Chương Giới thiệu đồ Ðồ họa máy tính 1.1 Giới thiệu Ðồ họa máy tính Sự phát triển khoa học, kĩ thuật, nghệ thuật, kinh doanh, công nghệ luôn phụ thuộc vào khả truyền đạt thông tin chúng ta, thông qua bit liệu lưu trữ microchip thông qua giao tiếp tiếng nói Câu châm ngơn từ xa xưa “một hình ảnh có giá trị vạn lời" hay "trăm nghe không thấy" cho thấy ý nghĩa lớn hình ảnh việc chuyển tải thơng tin Hình ảnh cảm nhận nhanh dễ dàng hơn, đặc biệt trường hợp bất đồng ngơn ngữ Do khơng có ngạc nhiên mà từ xuất máy tính, nhà nghiên cứu cố gắng sử dụng để phát sinh ảnh hình Trong suốt gần 50 năm phát triển máy tính, khả phát sinh hình ảnh máy tính đạt tới mức mà tất máy tính có khả đồ họa Đồ họa máy tính lĩnh vực lí thú phát triển nhanh tin học Ngay từ xuất hiện, đồ họa máy tính có sức lơi mãnh liệt, hút nhiều người nhiều lĩnh vực khác khoa học, nghệ thuật, kinh doanh, quản lí, Tính hấp dẫn đa dạng đồ họa máy tính minh họa trực quan thông qua việc khảo sát ứng dụng MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ĐỒ HỌA MÁY TÍNH Ngày nay, đồ họa máy tính sử dụng nhiều lĩnh vực khác công nghiệp, thương mại, quản lí, giáo dục, giải trí, … Số lượng chương trình đồ họa ứng dụng thật khổng lồ phát triển liên tục, sau số ứng dụng tiêu biểu : 1.1 Hỗ trợ thiết kế Một ứng dụng lớn đồ họa máy tính hỗ trợ thiết kế (CAD – computer-aided design) Ngày CAD sử dụng hầu hết việc thiết kế cao ốc, ô tô, máy bay, tàu thủy, tàu vũ trụ, máy tính, trang trí mẫu vải, nhiều sản phẩm khác Sử dụng chương trình này, đối tượng hiển thị dạng phác thảo phần khung (wireframe outline), mà từ thấy tồn hình dạng thành phần bên đối tượng Sử dụng kĩ thuật này, người thiết kế dễ dàng nhận thấy thay đổi đối tượng tiến hành hiệu chỉnh chi tiết hay thay đổi góc nhìn, … Một thiết kế xong phần khung đối tượng, mơ hình chiếu sáng, tơ màu tạo bóng bề mặt kết hợp để tạo kết cuối gần với giới thực 1.2 Biểu diễn thông tin Đây ứng dụng sử dụng đồ họa máy tính để phát sinh biểu đồ, đồ thị, … dùng minh họa mối quan hệ nhiều đối tượng với Các ứng dụng thường dùng để tóm lược liệu tài chính, thống kê, kinh tế, khoa học, tốn học, … giúp cho việc nghiên cứu, quản lí, … cách có hiệu Hình 1.1 - Phát thảo phần khung kết thiết kế xy lanh Hình 1.2 – Thơng tin tóm lược biểu diễn qua biểu đồ 1.3 Lĩnh vực giải trí, nghệ thuật Trong lĩnh vực nghệ thuật, chương trình máy tính Paint Shop Pro, Adobe Photoshop, 3D Studio, … hỗ trợ đắc lực cho họa sĩ, nhà tạo mẫu việc thiết kế hình ảnh sống động, thực Với chương trình này, người họa sĩ máy tính tạo cho cảm giác y làm việc đời thực cách cung cấp công cụ khung vẽ, giá vẽ, bảng pha màu, hiệu ứng ba chiều, … làm cho họ cảm thấy thoải mái tiện lợi Ngoài đồ họa máy tính cịn giúp tạo chương trình trị chơi, giải trí; hỗ trợ cho kĩ xảo điện ảnh, cho nhà làm phim Có nhiều phim tiếng nhờ vào kĩ xảo điện ảnh : Công viên Khủng long kỉ Jura (Jurassic Park), Titanic, Thế giới nước (Water World), … Hình 1.3 – Hình ảnh tạo từ chương trình đồ hoïa 1.4 Giáo