Information Technology | Graphics » Barhács - Számítógépes grafika elmélet jegyzet

Számítógépes grafika elmélet jegyzet Barhács Oktatóközpont 2002. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet A számítógépes grafika fogalma1 A grafika szó a görög vésni szóból származik, ma már a rajzművészet összefoglaló fogalmát jelenti. A számítógépes grafika (computer graphics) definíciója Az ISO (International Standards Organization) nemzetközi szabványügyi szervezet adatfeldolgozási fogalomgyűjteménye (Data Processing Vocabulary) szerint a számítógépes grafika (computer graphics) fogalma alatt az adatkonvertálási módszereket és eljárásokat értjük a számítógép és a grafikus perifériák között. Az informatikai gyakorlat eltér az ISO terminológiától, számítógépes grafika alatt általában a generatív számítógépes grafikát értik, a számítógépes képfeldolgozást, képelemzést és alakfelismerést pedig digitális képfeldolgozásnak nevezik. A GENERATÍV SZÁMÍTÓGÉPES GRAFIKA a képi

információ tartalmára vonatkozó képleírási adatok (és nem a kép) alapján, algoritmusokkal állít elő (pl. A monitor képernyőjén) megjeleníthető képeket. A számítógépes grafika alatt a két- (2D) és három- (3D) dimenziós grafikus objektumok számítógépes generálását, tárolását, feldolgozását és megjelenítését értjük. A KÉPFELDOLGOZÓ RENDSZEREK a képeket nem generálják, hanem inputként kapják meg (például digitalizált fotók, mesterséges hold felvételek stb. formájában) A képfeldolgozás alapegysége a raszteres kép, mely n * m képpontból (pixelből) áll. A számítógépes alakfelismeréssel a raszteres képeken lévő grafikus objektumok azonosítását végezzük el. Az alakfelismerés és a képfeldolgozás módszereinek és eljárásainak együttesét nevezzük digitális képfeldolgozásnak. 1 Melléklet: grafelm I.ppt 2. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet A számítógépes grafika tipikus

felhasználási területei - Grafikus operációs rendszerek Szöveg és kiadványszerkesztés Számítógéppel segített tervezés és gyártás (Cad/Cam = Computer Aided Design / Manufacturing) Grafikus prezentáció (Business Graphics) Képfeldolgozás, manipulálás Virtuális valóság Grafikus operációs rendszerek Az X11 szabványt, azaz az X-WINDOW System v. 11-et a Massachusetts Institute of Technology adta ki 1987 szeptemberében, jelenleg az X11 Release 6-nál tartunk. Az X-Window System hardver független, a pixeles grafikára alapozott ablakozó megjelenítés szabványa. A grafikus munkahely az X11 szerint képernyőt (screens), billentyűzetet (keyboard) és mutatóeszközt (egér, digitalizáló tábla) kezelő architektúra, melyen az X-szerver program fut. Az X-szerver feladata a grafikus megjelenítés (2D-s rajzolás) és a felhasználó inputjainak a fogadása. Az X-szerver hálózati kliensekkel, az úgynevezett alkalmazásokkal (applications) tarthat

kapcsolatot, melyek számára hozzáférést biztosít a munkahelyhez. A X11 felhasználói felülete a Windows-ból jól ismert ablakozó rendszer. Az ablakok méretezését és általában menedzselését a Windows Manager program végzi, mely az X-szerver számára szintén egy kliens. Minden mai grafikus operációs rendszer, ezen szabványra támaszkodik. A felület minden esetben objektumorientált, eseményvezérelt, az objektumok egy üzenetkezelő rendszeren keresztül tartanak kapcsolatot egymással. Szöveg és kiadványszerkesztés A kiadványszerkesztő programcsomagok célja, hogy a felhasználó számára a szöveg szerkesztése mellett olyan funkciókat is biztosítson, mellyel a kiadványok nyomdai előállításához szükséges előkészítő munka teljes körűen elvégezhető legyen. Ilyenek például: a nyomdai minőségű szedés, tördelés, több hasáb (kolumna) kezelése, fotók, grafikák négy színre bontással történő nyomtatása, a szövegelemek

helyének tipográfiai pontosságú meghatározása. Az előbbiekre figyelemmel a nyomdai (asztali) kiadványszerkesztést (Desk Top Publishing = DTP) úgy definiálhatjuk, mint nyomdai anyagok előállítását számítógéppel és a megfelelő szoftverrel. Ezek szerint a szövegek szerkesztése, tördelése része a DTP-nek, de ebbe a fogalomba még bele kell értenünk a számítógépes képfeldolgozás és grafika egy részét is. Ennek megfelelően a DTP programcsomagok eszközkészletében a szövegelemeket kezelő eljárások mellett különböző rajzi elemeket generáló részeket is megtalálhatunk. 3. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet Számítógéppel segített tervezés és gyártás Ezen rendszerek a termék-előállítás tervezési, modellezési szakaszában kapnak szerepet. A CAD/CAM rendszerek jelentős szerephez jutnak például az autó és repülőgépgyártásban, az elektronikus áramkörök és a számítógépek tervezésében

vagy az építészetben. Előnyeik: - A szellemi munkát jelentő tervezést mentesítik az automatizálható rutinfeladatoktól. - A tervek módosítása kisebb ráfordítással, kevesebb hibával elvégezhető. - Nem kell modelleket építeni, a tervek szimulációval tesztelhetőek. Grafikus prezentáció Az üzleti életben, a tudományban és a közigazgatásban sokszor célszerű olyan grafikus rendszereket alkalmazni, melyek képesek meghatározott tendenciákat, összefüggéseket grafikus ábrákon is bemutatni (pl. diagramok) Ezek fokozódó jelentősége arra vezethető vissza, hogy a vizuális információkat az ember sokkal gyorsabban képes feldolgozni, így a döntéshozatal is felgyorsulhat. A számítógépes grafikának ez a területe ezért fontos részét képezi az ún. Vállalati Információs Rendszereknek. Képfeldolgozás, manipulálás Ma már a számítógépes grafikával generált képeket sok esetben meg sem lehet különböztetni a valódi fénykép vagy

videofelvételektől. Ennek következménye az, hogy a számítógépes grafika és a multimédia határvonala lassan elmosódik. Ez a lehetőség (a fotorealisztikus ábrázolás lehetősége) lehetővé teszi, hogy a fényképeket átdolgozzuk, hibáit kijavítsuk, vagy akár tartalmát megváltoztassuk. Természetesen ugyanez érvényes a filmekre is. Virtuális valóság Virtuális valóság alatt elképzelt, vagy méretük, illetve távolságuk miatt láthatatlan, veszélyességük miatt megközelíthetetlen világok valósághű, interaktív modellezését és megjelenítését értjük számítógépen. 4. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet Grafikus rendszerek típusai Rasztergrafikus rendszer A számítógépes grafikában azokat a raszteres, azaz képpontokból (pixelekből = picture element) álló képet generáló és feldolgozó rendszereket, melyeknél a képi információ csak képenként kereshető vissza, és a kép tartalma csak a teljes

kép felülírásával módosítható, rasztergrafikus ill. pixelgrafikus rendszereknek nevezzük Vektorgrafikus rendszer A számítógépes grafikában azokat a rendszereket, melyek a grafikus objektumokat egy lebegőpontos világkoordináta-rendszerben modellezik, vektorgrafikus rendszereknek nevezzük. A vektorgrafikában az objektumok jellemzőit adatbázisban tárolják. Ez lehetővé teszi az objektumok önálló visszakeresését és a köztük lévő (strukturális vagy hierarchikus) kapcsolatok számítógépes feldolgozását. A grafikus hardver A számítógépes grafika hardverkövetelményei A grafikus hardvernek lehetővé kell tennie a képmegjelenítést a számítógépen, akár álló akár mozgóképről legyen szó. Természetesen a különböző típusú feladatokhoz különböző teljesítményű hardver szükséges, hisz míg egy raszteres kép megjelenítése nem kíván igazán nagy számolási teljesítményt, a virtuális valóság alkalmazásai (pl. 3D-s

játékok) igen komolyan lefoglalják a rendszer erőforrásait Általánosságban elmondható, hogy minden grafikus információkat kezelni képes rendszernek rendelkeznie kell olyan megjelenítővel, mely képes a számítógépes grafika megjelenítésére, ill. olyan, egységgel mely a kiszámolt képadatokat a megjelenítő számára érthető formára hozza. 5. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet Grafikus kommunikációs vonalak, busztípusok A képi információk adatátviteli igénye miatt meg kellett növelni a számítógépes átviteli vonalak sebességét, mivel a régiek nem tudták a feldolgozó programokat megfelelő sebességgel ellátni grafikus adatokkal. Új kommunikációs vonaltípusok jelentek meg, melyet a grafika mellett a nagy adatmennyiséget feldolgozó új perifériák (digitális videokamera, fotónyomtató stb.) terjedése is szükségessé tett Az új busztípusok közül az - USB (Universal Serial Bus), - a FIREWIRE, - és

az AGP (Accelerated Graphics Port) a legfontosabbak a számítógépes grafika szempontjából. Az USB Az univerzális soros busz, azaz az USB egy olyan szabványosított csatlakozóaljzat és összeköttetés, amely - a billentyűzetcsatlakozót, - az egércsatlakozót, - a soros és párhuzamos portot egyetlen, nagysebességű, soros átvitelt biztosító összeköttetéssel helyettesíti. Az USB legfontosabb tulajdonságai a következők: - 12 Mbit/sec átviteli sebesség, - maximum 127 USB eszköz kiszolgálása. - soros adatátvitel, - lehetővé teszi a plug and play perifériatelepítést, - az eszközök tápellátása USB kábelen keresztül lehetséges. A FIREWIRE A FIREWIRE (IEEE-1394-es szabvány) létrejöttének oka, hogy multimédiában és grafikában egyre nagyobb szerephez jutnak a közepes teljesítményű átvitelt igénylő perifériák, azaz - a videokamerák, - nagy felbontású nyomtatók, - a nagy kapacitású streamerek. A FIREWIRE jellemzői a következők: -

átviteli teljesítmény 400 Mbit/sec, - max. 16 eszköz kezelését teszi lehetővé, - a plug and play telepítést támogatja. 6. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet Az AGP A 3D-s megjelenítés évről-évre több memóriát igényelt, mellyel a grafikus kártyák kapacitása egyre nehezebben tudott lépést tartani. A gyorsított grafikus port, az AGP közvetlen összeköttetéssel 266, illetve 533 Mbyte/sec átviteli sebességet biztosít a grafikus kártya és a főtár RAM között (2x, 4xes AGP). Látható, hogy 2x-es AGP esetén az új sín átviteli teljesítménye kb. kétszerese a PCI sínének. Ezen túlmenően a grafikus rendszerek teljesítményét az AGP azzal is növeli, hogy ez a busz kizárólagosan csak a grafikus információk átvitelére szolgál. Az AGP alkalmazásához a RAM-ból természetesen megfelelő mennyiségű memóriát kell lefoglalni. Ez a grafikus hardvertől, és az alkalmazástól függően 24–64 Mbyte is lehet.

