PARAMETRYCZNY OPIS KRZYWEJ

x=fx(t) x=200t+100 x=100t^2+100

y=fy(t) x=400t+300 x=400t^2+200 t ∈ < 0,1 >

t=0, x =fx(0), y = fy(0) punkt początkowy xp, yp

t=1, x =fx(1), y = fy(1) punkt końcowy xk, yk

x = axt + bx xp = bx

y = bxt + by t ∈ < 0,1 > yp = by

xk = ax + bx xk = ax + xp ax = xk - xp

yk = ay + by yk = ay + yp ay = yk - yp

x = xp ( 1 – t ) + xkt

y = yp ( 1 – t ) + ykt t ∈ < 0,1 >

KRZYWE BEZIERA

Dane są 4 punkty p1, p2, p3, p4. Krzywa musi przechodzić przez p1 i p4. Punkty p2 i p3 są aproksymowane. Wagi poszczególnych punktów są określone wielomianami Bernsteina

Q(t) = [ qx(t) , qy(t) ]

Q(t) = (1 – t)^3 P1 + B1

+ 3t (1 - t)^2 P2 + B2

+ 3t^2 (1 - t) P3 + B3

+ t^3 P4 B4

Własności:

1. Krzywa przechodzi przez p1 i p4

2. W punkcie p1 krzywa jest styczna do p2p1

3. W punkcie p4 krzywa jest styczna do p4p3

4. Krzywa zawiera się w minimalnym

wielokącie wypukłym rozpiętym na punktach

p1, p2, p3, p4

Ciągłość geometryczna G1 jest to zachowanie tego samego kierunku wektorów sterujących. Ciągłość parametryczna C1 jest to zachowanie tego samego kierunku wektorów sterujących i te same długości.

CUSP – ostre przejście

SMOOTH – ciągłość G1

SYMMETRY – ciągłość C1

WYPEŁNIANIE

1. Które piksele wypełnić

2. Czym je wypełnić

WYPEŁNIANIE STAŁYM KOLOREM

1. Wypełnianie prostokąta

for ( y = ymin; y <= ymax; y++)

{ for (x = xmin; x <= xmax; x++)

writepixel(x, y, color) }

1. Wypełnianie wielokątów

Wypełnianie danej linii:

1. Znajdź przecięcia linii określonej y z wszystkimi krawędziami obwodu (E, D , C , B ) – oznacza znalezienie wszystkich współrzędnych x punktów przecięcia

2. Posortuj współrzędne x w kolejności rosnącej

3. Wypełnij piksele segmentów linii poziomej korzystając z reguły parzystości ( parzystej liczby przecięć), krawędzie poziome ignorujemy.

1. Wypełnianie wzorami

2. Wypełnianie wzorami bez wielokrotnej konwersji wierszowej

RYSOWANIE GRUBUCH LINII

Stosowanie piórka przy użyciu maski jak przy wypełnianiu bez wielokrotnej konwersji wierszowej.

OBCINANIE

• analityczne

• w trakcie konwersji

• w czasie operacji Copypixel

OBCINANIE ODCINKÓW PROSTOKĄTEM

Odcinek w postaci parametrycznej:

x = 100t

y = 200t t ∈ < 0,1 >

Czy przecina się z x = 1024 ?

1024 = 100t => t = 1024/100 = 10,24

1. Algorytm Cohena-Sutherlanda

Klasyfikacja wierzchołków odcinka

x, y – współrzędne punktu, który analizujemy

bit 1 – ymax – y

bit 2 – y – ymin 0 – (+)

bit 3 – xmax – x 1 – (-)

bit 4 – x – xmin

Po określeniu kodów wnioskujemy:

0000

+ 0000

0000 w pełni akceptowalny

Jeśli operacja AND na obu słowach kodowych daje wynik != 0 to oba końce w tej samej półpłaszczyźnie nie przecinającej się z oknem obcinanym.

