Bài giảng Đồ họa Máy tính

Đồ họa Máy tính Giảng viên: TS. Nguyễn Đức Cường KS. Nguyễn Thanh Tùng Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 2 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% Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 3 Chương trình Tuần 1 Chương 1 Tuần 9 Lab 3 Tuần 2 Chương 2 Tuần 10 Chương 6 Tuần 3 Lab 1 Tuần 11 Chương 7 Tuần 4 Chương 3 Tuần 12 Lab 4 Tuần 5 Chương 4 Tuần 13 Chương 8 Tuần 6 Lab 2 Tuần 14 Chương 9 + ơn tập Tuần 7 Chương 5 Tuần 15 Lab 5 Tuần 8 Kiểm tra Thi cuối kỳ Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 4 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 MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 6 Đồ họa máy tính (ĐHMT) là gì? • ĐHMT cung cấp tập các cơng 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 Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 7 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 Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 8 Kiến trúc của 1 hệ thống đồ họa raster đơn giản • Các thơng tin cần hiển thị sẽ được ghi lên bộ nhớ đệm của graphic card • Monitor cập nhật thơng tin hiển thị theo 1 chu kỳ thời gian (tần số quét) I/O devices System memoryCPU System bus I/O devices Display processo r memory Video controller Monitor Frame buffer Display processor Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 9 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 00 0 1 0 0 0 1 0 • Số bit cho mỗi điểm ảnh: 8, 16, 24, 32 Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 10 Card đồ họa • Card đồ họa rời – Cĩ 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 cĩ cơ chế đồng bộ với bus của mạch chủ – Cĩ 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 Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 11 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 Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 12 Màn hình đồ họa • CRT (Cathode-Ray Tube) • LCD (Liquid Crystal Display) Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 13 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 Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 14 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 Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 15 LCD • Màn hình tinh thể lỏng • Ngày càng thơng dụng tuy giá thành cịn cao • Cấu trúc và cơ chế hoạt động của màn hình LCD Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 16 Các ứng dụng của ĐHMT • Trình bày dữ liệu khoa học: hiển thị dịng khơng khí xung quanh phi thuyền (science.gmu.edu) Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 17 Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • SuperPaint system: Richard Shoup, Alvy Ray Smith (PARC, 1973-79) • Photoshop Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 18 Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Tạo ảnh giống như ảnh thực (photorealistic image) Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 19 Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Tạo ảnh giống ảnh thực với hiệu ứng đặc biệt Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 20 Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Thiết kế kỹ thuật hỗ trợ bằng máy tính (CAD - Computer-Aided Design): AutoCad, ProEngineer, PSpice Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 21 Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Thiết kế các cơng trình kiến trúc: HomeDesigner, DestopArchitecture. • Tạo và xem các mơ hình xây dựng trên máy tính. Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 22 Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Game: WarCraft, SimCity, MUOnline, Hugo… • Ví dụ: MultiAnimation trong DirectX 9.0 Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 23 Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • GIS (Geographic Information System): quản lý thơng tin dựa trên bản đồ như hệ thống cáp điện, viễn thơng, 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, … Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 24 Các chế độ đồ họa • 2 chiều (2D) – Đơn giản – Cung cấp sẵn trong mơi trường sử dụng đồ họa của hệ điều hành Windows/Unix – Thư viện hàm cĩ sẵn trong các ngơn ngữ lập trình thơng dụng • 3 chiều (3D) – Phức tạp, chuyên dùng cho các ứng dụng địi hỏi 3D – 2 bộ thư viện chính: • Direct3D trên Windows • OpenGL trên Windows/Unix Đồ họa MT - Ch01 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM 25 Tĩm tắt • Nội dung của mơn 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