Input eszközök Egér Az egér egy olyan adat- és parancsbeviteli eszköz, amelynek segítségével a képernyő kurzor mozgatható, illetve az egéren található gombok segítségével a számítógép működése vezérelhető. Ilyen lehet például a képernyő bizonyos pontjainak kiválasztása, vagy parancslista (menü) kezelése. Az egér kiegészítője az egérpad, ami az eszköz mozgatását és így a vezérlését segíti. Az egér és a számítógép összekötésére az egeret valamelyik szabad soros portra kapcsolják, vagy egy illesztő kártyát használnak. Többfajta egér létezik, a legelterjedtebbek a mechanikus és az optikai működésűek. Mechanikus egér: A mechanikus egér működése súrlódásfüggő, azaz az egér jól tapadó réteggel bevont golyója és az egérpad közötti kölcsönhatás eredményeképpen mozgatható a képernyőn az egér kurzora. A golyó két, egymásra merőleges tengelyű kis hengert forgat, melyekhez egy-egy apró

résekkel ellátott tárcsa kapcsolódik. A tárcsák két oldalán, tárcsánként két-két optokapu adó és vevő párja helyezkedik el. A fényvevő optokapuhoz csak a tárcsa résein keresztül jut fény. Tehát ha elmozdul az egér, és ezt követően forog a golyó, a hengerek és a tárcsák, a fényérzékelőhöz hol jut, hol nem jut fény a tárcsa résein keresztül. Az egér mozgatási sebességével lesz arányos az optokapuk által érzékelt impulzusok gyakorisága, a fényimpulzusok száma pedig az elmozdulással lesz arányos. Az optokapuk által szolgáltatott jeleket az egér mikroprocesszora dolgozza fel. Az elmozdulás irányának meghatározásához van szükség két optokapu párra. A pontos működés érdekében a golyót illetve az érintkezőket gyakran kell tisztítani. 7. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet Optikai egér: Egy fekete-fehér négyzetrácsos egérpad tartozik hozzá, amely speciális fényvisszaverő

tulajdonságokkal rendelkezik. A pad mintázatához képest félosztásnyi távolságra vannak az egér érzékelői. Azaz a négyzetrács egy négyzetének az oldalhossza kétszer akkora mint annak a körnek az átmérője amelynek szélén az érzékelők találhatók (a négy égtáj szerint elrendezve képzelhetők el az érzékelők a körön belül). Irányonként (Észak, Dél, Kelet, Nyugat) két fényérzékelő (adó és vevő ) van beépítve, hasonlóan a mechanikus egérhez, de itt az optokapuk feladata más. Az infravörös fényforrás megvilágítja az éppen alatta levő pontot, majd egy lencsével összegyűjti a visszaszórt fényt, és egy fényérzékelő sávra juttatja. Gyakorlatilag azt figyelik az érzékelők, hogy milyen színű mező van éppen alattuk azaz, hogy milyen intenzitású impulzust kaptak a fényérzékelők. A kérdés, hogy milyen irányban változnak az érzékelők alatt a pontok intenzitásai. Az egér mozgatásától függően a

fényvisszaverő rács képe máshova kerül, és ebből a helyváltozásból kerül megállapításra a relatív elmozdulás és a mozgás sebessége az egér mikroprocesszora által. Az optikai egér visszajelzés nélkül használhatatlan, csak a speciális négyzethálós egérpadon mozgatva működik. Drágább mint a mechanikus egér, de előnye, hogy nem megy olyan könnyen tönkre mivel nem tartalmaz mozgó alkatrészeket. Scanner A scannerek képbevitelre szolgálnak. Léteznek kézi és lapscannerek, színesek és fekete-fehérek. A képeket a memóriában raszteresen tárolják, majd kívánt formátumra tömörítik (gif, jpg, stb.) A fekete-fehér scannerek 1x világítják meg a képet fehér fénnyel. A színes scannerek kezdetben 3x mentek végig a képen először vörös, majd zöld, végül kék színnel világítva azt. Most már csak 1x mennek végig fehér fénnyel világítva, de 3 érzékelő van minden ponthoz. A kézi scannerek kis felbontásúak, könnyen

torzíthatják a bevitelt de olcsók. A lapscannereknél vagy az érzékelők mozognak a lap felett, vagy a lap mozog az érzékelők felett. A legfontosabb tulajdonságuk a felbontásuk. Ez DPI-ben van megadva (Dot Per Inch), azt jelenti, hogy hány pontot érzékel és különböztet meg 1 inchen belül. 8. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet Digitalizáló tábla A digitalizáló táblák vagy tablettek segítségével például térképekről, tervrajzokról vihetünk be koordinátaadatokat a grafikus rendszerbe. A téglalap alakú munkaterület mérete A0-tól A3-ig változhat. Ezen egy szálkereszttel ellátott leolvasót mozgathatunk, melynek helyzete közvetlenül, mint koordinátaérték kerül értelmezésre a grafikus rendszerben. Így tudunk vektoros információkat közölni egy grafikus programcsomaggal. A tablettek kiválasztása során a következő paraméterek értékelése fontos: - érzékenység, - a munkaterület nagysága, - a

kezelőszoftver funkcionális lehetőségei. Digitális kamera A digitális kamerával és fényképezőgéppel a környezetünkben lévő objektumokról közvetlenül előállíthatunk digitalizált raszteres képet. 9. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet Műszaki paraméterek: - Felbontás: ez általában a képmérettől is függ, például: - nagyméretű kép 1536x1024 képpont - kisméretű kép 768x512 képpont - Memóriaméret, például 32 Mbyte - Objektív fókusztávolsága - A digitális kameráról kapott képadatok feldolgozásának módja: hardver vagy szoftver - A kamerához tartozó LCD monitor jellemzői Output eszközök Monitorvezérlő A monitorvezérlő megválasztásában legfontosabb tényező a grafikus kártya és a monitor műszaki paramétereinek összhangja. Például a kártya képmemóriájának mérete határozza meg a kép logikai felbontását, melynek összhangban kell lennie a monitor fizikai felbontásával. Ezen

túlmenően a grafikus kártya digitális-analóg konvertere, (a RAMDAC) teljesítményének és a monitor képfrissítési frekvenciájának és felbontásának is meg kell felelnie egymásnak. A monitor vezérlőkártyák teljesítményét frame/sec (FPS)-ben mérjük, mely a másodpercenkénti teljes raszteres képernyő megjelenítések számát jelenti. Fontos megemlíteni, hogy 25 FPS feletti sebesség kell a folyamatos mozgókép érzékeléshez. A monitor vezérlőkártyák teljesítményében a műszaki paraméterek mellett meghatározóak a driverek. - A pufferek biztosítják a kártya kapcsolatát az AGP és PCI sínekkel. A video ROM a kártyához tartozó video ROM BIOS-t tartalmazza. A grafikus processzorok vezérlik a frame buffer feltöltését, ezek a chipek hardver alapon egyre több grafikus algoritmust is realizálnak. A RAMDAC a képernyőn történő megjelenítéshez szükséges digitális-analóg konverziót végzi. A kártya videoanalizáló egysége a

videokábelen érkező analóg jeleket alakítja át digitálissá. 10. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet A 2D-s és 3D-s gyorsító chipek a processzor tehermentesítése érdekében alakultak ki. Monitor A monitorok fő típusai: A monitoroknak két fő típusa van: - CRT (katódsugárcsöves): működése a televízióéhoz hasonló, a koncentrált elektronsugár egy foszforeszkáló felületet pásztáz végig, s a felület apró pontjainak az elektronsugár hatására történő „felgyulladása” adja a képet. - LCD (folyadékkristályos): a képernyőben lévő folyadékkristály feszültség hatására megváltoztatja a színét, ebből áll össze a kép. 11. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet CRT monitorok csoportosítása: Típus Hercules CGA EGA VGA SVGA XGA Felbontás 720 x 348 képpont 640 x 200 (Color Graphics Adapter) 640 x 350(Enhanced Graphics Adapter) 640 x 480 (Video Graphics Adapter) 1024 x768

(Super VGA) 1280x1024 és felette (Extended VGA) CRT monitor Színmélység 2 szín (monokróm) 4 vagy 16 szín 16 szín 256 szín 16,7 millió szín 4 milliárd szín LCD monitor Nyomtató A nyomtatóknak több típusa van: - Mátrix - Tintasugaras - Lézer - Hő A nyomtatók egy speciálisan a számítógépes grafikához kifejlesztett változata a professzionális vagy fotónyomtatók. Ezekkel a nyomtatókkal grafikus rendszerekben fényképminőségű, szükség esetén poszter méretű nyomtatást is végre tudunk hajtani, egyenletes finom tónusokkal, pontos színábrázolással. Meg kell jegyezni, hogy a személyi használatú fotónyomtatók képességei (de az ára is!) korlátozottabbak, mint a professzionális képfeldolgozásban használtaké. Általában feltételezik a Postscript (kép és szövegformátum leíró nyelv) használatát és beépítve tartalmaznak egy RIP (Raster Image Processor - raszterképfeldolgozó) processzort. A nyomtatandó képelőállításhoz

az eszközöknek megfelelő tárolókapacitással is rendelkezniük kell (pl. merevlemez) A nyomtatás felbontása fényképminőségnél a 600 dpi-nél kezdődhet, az ún. nyomdai levilágításra alkalmazott eszközöknél a szokásos szabvány 1270 dpi, de ez elérheti akár a 2540 dpi-t is. 12. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet Rajzgép (plotter) A plotterek, vagy rajzgépeknek többfajta típusa létezik: - A tollplotterek lehetnek: - síkágyasak (flat bed plotter), ekkor a toll X és Y irányban egyaránt mozog, - a dobplotterek esetében a toll egyik koordináta irányban (oszlop), a papír pedig a másik koordináta irányában (sor) mozog, - Az elektrosztatikus plotterek a negatív feltöltésű papírra pozitív töltésű tintasugarakat fecskendezve állítják elő a képet. Egy korszerű plotter: - alkalmas A0, A1 méretű rajzok elkészítésére, - legalább 40 Mbyte memóriával és postscript áramkörökkel rendelkezik, - 600 dpi-nél

nagyobb felbontást képes kezelni. 13. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet Ellenőrző kérdések I. KÉREM VÁLASSZA KI A HELYES MEGOLDÁST! 1. A képfeldolgozó rendszerek a., új, még meg nem lévő képeket állítanak elő b., a képeket nem generálják, hanem inputként kapják meg c., fogalma alatt a grafikus adatkonvertálási módszereket értjük 2. Melyik nem a számítógépes grafika felhasználási területe? a., eljárásmodellek algoritmizálása b., szöveg és kiadványszerkesztés c., virtuális valóság 3. Mit takar a DTP rövidítés? a., digitális képfeldolgozás b., nyomdai anyagok előállítása számítógéppel és a megfelelő szoftverrel c., otthoni termék-előállítási modellezés 4. Mi a CAD? a., számítógéppel segített tervezés b., grafikus prezentáció c., képfeldolgozás, manipulálás 5. Mi a vektorgrafikus rendszer alapegysége? a., a kép b., a pixel c., az objektum 6. Melyik nem busztípus? a., USB b.,