dục đào tạo Hiện chương trình mơ cấu trúc vật thể, tiến trình phản ứng hóa học, hoạt động gói tin mạng máy tính, … dùng nhiều việc hỗ trợ giảng dạy Trong đào tạo, ứng dụng mô dùng để kiểm tra trình độ người lái, huấn luyện phi cơng, điều khiển giao thơng, … Hình 1.4 – Chương trình học máy tính 1.5 Giao tiếp máy tính người dùng Mọi ứng dụng phải có giao diện giao tiếp với người dùng Giao diện đồ họa thực cách mạng mang lại thuận tiện thoải mái cho người dùng ứng dụng Các ứng dụng dựa hệ điều hành MS Windows minh họa trực quan giao diện đồ họa Các chức ứng dụng thiết kế cho người dùng làm việc thông qua biểu tượng mơ tả chức Ví dụ, chức lưu tập tin hiểu thông qua biểu tượng đĩa mềm, chức in ấn hiểu thông qua biểu tượng máy in, … Để chọn chức năng, người dùng sử dụng chuột trỏ đến nhấn vào biểu tượng tương ứng Điểm thuận lợi dùng biểu tượng kích thước khơng gian mà chiếm nhiều so với dùng văn để mơ tả cho chức năng, ngồi việc nắm bắt chức qua biểu tượng dễ dàng nhiều người dùng gặp trở ngại mặt ngôn ngữ Các ứng dụng có giao diện đồ họa cịn cho phép người dùng khả làm việc dễ dàng với nhiều cửa sổ với nhiều dạng tài liệu khác lúc Hình 1.5 – Giao diện chương trình MS Word KHÁI NIỆM VỀ ĐỒ HỌA MÁY TÍNH Đồ họa máy tính tất liên quan đến việc sử dụng máy tính để phát sinh hình ảnh Các vấn đề liên quan tới công việc bao gồm : tạo, lưu trữ, thao tác mơ hình (các mơ tả hình học đối tượng) ảnh Theo định nghĩa đồ họa máy tính bao gồm việc thiết kế phần cứng thiết bị hiển thị, thuật toán cần thiết để phát sinh đường thiết bị này, phần mềm sử dụng cho người lập trình hệ thống người lập trình ứng dụng đồ họa, chương trình ứng dụng tạo ảnh máy tính Đồ họa máy tính cung cấp phương cách tự nhiên cho việc truyền đạt thông tin với máy tính Ngày nay, nhiều q trình thiết kế, cài đặt xây dựng, thông tin mà hình ảnh mang lại khơng thể thiếu Kĩ thuật trực quan (scientific visualization) trở nên lĩnh vực quan trọng từ năm 1980, nhà nghiên cứu khoa học kĩ sư nhận họ khơng thể xử lí lượng liệu khổng lồ phát sinh từ siêu máy tính mà liệu khơng tóm lược làm bật xu hướng tượng qua nhiều loại biểu diễn đồ họa khác Đồ họa máy tính tương tác phương tiện mang lại thêm nhiều thuận lợi cho người dùng việc phát sinh hình ảnh kể từ có phát minh máy ảnh truyền hình Với máy tính, tạo hình ảnh khơng đối tượng cụ thể, thực tế, mà đối tượng trừu tượng, nhân tạo; biểu diễn liệu mà khơng có tính kế thừa mặt hình học, kết điều tra, khảo sát Hơn nữa, với đồ họa máy tính không bị giới hạn ảnh tĩnh Các ảnh động thông thường mang lại nhiều hiệu so với ảnh tĩnh, đặc biệt với tượng biến đổi theo thời gian, thực tế (như đổi hướng cánh máy bay siêu âm, hay phát triển khuôn mặt người từ lúc trẻ thơ tới lúc già) trừu tượng (như xu hướng phát triển việc sử dụng lượng, gia tăng dân số, …) Có nhiều cách tiếp cận việc học môn đồ họa, trải rộng từ việc nghiên cứu phần cứng tới việc học để sử dụng đồ họa máy tính lĩnh vực chuyên biệt thiết kế mạch tích hợp cao (VLSI – very large scale integrated circuit) Ở tiếp cận từ góc độ người lập trình ứng dụng, người sử dụng tất hỗ trợ phần cứng, công cụ phần mềm để xây dựng nên ứng dụng Tuy nhiên để thiết kế cài đặt chương trình ứng dụng đồ họa tốt, ngồi việc tìm hiểu khả cơng cụ lập trình, cần phải nắm vững khái niệm phần cứng; vấn đề, nguyên lí liên quan đến cài đặt phần mềm, thuật toán, ứng dụng, … 1.2 Tổng quan hệ đồ họa Một hệ đồ họa có hai thành phần phần cứng phần mềm Phần cứng bao gồm thiết bị hiển thị nhập liệu, … Phần mềm bao gồm công cụ lập trình trình ứng dụng đồ họa Chúng ta khảo sát thành phần 3.1 Phần cứng 3.1.1 Thiết bị hiển thị Màn hình thiết bị hiển thị thông dụng hệ đồ họa Các thao tác hầu hết hình dựa thiết kế ống tia âm cực (CRT – cathode ray tube) Cấu tạo CRT Hình 1.6 minh họa thao tác sở ống tia âm cực Một chùm tia điện tử (tia âm cực) phát từ súng điện tử, vượt qua hệ thống hội tụ (focusing) dẫn hướng (deflection) hướng tới vị trí xác định hình phủ lớp phosphor Tại vị trí tương tác với tia điện tử, hạt phosphor phát chấm sáng nhỏ Vì ánh sáng phát hạt phosphor mờ dần nhanh nên cần phải có cách để trì ảnh hình Một cách lặp lặp lại nhiều lần việc vẽ lại ảnh thật nhanh cách hướng tia điện tử trở lại vị trí cũ Kiểu hiển thị gọi refresh CRT Hình 1.6 – Cấu tạo CRT Có nhiều loại phosphor dùng CRT Ngồi màu sắc ra, điểm khác loại phosphor "độ bền” (persistent), khoảng thời gian phát sáng sau tia CRT khơng cịn tác động Lớp phosphor có độ bền thấp cần tốc độ làm tươi cao để giữ cho hình ảnh hình khỏi nhịe Loại thường tốt cho hoạt hình, cần thay đổi hình ảnh liên tục Lớp phosphor có độ bền cao thường dùng cho việc hiển thị ảnh tĩnh, độ phức tạp cao Mặc dù số loại phosphor có độ bền lớn giây, nhiên hình đồ họa thường xây dựng với độ bền dao động từ 10 đến 60 micro giây Số lượng tối đa điểm hiển thị CRT gọi độ phân giải (resolution) Một định nghĩa xác độ phân giải số lượng điểm centimet mà vẽ theo chiều ngang chiều dọc, thường xem tổng số điểm theo hướng Kích thước vật lí hình đồ họa tính từ độ dài đường chéo hình, thường dao động từ 12 đến 27 inch lớn Một hình CRT kết hợp với nhiều loại máy khác nhau, số lượng điểm hình vẽ thật cịn tùy thuộc vào khả hệ thống mà kết hợp vào Một thuộc tính khác hình tỉ số phương (aspect ratio) Tỉ số phương tỉ lệ điểm dọc điểm ngang cần để phát sinh đoạn thẳng có độ dài đơn vị theo hai hướng hình (trong số trường hợp người ta thường dùng tỉ số phương tỉ số điểm theo chiều ngang so với điểm theo chiều dọc) Với hình có tỉ số phương khác 1, dễ dàng nhận thấy hình vng hiển thị có dạng hình chữ nhật, hình trịn có dạng hình ellipse Thực khái niệm tỉ số phương xuất phát từ chất khoảng cách (nếu tính đơn vị độ dài) điểm dọc không khoảng cách điểm ngang Một tỉ số phương có giá trị ¾ có nghĩa vẽ điểm theo chiều dọc có độ dài với việc vẽ điểm theo chiều ngang Màn hình dạng điểm (raster - scan display): Màn hình dạng điểm dạng thường gặp số dạng hình sử dụng CRT dựa cơng nghệ truyền hình Trong hệ thống này, chùm tia