Osnovni pojmovi - 1. dio kolegija Racunalna grafikanela/rgpredavanja/osnovni_pojmovi.pdf · Razvoj raˇcunalne graﬁke Razvoj hardware-a i software-a za raˇcunalnu graﬁku Kratka

Osnovnipojmovi

Nela Bosner

Razvojracunalnegrafike

Razvojhardware-a isoftware-a zaracunalnugrafiku

Osnovni pojmovi1. dio kolegija Racunalna grafika

Nela Bosner

Osnovnipojmovi

Nela Bosner



Racunalnu grafiku možemo definirati kaogranu racunalnih znanosti koja se bavi

izgradnjom višedimenzijskih modelaobjekatai njihovim prikazom uz upotrebu racunala.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner



Razvoj racunalne grafike

Grafika je jedno od najprirodnijih sredstava za komunikacijusa racunalom. Racunalna grafika

zapocela je sa ispisivanjem podataka pomocu printera iprikazivanjem na zaslone s katodnim cijevima (cathoderay tube – CRT)danas ukljucuje kreiranje, spremanje i manipulacijuslika raznih objekata kao i modela iz raznih podrucja

fizicke modelematematicke struktureinženjerske i arhitektonske modeleabstraktne strukture

je interaktivna – korisnik kontrolira sadržaj, strukturu iizgled objekata i njihovih slika korištenjem ulaznihjedinica:

tipkovnicamišinteraktivni zaslon osjetljiv na dodir

Osnovnipojmovi

Nela Bosner



Kratka povijest:Do ranih 80-ih racunalnom grafikom se bavio mali brojljudi jer je hardware bio preskup.Tada su se pojavila jeftina osobna racunala saugradenom rasterskom grafikom

Xeroxs StarApple MacintoshIBM PC

koja su popularizirala upotrebu bitmapa za interakcijukorisnik–racunalo.

Definicija

Bitmapa je pravokutno polje tocaka (pixel-a) na zaslonureprezentirano pomocu 0 i 1. Pixel je skraceno od “pictureelements”.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner



Nakon toga je slijedila eksplozija jednostavnih i jeftinihaplikacija baziranih na grafici:

aplikacije za obradu tekstaaplikacije za rad sa tablicamaaplikacije za crtanje

Za organizaciju prostora na zaslonu uvodi se pojam“radne površine” (“desktop”).Korisnik pomocu window manager-a može stvarati,smjestiti i odrediti velicinu pravokutne površine nazaslonu nazvane prozorima (windows).

Definicija

Prozor predstavlja virtualni graficki terminal u kojem seizvršava jedna aplikacija.

Direktna manipulacija objekata na zaslonu pomocupokazivanja i klikanja je zamijenila tipkanje naredbi.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner



Racunalna grafika postala je sveprisutna:na televiziji i filmuu edukacijiu prirodnim znanostimau tehnickim znanostimau mediciniu trgoviniu vojne i sigurnosne svrheza reklamne plakate i spotoveza zabavu

Osnovnipojmovi

Nela Bosner


Razvojhardware-a isoftware-a zaracunalnugrafikuVektorski prikaznisustav

Rasterski prikaznisustav

Usporedbavektorskog irasterskog prikaznogsustava

Izlazne grafickenaprave

Ulazna grafickenaprave

Software-skaprenosivost i grafickistandardi

Razvoj hardware-a i software-a za racunalnugrafiku

1950. MIT je razvio Whirlwind Computer koji je za izlazkoristio CRT.SAGE zracni obrambeni sustav razvijen sredinom50.-ih je prvi koristio CRT i svjetlosnu olovku.1963. Ivan Sutherland u svom doktoratu opisuje sustavza crtanje Sketchpad – pocetak interaktivne grafike.

On uvodi strukture podataka za spremanje hijerarhijesimbola.Razvio je i interktivne tehnike koje koriste tipkovnicu isvjetlosnu olovku za odabir, pokazivanje i crtanje.

Prvi pokušaji korištenja racunalne grafike za dizajn uprvoj polovini 60.-ih bili su

General Motors DAC sustav za dizajn automobilaItek Digitek sustav za dizajn leca

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Vektorski prikazni sustav

Vektorski prikazni sustavi razvijeni su sredinom 60.-ih ibili su u upotrebi do sredine 80.-ih.Vektorski prikazni sustav sastoji se od:

prikaznog procesora (display processor) prikljucen kaoulazno/izlazna periferna jedinica na centralni procesor(CPU)prikaznog meduspremnika (display buffer memory)CRT

Meduspremnik sprema prikaznu listu (ili prikazniprogram) dobivenu od racunala.Prikazna lista sadrži naredbe za crtanje tocaka, linijazadanih pomocu (x , y) ili (x , y , z) koordinata krajnjihtocaka, i karaktera.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Slika: Arhitektura vektorskog prikaznog sustava.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Naredbe za crtanje tocaka, linija i karaktera interpretiraprikazni procesor.Elektronska zraka u zaslonu se otklanja od jednekrajnje tocke do druge, prema proizvoljnjom redunaredbi iz prikazne liste.Zbog brzog raspada svjetlosnog signala na zaslonu,prikazni procesor mora obnavljati naredbe iz prikazneliste 30 puta u sekundi (30 Hz) da bi se izbjeglo titranje.Prikazni meduspremnik se zbog toga još naziva imeduspremnik za obnavljanje (refresh buffer).60.-ih godina memorija i procesori potrebni zaobnavljanje grafike frekvencijom od 30 Hz je bilapreskupa, a moglo se prikazati samo par tisuca linijabez titranja.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Koncem 60.-ih direct–view storage tube (DVST) izbacilaje iz upotrebe meduspremnik i sam proces obnavljanja.DVST sprema sliku tako da je crta jednom relativnosporom elektronskom zrakom.Daleko je jeftiniji od sustava sa obnavljanjem.Koncem 60.-ih je još i prikazni sustav spojen na jednomanje racunalo, cime je centralno racunalo oslobodenorada sa grafikom.U to vrijeme sam prikazni procesor postaje svesofisticiraniji, preuzimajuci sve više posla od grafickogsoftware-a.1968. je izmišljen prikazni hardware sa obnavljanjemza izvodenje geometrijskih transformacija.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Rasterski prikazni sustav