DMA c., FIREWIRE 7. A scanner a., a botkormány angol neve b., képbevitelre szolgál c., segítségével képekről vihetünk be koordinátákat a grafikus rendszerbe 8. Mit jelent a RAMDAC kifejezés? a., a videokártya memóriájának sebessége b., a frame buffer feltöltését vezérlő egység c., a megjelenítéshez szükséges digitális-analóg konverziót végző egység 9. Melyik nem monitortípus? a., AGP b., CRT c., LCD 10. Mi a PostScript? a., kép és szövegformátum leíró nyelv b., raszterképfeldolgozó c., rajzgép 14. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 1. fejezet II. KÉREM DÖNTSE EL, HOGY IGAZ, VAGY HAMIS-E AZ ÁLLÍTÁS! 1. A generatív számítógépes grafika a képet nem generálja, inputként kapja meg igaz hamis 2. A számítógépes grafika felhasználási területe a virtuális valóság megjelenítése igaz hamis 3. A grafikus operációs rendszerek szabványa az X-Window igaz hamis 4. A DTP, nyomdai anyagok előállítása

számítógéppel és a megfelelő szoftverrel igaz hamis 5. Azokat a rendszereket, melyeknél a képi információ csak képenként kereshető vissza, vektorgrafikus rendszereknek nevezzük. igaz hamis 6. A FIREWIRE az univerzális soros busz igaz hamis 7. Az AGP gyorsított grafikus port igaz hamis 8. A digitalizáló táblák segítségével képekről vihetünk be koordinátákat a grafikus rendszerbe. igaz hamis 9. A monitor vezérlőkártyák teljesítményét frame/sec (FPS)-ben mérjük igaz hamis 10. LCD monitor működése a televízióéhoz hasonló igaz hamis III. KÉREM VÁLASZOLJON A FELTETT KÉRDÉSEKRE! 1. Mi a számítógépes grafika definíciója? 2. Mik a számítógépes grafika tipikus felhasználási területei? 3. Mit takar a DTP fogalma? 4. Mi a különbség a raszter és a vektorgrafikus rendszerek között? 5. Milyen új grafikus busztípusokat ismer? 6. Mi az AGP? 7. Hogyan működik az optikai egér? 8. Mi a digitalizáló tábla lényege? 9. Milyen CRT

monitortípusokat különböztetünk meg? 10. Mire használható a plotter? 15. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Vektor és pixelgrafika2 Pixelgrafika A pixelgrafikus rajzolóprogramok a képeket mátrix-szerűen elrendezett képpontokból - idegen szóval pixelekből - építik fel. A sorokat és oszlopokat alkotó képpontok különböző színűek lehetnek, ezekből a színes képpontokból áll össze a mozaikszerű rajz. A pixelekből álló képeket - a kép felépítésére utalva - bittérképeknek is nevezik. Az egyszerűség kedvéért sok esetben ezt az elnevezést használjuk a „pixelgrafikus rajz" elnevezés helyett. Pixelgrafikus fogalmak A bittérképek egyik legfontosabb tulajdonsága a felbontás. Szerencsétlen módon ezt a szót számos felbontástípusra használják. Az érthetőség kedvéért különbséget kell tennünk a következő felbontástípusok között: képfelbontás, bitfelbontás (más néven színmélység),

monitorfelbontás, rácsfelbontás (más néven rácsfrekvencia) és a kimeneti eszköz felbontása. Képfelbontás A képfelbontás a képpontok távolságát mutatja egy képben. Mértékegysége: képpont/hüvelyk (pixels per inch, ppi). Ha egy kép felbontása 72 ppi, az azt jelenti, hogy egy négyzethüvelyknyi területen 5184 képpont található (72 képpont * 72 képpont = 5184 képpont). Nagyobb képfelbontás esetén több képpont található az egységnyi területen. Például egy 3*3 hüvelyk méretű kép 72 ppi képfelbontás esetén 46 656 képpontból áll, míg 300 ppi képfelbontás esetén 810 000 képpontból! Természetes, hogy nagyobb képfelbontás esetén jobb a kép minősége, vagyis több részlet jelenik meg rajta. A képfelbontás elméleti érték, ugyanis az, hogy milyen minőségű képet kapunk végeredményül, függ a kép fizikai méretétől és a kimeneti eszköz felbontásától is. Bitfelbontás A bitfelbontás - vagy elterjedtebb nevén

színmélység - mutatja, hogy a kép egy képpontjának színét hány biten tároljuk. Másként fogalmazva, a színmélység mutatja, hogy hány színt használhatunk a képben. Mértékegysége a bit/pixel (bpp) Nagyobb színmélység több színt, vagyis a kép eredeti pontosabb színreprodukcióját teszi lehetővé. Például, ha egy kép színmélysége 1 bit (vagyis minden egyes képponthoz 1 bitnyi színinformáció tartozik), akkor a képben mindössze két színt használhatunk. Ha egy kép színmélysége 8 bit, akkor 28 szín áll a rendelkezésünkre, 24 bit színmélység esetén pedig 224, vagyis több mint 16 millió színt használhatunk. 2 Melléklet: grafelm II.ppt 16. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Monitorfelbontás A monitorfelbontással jellemezhetjük a kép megjelenítésére szolgáló eszköz (monitor) képfelbontását. Mértékegységként általában pont/hüvelyket (dot per inch, dpi) használunk. Egy IBM-kompatíbilis

monitor felbontása 96 dpi A monitor felbontása a megjeleníthető kép méretét mutatja, és gyakran nem egyezik meg a képfelbontással, ami a képpontok távolságát mutatja. Például egy 144 ppi képfelbontású kép egy 72 dpi felbontású monitoron eredeti méretének kétszeresében jelenik meg (mivel a 144 pontból csak 72 jeleníthető meg a monitor felületének egy hüvelykjén). Rácsfelbontás A rácsfelbontás - ismertebb nevén rácsfrekvencia - az egy hüvelykre eső, tónusképzéshez használt elemi egységek számát mutatja. Mértékegysége vonal/hüvelyk (lines per inch, Ipi). Ha egy színes képet fekete-fehér színekkel nyomtatunk ki (például egy lézernyomtatón), vagy ha a képet nyomdai reprodukcióhoz alapszínekre bontjuk, a színek szimulálásához fekete-fehér rácsmintát kell használnunk. A kép minősége, a megjelenő részletek száma erősen függ a rácsfelbontástól, vagyis attól, hogy egy négyzethüvelyknyi területre hány

fekete-fehér rácscella jut. A rácsfelbontásnak és a kimeneti eszköz felbontásának kombinációja határozza meg a kinyomtatott kép minőségét, részletességét. Kimeneti eszköz felbontása A kimeneti eszköz felbontásával jellemezhetjük annak az eszköznek a felbontását, amin a kész képet megjelenítjük. Ez lehet nyomtató, nyomdai eredetik előállítására alkalmas eszköz (ún. levilágító) vagy egyéb berendezés A kimeneti eszköz felbontásának mértékegysége pont/hüvelyk (dpi). A lézernyomtatóknak általában 300-600 dpi a felbontása, a levilágítók 1200-4800 dpi felbontásúak is lehetnek. A felbontás és a képméret összefüggései A képméret a kép fizikai méreteit jelenti. Mivel a képet alkotó képpontok száma rögzített, a kép fizikai méretének növelésével csökken a kép felbontása, a kép méreteinek csökkentésével pedig nő annak felbontása. Igaz ez a másik oldalról nézve is: a kép felbontásának növelésével

csökken annak fizikai mérete, a felbontás csökkentésével pedig nő a kép fizikai mérete. Például, ha egy 72 ppi-s kép felbontását 144 ppi-re növeljük, a kép fizikai mérete a negyedére (függőlegesen és vízszintesen is a felére) csökken. Ha egy 300 ppi-s kép felbontását 150 ppi-re csökkentjük, a kép fizikai mérete a négyszeresére (függőlegesen és vízszintesen is a duplájára) nő. 17. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet A felbontás és a fájlméret összefüggései Egy digitálisan tárolt kép fájlmérete arányos a kép felbontásával. Egy nagyobb felbontású kép részletgazdagabb, mint egy azonos méretű, kisebb felbontású kép, de emellett nagyobb a fájlmérete is. Például egy 4*5 hüvelyk méretű, 200 ppi felbontású kép négyszer nagyobb helyet foglal el a háttértárolón (vagyis négyszer nagyobb fájlba menthető), mint egy 4*5 hüvelyk méretű, 100 ppi felbontású kép. A fájlméret fontos

paramétere a képfájloknak. A fájlmérettől függ a fájl betöltésének és mentésének sebessége, valamint a fájl kinyomtatásához szükséges idő. Éppen ezért a kép felbontásának helyes megválasztása mindig döntő fontosságú a képekkel való munka során. A felbontás beállítása a pixelgrafikus rajzolóprogramokban Amint azt az imént leírtakból láthatjuk, munkánknak nagyon fontos része a felbontás beállítása, a képméret és a felbontás helyes megválasztása. Erre azonban nem minden rajzolóprogramban van lehetőségünk. Az egyszerűbb rajzolóprogramok csupán a képméret beállítását teszik lehetővé, a felbontás beállítását már nem (pl. Microsoft Paint). Ezek a programok alkalmasak egyszerűbb grafikák, emblémák elkészítésére, de professzionális munkára nem. Ha ilyen programmal találkozunk, ügyeljünk a képméret és a rajzok méretének helyes megválasztására, hiszen ettől függ a munkánk minősége. Ha a kép

túl kicsi, az elkészített rajz „pixeles" lesz, látszani fognak a képpontok, melyekből a rajz összeáll, az apróbb részletek pedig elvesznek. Pixelgrafikus műveletek Egy pixelgrafikus berendezés működtetésénél az alapművelet egy adott pont színének megváltoztatása. Fekete-fehér képernyőknél ez a színváltoztatás feketítést vagy fehérítést jelent, ami a háttér színétől függően nem más, mint pontrajzolás illetve törlés. Színes megjelenítő esetén az adott ponthoz tartozó színinformációt is meg kell adnunk a megjelenítéshez. Természetesen minél nagyobb a megjelenítő felbontása, annál jobban összefolynak a pontok a szem számára és így annál összefüggőbb lesz a kép. A pixeles képfájlok a számítógép tárolóeszközein általában a következő részekből épülnek fel: - fejléc – megadja a kép formátumát, méretét pixelekben (esetleg a palettát), - adatrész – pixelenként tartalmazza a színkódokat.

A pixelgrafikus kép tehát csak teljes egészében kereshető vissza és csak felülírással módosítható. Ez azt jelenti, hogy a pixelgrafikus képen lévő elkülönült grafikus objektumokat egyedileg nem tudjuk visszakeresni. Ha egy objektum egy részletét módosítjuk, akkor a teljes képet meg kell változtatni. Így például, ha egy pixelgrafikus ábrán az egyes rajzelemek feliratát módosítani akarjuk, akkor a teljes képet vissza kell keresnünk és megváltoztatva a szöveget, „új” képként kell letárolnunk. 18. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Primitívek A pixelgrafikus primitívek olyan, a programcsomagokba beépített rajzelem generátorok, melyekkel a felhasználó tipikus pixelgrafikus objektumokat hozhat létre. Ilyenek például: - vonalak, - sokszögek (háromszög, négyzet, téglalap stb.), - kör és ellipszis, - szövegek (betűcsalád, betűtípus, például: vastag, dőlt, keskeny, széles, árnyékolt stb.) A

primitív generátornak megfelelő programrutin számára a felhasználó megadja az igényelt primitívek paramétereit – például egy kör esetében a kör középpontjának koordinátáit és sugarát -, mely alapján a program legenerálja a megfelelő képponttömböt. A rajzelemekhez rendelt tulajdonságok A pixelgrafikában hozhatunk létre. rajzelemeket „szabadkézzel” (egérrel) vagy primitívekkel A rajzelemekhez tulajdonságokat rendelhetünk hozzá. Ezek lehetnek: - vonalstílus, - vonalvastagság, - szín és - terület-meghatározó primitívek esetében kitöltő szín, illetve mintázat. Színkezelés A számítógépes grafikában a leggyakrabban alkalmazott színkeverési eljárások: RGB, CMYK, HSB és a LAB. Ezek között különös jelentőséggel az RGB és a CMYK bír. Az RGB (Red Green Blue) a színeket piros, zöld és kék komponensük alapján ábrázolja. Mindegyik komponens 1 bájton tárolódik, tehát az értéke 0 és 255 között változik.