1000

* 1010

1000

PRZEKSZTAŁCENIA

• Przesunięcie (translacja)

Wektor przesunięcia (3, -4); (2, 4) --> (5, 0)

x x’ dx

P = [ y ] P’ = [ y’ ] T = [ dy ] T(dx, dy)

P’ = P + T

• Skalowanie

x’ = Sx * x y’ = Sy * y

Sx, Sy – współczynniki skali

x’ Sx 0 x

[ y’ ] = [ 0 Sy ] * [ y ] S(Sx, Sy)

P’ = P * S(Sx, Sy)

• Obrót

x = r cos ϕ y = r sin ϕ

x’ = r cos (ϕ + θ) = r cos ϕ cos θ - r sin ϕ sin θ

y’ = r sin (ϕ + θ) = r sin ϕ cos θ + r sin θ sin ϕ

x’ = x cos θ - y sin θ y’ = x sin ϕ + y cos θ

x’ cos θ - sin θ x

[ y’ ] = [ sin θ cos θ ] * [ y ] R (θ)

P’ = P * R(θ)

(√2)/2 - (√2)/2

R [ Π / 4 ] = [ (√2)/2 (√2)/2 ]

P’ = M1 * P

P” = M2 * P’ = M2 * M1 * P = Mz * P

WSPÓŁRZĘDNE JEDNORODNE I MACIERZOWA REPREZENTACJA PRZEKSZTAŁCEŃ

Przestrzeń 2D – wprowadzamy trzecią współrzędną

Punkt : (x, y, W)

(x, y, W) (x’, y’, W’) – ten sam punkt

(3, 4, 1) <-> (6, 8, 2) <-> (9, 12, 3)

Współrzędne są znormalizowane, gdy W=1

Znajdowanie postaci znormalizowanej :

(x, y, W) --> (x / W, y / W, W / W)

Jeśli współrzędne (x, y, W) są w postaci znormalizowaniej, to x, y – oznaczają współrzędne punktu w zwykłej przestrzenie 2D.

x’ 1 0 dx x x + dx

[ y’ ] = [ 0 1 dy ] * [ y ] = [ y + dy ]

1 0 0 1 1 1

x’ Sx 0 0 x Sx * x

[ y’ ] = [ 0 Sy 0 ] * [ y ] = [ Sy * y ]

1 0 0 1 1 1

x’ cosθ -sinθ 0 x xcosθ-ysinθ

[ y’ ] = [ sin θ cosθ 0 ] * [ y ] = [ xsinθ+ycosθ ]

1 0 0 1 1 1

OBRÓT WZGLĘDEM LOKALNEGO UKŁADU WSPÓŁRZĘDNYCH

1. T( -xl, -yl )

2. R( α )

3. T( xl, yl )

P’ = T(xl, yl) * R(α) * T(-xl, -yl) * P = Mz * P

1 0 xl cosα -sinα 0 1 0 -xl

[ 0 1 yl ] * [ sinα cosα 0 ] * [ 0 1 -yl ] = Mz

0 0 1 0 0 1 0 0 1

SKALOWANIE WZGLĘDEM LOKALNEGO UKŁADU WSPÓŁRZĘDNYCH

1. T( -xl, -yl )

2. S( Sx, Sy )

3. T( xl, yl )

P’ = T(-xl, -yl) * S(Sx, Sy) * T(xl, yl) * P

PRZESTRZEŃ 3D

• przesunięcie T(dx, dy, dz) =

1 0 0 dx

0 1 0 dy

= [ 0 0 1 dz ]

0 0 0 1

• skalowanie S(Sx, Sy, Sz) =

Sx 0 0 0

0 Sy 0 0

= [ 0 0 Sz 0 ]

0 0 0 1

• obrót Rz(θ) =

cosθ -sinθ 0 0

sinθ cosθ 0 0

= [ 0 0 1 0 ]

0 0 0 1

• obrót Rx(θ) =

1 0 0 0

0 cosθ -sinθ 0

= [ 0 sinθ cosθ 0 ]

0 0 0 1

• obrót Ry(θ) =

cosθ 0 sinθ 0

0 1 0 0

= [ -sinθ 0 cosθ 0 ]

0 0 0 1

RZUTOWANIE W PRZESTRZENI 3D

Rzutowanie – przekształcenia punktów prowadzące z przestrzeni n-wymiarowej do przestrzeni mniej niż n-wymiarowej

Punkt zbieżności linii, osiowe punkty zbieżności

1. Jednopunktowy rzut perspektywiczny

2. Perspektywa dwupunktowa

3. Perspektywa trzypunktowa

TECHNIKI DRUKOWANIA

Drukarki: laserowe, atramentowe

Fotonaświetlarki: do klisz małoobrazkowych,

do przygotowania do druku

Proces przygotowania do druku:

• wyciągi barwne CMYK

• klisze z fotonaświetlarki

• matryce drukarskie (blacha)

Rozdzielczość – liczba kropek na jednostkę długości

Raster poligraficzny – metoda klasyczna

Gęstość rastra – liczba linii na jednostkę długości

Metody uzyskiwania tonów:

• mikrowzory

• metoda klasyczna

• metoda dyfuzji błędu

Im bardziej widoczny raster tym większy powinien być kąt nachylenia. Dla koloru czarnego 45°, a dla żółtego najmniejszy.

Firma PANTONE:

• Pantone Process Colors

• Pantone Matching System Colors

• Pantone Hexachrome Colors

RZUTY RÓWNOLEGŁE

• rzuty prostokątne (ortogonalne)

• rzuty ukośne

Rzuty aksynometryczne – na rzutnię nie równoległą do jakiejkolwiek płaszczyzny głównej układu współrzędnych:

• izometryczne (kierunek razutowania równoległy do wektora (1, 1, 1)

• inne

Bryła (stożek, piramida) widzenia.

PROCES RZUTOWANIA

1. Prymitywy wejściowe we współrzędnych świata

2. Obcięcie przez bryłę widzenia

3. Rzutowanie na rzutnię

4. Przekształcenie na współrzędne ekranu + określenie koloru pikseli

x’/d = x/z y’/d = y/z x’ = x/(z/d) y’ = y/(z/d)

1 0 0 0

0 1 0 0

Mper = [ 0 0 1 0 ]

0 0 1/d 0

1 0 0 0 x x x’ = x/(z/d)

0 1 0 0 y y y’ = y/(z/d)

[ 0 0 1 0 ] * [ z ] = [ z ] z’ = d

0 0 1/d 0 1 z/d w = 1

P’ = Mper * P

WYZNACZANIE POWIERZCHNI WIDOCZNYCH (ELIMINACJA POWIERZCHNI NIEWIDOCZNYCH)

Test zgrubny Test II

• algorytm malarski – sortowanie ze względu na odległość

• algorytm z-bufora – pamiętanie odległości piksela

Oprócz koloru pamiętamy współrzędną z:

• z = 0 - tło

• z > 0 - odległość od tła do obserwatora

void zBuffer

{ int pz /* wartość z rozpatrywanego piksela */

for (y = 0; y < YMAX; y++) {

for (x = 0; x < XMAX; x++) {

WritePixel(x, y, Background_Value)

WriteZ(x, y, 0)

}}

for (każdy_wielokąt) {

for (każdy piksel w rzucie wielokąta) {

pz= wartość z wielokąta bieżącego dla (x,y)

if (pz >= ReadZ(x,y)){

WriteZ(x, y, pz)

WritePixel(x,y, barwa_wielokąta)

}}}}

za=z1-(z1-z2)*[(y1-ys)/(y1-y2)]

zb=z1-(z1-z3)*[(y1-ys)/(y1-y3)]

zp=zb-(zb-za)*[(xb-xp)/(xb-xa)]

Główne zastosowania grafiki:

1. CAD – wspomaganie projektowania

2. Symulatory (głównie lotu)

3. Symulacja stosunków świetlnych

4. Sztuka komputerowa

5. Medycyna (np. tomografia)

6. Poligrafia

7. Internet

8. Rzeczywistość wirtualna

Obiekt:

• przynależność do klasy (prostokąt,

elipsa, łamana, tekst)

• parametry (zestawy liczb określające

własności geometryczne)

• atrybuty – cechy graficzne (obrys

obiektu, wypełnienie)

Piksel:

• położenie

• kolor

Liczba pikseli w poziomie, w pionie.

