитил докторскую диссертацию, в которой были описаны принципы построения интерактивной системы эскизного рисования Sketchpad. Эти принципы и структуры данных явились теоретической основой для программного обеспечения компьютерной графики. В середине 60-х наступил период промышленных приложений машинной графики. Под руководством Тирбера Мофета и Нормана Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертежную машину, которая стала основой для серии систем интерактивной графики компании Control Data Corp. В 1964 году General Motors представила DAC-1 – систему автоматизированного проектирования. Устройства ввода в графических системах 60-х годов ограничивались клавиатурой и световыми перьями.

1970-е годы. Список устройств ввода пополнился мышью и графическими планшетами. Среди устройств вывода появились и стали активно применяться электростатические и струйные графопостроители, но самое главное - растровые дисплеи, когда в середине 70-х полупроводниковая память начала удешевляться. Полное изображение, включающее 256 цветов и состоящее, например, из 1024 строк по 1024 пэлов, должно храниться непосредственно как битовая карта емкостью 1Мб, содержащая точки, которые находятся в однозначном соответствии с точками на экране. В 1973 году двоичный разряд памяти стоил 2 цента. Таким образом, 256-цветное изображение размером 1024х1024 точек стоило более 20000 долларов. Сейчас (1997-98 г.г.) видеокарта SVGA 1Мб на российском рынке стоит около 30 долларов, т.е. разница в цене - почти в 700 раз.

До середины 70-х годов широко использовались векторные дисплеи. Принцип их работы отличается тем, что битовая карта отсутствует, а графические примитивы формируются с помощью команд, которые преобразуются дисплейным процессором в аналоговые напряжения, управляющие электронным лучом. При этом луч передвигается по люминофорному покрытию ЭЛТ в точках, которые описаны в указанных командах формирования графических примитивов. Буферная память для этих команд была не более 32 Кб, но, тем не менее, и она по тем временам была дорогой.

Векторные и растровые файлы


Несмотря на появление и распространение растровых дисплеев, принцип векторной графики оказался живуч, и, более того, оказалось, что обработка графических файлов векторного формата по сравнению с обработкой файлов растрового формата на растровых дисплеях намного эффективнее, хотя их описание сложнее с точки зрения математического обеспечения.

В процессе построчного вывода изображение (кадр) помещается в битовую карту (видеопамять), которая организована по линейному принципу и расположена в адресном пространстве центрального процессора. Но прежде, чем будет сформирован растровый образ в видеопамяти, файл должен быть преобразован в соответствующий формат вывода. Чтобы преобразовать двумерный точечный образ, необходимо проанализировать и преобразовать значение каждой точки, что резко снижает производительность видеоподсистемы и системы в целом. Когда изображение может быть представлено в виде совокупности графических примитивов, т.е. в виде аналитического описания, каким и является векторный формат файлов, то процесс преобразования сводится к растеризации отдельных отрезков, окружностей, областей заливки и т.д. Следовательно, количество анализируемых и синтезируемых точек намного меньше, чем при обработке растровых изображений. К тому же, файлы векторного формата в среднем на порядок меньше по объему растровых файлов, поскольку последние хранят описание каждого пикселя и объем резко увеличивается с увеличением разрешения.

В связи с вышесказанным можно сделать следующие выводы:

1) преобразование "вектор растр" (мат.описание на бит.карту) на растровом дисплее происходит быстро;

2) "вектор вектор" (мат.описание в мат.описание) - очень быстро;

3) "растр растр" (бит.карту на бит. карту) - очень медленно.

Примечание. Преобразование вида "растр вектор" является задачей распознавания. Быстродействие в этом случае во многом зависит от метода распознавания.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие:

Основные понятия iconПрограмма по дисциплине «прикладные протоколы интернет и www»
Глобальные вычислительные сети: os unix – основные понятия, Internet – структура и основные понятия, аппаратное обеспечение, программное...
Основные понятия iconЛекция №1. Основные понятия современной генетики. Основные понятия теории наследственности

Основные понятия iconУрок 14 Тема: Основные понятия и определения
Цели урока: разобрать основные понятия и определения, научиться выбирать номенклатуру деталей для обработки на гпс
Основные понятия iconПреподаватель
Тема: «Наводнения. Основные понятия и их классификация. Основные понятия гидрологии. Классификация наводнений»
Основные понятия iconПрограмма вступительного экзамена в магистратуру по направлению «Философия» 2012 год
Развития. Древнеиндийская философия, её основные черты. Периодизация индийской философии, её основные понятия: Брахман, Атман, сансара,...
Основные понятия iconОбщая и неорганическая химия лекция: Основные понятия и
Основные понятия и законы химии. Лекция по курсу «Общая и неорганическая химия» для студентов сельскохозяйственных специальностей...
Основные понятия iconОсновные понятия экономических информационных систем
Эис. Детальное изучение эис опирается на понятия "информация" и "система", к которым мы и переходим
Основные понятия iconПрограмма вступительного экзамена в магистратуру
Основные понятия и определения транспорта и его видов. Дорога и её основные элементы
Основные понятия iconКурс лекций Составитель Соркина В. Е. Оглавление
Введение. Основные понятия и определения 7 Основные задачи теории информационных систем. 7
Основные понятия iconПлан-конспект урока основные
Основные генетические понятия и символы. Моногибридное скрещивание (первый урок в главе «Закономерности наследственности»)
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница