Đồ họa Máy tính

Đồ họa Máy tính
Giảng viên: TS. Nguyễn Đức Cường
KS. Nguyễn Thanh Tùng
Tài liệu tham khảo
Tập slides
Sách:
Computer Graphics, F. S. Hill, Macmillan Publishing Company, 1990.
Fundamentals of Computer Graphics, P. Shirley, A K Peters, Natick, Massachusetts, 2002.
Thực tập 5 buổi
Tỉ lệ điểm: kiểm tra giữa 30%, cuối kỳ 70%
Chương trình
Nội dung
Chương 1 – Giới thiệu
Chương 2 – Một số khái niệm cơ bản
Chương 3 – Vector trong đồ họa
Chương 4 – Các giải thuật trong đồ họa 2 chiều
Chương 5 – Các kỹ thuật vẽ đệ qui và hoa văn
Chương 6 – Giới thiệu đồ họa 3 chiều
Chương 7 – Các giải thuật trên đồ họa 3 chiều
Chương 8 – Các phép biến đổi hình
Chương 9 – Các giải thuật nâng cao
Chương 1 – Giới thiệu
Đồ họa máy tính (ĐHMT) là gì?
ĐHMT cung cấp tập các công cụ để xây dựng hình ảnh và tương tác với chúng.
Bao gồm cả phần cứng và phần mềm
Cho phép người lập trình thể hiện sinh động và hình tượng các dữ liệu
Phần cứng đồ họa
Card đồ họa:
Cầu nối giao tiếp giữa bản mạch chủ và thiết bị hiển thị
Bao gồm bộ nhớ đệm cho 1 khung hiển thị (frame buffer)
Thiết bị hiển thị:
Màn hình (monitor)
Plotter
Thiết bị nhập:
Head, glove, positioning devices
Camera
Kiến trúc của 1 hệ thống đồ họa raster đơn giản
Các thông tin cần hiển thị sẽ được ghi lên bộ nhớ đệm của graphic card
Monitor cập nhật thông tin hiển thị theo 1 chu kỳ thời gian (tần số quét)
I/O devices
Ví dụ của cơ chế hiển thị
Frame buffer với 1 bit cho mỗi điểm ảnh (pixel) trên màn hình hiển thị
Frame buffer
Màn hình
Video controller
System bus
0 1 1 0
0 0 1 0
0 0 1 0
0 0 1 0
Số bit cho mỗi điểm ảnh: 8, 16, 24, 32
Card đồ họa
Card đồ họa rời
Có bộ xử lý (Graphic Processing Unit – GPU) và bộ nhớ riêng biệt
Kiến trúc và bus khác với mạch chủ
Truy xuất bộ đệm cần có cơ chế đồng bộ với bus của mạch chủ
Có thể truy xuất bởi DMA và tăng tốc bởi kỹ thuật AGP nên hiệu quả hơn
Card trên bản mạch chủ (onboard graphics card)
Sử dụng một phần bộ nhớ chính làm bộ đệm
Hiệu quả thấp
Giao tiếp giữa hệ điều hành
với card đồ họa
Device driver: một tập các routines để liên lạc và điều khiển phần cứng
Mục đích:
Giảm việc phụ thuộc và tăng tính độc lập với thiết bị
Tạo API thống nhất cho việc giao tiếp với các loại thiết bị khác nhau
Bao bọc phần làm việc với phần cứng, che bớt chi tiết
Màn hình đồ họa
CRT (Cathode-Ray Tube)
LCD (Liquid Crystal Display)
CRT
Màn hình dùng đèn
Giá thành rẻ
súng electron
các tấm hội tụ
lớp phủ phosphor
tia electron
các cuộn dây điều khiển
hướng ngang và đứng
connector
pins
Điều khiển cường độ (số electron) của tia electron
Điều khiển vị trí tia electron chạm lớp phủ phosphor
Cách hoạt động của CRT
Điều khiển cường độ của tia eletron
cặp ba các chấm phosphor
3 súng electron
màn hình
shadow mask
R
G
B
R
B
G
R: red
G: green
B: blue
vàng: R + B
trắng: R + G + B
LCD
Màn hình tinh thể lỏng
Ngày càng thông dụng tuy giá thành còn cao
Cấu trúc và cơ chế hoạt động của màn hình LCD
Các ứng dụng của ĐHMT
Trình bày dữ liệu khoa học: hiển thị dòng không khí xung quanh phi thuyền (science.gmu.edu)
Các ứng dụng của ĐHMT (tt.)
SuperPaint system: Richard Shoup, Alvy Ray Smith (PARC, 1973-79)
Photoshop
Các ứng dụng của ĐHMT (tt.)
Tạo ảnh giống như ảnh thực (photorealistic image)
Các ứng dụng của ĐHMT (tt.)
Tạo ảnh giống ảnh thực với hiệu ứng đặc biệt
Các ứng dụng của ĐHMT (tt.)
Thiết kế kỹ thuật hỗ trợ bằng máy tính (CAD - Computer-Aided Design): AutoCad, ProEngineer, PSpice
Các ứng dụng của ĐHMT (tt.)
Thiết kế các công trình kiến trúc: HomeDesigner, DestopArchitecture.
Tạo và xem các mô hình xây dựng trên máy tính.
Các ứng dụng của ĐHMT (tt.)
Game: WarCraft, SimCity, MUOnline, Hugo…
Ví dụ: MultiAnimation trong DirectX 9.0
Các ứng dụng của ĐHMT (tt.)
GIS (Geographic Information System): quản lý thông tin dựa trên bản đồ như hệ thống cáp điện, viễn thông, cung cấp nước, cống, …
www.basao.com.vn: tìm nhà hàng, viện bảo tàng, tuyến đường xe bus,… trên bản đồ tp. HCM.
www.multimap.com: tìm nhà trên bản đồ dựa trên số nhà hay postcode ở châu Âu, Mỹ, …
Các chế độ đồ họa
2 chiều (2D)
Đơn giản
Cung cấp sẵn trong môi trường sử dụng đồ họa của hệ điều hành Windows/Unix
Thư viện hàm có sẵn trong các ngôn ngữ lập trình thông dụng
3 chiều (3D)
Phức tạp, chuyên dùng cho các ứng dụng đòi hỏi 3D
2 bộ thư viện chính:
Direct3D trên Windows
OpenGL trên Windows/Unix
Tóm tắt
Nội dung của môn ĐHMT
Mục tiêu và ứng dụng của ĐHMT
Kiến trúc phần cứng/phần mềm đồ họa trên máy tính cá nhân
Các chế độ đồ họa