Az R=0, G=0, B=0 a fekete színt, R=255, G=255, B=255 a fehéret jelöli A monitor is így keveri ki a színeket. A számítógépes grafikák nyomtatásánál ez a keverési eljárás nem alkalmazható, mert a fehér színű festéket színesekből kikeverni nem lehet. 19. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet A nyomdákban és a színes nyomtatókban egy másik színkeverési eljárást alkalmaznak, a CMYK (Cyan Magenta Yellow Black)-t. A CMYK (Cyan Magenta Yellow Black, de mivel a B betű félreérthető lenne (Blue), ezért K rövidítést használnak) modell nagyon hasonlít az RGB-hez. Itt a színeket a ciánkék, rozsdabarna és a sárga keverésével állítják elő. A fekete színre azért van szükség, mert a fekete szín nem keverhető ki, csak valamilyen sötét kékes-, zöldes-, vagy barnás árnyalat (színesíthető nyomtatók). A fehér színt ennél a modellnél a C=0, M=0, Y=0, K=0. A fentiekből is látható, hogy nem lehet minden

színt mind a két eljárásban megjeleníteni. Az RGB és CMYK színterek színei között nem lehetséges kölcsönösen egyértelmű megfeleltetés. Az RGB alapszínek intenzitását a számítástechnikában 0-255 közötti értékkel adjuk meg, a nyomdatechnikában pedig a CMYK alapszíneket általában 0100 közötti fedettségi értékekkel jellemezzük. Emiatt vannak olyan RGB színek, melyek a CMYK alapszínek keverésével nem nyomtathatók ki (ez leginkább a kék szín környékére jellemző). Képtömörítés A számítógépes képfeldolgozás során a képeket egyrészt a tárolóigény, másrészt a képek adatátviteléhez szükséges idők csökkentése miatt kell tömörítenünk. A képtömörítési eljárások ezen túlmenően az adatátviteli hibák kiküszöbölését és az adatok titkosítását is szolgálhatják. A számítógépes képek tömörítését a redundanciák teszik lehetővé és szükségessé. Egy közleménynek akkor magas a redundanciája,

ha „megértéséhez” minimálisan szükséges információt kifejező jeleken túlmenően sok felesleges jelet is tartalmaz. A képfeldolgozásban a következő redundanciákkal találkozhatunk: - A kódolási redundancia lép fel akkor, amikor például a fekete-fehér képpontok ábrázolásához 8 bitet azaz 1 byte-ot használunk fel, - Képi redundanciát jelent például: - ha nagy kiterjedésű azonos színű objektumok minden egyes képpontját tároljuk a geometriai jellemzők helyett, - ha a vektorosan is tárolható alakzatokat pixelgrafikusan tároljuk. - Pszichovizuális redundanciát jelent például, ha - a képminőségbeli eltéréseket (például sok színárnyalattal nagy felbontás) az ember már nem tudja megkülönböztetni. Elterjedten kétfajta képtömörítési módszert használnak a számítógépes grafikában: - veszteségmentes, - és veszteséges tömörítést. 20. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Veszteségmentes

tömörítés A veszteségmentes képtömörítés a kép összes információját megőrzi. Ez úgy lehetséges, hogy ezek az eljárások csak a kódolási és a képi redundanciát szüntetik meg. Erre a következő példákat lehet megemlíteni: - A Huffmann-kódolásnál a nagyon gyakori adatokat kódoljuk a legkevesebb bitszámmal. Így például, ha a magyar nyelvű szövegeket kell kódolnunk a leggyakoribb magánhangzó „E” betűt, csak egy bittel jellemezzük. - A képen azonos jellemzőkkel bíró homogén foltokat kódolhatjuk a geometriai adatokkal és 1 pixel jellemzőivel, ahelyett hogy az összes pixelről tárolnánk az összes információt. - A pixelgrafikus képeknek az Interneten általánosan elterjedt veszteségmentes képtömörítő eljárása a GIF (Graphics Interchange Format). Ez kvázi szabvánnyá a CompuServe hálózat által vált. A GIF tömörítésű fájlok kiterjesztése gif Veszteséges tömörítés A veszteséges tömörítés a képek

pszichovizuális redundanciáját használja ki. A tömörítés mértéke aszerint változhat, hogy a képminőségnek milyen követelményeket kell kielégítenie. A két szélső eset: - az emberi érzékeléssel ne lehessen észre venni a minőségromlást (ez átlagosan 1:20-tól 1:40 arányú tömörítést tesz lehetővé) - csak azt kívánjuk, hogy a kép lényeges objektumai felismerhetők legyenek (ekkor kb. 1:200 arányú tömörítés is elérhetünk) A veszteséges tömörítés legfontosabb algoritmusa a DFT, azaz a Diszkrét Fourier Transzformáció. (Ezt szokták DCT-nek, azaz diszkrét koszinusz transzformációnak is nevezni.) Ezt az algoritmust alkalmazza az Interneten legelterjedtebb JPEG nevű veszteséges tömörítés, mely a Joint Photographic Experts Group rövidítésből származik. Az eljárás ISO és CCITT szabvány is A JPEG tömörítésű fájlok kiterjesztése .jpg A tömörítéssel átlagosan 1:30-as arányt érhetünk el, de ez az eljárást

megvalósító szoftverekben paraméterezhető (tehát a minőségromlás árán beállíthatunk nagyobb arányú tömörítést is). 21. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Pixelgrafikus formátumok A vektorgrafikus formátumokhoz hasonlóan igen sok pixelgrafikus formátum ismeretes. Szerencsére a pixelgrafikus rajzolóprogramok - noha általában rendelkeznek saját pixelgrafikus fájlformátummal - elég „barátságosan" bánnak a különböző pixelgrafikus fájlokkal. Ennek az az oka, hogy sokféle rajzolóprogram terjedt el, és ezek extra funkciói gyakran nem fedik egymást. Sokszor előfordul, hogy egy különleges hatást csak egy bizonyos rajzolóprogramban lehet alkalmazni. Felmerült tehát az igény a pixelgrafikus programok közötti átjárhatóságra, amit csak az egységes pixelgrafikus fájlformátumok létrehozásával lehetett megoldani. A rajzolóprogramokkal dolgozók többsége előszeretettel használja a TIFF (Tagged

Image File Format) állományokat. Ez a pixelgrafikus fájlformátum igen rugalmas, és a legtöbb rajzolóprogram képes betölteni (sajnos a Windows Paint program nem kezeli). Hátránya, hogy többféle tömörítési eljárást is kidolgoztak hozzá, és nem minden rajzolóprogram képes értelmezni az összes tömörítési eljárást. A Windows-környezetben dolgozók gyakran találkozhatnak a Windows Bitmap (Windows bittérkép) fájlformátummal, ami a Microsoft Windows saját fájlformátuma, ezért minden Windows alapú rajzolóprogram kezeli, kiterjesztése BMP. Ez az egyik formátum, amit a Windows Paint program képes betölteni. A Windows Bitmap formátumhoz is kidolgoztak tömörítő eljárást, ám ez az eljárás szabványos, ezért nem jelentkeznek olyan tömörítési problémák, mint a TIFF állományok esetében. Az Internet térhódításával igen elterjedté vált két pixelgrafikus fájlformátum: a JPEG és a GIF. A JPEG fájlok nagy előnye a különleges

tömörítési eljárás, amely kiemelkedően jó tömörítési arányokat tesz lehetővé. Ez a formátum professzionális használatra nem ajánlott, mert a tömörítés adatvesztéssel, a minőség romlásával jár. A GIF formátumot sok évvel ezelőtt fejlesztette ki a CompuServe, saját alkalmazásaihoz. Mivel igen jól használható pixelgrafikus fájlformátum, sok cég átvette, s emiatt később szabadalmi viták is voltak. Napjainkra - noha az Interneten sokan használják - kissé elavult, így a professzionális igényeket nem elégíti ki. Majdnem minden pixelgrafikus program rendelkezik saját pixelgrafikus fájlformátummal, de egyik program sem kötelezi a felhasználókat ezek használatára. A programok saját fájlformátumainak az az előnye, hogy ezeket az adott program általában gyorsabban kezeli, és képes bennük elmenteni a programra jellemző speciális elemeket, extra információkat is. 22. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2.

fejezet Vektorgrafika A vektorgrafikus rajzolóprogramok a képek felépítésére ún. Bézier-görbéket használnak. Az elnevezés Philip Bézier francia matematikusra utal, aki autók karosszériaelemeinek tervezéséhez javasolta ezt a típusú, görbék leírására szolgáló, koordinátageometrián alapuló matematikai módszert. A vektorgrafikus rajzolóprogramok az objektumokat csomópontokból, a csomópontokat összekötő görbékből, valamint a görbékhez húzható érintő szakaszokból állítják össze. A vektorgrafika egy 3D-s (korábbi változatai 2D-s) lebegőpontos világkoordinátarendszert használ, ezáltal lehetővé teszi a geometriai pontosságú szerkesztést és transzformációkat. A vektorgrafika absztrakt modelltérbeli tárgyakkal dolgozik. Ezek önálló objektumok (entitások), melyekkel műveleteket lehet végezni a képernyőn való megjelenítéstől függetlenül is. A vektorgrafikában a grafikus objektumokat adatbázisban tárolják, mely

lehetővé teszi az egyes testek, tárgyak modelljeinek egyedi visszakeresését és az ezek közötti kapcsolatok rögzítését és kimutathatóságát. A vektoros képkészítésnek számos előnye van, de vannak korlátai is. Mivel a képek nem képpontokból állnak, tetszőlegesen nagyíthatók, kicsinyíthetők a minőség romlása nélkül. A végeredmény minősége csupán a kép megjelenítésére szolgáló eszköztől függ. A vektorgrafikus rajzolóprogramokkal maradéktalanul ki lehet használni a nyomtatók, rajzgépek és egyéb kimeneti eszközök (pl. nyomdatechnikai berendezések) nyújtotta lehetőségeket. Mivel minden objektum jól elkülöníthető görbékből áll, az elmosott, bizonytalan felületek, körvonalak elkészítése csak különböző trükkökkel lehetséges. Nincs lehetősége a felhasználónak fotótechnikai hatások alkalmazására (pl. elmosás, homályosítás, élesítés stb.) sem Ezek a műveletek csak a pixelgrafikus rajzolóprogramokkal

végezhetők el. Van azonban áthidaló megoldás: a programok többsége képes a vektorgrafikus rajzokat pixelgrafikus rajzokká alakítani, amelyeken azután a megfelelő pixelgrafikus rajzolóprogrammal további módosítások végezhetők. A fájlméret és vektorgrafika tulajdonságainak összefüggése Lényeges szempont, hogy mennyi hely szükséges a program által előállított állományok tárolására. Egy bittérképnél - azaz egy pixelgrafikus rajzolóprogrammal készített rajznál - természetes, hogy minél nagyobb méretű a kép, annál több helyet foglal, hiszen annál több képpont adatait kell tárolni. Szintén függ az állomány mérete a rajzban használt színek számától. A vektoros képek esetében a helyigény egészen más szempontok szerint változik. 23. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Mivel a vektorgrafikus rajzolóprogramok a képeket csomópontok segítségével építik fel, az állomány méretének

meghatározásakor elsődleges szempont a csomópontok száma. Minél több csomópont szükséges a kép leírásához - tehát minél több görbéből áll a kép -, annál nagyobb a vektoros állomány mérete. Mivel a kép nagyításával, illetve kicsinyítésével nem változik a csomópontok száma, természetes, hogy nem változik az állomány mérete sem. A vektorokból felépített képeknél nem függ az állomány mérete a kép fizikai méreteitől: egy 1 centiméter átmérőjű kör tárolásához ugyanannyi lemezhelyre van szükség, mint egy 100 cm-es átmérőjű kör tárolásához (feltéve, hogy mindkét kör ugyanannyi csomópontra, ill. görbeszakaszra van osztva). Egy egyszerűbb grafika (pl egy névjegykártya) általában néhányszor 10 kilobájt helyet foglal el a merevlemezen. Természetesen egy bonyolultabb grafikánál ez az érték sokkal magasabb is lehet, készíthető akár több megabájt méretű vektoros állomány is. Egy vektorokból álló