Ranih 70.-ih razvija se jeftina rasterska grafika baziranana televizijskoj tehnologiji — najviše doprinjela razvojuracunalne grafike.Rasterski prikazni sustav sprema primitive zaprikazivanje

linijakarakteraosjencanih površina ili površina sa uzorkom

u meduspremnik za obnavljanje kao polje pixel-a.0 0 0 0 1 1 0 0 0 00 0 0 1 0 0 1 0 0 00 0 1 0 0 0 0 1 0 00 1 0 0 0 0 0 0 1 01 0 0 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0 10 1 0 0 0 0 0 0 1 00 0 1 0 0 0 0 1 0 00 0 0 1 0 0 1 0 0 00 0 0 0 1 1 0 0 0 0

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Slika: Arhitektura rasterskog prikaznog sustava.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Potpuna slika formira se iz rastera.

Definicija

Raster je skup vodoravnih rasterskih linija pri cemu svakaod njih predstavlja red individualnih pixel-a. Raster sesprema kao matrica pixel-a koji predstavljaju cijelo podrucjezaslona.

Slika se iscrtava linijom po liniju, od vrha prema dnu, paponovo od vrha itd.

p p p p p p p p p p pp p p p p p p p p p pp p p p p p p p p p pp p p p p p p p p p pp p p p p p p p p p pp p p p p p p p p p pp p p p p p p p p p p

ppppppppppp

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Kod monokromatskog zaslona vrijednost svakog pixel-aodreduje intenzitet zrake.

Pamti se 1 bit po pixel-u.Kod zaslona u boji svaki pixel ima tri komponenete kojeodreduju intenzitet boja: crvena (R), zelena (G) i plava(B).

Pamti se 8 (256 boja) do 32 (4 milijardi boja) bita popixel-u za kodiranje boja.

Frekvencija obnavljanja je prije bila 30 Hz, a danas 60Hz i više.Obnavlja se cijela slika definirana bitmapom — jeftinijaizvedba.Izraz bitmapa se koristi za monokromatske zaslone: 1bit po pixel-u.Za zaslone u boji koristi se izraz pixmapa.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Usporedba vektorskog i rasterskog prikaznogsustava

Prednosti rasterskog prikaznog sustava nad vektorskim:jeftina izvedbamogucnost prikaza ploha ispunjenih bojom ili uzorkomobnavljanje je neovisno o kompleksnosti slike (o brojupoligona itd.)

Nedostaci rasterskog prikaznog sustava u odnosu navektorski:

primitive (linije i poligoni) moraju se pretvoriti u diskretnioblik (scan–convert) — skup pixel-a odredene boje kojipredstavljaju tu primitivu u bitmapi ili pixmapinekontinuirane i nazubljene linije — greškediskretizacije (aliasing)

razvijaju se tehnike antialiasing-a koje specificirajuintenzitet boje susjednih pixel-a na rubu primitiva

Osnovnipojmovi

Nela Bosner







Software-skaprenosivost i grafickistandardi Slika: Problem aliasing-a.

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Izlazne graficke naprave

pisacicrtaciCRT zasloniLCD zaslonijedinice za izradu 3D objekata

izrada sloj po sloj (brza izrada prototipa)tokariliceglodalice

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Ulazna graficke naprave

svjetlosna olovkamištablica s pisaljkom (data tablet)ploca osjetljiva na dodirsustavi za 3D uzorkovanje

ultrazvucnolaserskim snopomracunalna tomografija (PET, CT)magnetska rezonancija (MR)

Osnovnipojmovi

Nela Bosner








Software-ska prenosivost i graficki standardi

Razvija se graficki software koji je neovisan o harware-u —programska prenosivost:

programer se izolira od vecine mašinskih posebnosti, aprogramski jezik ima svojstvo da se možeimplementirati na širokom spektru procesora.

Pojavila se potreba za donošenjem standarda za grafickepakete neovisne o hardware-u:

3D Core Graphics System, 1977. – osnovnespecifikacijeGraphical Kernal System (GKS), 1985. – prva službenostandardizirana graficka specifikacija za 2DGKS-3D, 1988.Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System(PHIGS), 1988. – kompleksniji graficki sustavPHIGS+, 1988. – pseudorealistican prikazVirtual Reality Modelling Language (VRML), 1997.

Documents

Osnovni pojmovi - 1. dio kolegija Racunalna grafikanela/rgpredavanja/osnovni_pojmovi.pdf · Razvoj raˇcunalne graﬁke Razvoj hardware-a i software-a za raˇcunalnu graﬁku Kratka