điện tử quét ngang qua hình, lần dịng qt từ xuống Sự bật tắt điểm sáng hình phụ thuộc vào cường độ tia điện tử sở việc tạo hình ảnh hình Mỗi điểm hình gọi pixel pel (viết tắt picture element) Các thông tin hình ảnh hiển thị hình lưu trữ vùng nhớ gọi vùng đệm làm tươi (refresh buffer) vùng đệm khung (frame buffer) Vùng nhớ lưu trữ tập giá trị cường độ sáng toàn điểm hình ln ln tồn song ánh điểm hình phần tử vùng Hình 1.7 – Quá trình tạo hình ảnh tia quét Để thay đổi hình ảnh cần hiển thị, giá trị tương ứng với vị trí độ sáng phải đặt vào vùng đệm khung Hình 1.8 minh họa giá trị tương ứng vùng đệm khung để hiển thị hình ảnh chữ A hình Đối với hình đen trắng, vùng đệm khung cịn gọi bitmap, với hình khác vùng đệm khung thường gọi pixmap Để tạo ảnh đen trắng, đơn giản cần lưu thông tin pixel bit (các giá trị 0, tượng trưng cho việc tắt (tối), bật (sáng) pixel hình) Trong trường hợp ảnh nhiều màu, người ta cần nhiều bit hơn, thông tin pixel lưu b bit, ta có 2b giá trị màu phân biệt cho pixel Hình 1.8 – Song ánh vùng đệm khung hình Trong hình màu, người ta định nghĩa tập màu làm việc bảng tra (LookUp Table - LUT) Mỗi phần tử LUT định nghĩa ba giá trị R (Red), G (Green), B (Blue) mơ tả màu Khi cần sử dụng màu, ta cần định số thứ tự (index) tương ứng màu LUT Bảng LUT thay đổi ứng dụng người lập trình can thiệp điều khiển Với cách làm tiết kiệm không gian lưu trữ cho phần tử vùng đệm khung Số phần tử LUT xác định từ số lượng bits/pixel Nếu phần tử vùng đệm khung dùng b bits để lưu thông tin pixel, bảng LUT có 2b phần tử Nếu b=8, LUT có 28=256 phần tử, số màu hiển thị lúc hình Việc làm tươi hình dạng thực tốc độ 60 đến 80 frame/giây Đơi tốc độ làm tươi cịn biểu diễn đơn vị Hertz (Hz – số chu kì/ giây), chu kì tương ứng với frame Sử dụng đơn vị này, mô tả tốc độ làm tươi 60 frame/giây đơn giản 60Hz Khi đạt đến cuối dòng quét, tia điện tử quay trở lại bên trái hình để bắt đầu dịng qt Việc quay trở lại phía trái hình sau làm tươi dòng quét gọi tia hồi ngang (horizontal retrace) Và tới cuối frame, tia điện tử (tia hồi dọc – vertical retrace) quay trở lại góc bên trái hình để chuẩn bị bắt đầu frame Trong số hình, frame hiển thị thành hai giai đoạn sử dụng kĩ thuật làm tươi đan xen (interlaced refesh) Ở giai đoạn đầu tiên, tia quét quét số dòng từ xuống dưới, sau tia hồi dọc, dòng lại quét Việc đan xen dòng quét cho phép thấy toàn hình hiển thị nửa thời gian so với dùng để quét tất dòng lần từ xuống Kĩ thuật thường dùng cho loại hình có tốc độ làm tươi thấp Hình 1.9 – Hoạt động hình interlaced Các hệ màu Việc nghiên cứu màu sắc bao gồm nhiều lĩnh vực : quang học, sinh lí học, tâm lí học nhân tố khác thuộc người Vì thế, có nhiều quan niệm thành ngữ khoa học màu sắc Đối với người làm tin học, vấn đề mà họ quan tâm mối tương tác qua lại cảm nhận màu sắc người với phận phần cứng hiển thị màu sắc hình máy tính, với phần mềm thiết kế Bảng trình bày mối quan hệ : Sự cảm nhận người Đặc điểm phần cứng Đặc điểm phần mềm Màu sắc Các màu hiển