Въведение в компютърната графика
Глава 1 Въведение в компютърната графика Концепцията за компютърна графика. Задачи по компютърна графика
Човек винаги е обичал и знаел как да рисува. По-голямата част от историята на човешката раса е представена в скални рисунки, картини на брилянтни художници, рисунки, диаграми на инженери, скици и рисунки на обикновени хора. Изображението е било и остава едно от най-важните средства за междуличностна комуникация. Чрез образа се изразяват мисли, визия за света, отношение към околната среда, реални и виртуални образи. Какво ще кажете за езика на знаците?
Ерата на електронното рисуване започва в средата на 50-те години на миналия век, когато учени и изследователи демонстрират илюстративната част от своите изследвания (различни графики) на екрана на електронния компютър. Графичният начин за показване на данни се е превърнал в неразделна част от по-голямата част от компютърните системи, особено личните. Графичният потребителски интерфейс днес е де факто стандартът за софтуер от различни класове, като се започне с операционните системи.
Специална област на компютърните науки, която се занимава с методи и средства за създаване, обработка и визуализиране на графична информация на изображения с помощта на софтуер и хардуер, се наричакомпютърна графикаКомпютърната графика обхваща всички видове и форми на представяне на изображения, които са достъпни за човешкото възприятие, както на екрана на монитора, така и под формата на хартиено копие на външен носител (хартия, плат, филм).
Компютърната графика сега се очертава като наука за хардуерен и софтуерен анализ и синтез на различни изображения от прости рисунки до реалистични изображения на природни обекти.
Теорията на компютърната графика се развива на основата на взаимнотовръзки на компютърните науки с други науки и академични дисциплини, като: дескриптивна, проективна, аналитична и диференциална геометрия, топология, чертане, изчислителна математика, операционни системи, програмни езици и системи.
Област, близка до компютърната графика, е компютърната геометрия, разглеждана като набор от методи и техники за решаване на задачи с помощта на компютър, свързани с различни геометрични конструкции в равнина и пространство. Резултатите от тези конструкции се интерпретират с помощта на компютърна графика.
Дадена е класификация на задачите за компютърна графика в зависимост от посоката, в която данните се преобразуват и предават на компютър, от метода на тяхното визуално представяне и от вида на обектите.
Геометрично моделиране и компютърна графика
Геометричното моделиране има за цел да опише елементи и явления, които имат геометрични свойства, тъй като най-естественото за тях е графичното представяне.
Геометричните модели често имат йерархична структура, която възниква по време на изграждане на принципа -отдолу-нагоре.Отделни компоненти се използват като градивни елементи за формиране на обекти от по-високо ниво, които от своя страна могат да се използват за обекти от още по-високо ниво. Най-общо геометричните модели се делят на двумерни и тримерни.
При проектирането на изображения на реални обекти, представени като набор от криви линии и повърхности, дизайнерът често използва различни геометрични условия, например преминаване през точки, докосване на прави или криви линии и т.н. Типичен пример за двуизмерен геометричен модел е сложна крива(байпас), който е крива, съставена от няколко криви.
В двумерното геометрично моделиране задачите заинтерполация, апроксимация и изглаждане са широко разпространени.Посочените видове конструкции възникват, когато е дадена последователност от точки, които трябва да бъдат свързани с гладка крива.
Геометрично изображение, което замества оригиналното геометрично изображение с определена степен на точност, се наричаапроксимиране,а процесът на намирането му се наричаапроксимиране. Ако апроксимиращият байпас преминава през възловите (дадени) точки на дискретния байпас, тогава той се наричаинтерполиращ.
Подобни операции се извършват при триизмерно геометрично моделиране, т.е. интерполация и апроксимация на повърхности, определени дискретно като правилен или неправилен набор от точки или линии. В този случай се използва параметричният метод на телена рамка за представяне на повърхността, който позволява, ако е необходимо, да се предефинира телената рамка на повърхността, да се удебели тази телена рамка и т.н.
Често срещан проблем при геометричното моделиране е дискретизацията на повърхността, т.е. разделянето й на отделения (парчета) от един и същ или различен тип. Това е необходимо, например, при изчисляване на повърхността на корпуса, когато се изпълнява в сглобяем бетон от отделни панели.
Важен раздел от триизмерното геометрично моделиране е формирането на изображение на обект в компютър. Тези изображения могат да бъдат синтезирани в различни системи за изображения с помощта на перспективни, аксонометрични или ортогонални проекционни методи. Задачите на геометричното моделиране също включват трансформация на обекти, анализ на тяхната видимост на екрана на дисплея, както и решаване на позиционни и метрични задачи върху показаните обекти.обекти. За ефективно постигане на целите, поставени в компютърната графика, широко се използва математическият апарат на матриците.