objektumokkal felépített képnél nincs szerepe a felhasznált színek számának. Mivel minden objektumot ki lehet tölteni valamilyen színnel, nincs jelentősége annak, hogy az milyen szín. Ha egy rajzban csak fekete és fehér színeket használunk, akkor is ugyanannyi helyet foglal a rajz, mint ha az összes objektumnak más színt adunk. Vektorgrafikus objektumok A vektorgrafikus objektumok kapcsolatai A geometriai objektumok közötti kapcsolatok lehetnek: - alá–fölérendeltségi hierarchikus viszonyok, melyek tartalmazás (például: ház - tetőszerkezet - tetőablak), - mellérendeltségi viszonyok. jellemző változata a A mellérendelt kapcsolatok közül a legfontosabbak a következők: - a szerkezeti jellegű kapcsolatok, amikor a geometriai objektumok hierarchiában azonos felsőbb szintű objektumhoz kapcsolódnak (például egy ház egyik falán található ablakok), - az illeszkedési jellegű kapcsolatok, amikor a geometriai objektumok valamilyen

formában csatlakoznak egymáshoz (például egy kocka egy csúcsából kiinduló 3 él), - a megjelenítés jellegű kapcsolatok, amikor a geometriai objektumok azonos pixeles képhez, jelenethez (scene) tartoznak. 24. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet A vektorgrafikus geometriai objektumok tulajdonságai A vektorgrafikus adatbázis geometriai objektumaihoz különböző – jellemzően megjelenítés orientált – tulajdonságokat is hozzárendelhetünk. Ilyenek például a pixelgrafikához hasonlóan - a szín, - a vonalstílus, - a felületi jellemzők: textúrák, felületre vetített pixeles képek, érdesség stb., - a szövegek. Ezek – mint a geometriai objektumokhoz rendelt paraméterek – szintén letárolásra kerülnek a vektorgrafikus adatbázisban. A vektorgrafikai modellezés alapjai A vektorgrafikában a geometriai modellezéssel a valós vagy elképzelt (virtuális) világok térbeli objektumai geometriai jellemzőinek

számítógépes kezelését, valamint a jelenetek képi megjelenítését kell megoldani. A geometriai modellezés lehet: - adatorientált és - eljárásorientált. Adatorientált esetben a térbeli alakzat jellemző adatait tároljuk a számítógépes rendszerben (például háromszög esetében a csúcspontokhoz vezető vektorok koordinátáit), míg eljárásorientált esetben a térbeli alakzat generáló programját (például körgeneráló rutin a kör egyenlete és a középpontjának és sugarának paraméterei alapján). Geometriai primitívek Azokat az építőelemeket, melyek tovább már nem bonthatók fel geometriai primitíveknek nevezzük. Legtöbb vektorgrafikus rendszerben a geometriai alakzatokat a primitíveknek a modelltérben való „összeépítésével” hozzuk létre. A 2D-s rajzolóprogramok az alakzatokat általában - a vonal (szakasz), - a téglalap (négyzet), - az ellipszis (kör), - a sokszög primitívek véges számú kombinációjával

állítják elő. 25. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet A 3D-s vektorgrafikus rendszerekben ezek térbeli primitívekkel egészülnek ki: - hasáb (téglatest), gúla (csonka gúla), henger, kúp (csonkakúp), gömb, torusz. Egyszerűbb modellezőrendszerek a térbeli íveket és felületeket szakasz, illetve háromszög közelítéssel modellezik. Vektorgrafikus műveletek A vektormegjelenítők a képeket egyenes szakaszokból és Bézier-ívekből állítják össze. Az ilyen típusú megjelenítők nagy pontossággal képesek megrajzolni két pontot összekötő szakaszt, ami a pixeles megjelenítők esetén nem mindig lehetséges. A vektormegjelenítők működtetésénél az alapműveletek két adott pont által meghatározott szakasz megrajzolása illetve törlése. Műveletek a modelltér objektumaival A vektorgrafikus szoftverek a modelltér objektumaival a következő típusú műveleteket teszik lehetővé: - új objektum létrehozása, -

egy létező objektum transzformálása, másolása, törlése, - meglévő objektumokkal végzett halmazalgebrai műveletek, - struktúra képzés, - megjelenítés. Vektorgrafikus formátumok A vektorgrafikus programok között tapasztalható sokszínűség jellemzi a vektorgrafikus formátumokat is: ahány vektorgrafikus rajzolóprogram, annyi vektorgrafikus formátum. Ezeknek egyetlen közös jellemzőjük azonban biztosan van: mindegyik vektorosan, matematikai alapon írja le a programmal készített rajzot. A hasonlóság a vektorgrafikus formátumok között gyakran véget is ér ezzel. Szerencsére vannak olyan grafikus formátumok, melyek szabványnak számítanak, ezért a vektorgrafikus programok többsége képes a kezelésükre, azaz képes a rajzot ilyen formában menteni, illetve betölteni. A vektorgrafikus formátumok közül a legelterjedtebb az ún. Encapsulated PostScript, melyet gyakran EPS-nek rövidítenek. Ezt a formátumot az Adobe cég fejlesztette ki a

nyolcvanas években. Azóta széles körben használják, mivel meglehetősen rugalmas, ugyanakkor viszonylag egyszerű. Az EPS formátumú vektorgrafikus állományt a vektorgrafikus programok többsége képes kezelni. Hátránya, hogy csak olyan nyomtatókon lehet kinyomtatni, amely ismeri, azaz képes értelmezni ezt a formátumot (ún. PostScript-nyomtatókon) 26. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Említést érdemel a Windows Metafile nevű vektorgrafikus fájlformátum, amely a Windows operációs rendszer saját vektorgrafikus formátuma, ezért a Windows alapú rajzolóprogramok többsége kezeli, sőt számos olyan rajzolóprogram is ismeri, amely más operációs rendszer alá készült. Kiterjesztése WMF A vektorgrafikus rajzolóprogramok többsége rendelkezik saját vektorgrafikus fájlformátummal. Fontkezelés A szövegek formázásánál szót kell ejtenünk az erre felhasználható betűtípusokról. A grafikus operációs rendszerek

betűtípusai két kategóriába sorolhatók: bittérképes és vektoros betűtípusok. Ezek között a betűtípusok között ugyanaz a különbség, mint a bittérképes és a vektorgrafikus rajzolóprogramok között: a bittérképes betűk képpontonként vannak definiálva, míg a vektoros betűk formáját matematikai módon írják Ie. A bittérképes betűtípusok mérete kötött, a vektoros betűk - adott kereteken belül - szabadon méretezhetők. A vektorgrafikus rajzolóprogramok nem képesek a bittérképes betűtípusok kezelésére, így ezekben csak a vektoros betűtípusokat használhatjuk. A betűtípusok listájában is csak ezeket a betűtípusokat találjuk meg A szövegek grafikus megjelenítéséhez első lépés a megfelelő betűkészlet megválasztása. A formák meghatározásához a pixelgrafikus rendszerek a következő lehetőségeket biztosítják: - betűcsalád (Times, Helvetica stb.) meghatározása, - betűtípus (vastag, dőlt stb.) kiválasztása,

- betűnagyság rögzítése. Betűcsaládnak nevezzük az azonos grafikus jellemzőkkel és formai sajátosságokkal rendelkező betűk összességét. Ha a betűcsaládot kiválasztjuk, akkor egy betűformátumnak megfelelő fontot és egyúttal az ezt generáló programcsomagrészt is rögzítettük. Font alatt mindig egy jelkészletet értünk, melyben lehetnek betűk, számok, matematikai szimbólumok stb. Ha szöveges információk kezeléséről van szó, akkor a font mindig egy betűkből álló jelkészletet jelent. A betűcsaládok – generálásuk elve szerint – vagy vektorosak vagy pixelgrafikusak. A Windows operációs rendszerben megtalálhatjuk - a TrueType, méretezhető vektorbetűket (kiterjesztésük .ttf) és a - a bittérképes rendszerfontokat (kiterjesztésük .fon) Vektoros Bittérképes fontképzés 27. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet A lényeges különbség közöttük: - a pixelgrafikus betűk megjelenítése egy az

egyben a letárolt képpont információk alapján történik, - a vektoros betűk méretezhetők, azaz ha egy vektoros betű méreteit megadjuk, akkor a betűcsaládnak megfelelő programrész először kiolvassa a betű körvonal információit és kiszámítja, hogy az adott méretben a vonalak hol helyezkednek el, így megkapja a betű határoló körvonalait, ebből határozza meg a megjelenítéskor érintett pixeleket (ez az ún. "raszterizálás") True Type fontkészlet Pixelgrafikus fontkészlet Betűcsaládok A gyakorlatban elterjedt betűcsaládok a következők: - Dekoratív - Modern - Roman (talpas) - Script (írott) - Swiss (egyenes talpnélküli) - Idegen betűk Betűtípusok A betűcsaládokon belül betűtípusokat különböztethetünk meg. A betűtípusok megtartják a család általános grafikai jellemzőit, de néhány tulajdonságukban eltérhetnek egymástól. Ezek: - a betűkép sötétebb vagy világosabb megjelenése, - a betűkhöz tartozó

vonalak vastagsága (vékony, normál, félkövér, kövér), - egyenes állású vagy döntött a betű képe. 28. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Betűméret A harmadik fontos jellemzője a betűknek a betűnagyság, vagy betűméret. A betűk méreteit tipográfiai pontokban, mint hosszmértékben szokás megadni: egy tipográfiai pont értéke Magyarországon 0,376 mm, angolszáz mértékegységben viszont ez csak 0,351 mm. A betűk méretezéséhez használt legfontosabb fogalmakat az ábra mutatja be. A karakterek nem töltik ki teljesen a karaktercellát. A cellára jellemző a szélessége, a magassága és a kezdőpontja, mely általában a bal felső sarok. A karaktercellát egy vízszintes vonal osztja ketté és erre a vonalra az ún. "bázisvonalra" vannak ráültetve a karakterek. A karaktercella bázisvonal feletti részét "ascent"-nek, az a feletti részt "descent"-nek nevezik. Két egymás alá helyezett

karaktercella bázisvonalainak a távolsága a "leading". Fogalmak - - Serif, sanserif: több karakterkészlet van amelyik a betű megrajzolásakor használt vonalakat kis keresztvonalakkal zárja. Ezeket a kis vonalakat hívják az angolban "serif"-nek. Így az a karakterkészlet, melyben nincsenek ilyen kis záró "serif"-ek, a "sanserif" azaz serif nélküli betűcsalád. Bold: félkövér karakterkészlet. Black: kövér karakterkészlet. Italic: dőlt karakterkészlet. Outline: körvonalas karakterkészlet. Condensed: keskeny karakterkészlet. CE: Central European, közép-európai fontkészlet, a fontdefiníciók között megtalálható a hosszú ő és az ű is. 29. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Két alapvető fontkészlet-típus létezik: - a proporcionális - és a nem proporcionális. A nem proporcionális - fix méretű - fontkészletben minden karakter azonos szélességű karaktercellában van