thị gốc Thuật tốn khơng gian màu Sắc độ màu (Hue) Bước sóng (WaveLength) Độ bão hịa (Saturation) Sự màu Độ sáng hay độ chói Cường độ sáng Sự "rung" hình Tốc độ làm tươi (refresh) Hiệu chỉnh gamma Không gian màu (color space) đưa để định màu hiển thị máy tính chúng làm đơn giản hóa thao tác tính tốn cần thiết cho việc chuyển đổi màu sắc (color transformation) Không gian màu thiết kế dựa sở phát sinh màu phần cứng (hardware color generation) (ví dụ khơng gian RGB) dựa cảm nhận màu sắc mắt (như không gian HSL) Với ứng dụng, việc chọn không gian màu để sử dụng tùy thuộc vào số nhân tố sau : độ xác mà nhà thiết kế cần kiểm soát màu sắc (color control); yêu cầu tương tác màu sắc tốc độ tính tốn cho ứng dụng Không gian RGB (RGB space) Không gian RGB mô tả màu sắc ba thành phần Red, Green, Blue Không gian minh họa khối lập phương với trục R, G, B Mỗi màu không gian RGB biểu diễn vector thông qua ba vector sở Red, Green, Blue Do đó, ứng với tổ hợp khác ba màu cho ta màu Hình 1.10 - Mơ hình khơng gian RGB Trong hình lập phương màu gốc (Red, Green, Blue) đặt vào góc đối diện với màu bù (Hai màu bù hai màu mà kết hợp tạo thành màu trắng hay xám (grey)) Như Red đối diện với Cyan, Green đối diện với Magenta, Blue đối diện với Yellow Giá trị xám nằm đường chéo nối đỉnh hình lập phương Thường thường trục R, G, B chuẩn hóa Khi kết hợp hai màu lại với màu sinh có vector tổng vector thành phần Một số thuận lợi dùng không gian RGB :  Không gian RGB chuẩn công nghiệp cho thao tác đồ họa máy tính Các thao tác màu sắc tính tốn khơng gian màu khác cuối cần phải chuyển không gian RGB để hiển thị hình (do thiết kế phần cứng dựa mơ hình RGB)  Có thể chuyển đổi qua lại khơng gian RGB với không gian màu khác CIE, CMY, HSL, HSV,  Các thao tác tính tốn khơng gian RGB thường đơn giản Một số bất lợi :  Các giá trị RGB màu khác hình khác : Nghĩa giá trị RGB màu tiùm hình màu khơng sinh màu hình khác  Sự mơ tả màu giới thực không gian RGB cịn nhiều hạn chế khơng gian RGB khơng hồn tồn phù hợp với cảm nhận màu sắc người Hai điểm phân biệt không gian RGB, với mắt người khơng thể thể hai màu khác Chính điều mà không gian RGB ánh xạ trực tiếp đến chiều cảm nhận khác (như hue, saturation, lightness) ngồi hue (sắc độ) Khơng gian HSL Khơng gian có trọng khơng gian RGB đến thành phần cảm nhận màu sắc mắt (Hue, Saturation, Lightness) Tuy nhiên, không gian HSL thực phép biến đổi gần không gian RGB mà Không giống không gian màu khác xây dựng cảm nhận màu sắc mắt, không gian HSL cịn bị lệ thuộc vào phần cứng CRT Khơng gian HSL biểu diễn hệ tọa độ trụ, hình minh họa hai hình nón úp vào H (Hue) toạ độ ứng với góc quay, S (Saturation) tọa độ gốc, L trục thẳng đứng Hầu hết màu đạt bão hòa S = L = 0.5 Hình 1.11 - Mơ hình không gian HSL Một số thuận lợi không gian HSL :  Không gian HSL gần với cảm nhận thuộc tính màu sắc người không gian RGB (tuy cách tiếp cận đơn giản hóa nhiều) Các màu xác định dễ dàng chẳng hạn H quay quanh trục đứng nên màu bù xác định cách dễ dàng, giá trị lightness  Việc kiểm soát màu sở HSL dễ cho người làm quen với chương trình đồ họa Một số bất lợi :  Việc thêm vào vector thực đơn giản không gian RGB (chỉ thêm vào thành phần màu) Các thao tác lượng giác biến đổi ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ chương trình  Cần phải qua hiệu chỉnh gamma trước hiển thị (giống không gian khác) Không gian HSV Không gian HSV thực chất biến đổi khác không gian RGB Không gian HSV mô hình hình lập phương RGB quay đỉnh Black H (Hue) góc quay quanh trục Values, S (Saturation) từ đến 1, trục V (Values) tương ứng với đường chéo nối đỉnh White Black Hình 1.12 - Mơ hình khơng gian HSV Theo cách này, màu đạt bão hòa S=1 V=1 Trong không gian HSV màu chuẩn hóa số gam (gamut) màu thiết bị hiển thị Một số thuận lợi không gian HSV :  Không gian HSV dễ dàng đáp ứng màu sắc chương trình đồ họa xây dựng dựa bắt chước luật trộn màu người họa sĩ Ví dụ : Khi cần thêm màu trắng vào, phải đặt V=S=1 sau giảm S từ từ đạt màu vừa ý; hay cần thêm màu đen vào, điều có nghĩa giảm V (cường độ sáng) cố định S,  Do không cần sử dụng phép biến đổi lượng giác muốn chuyển sang không gian RGB nên khơng gian HSV có nhiều thuận lợi mặt tính tốn so với khơng gian HSL Một số bất lợi :  Cần có phép hiệu chỉnh gamma Bảng so sánh không gian màu RGB Chuẩn công nghiệp cho thao tác đồ họa máy tính HSL Hình thức biến đổi khác khơng gian RGB Liên hệ trực tiếp với Liên hệ gần với phần cứng cảm nhận màu sắc người HSV Hình thức biến đổi khác khơng gian RGB Liên hệ gần với cảm nhận màu sắc người Là chuyển đổi cuối cho tất nhu cầu hiển thị Đòi hỏi phép biến Đã đơn giản hóa đổi phức tạp thao tác tính tốn Khơng thể chuyển sang hình khác Độc lập thiếøt bị Độc lập thiết bị (phụ thuộc thiết bị) Khơng có tương ứng 1-1 với cách cảm nhận màu người Có Có Mơ hình hình lập phương Mơ hình hai hình nón úp vào Mơ hình hình nón đơn Được chuẩn hóa Được chuẩn hóa Được chuẩn hóa Độ bão hịa đạt max Độ bão hòa đạt max S =1 S =1, L =0.5 Độ bão hòa đạt max S =1, V =1 Trộn màu không rõ ràng Rõ ràng Rõ ràng 3.1.2 Các thiết bị nhập Bàn phím : Xuất hầu hết máy tính, thiết bị để nhập liệu dạng văn số Đây loại thiết bị quen thuộc với người sử dụng có hạn chế tương tác không cao Chuột : Cùng với xuất ứng dụng đồ họa tương tác cao, chuột thiết bị nhập ngày quen thuộc với người sử dụng Người ta dùng chuột để trỏ chọn (point-click) chức phù hợp với yêu cầu Bằng cách này, giao tiếp người dùng máy tính ngày thân thiện dễ dàng Ngồi có số thiết bị nhập khác họ với chuột track ball, … 3.2 Phần mềm Phần mềm đồ họa phân thành loại : cơng cụ lập trình trình ứng dụng đồ họa phục vụ cho mục đích Các cơng cụ lập trình cung cấp tập hàm đồ họa dùng ngơn ngữ lập trình cấp cao C, Pascal, Ví dụ thư viện đồ họa ngôn ngữ C, Pascal hay GL (Graphics Library) Silicon Graphics Các hàm sở bao gồm việc tạo đối tượng sở hình ảnh đoạn thẳng, đa giác, đường trịn, …, thay đổi màu sắc, chọn khung nhìn, áp dụng phép biến đổi, … Trong đó, ứng dụng đồ họa thiết kế