HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KỸ THUẬT ĐỒ HỌA (Dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa) Lưu hành nội HÀ NỘI - 2006 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KỸ THUẬT ĐỒ HỌA Biên soạn : THS TRỊNH THỊ VÂN ANH Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Hiện đồ hoạ máy tính (Computer Graphics) chương trình thơng dụng nhất, góp phần quan trọng làm cho giao tiếp người máy tính trở nên thân thiện Thật vậy, giao diện kiểu văn (text) thay hoàn toàn giao diện đồ hoạ, với công nghệ đa phương tiện (multimedia) đưa ngành Công Nghệ Thông Tin sang phiên Cuốn tài liệu giảng dạy này, muốn mang lại cho bạn đọc sở lý thuyết đồ hoạ máy tính từ đơn giản thuật tốn vẽ đường thẳng, đường trịn, đa giác, ký tự Tiếp đến kỹ thuật xén tỉa, phép biến đổi đồ hoạ không gian 2D 3D Chúng ta làm quen với giới màu sắc thông qua hệ màu: RGB, CMYK, HSV Phức tạp phép chiếu, phương pháp xây dựng đường cong mặt cong cho đối tượng Tài liệu gồm bảy chương, chương giúp bạn có nhìn tổng quan kỹ thuật đồ hoạ từ trước đến định hướng tương lai cho lĩnh vực Các chương tiếp theo, chương vấn đề từ đơn giản đến phức tạp Cuối chương có phần tập cho kiểm tra lại kiến thức vừa đọc Bài tập gồm hai dạng: dạng tính tốn dạng lập trình, dạng lập trình bạn viết C/C++ hay BC chí VB Cuối phần phụ lục gồm hướng dẫn để làm tập lập trình, ngơn ngữ hay dùng C/C++ hay BC Bố cục rõ ràng, hình ảnh phong phú, đa dạng Dù cho bạn chưa biết đồ hoạ máy tính hay bạn nhiều năm làm việc lĩnh vực này, bạn nhận thấy sách tham khảo đầy đủ thơng tin hữu ích có tính chất thực tiễn cao Trong trình biên soạn cố gắng không tránh khỏi sai sót, mong nhận đóng góp chân thành từ quý bạn đọc Xin chân thành cám ơn Tác giả Chương 1: Tổng quan kỹ thuật đồ họa CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐỒ HOẠ CÁC KHÁI NIỆM TỔNG QUAN CỦA KỸ THUẬT ĐỒ HOẠ MÁY TÍNH (COMPUTER GRAPHICS) 1.1 L ịch sử phát triển - Graphics năm 1950-1960 1959 Thiết bị đồ hoạ hình xuất Đức 1960 - SAGE (Semi-Automatic Ground Environment System) xuất bút sáng thao tác với hình 1960 William Fetter nhà khoa học người Mỹ, ông nghiên cứu xây dựng mơ hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing Mỹ Ơng dựa hình ảnh chiều mơ hình người phi cơng buồng lái máy bay để xây dựng nên mô hình tối ưu cho buồng lái máy bay Phương pháp cho phép nhà thiết kế quan sát cách trực quan vị trí người lái khoang Ông đặt tên cho phương pháp đồ hoạ máy tính (Computer Graphics) Màn hình thiết bị thông dụng hệ đồ hoạ, thao tác hầu hết hình dựa thiết kế ống tia âm cực CRT (Cathode ray tube) Khi giá để làm tươi hình cao, máy tính xử lý chậm, đắt khơng chắn (không đáng tin cậy) - Graphics: 1960-1970 1963 Ivan Sutherland (hội nghị Fall Joint Computer - lần có khả tạo mới, hiển thị thay đổi thực thời gian thực CRT) Hệ thống dùng để thiết kế mạch điện: CRT, LightPen (bút sáng), computer (chứa chương trình xử lý thơng tin) Người sử dụng vẽ mạch điện trực tiếp lên hình thơng qua bút sáng - Graphics:1970-1980 Raster Graphics (đồ hoạ điểm) Bắt đầu chuẩn đồ hoạ ví dụ như: GKS(Graphics Kernel System): European effort (kết châu âu), Becomes ISO 2D standard - Graphics: 1980-1990 Mục đích đặc biệt phần cứng, thiết bị hình học đồ hoạ Silicon Xuất chuẩn công nghiệp: PHIGS (Programmers Hierarchical Interactive Graphics Standard) xác định phương pháp chuẩn cho mơ hình thời