Rozdzielczość w poziomie, w pionie.

1 bpp – 2 kolory

4 bpp – 16 kolorów

8 bpp – 256 kolorów

24 bpp – 16777216 kolorów

32 bpp – CMYK, RGBα - przezroczystość

48 bpp – 16R, 16G 16B

Barwa na przestrzeni dziejów. Podejście:

• fizyka

• biologia

• psychologia

• farbiarstwo

• fotografia

• telewizja

• malarstwo

• grafika komputerowa

Malarstwo:

Fizyka:

Moc światła

Strumień – moc przechodząca przez

wycinek powierzchni

θ = P/(wycinek powierzchni odniesiony

do powierzchni kątowej

[W/steradian] = [cd] kandela

Światło widzialne – fala elektromagnetyczna

380-780 nm

Biologia i psychologia:

Zmiana czułości oka w zależności od długości fali.

Metamer – takie samo wrażenie barwne

barwa czysta

nasycenie + jasność (czynnik proporcji do

cień mocy źródła)

Psychofizyka:

Bodziec fizyczny potencjały czynnościowe mózg

Trójskładowa teoria widzenia barwy Younga –Helnholtza:

• barwa czerwona

• barwa zielona

• barwa niebieska

Trzy rodzaje czopków wrażliwych na barwe

Pręciki wrażliwe na jasność.

• właściwości fizyczne obserwowanej powierzchni

• właściwości fizyczne źródła światła

• właściwości ośrodka, przez który biegnie światło

• właściwości otaczających obiektów

• stan oka

• charakterystyki transmisyjne receptorów i ośrodków nerwowych

• oprzednie doświadczenie obserwatora

1991r. – min 35.000 barw

liczba odcieni 128

liczba poziomów nasycenia 130

liczba poziomów jasności:

• niebieski 16

• żółty 23

• światło achromatyczne

0 – czarny

1 – biały

• światło achromatyczne z pośrednimi poziomami szarości

0,1 – 0,11

0,5 – 0,55

• model RGB

• model HSV (hue, saturation, value)

• model HLS (hue, light, saturation)

• model CMY

1. Odcinek

• DDA

• Bresenham

p0 = 2Δy - Δx

pk < 0 (xk + 1, yk)

pk+1 = pk + 2Δy

pk >= 0 (xk + 1, yk + 1)

pk+1 = pk + 2Δy - 2Δx

• antyaliasing

• dodawanie pikseli o pośrednich kolorach

• zmiana rodzielczości

• model powierzchniowy – większa powierzchnia ciemniejsza (wprowadzamy 9 punktów i badamy położenie)

• model stożkowy (rozłożenie funkcji nieliniowej na okrąg przez środki przyległych pikseli)

1. Okrąg

• Midpoint

(x0, y0) = (0, r)

p0 = 5/4 – r

pk < 0 (xk + 1, yk)

pk+1 = pk + 2xk+1 + 1

pk >= 0 (xk + 1, yk + 1)

pk+1 = pk + 2xk+1 + 1 – 2yk+1

[ 2xk+1 = 2xk + 2 i 2yk+1 = 2yk – 2 ]

Barwa C.D. Układ CIE - XYZ

CIE – Międzynarodowa Komisja

Oświetleniowa 1931r.

1. CIE – RGB

Składowe trójchromatyczne:

R – światło z lampy żarowej przez filtr

tłumiący fale o λ < 700 nm

G – 546,1 nm prążki z widma

B – 435,8 nm łuku rtęciowego

Światło białe:

R – 0,17697

G – 0,81240

B – 0,01063

Płaszczyzna stałego strumienia:

1. CIE – XYZ

Z – brak wrażeń barwnych

Na obrzeżu barwy widmowe, a w środku biel.

Przy mieszaniu można ustalić proporcje.

Na linii prostej leżą barwy możliwe do otrzymania.

Różne przestrzenia barw luminoforów dla ekranów różnych producentów.