elhelyezve, emiatt a látható vízszintes távolság a különböző szélességű betűk között eltérő (gondoljunk az i és az m példájára). A proporcionális - arányos - fontkészletben a karaktercella szélessége függ a karakter szélességétől, az egymás mellé helyezett karakterek távolsága vizuálisan is ugyanakkora. 30. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet Ellenőrző kérdések I. KÉREM VÁLASSZA KI A HELYES MEGOLDÁST! 1. Mi a képpont angol megnevezése? a., pixel b., voxel c., bitpoint 2. Mi a képfelbontás? a., a képpontok távolságát mutatja egy képben b., azt mutatja meg, hogy a kép egy képpontjának színét hány biten tároljuk c., a kép megjelenítésére szolgáló eszköz képfelbontása 3. Mi a rácsfelbontás? a., azt mutatja meg, hogy a kép egy képpontjának színét hány biten tároljuk b., egy hüvelykre eső elemi egységek számát mutatja c., a képpontok távolságát mutatja egy képben 4. Minek a

mértékegysége a dpi? a., képfelbontás b., monitorfelbontás c., rácsfelbontás 5. Mi a felbontás és a fájlméret összefüggése pixelgrafikus rendszerekben? a., minél nagyobb a kép felbontása, annál nagyobb a fájl mérete b., minél nagyobb a kép felbontása, annál kisebb a fájl mérete c., nincs összefüggésben a felbontás a fájlmérettel 6. Mit jelent a CMYK rövidítés? a., Cyan Magenta Yellow Black, színkeverési eljárás b., színeket piros, kék és zöld komponensük alapján ábrázolja c., képtömörítési módszer 7. Mit használunk a képek felépítésére a vektorgrafikában? a., ponthalmazokat b., 3D-s síkidomokat c., Bézier-görbéket 8. Melyik nem geometriai modellezési típus? a., adatorientált b., objektumorientált c., eljárásorientált 9. Milyen típusú betűkészletek a True Type fontok? a., bittérképes karakterkészletek b., körvonalas karakterkészletek c., vektoros karakterkészletek 10. Mit jelent az "italic"

kifejezés? a., félkövér karakterkészlet b., keskeny karakterkészlet c., dőlt karakterkészlet 31. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 2. fejezet II. KÉREM DÖNTSE EL, HOGY IGAZ, VAGY HAMIS-E AZ ÁLLÍTÁS! 1. A pixelgrafikus rajzolóprogramok a képeket képpontokból építik fel igaz hamis 2. A képfelbontás a képpontok távolságát mutatja egy képben igaz hamis 3. A bitfelbontás az egy hüvelykre eső, elemi egységek számát mutatja igaz hamis 4. Egy digitálisan tárolt raszteres kép fájlmérete nem arányos a kép felbontásával igaz hamis 5. Az RGB a színeket piros, kék és zöld komponensük alapján ábrázolja igaz hamis 6. A veszteséges képtömörítés a kép összes információját megőrzi igaz hamis 7. Egy digitálisan tárolt vektoros kép fájlmérete nem arányos a kép felbontásával igaz hamis 8. Betűcsaládnak nevezzük az azonos grafikus jellemzőkkel rendelkező betűket igaz hamis 9. A TrueType, méretezhető raszteres

betűtípus igaz hamis 10. A proporcionális fontkészletben a karaktercella szélessége függ a karakter szélességétől. igaz hamis III. KÉREM VÁLASZOLJON A FELTETT KÉRDÉSEKRE! 1. Mi a pixelgrafika lényege? 2. Mi a vektorgrafika lényege? 3. Mit takar a bitfelbontás fogalma? 4. Mik a felbontás és a képméret összefüggései? 5. Milyen részekből épülnek fel a pixelgrafikus képfájlok? 6. Mi teszi lehetővé a pixelgrafikus képek tömörítését? 7. Milyen kapcsolatban lehetnek egymással a vektorgrafikus objektumok? 8. Milyen műveleteket végezhetünk a vektorgrafikus objektumokkal? 9. Mit tekintünk egy betűcsaládnak? 10. Mit jelent a proporcionális kifejezés a fontok esetében? 32. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Modellezés3 A modellezés lényege A modellalkotás során megpróbáljuk a grafikus objektum lényegi jellemzőit megragadni, és az így, absztrakcióval képzett modellt számítógépes algoritmusokkal

dolgozzuk fel. A modellek leírása és számítógépes realizációi A számítógépes grafikában feldolgozott grafikus objektumokat (testek, felületek stb.) matematikai eljárásokkal modell vagy objektumterekben írjuk le. Ezek általában kétvagy háromdimenziós koordináta-rendszerek, melyekben a grafikus objektumokat matematikai függvények (pl. egy gömb egyenlete) és geometriai jellemzők (pl egy háromszög három csúcsához mutató vektorok koordinátái) határozzák meg. A matematikai törvényszerűségekből algoritmusok vezethetők le és paraméterállományok következnek. Ezek számítógépes megfelelői a grafikus szoftverek programrutinjai, fájljai és egyes esetekben a hardver áramkörei (például a 3D-s gyorsítókártya chipjei). Koordináta rendszerek Egészkoordináta rendszer A 2D-s egészkoordinátákból „felépülő” koordináta-rendszert, a rasztergrafika használja. A koordináta-rendszer tengelyeit két egymásra merőleges egyenes

alkotja. Ezek közös pontja az origó Az origóból kiinduló, s a tengelyek irányába mutató, egymásra kölcsönösen merőleges két egységvektort nevezzük a koordinátarendszer alapvektorainak. Jelölésük rendre i, j Egy adott pont koordinátái (x, y). 3 Melléklet: grafelm III.ppt 33. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet A DESCARTES-féle koordináta-rendszer Háromdimenziós euklideszi tér, melyet a vektorgrafika használ. A koordinátarendszer tengelyeit három egymásra merőleges egyenes alkotja Ezek közös pontja az origó. Az origóból kiinduló, s a tengelyek irányába mutató, egymásra kölcsönösen merőleges három egységvektort nevezzük a koordináta-rendszer alapvektorainak. Jelölésük rendre i, j, k. Az origótól a vizsgált P pontig húzott r vektort a ponthoz tartozó helyvektornak nevezzük. Ez a vektor mindig előállítható a három alapvektor lineáris kombinációjaként: r = xj + yk + zi Ha a fenti

összefüggés teljesül, akkor a P pont és az r vektor koordinátái (x, y, z). 34. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Transzformációk Egy adott koordináta-rendszerben geometriai transzformációk a képek eltolása, nagyítása és kicsinyítése, forgatása, tükrözése stb. Az egyes alakzatok transzformációi kezelhetők úgy, mint pontjaik transzformációi, ezért a transzformációk lényeges tulajdonságait elég pontokra levezetnünk. Eltolás (transzláció) Az új koordináták egyenletei: x’ = x + Tx y’ = y + Ty A pont mátrixegyenlete:  x   x  T x   y  =  y  + T       y y y Ty O Tx x Nagyítás (Léptékezés) Az új koordináták egyenletei: x’ = Sx * x y’ = Sy * y A pont mátrixegyenlete:  x S x 0   x   y  =  0 S   y  y      35. x Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet y y O O x

x Sx=Sy=2 Forgatás A forgatás koordináta egyenletei: x’ = x * cosϕ ϕ - y * sinϕ ϕ y’ = x * sinϕ ϕ + y * cosϕ ϕ Az elforgatott pont mátrixegyenlete:  x   cos ϕ  y  =  sin ϕ    − sin ϕ   x  cos ϕ   y  y y 2 2 2 2 2 O 2 x O ϕ = 45º esetén 36. x Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Vetítések Mint tudjuk a 3D-s nézetek sokkal bonyolultabbak, mint a 2D-s nézetek. Alapfelfogásunkban a 3D-s testeket vetítjük egy felületre, majd a felületen kialakuló ábrát jelenítjük meg a képernyőn. A különleges komplexitás, a számítógépes megjelenítésben az jelenti, hogy a képernyők 2D-sek, míg 3D-s nézeteket próbálunk ábrázolni. A 2D és 3D ábrázolásának a problémáját a vetítésekkel tudjuk feloldani, ahol egy 3D-s testet vetítünk egy vetítési síkra. A 3D-s nézeteknél meg kell különböztetnünk egy 3D-s térfogatot (mely alapvetően a

testet ábrázolja) és egy vetítést, mely egy vetítési síkra vetíti a testet. Ez jelenti a megoldást, hogy hogyan is ábrázoljuk a testet a képernyőnkön. Alapvetően a vetítés egy n dimenziós koordináta rendszert áttranszformál egy koordináta rendszerbe, ami kevesebb, mint n dimenziós. A mi esetünkben ez 3D-ből 2D-t jelent. A 3D-s test tulajdonképpen pontok halmaza, amelyeken vetítőnyalábok mennek keresztül, melyek egy vetítési központból indulnak ki. Ezek a vetítő nyalábok metszenek egy síkot, amely síkon a metszéspontokból kialakul a vetítés eredménye. Ez azért lehetséges, (ha a testünk egyenes vonalak halmaza), mert ha egy vonalat vetítünk egy síkra, akkor elég megadnunk a kezdő és végpontját, amelyek alapján a vetített egyenest már meg tudjuk rajzolni. Vetítésnek nevezzük tehát azokat a dimenzióveszteséggel járó pont transzformációkat, melyeknél a képpont és a neki megfelelő tárgypont egy egyenesen helyezkedik

el. A tárgy- és képpontokon áthaladó egyenest vetítősugárnak nevezzük. A vetítés eredménye a vetület, ami egy térbeli síkon – a képsíkon – képződik. Az egyes tárgypontok képe a vetítősugarak döféspontja a képsíkkal. 37. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet A vetítéseket két alapvető osztályba lehet sorolni: - a párhuzamos, - és a középpontos (perspektivikus) vetítések osztályába. a) Párhuzamos vetítés b) Középpontos (perspektivikus) vetítés Középpontos (perspektivikus) vetítés Minél távolabb van a vetített tárgy a vetítő síktól, annál nagyobb lesz a vetített kép. Párhuzamos vetítések fajtái: - ortogonális párhuzamos vetítések - a vetítő sugarak merőlegesek a vetítősíkra - oldal- és felülnézeti kép kialakítása - axonometrikus vetítések - valamilyen szöget zárnak be a vetítősugarak a tengellyel - izometrikus axonometrikus vetítés - mindhárom főtengellyel azonos

szöget zárnak be a vetítősugarak 38. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Görbék modellezése Bézier görbék A Bézier-ívekkel történő modellezést különösen az autógyártás CAD rendszereiben alkalmazzák, ennek célja a megvilágított karosszéria törésmentes fényjátéka. Maga az eljárás is innen származik, ezt majdnem egyidejűleg dolgozták ki P. Bézier a Renault és P. de Casteljau a Citroën autógyárak tervezőmérnökei 1962-ben, illetve 1959-ben. A Bézier-ívek tartópontjai közül kettő (P0 és P3) a görbén helyezkedik el, kettő pedig (P1, P2) a görbe két végpontjában húzott érintőkön található. Az ábrán azt is láthatjuk, hogy a Bézier-íveket egymáshoz folytonossággal illeszthetjük, és az így létrejövő összetett ív szintén Bézier-ív lesz. A Bézier-ívek tulajdonságai - A görbe íve mindig a P0, P1, P2, P3 kontrollpontok által meghatározott négyszög „belsejében” helyezkedik

el. - A Bézier-ívek globálisan változtathatók, azaz ha a kontrollpontok közül egyet elmozgatunk, az az egész görbére kihat. - Egy egyenes pontosan annyi pontban metszi a Bézier-ívet, ahány metszéspontja van a tartónégyszögével. 39. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Spline görbék A Spline görbék rendelkeznek a Bézier-görbék összes előnyös tulajdonságával és ezen túlmenően lokálisan is változtathatók, azaz egy kontrollpont elmozgatása csak a neki megfelelő intervallumban módosítja a görbe alakját. A Spline görbék jellemzője, hogy jobban „simulnak” a kontroll-poligonjukhoz, mint a Bézier-görbék. Erre mutatnak példát a következő ábrák, melyeken azonos kontrollpoligon esetén kirajzolt Spline, illetve Bézier-görbe látható. Bézier Spline Felületmodellezés A Bézier- és Spline felületeket mozgó és alakjukat változtató Bézier- és Spline görbékből származtathatjuk. Bézier-felületnek

nevezzük azokat a felületeket, melyek Bézier-görbék mozgatásával úgy jönnek létre, hogy a mozgatott görbe kontrollpontjai szintén Bézier-görbéken mozognak. Spline felületnek nevezzük azokat a felületeket, melyek Spline görbék mozgatásával úgy jönnek létre, hogy a mozgatott görbe kontrollpontjai szintén Spline görbéken mozognak. Bézier felület Spline felület 40. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Modellezés 2D-s egészkoordináta rendszerben A rasztergrafika modelltere a 2D-s egészkoordinátákból „felépülő” koordinátarendszer. A modellezés során arra a kérdésre keressük a választ, hogy hogyan lehet folytonos geometriai alakzatokat képpontokkal közelíteni. Példa: a képernyő (x1,y1) koordinátákkal jellemzett képpontjából egy egyenest kell húzni az (x2,y2) koordinátájú ponthoz. Azokat az algoritmusokat, melyek kérdésünkre megadják a megfelelő eljárást, digitális differenciaelemző