gian thực lập trình hướng đối tượng Giao diện người máy Human-Computer Interface (HCI) - Computer Graphics: 1990-2000 OpenGL API (Application Program Interface – giao diện chương trình ứng dụng) Completely computer-sinh ngành điện ảnh phim truyện (Toy Story) thành công Các tiềm tàng phần cứng mới: Texture mapping (dán ảnh cảnh thật lên bề mặt đối tượng),blending (trộn màu)… - Computer Graphics: 2000- Chương 1: Tổng quan kỹ thuật đồ họa Ảnh thực.các cạc đồ hoạ cho máy tính (Graphics cards for PCs), game boxes and game players Công nghiệp phim ảnh nhờ vào đồ hoạ máy tính (Computer graphics becoming routine in movie industry): Maya (thế giới vật chất tri giác được)… 1.2 Kỹ thuật đồ họa vi tính Definition (ISO): Phương pháp công nghệ chuyển đổi liệu từ thiết bị đồ hoạ sang máy tính Computer Graphics phương tiện đa mạnh giao tiếp người máy tính Computer Graphics (Kỹ thuật đồ hoạ máy tính) lĩnh vực Cơng nghệ thơng tin mà nghiên cứu, xây dựng tập hợp cơng cụ (mơ hình lý thuyết phần mềm) khác để: kiến tạo, xây dựng, lưu trữ, xử lý Các mơ hình (model) hình ảnh (image) đối tượng Các mơ hình (model) hình ảnh kết thu từ lĩnh vực khác nhiều ngành khoa học (vật lý, toán học, thiên văn học…) Computer graphics xử lý tất vấn đề tạo ảnh nhờ máy tính CÁC KỸ THUẬT ĐỒ HOẠ 2.1 Kỹ thuật đồ hoạ điểm (Sample based-Graphics) - Các mô hình, hình ảnh đối tượng hiển thị thông qua pixel (từng mẫu rời rạc) - Đặc điểm: Có thể thay đổi thuộc tính + Xố pixel mơ hình hình ảnh đối tượng + Các mơ hình hình ảnh hiển thị lưới điểm (grid) pixel rời rạc, + Từng pixel có vị trí xác định, hiển thị với giá trị rời rạc (số nguyên) thông số hiển thị (màu sắc độ sáng) + Tập hợp tất pixel grid cho mơ hình, hình ảnh đối tượng mà muốn hiển thị Hình 1.1 Ảnh đồ hoạ điểm Mục lục ĐƯỜNG CONG - CURVE 120 1.1 Điểm biểu diễn đường cong (curve represents points ) 120 1.2 Đường cong đa thức bậc ba tham biến 120 1.3 Đường cong Hermite 121 1.4 Đường cong Bezier .122 1.5 Đường cong B-spline 124 MƠ HÌNH BỀ MẶT (Surface) VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG 130 2.1 Các khái niệm 130 2.2 Biểu diễn mảnh tứ giác .130 2.3 Mơ hình hố mặt cong (Surface Patches) .132 2.4 Mặt từ đường cong 136 Tóm tắt: 140 Bài tập: 141 PHỤ LỤC 142 Yêu cầu 142 Khởi tạo đóng chế độ đồ hoạ 142 Các hàm 143 3.1 Bảng màu hình đồ hoạ 143 3.2 Nguyên sơ điểm 144 3.3 Nguyên sơ đường 144 3.4 Nguyên sơ hình chữ nhật 144 3.5 Ngun sơ hình trịn .144 3.6 Nguyên sơ đa giác 145 3.7 Nguyên sơ văn .145 3.8 Cửa sổ (viewport) 146 3.9 Tạo hình ảnh chuyển động 146 PHỤ LỤC 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO 169 MỤC LỤC 170 172 KỸ THUẬT ĐỒ HỌA Mã số: 492KTH350 Chịu trách nhiệm thảo TRUNG TÂM ÐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG ... (Semi-Automatic Ground Environment System) xuất bút sáng thao tác với hình 1960 William Fetter nhà khoa học người Mỹ, ông nghiên cứu xây dựng mơ hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing Mỹ Ơng dựa hình... cho buồng lái máy bay Phương pháp cho phép nhà thiết kế quan sát cách trực quan vị trí người lái khoang Ơng đặt tên cho phương pháp đồ hoạ máy tính (Computer Graphics) Màn hình thiết bị thơng dụng... (model) hình ảnh (image) đối tượng Các mơ hình (model) hình ảnh kết thu từ lĩnh vực khác nhiều ngành khoa học (vật lý, toán học, thiên văn học…) Computer graphics xử lý tất vấn đề tạo ảnh nhờ máy tính