cho người dùng khơng phải lập trình viên, cho phép người dùng tạo đối tượng, hình ảnh, … mà khơng cần quan tâm tới việc chúng tạo Ví dụ Photoshop, AutoCAD, … Biểu diễn tọa độ Thông thường hệ đồ họa sử dụng hệ tọa độ Descartes để mô tả đối tượng Nếu tọa độ đối tượng mô tả hệ tọa độ khác tọa độ cầu, …, chúng phải chuyển tọa độ Descartes trước dùng Quy trình hiển thị đối tượng Trước tiên mô tả đối tượng thành phần ảnh phức tạp hệ tọa độ riêng để thuận tiện cho việc biểu diễn tọa độ chúng Các hệ tọa độ gọi hệ tọa độ mơ hình (modeling coordinates) hay cịn gọi hệ tọa độ cục (local coordinates) Một đối tượng thành phần biểu diễn xong, đặt chúng vào vị trí tương ứng ảnh sử dụng hệ tọa độ giới thực (world coordinates) Sau cùng, mô tả ảnh hệ tọa độ giới thực chuyển đến nhiều hệ tọa độ khác thiết bị hiển thị, tùy vào muốn hiển thị thiết bị Các hệ tọa độ gọi hệ tọa độ thiết bị (device coordinates) Các mô tả hệ tọa độ cục hệ tọa độ giới thực cho phép sử dụng thứ nguyên thích hợp cho đơn vị đo mà khơng phải bị ràng buộc thiết bị hiển thị cụ thể Hình 1.13 – Quy trình hiển thị đối tượng Thông thường, hệ đồ họa chuyển mô tả hệ tọa độ giới thực tới hệ tọa độ thiết bị chuẩn (normalized device coordinates) có chiều đơn vị trước chuyển tới hệ tọa độ thiết bị Điều làm cho hệ thống độc lập với nhiều loại thiết bị khác Các hàm đồ họa Các hàm đồ họa cung cấp khả tạo thao tác hình ảnh Các hàm phân loại sau :  Tập công cụ tạo đối tượng đồ họa sở điểm, đoạn thẳng, đường cong, vùng tô, kí tự, …  Tập cơng cụ thay đổi thuộc tính dùng để thay đổi thuộc tính đối tượng đồ họa sở màu sắc, kiểu đường, kiểu chữ, mẫu tô, …  Tập công cụ thực phép biến đổi hình học dùng để thay đổi kích thước vị trí, hướng đối tượng, …  Tập công cụ biến đổi hệ quan sát dùng để xác định vị trí quan sát đối tượng vị trí thiết bị hiển thị dùng để hiển thị đối tượng  Tập công cụ nhập liệu : Các ứng dụng đồ họa sử dụng nhiều loại thiết bị nhập khác bút vẽ, bảng, chuột, bàn phím,… để điều khiển xử lí dịng liệu nhập  Cuối tập công cụ chứa thao tác dùng cho việc quản lí điều khiển ví dụ xóa tồn hình, thiết lập chế độ đồ họa, … Các chuẩn phần mềm Mục tiêu phần mềm đồ họa chuẩn tính tương thích Khi cơng cụ thiết kế với hàm đồ họa chuẩn, phần mềm di chuyển cách dễ dàng từ hệ phần cứng sang hệ phần cứng khác dùng nhiều cài đặt ứng dụng khác Sau nỗ lực không nhỏ tổ chức chuẩn hóa quốc gia quốc tế, chuẩn cho việc phát triển phần mềm đồ họa đời GKS (Graphics Kernel System – Hệ đồ họa sở) Hệ thống ban đầu thiết kế cho tập công cụ đồ họa hai chiều, sau phát triển mở rộng cho đồ họa ba chiều Các hàm GKS thực mô tả trừu tượng, độc lập với ngơn ngữ lập trình Để cài đặt chuẩn đồ họa cho ngôn ngữ cụ thể nào, cú pháp tương ứng xác định cụ thể hóa Mặc dù GKS xác lập ý tưởng ban đầu cho hàm đồ họa sở, nhiên khơng cung cấp cách thức chuẩn cho việc giao tiếp đồ họa với thiết bị xuất Nó khơng xác định cách thức cho mơ hình thời gian thực cách thức lưu trữ chuyển đổi hình ảnh Các chuẩn cho cách thức xây dựng riêng, cụ thể : Các chuẩn cho cách thức giao tiếp thiết bị cho hệ CGI (Computer Graphics Interface System), hệ CGM (Computer Graphics Metafile) xác định chuẩn cho việc lưu trữ chuyển đổi hình ảnh, hệ PHIGS (Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics Standard) xác định cách thức chuẩn cho mơ hình thời gian thực khả lập trình mức độ cao mà chưa quan tâm tới GKS 1.3 Phương pháp tiếp cận mơn học TĨM TẮT Sự đời đồ họa máy tính thực cách mạng giao tiếp người dùng máy tính Với lượng thơng tin trực quan, đa dạng phong phú chuyển tải qua hình ảnh, ứng dụng đồ họa máy tính lơi nhiều người nhờ tính thân thiện, dễ dùng, kích thích khả sáng tạo tăng đáng kể hiệu suất làm việc Đồ họa máy tính ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học, kĩ thuật, nghệ thuật, kinh doanh, quản lí, … Các ứng dụng đồ họa đa dạng, phong phú phát triển liên tục không ngừng Ngày nay, khơng có chương trình ứng dụng mà khơng sử dụng kĩ thuật đồ họa để làm tăng tính hấp dẫn Một hệ đồ họa có hai thành phần phần cứng phần mềm Thành phần phần cứng bao gồm thiết bị hiển thị (hay thiết bị xuất) thiết bị nhập Tiêu biểu thiết bị hiển thị hình mà chế hoạt động dựa cấu tạo ống tia âm cực CRT Các thiết bị nhập liệu thường gặp bao gồm bàn phím, chuột Phần mềm đồ họa chia làm hai loại cơng cụ lập trình hàm thư viện C, Pascal, GL, … ứng dụng phục vụ cho mục đích AutoCAD, Photoshop, … Hướng tiếp cận tài liệu mức độ người lập trình, nghĩa tìm hiểu thuật tốn, ngun lí để xây dựng nên ứng dụng đồ họa học cách sử dụng phần mềm AutoCAD, Photoshop, … BÀI TẬP Cấu tạo nguyên lí hoạt động hình dạng điểm Các khái niệm vùng đệm khung, độ phân giải, tỉ số phương, … hình dạng Ý nghĩa hoạt động bảng tra LUT Ba hình có độ phân giải 640x480, 1024x768, 1280x1024 Hãy cho biết kích thước vùng đệm khung (tính byte) pixel mô tả bit, 12 bit, 24 bit Hai hình có độ phân giải 640x480 1024x768 Cho biết số pixel truy cập giây hình tốc độ làm tươi CRT 60Hz Một hình có kích thước theo chiều ngang 12 inche, chiều dọc 9.6 inch Hãy cho biết đường kính điểm hình độ phân giải 1280x1024 tỉ số phương Hãy cho biết thông tin vùng đệm khung hình vẽ kí tự B, G, H, … Các hệ màu Mối liên hệ chúng Quy trình hiển thị đối tượng Ý nghĩa hệ tọa độ Tập hàm đồ họa cơng cụ lập trình Liên hệ tới thư viện đồ họa ngôn ngữ học C, Pascal, … 10 Tại cần phải chuẩn hóa phần mềm ? Tìm hiểu chuẩn GKS, PHIGS  ... diện đồ họa cho phép người dùng khả làm việc dễ dàng với nhiều cửa sổ với nhiều dạng tài liệu khác lúc Hình 1.5 – Giao diện chương trình MS Word KHÁI NIỆM VỀ ĐỒ HỌA MÁY TÍNH Đồ họa máy tính tất... Sự đời đồ họa máy tính thực cách mạng giao tiếp người dùng máy tính Với lượng thông tin trực quan, đa dạng phong phú chuyển tải qua hình ảnh, ứng dụng đồ họa máy tính lơi nhiều người nhờ tính thân... thống người lập trình ứng dụng đồ họa, chương trình ứng dụng tạo ảnh máy tính Đồ họa máy tính cung cấp phương cách tự nhiên cho việc truyền đạt thơng tin với máy tính Ngày nay, nhiều trình thiết