(DDA) algoritmusoknak nevezik. Anti aliasing Nézzük meg egy ferde egyenes erősen kinagyított képét, amikor az úgynevezett lépcső effektus fellép. Ez már relatíve nem túl nagy felbontásnál is észrevehetők A raszteres egyenes szakaszok ábrázolásának további gondja, hogy a ferde és vízszintes vonalak fényereje is eltér egymástól. 41. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Ennek oka például az ábra példáján bemutatva, hogy - a vízszintes vonal 7 egységnyi hosszú és 7 pixelt tartalmaz, - a ferde vonal 7*√2 ≅ 10 egységnyi hosszú és szintén 7 pixelt tartalmaz. E problémák kiküszöbölését célozza az anti aliasing eljárás, melynél a vonal melletti és a vonalon lévő pixelek színét átlagolják, és ezzel a vonalat tulajdonképpen egy „téglalappal” közelítik. Super sampling Az élsimításnak egy másik, nagyon gyakran használt eljárása az úgynevezett supersampling. Ennek lényege, hogy a

pixeleket felbontják 4x4=16 db további részre, melyet subpixelnek nevezünk. Ezek természetesen csak az algoritmusban léteznek, nem valódi képpontok. Ez lényegében azt jelenti, hogy a raszteres képpontokat elvileg egy nagyobb felbontásnak megfelelően számítjuk ki. Egy megjelenített pixel színe vagy szürkeségértéke ezt követően a hozzá tartozó részpixelekhez rendelt értékek összeadásával kerül kiszámításra. Morphing Morphing alatt a számítógépes grafikában azt a transzformációt értjük, melynek során egy kép alakját folytonosan változtatva „átfolyik” egy másikba. 42. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Modellezés 3D-s világkoordináta rendszerben Huzalváz modellezés A huzalváz modell a 3D-s geometriai alakzatot csúcsaival és éleivel jellemzi, ennek megfelelően a modell csak a csúcsokat és az ezekhez rendelt összekötő éleket tartalmazza. A huzalváz modellek legnagyobb előnye, hogy

számítógépes megvalósításuk algoritmusigénye a többi geometriai modellezőmódszernél lényegesen kisebb. A huzalváz modellek legnagyobb problémája, hogy egy huzalváz-modellnek több test is megfelelhet. Nem mindig tehető különbség a tömör és üreges test között a modell alapján, és a testet határoló felületek görbültségét sem tudjuk kezelni. 43. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Raytracing A raytracing a számítógépes grafika egyik legdinamikusabban fejlődő ágazata. Bár maga a technológia nagyon számolásigényes, az egyre gyorsabb és olcsóbb gépek már az otthoni számítógép kategóriában is elérhetővé tették a raytracinget. A módszer alapgondolata, hogy egy elképzelt, a valóságban nem, vagy csak drágán felállítható tájat szeretnénk minél realisztikusabban ábrázolni. A végső cél persze az lenne, ha a szemlélő nem tudná megkülönböztetni számítógéppel generált tájat a

valóditól. Az általunk elképzelt tájat valamilyen módon jellemeznünk kell a számítógépnek. Meg kell adnunk, hogy hol milyen testek vannak, milyen a színük és egyéb felületi tulajdonságaik. Meg kell határoznunk, továbbá a fényforrások elhelyezkedését Ez a jellemzés történhet egy speciális leírónyelvvel (VRML) vagy egy speciális grafikus interface-en keresztül (3D Studio Max). Ha hagyományos módon közelítjük meg a valósághű képek előállítását, logikusnak tűnik a valódi "látás" szimulálása. Ezek szerint a fényforrásokból sugarakat bocsátunk ki és végigkövetjük az útvonalukat sok-sok fénytörésen és visszaverődésen keresztül. Ha a fénysugár "kalandjai" után eléri a kamerát, akkor hatással van az általunk látott képre, ellenkező esetben viszont nincs. Minél több fénysugár útját végigkövetjük, annál valósághűbb képét kapjuk a mesterségesen előállított világunknak. A probléma

abból ered, hogy a fénysugarak döntő többsége nem éri el a kamerát, azaz a látott képbe sem szól bele. Következésképpen a számolásaink legtöbbje hiábavaló volt. Itt lép be a raytracing. Kövessük csak azokat a sugarakat, amelyek biztos elérik a kamerát. Ennek legegyszerűbb megvalósítási módja, hogy a kamerába érkező sugarakat visszafelé követjük és figyeljük, hogy milyen színű és felülettípusú objektumokon változtat irányt. Ez alapján a kép minden pontjához hozzá tudunk rendelni egy színt, melyek összességében felépítik a mi kis virtuális tájunkat. Természetesen egy raytracelt kép annál élethűbb, minél több fizikai jelenséget figyelembevettek a programozók (fénytörés, reflexió, szórt fény, stb.) A legtöbb esetben, az előbbiekben említett 3D tervező csomagok tartalmaznak egy raytracer (vagy renderer, lásd később) szubrutint, ami segíti a megtervezett modell vizuális megjelenítését (Truespace, Imagine).

Egy jól megtervezett virtuális világ raytracelt képe már elérheti a profi nyomdai minőséget, ezért a technológiát a reklámipar is felkarolta. Sajnos a sok számítás szükségessége miatt animációk készítéséhez inkább a gyengébb kimenetet produkáló renderinget használják, de a gyorsabb gépek kifejlesztésével ez is váltózóban van. 44. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Rendering Első megközelítésben azt is mondhatjuk, hogy a rendering a raytracing lebutított és ezért gyorsabb változata. Persze ez nem teljesen igaz, hiszen mindkét technika más alapokból indul ki. A rendering módszer úgy készíti a képet, hogy az abban ábrázolni kívánt test minden pontjának megvizsgálja a fényforrások és a kamerához viszonyított helyzetét, és így egy matematikai képlet alapján számolja ki a képpontok színét. Tehát a rendering alaphelyzetben nem veszi figyelembe az árnyékokat, a reflexiót és egyéb

apróságokat. Persze trükkök használatával ezek kezelésére is felkészíthető az adott program, de ezzel elveszik a módszer egyszerűsége. Raycasting A raycasting hasonlóan a raytracing-hez, képzeletbeli, a szemlélőtől kiinduló sugarak segítségével dönti el egy-egy sík láthatóságát, és építi fel a képet. Azonban míg a raytracing minden egyes pixelt egy kibocsátott sugár segítségével határoz meg, addig a raycasting egy képernyőoszlophoz rendel egy sugarat, és oszloponként építi fel a képet. Ebből következően a raycasting sokkal gyorsabb, kevésbé általános (a modellezett tér sok sajátosságát kihasználja), nem olyan szép, viszont valós időben jól számolható. A falak mindig merőlegesek a padlóra és a mennyezetre, amik vízszintesek. Ezt a technikát először a mára már legendává vált Wolf3D-ben láthattuk, de még számos követte (Doom, Dark Forces). A tér egy mátrixon van felépítve (grid map). A mátrix elemeihez

rendelt érték jelzi, hogy az illető helyen mi van. A raycasting során csak a látómezőn belül indítunk sugarakat, a szemlélő felől. A nézőpont magasságát is meg kell határozni, végül szükségünk van leképezési síkra. Ez az a sík, ahová leképezzük az általunk látott teret. Ez a képernyő síkja A későbbi számolások során a térben a pixel-t tekinti a gép egy egységnek, a grid map-en pedig egy grid egység az egység. Ezekből már ki tudjuk számolni a szemlélő és a leképezési sík távolságát, vagyis a virtuális világ tárgyait a képzeletbeli "kamerához" képest. 45. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Szabványok OpenGL Az 1990-es évek második felében egyre nagyobb gondot okozott, hogy a 3D gyorsító chipekben megvalósított láthatósági és megvilágítási algoritmusok nem voltak szabványosítva. A SiliconGraphics fejlesztői a fenti problémákra kerestek megoldást, amikor a korábbi

IRIS GL grafikus szoftverük tapasztalatainak felhasználásával egy szoftver interfészt specifikáltak OpenGL néven a grafikus kártyák hardveréhez. Ez hamarosan de facto szabvánnyá vált és egyre több platformon létrehozták az OpenGL-nek megfelelő szabványos 3D-s grafikus programkönyvtárakat. A C programnyelvhez való illesztéssel (language binding) az OpenGL kb. 250 bázisrutint kínál fel az alkalmazásfejlesztők számára. Ezek egy részével 2 illetve 3Ds geometriai objektumokat vagy raszter primitíveket (pixelmezők) lehet definiálni, másrészük a primitívek képének a hardver frame-buffer-re számára való átadását biztosítja. Az OpenGL ezen túlmenően a „magasabb szintű” renderelő funkciókat is tartalmaz. Ezek: - texture mapping (térbeli tárgyak felületének megadása raszteres képpel), alpha blending (átlátszóság), légköri effektek (köd, pára, füst), anti-aliasing (élsimítás). Direct3D A Windows operációs rendszer alatt

futó grafikus alkalmazásokat nagyon lelassította, hogy a Windows egy kvázi terelőútként működött a felhasználói szoftver és a grafikus kártya között. Ez motiválta a Microsoft céget, hogy kidolgozza a Direct X „házi” szabványt, mely lehetővé teszi a hardver erőforrásokhoz történő közvetlen és gyors programhozzáférést. A Direct X multimédiás és grafikus komponensekből áll, ezek közül a Direct 3D a 3Ds vektorgrafikus modellezés és a 3D-s jelenetek képi ábrázolásának szabványa. A Direct 3D API (Low-Level) funkcionálisan rendkívül hasonlít az OpenGL-re. A Direct 3D jó animációs lehetőségeket biztosít, erre is visszavezethető, hogy főként a PC-s játékprogramoknál használják elterjedten. A Direct 3D grafikai alkalmazásában jelentős hátrányt jelent, hogy lényegében csak a Windows operációs rendszerek alatt működőképes, emiatt a Direct 3D-re alapozott szoftverek gyakorlatilag más platformokon nem futtathatók.

46. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Az OpenGL-el összehasonlítva viszont a Direct 3D-nek sokkal jobb a hardver támogatása. (Például a Pentium III processzor megjelenését követően pár hónap alatt optimalizálták a Direct X-et az új 3D-s utasításkészletre.) A SiliconGraphics és a Microsoft – bár e téren sokáig egymás konkurensei voltak – egy közös projektet szervezett „FAHRENHEIT” néven. Ennek keretén belül egy olyan új szabványos API kidolgozását irányozták elő, mely az OpenGL és a Direct 3D továbbfejlesztése lenne. A grafikus szoftver Adobe Photoshop A DTP képfeldolgozás szakterületére számos programcsomag specializálódott, de a legelterjedtebb és a szakma értékítélete szerint legsokoldalúbb mindenképpen az ADOBE cég PHOTOSHOP nevű raszteres képfeldolgozó programja. 47. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet CorelDraw A Corel rajzoló, illusztrációkészítő

programcsomagja többek között tartalmazza: - CorelDRAW: vektoros illusztrációs és szerkesztő-rajzolóprogramot, - Corel PHOTO-PAINT: raszteres képszerkesztő programot, - Font Navigator: fontkezelő programot, - Corel TRACE: vektorizáló programot, - Corel TEXTURE: procedurális textúragenerátort (pl. kő, márvány, felhő stb szimulációjára.) A CorelDRAW eredetileg egy 2D-s vektoros rajzolóprogram volt, mellyel viszonylag komfortos módon és gyorsan lehetett szerkeszteni szabadkézi rajzzal, illetve 2D-s primitívek és a fontkészlet felhasználásával színes grafikákat, ezért különösen a reklámgrafikusok körében lett kedvelt. 48. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet AutoCad Az AutoCAD áll az első helyen a CAD tervező programcsomagok piacán, részesedése különösen a PC alapú rendszereknél meghatározó. Fő felhasználási területe az építészeti, belső építészeti és gépészeti tervezés, de alkalmazzák

például az elektronikus áramkör tervezésben vagy a térképészetben is. Az AutoCAD jelenleg két változatban készül az - Architectural Desktop építészeti, míg a - Mechanical Desktop gépészeti programcsomag. 49. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet 3D Studio Max E programcsomagot leginkább az animációs film és videokészítésben hasznosíthatjuk, így például nagyon hatékonyan alkalmazható oktatófilmek készítésére. A programcsomag az ún. parametrikus, matematikai formulákkal való modellezést ötvözi a poligoniálissal. Ez azt jelenti, hogy a felületek és térgörbék előállítása a spline-okkal kapcsolatban megismert matematikai modellek alapján történik, de a megjelenítési algoritmusok a testek poligonális közelítését alkalmazzák a renderelésnél. A tervezés során interaktív módon követhetjük a képernyőn a kép kialakulását, a fényforrások hatását és a fényviszonyokat. Az OpenGL és Direct

3D API-kat a programcsomag támogatja. 50. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet Ellenőrző kérdések I. KÉREM VÁLASSZA KI A HELYES MEGOLDÁST! 1. A Descartes-féle koordináta rendszer a., 3 dimenziós ún világkoordináta tér b., 2 dimenziós egész koordináta rendszer c., lebegőpontos értéket használó n-edik fokú dimenzióval dolgozó rendszer 2. Melyik nem transzformáció? a., eltolás b., modellezés c., léptékezés 3. Melyik vetítési típus nem illik ide? a., ortogonális vetítés b., perspektivikus vetítés c., axonometrikus vetítés 4. Melyiket nem használjuk a görbék modellezésénél? a., lineáris interpoláció b., bézier c., spline 5. Mi nem illik a következők közé? a., morphing b., anti aliasing c., super sampling 6. A raytracing a., a 3D-s geometriai alakzatot csúcsaival és éleivel jellemzi b., fénysugár követéses modellezés c., képernyőoszlophoz rendel egy sugarat, és oszloponként építi fel a képet

7. Az OpenGL a., egy pixelgrafikus rajzolóprogram b., egy grafikus szabvány c., egy 3D-s szoftver II. KÉREM DÖNTSE EL, HOGY IGAZ, VAGY HAMIS-E AZ ÁLLÍTÁS! 1. A 2D-s egészkoordinátákból „felépülő” koordináta-rendszert, a rasztergrafika használja. igaz hamis 2. Egy adott koordináta-rendszerben geometriai transzformációk a képek eltolása, nagyítása és vetítése. igaz hamis 3. Vetítésnek nevezzük a dimenzióveszteséggel járó pont transzformációkat igaz hamis 51. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul 3. fejezet 4. A perspektivikus vetítésnél minél közelebb van a vetített tárgy a vetítő síkhoz, annál nagyobb lesz a vetített kép. igaz hamis 5. A Bézier-görbék estében egy kontrollpont elmozgatása csak a neki megfelelő intervallumban módosítja a görbe alakját. igaz hamis 6. A digitális differencia elemző (DDA) algoritmusokat a 3D-s modellezésnél használjuk. igaz hamis 7. A super sampling egy élsimítási

eljárás igaz hamis 8. A raytracing minden egyes megjelenítendő pixelt egy kibocsátott fénysugár segítségével határoz meg. igaz hamis 9. A Direct3D a Microsoft 3D szabványa igaz hamis 10. A CorelDraw egy raszteres képfeldolgozó program igaz hamis III. KÉREM VÁLASZOLJON A FELTETT KÉRDÉSEKRE! 1. Mi a modellezés lényege? 2. Jellemezze a Descartes-féle koordináta rendszert! 3. Milyen transzformációkat ismer? 4. Mi a vetítés lényege? 5. Milyen párhuzamos vetítéseket ismer? 6. Milyen jellemzői vannak a Bézier-íveknek? 7. Mik a fő különbségek a Bézier és a Spline görbék között? 8. Mi a morphing? 9. Mi a raycasting lényege? 10. Mi az OpenGL? 52. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul - Megoldások Megoldások 1. fejezet I. 1. b 2. a 3. b 4. a 5. c 6. b 7. b 8. c 9. a 10. a II. 1. hamis 2. igaz 3. igaz 4. igaz 5. hamis 6. hamis 7. igaz 8. igaz 9. igaz 10. hamis 53. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul - Megoldások

III. 1. Az ISO (International Standards Organization) nemzetközi szabványügyi szervezet adatfeldolgozási fogalomgyűjteménye (Data Processing Vocabulary) szerint a számítógépes grafika (computer graphics) fogalma alatt az adatkonvertálási módszereket és eljárásokat értjük a számítógép és a grafikus perifériák között. Az informatikai gyakorlat eltér az ISO terminológiától, számítógépes grafika alatt általában a generatív számítógépes grafikát értik, a számítógépes képfeldolgozást, képelemzést és alakfelismerést pedig digitális képfeldolgozásnak nevezik. 2. A számítógépes grafika tipikus felhasználási területei - Grafikus operációs rendszerek - Szöveg és kiadványszerkesztés - Számítógéppel segített tervezés és gyártás (Cad/Cam) - Grafikus prezentáció (Business Graphics) - Képfeldolgozás, manipulálás - Virtuális valóság 3. A nyomdai (asztali) kiadványszerkesztést (Desk Top Publishing = DTP) úgy

definiálhatjuk, mint nyomdai anyagok előállítását számítógéppel és a megfelelő szoftverrel. 4. A számítógépes grafikában azokat a raszteres, azaz képpontokból (pixelekből = picture element) álló képet generáló és feldolgozó rendszereket, melyeknél a képi információ csak képenként kereshető vissza, és a kép tartalma csak a teljes kép felülírásával módosítható, rasztergrafikus ill. pixelgrafikus rendszereknek nevezzük. Azokat a rendszereket, melyek a grafikus objektumokat egy lebegőpontos világkoordináta-rendszerben modellezik, vektorgrafikus rendszereknek nevezzük. A vektorgrafikában az objektumok jellemzőit adatbázisban tárolják. Ez lehetővé teszi az objektumok önálló visszakeresését és a köztük lévő (strukturális vagy hierarchikus) kapcsolatok számítógépes feldolgozását 5. AGP USB FIREWIRE 6. A gyorsított grafikus port, az AGP közvetlen összeköttetéssel 266, illetve 533 Mbyte/sec átviteli sebességet

biztosít a grafikus kártya és a főtár RAM között (1x, 2x-es AGP). 54. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul - Megoldások 7. Egy fekete-fehér négyzetrácsos egérpad tartozik hozzá, amely speciális fényvisszaverő tulajdonságokkal rendelkezik. A pad mintázatához képest félosztásnyi távolságra vannak az egér érzékelői. Azaz a négyzetrács egy négyzetének az oldalhossza kétszer akkora mint annak a körnek az átmérője amelynek szélén az érzékelők találhatók (a négy égtáj szerint elrendezve képzelhetők el az érzékelők a körön belül). Irányonként (Észak, Dél Kelet, Nyugat) két fényérzékelő (adó és vevő ) van beépítve, hasonlóan a mechanikus egérhez, de itt az optokapuk feladata más. Az infravörös fényforrás megvilágítja az éppen alatta levő pontot, majd egy lencsével összegyűjti a visszaszórt fényt, és egy fényérzékelő sávra juttatja. Gyakorlatilag azt figyelik az érzékelők, hogy milyen

színű mező van éppen alattuk azaz, hogy milyen intenzitású impulzust kaptak a fényérzékelők. A kérdés: milyen irányban változnak az érzékelők alatt a pontok intenzitásai? Az egér mozgatásától függően a fényvisszaverő rács képe máshova kerül, és ebből a helyváltozásból kerül megállapításra a relatív elmozdulás és a mozgás sebessége az egér mikroprocesszora által. Az optikai egér visszajelzés nélkül használhatatlan, csak a speciális négyzethálós egérpadon mozgatva működik. Drágább mint a mechanikus egér, de előnye, hogy nem megy olyan könnyen tönkre mivel nem tartalmaz mozgó alkatrészeket. 8. A digitalizáló táblák vagy tablettek segítségével például térképekről, tervrajzokról vihetünk be koordinátaadatokat a grafikus rendszerbe. A téglalap alakú munkaterület mérete A0-tól A3-ig változhat. Ezen egy szálkereszttel ellátott leolvasót mozgathatunk, melynek helyzete közvetlenül, mint koordinátaérték

kerül értelmezésre a grafikus rendszerben. Így tudunk vektoros információkat, közölni egy grafikus programcsomaggal. 9. Típus Felbontás Színmélység Hercules 720 x 348 képpont 2 szín (monokróm) CGA 640 x 200 (Color Graphics Adapter) 4 vagy 16 szín EGA 640 x 350(Enhanced Graphics Adapter) 16 szín VGA 640 x 480 (Video Graphics Adapter) 256 szín SVGA 1024 x768 (Super VGA) 16,7 millió szín XGA 1280x1024 és felette (Extended VGA) 4 milliárd szín 10. Egy korszerű plotter: - alkalmas A0, A1 méretű rajzok elkészítésére, - legalább 40 Mbyte memóriával és postscript áramkörökkel rendelkezik, - 600 dpi-nél nagyobb felbontást képes kezelni. 55. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul - Megoldások 2. fejezet I. 1. a 2. a 3. b 4. b 5. a 6. a 7. c 8. b 9. c 10. c II. 1. igaz 2. igaz 3. hamis 4. hamis 5. igaz 6. hamis 7. igaz 8. igaz 9. hamis 10. igaz III. 1. A pixelgrafikus rajzolóprogramok a képeket mátrix-szerűen elrendezett képpontokból

- idegen szóval pixelekből - építik fel. A sorokat és oszlopokat alkotó képpontok különböző színűek lehetnek, ezekből a színes képpontokból áll össze a mozaik- szerű rajz. 2. A vektorgrafikus rajzolóprogramok a képek felépítésére ún Bézier-görbéket használnak. Az elnevezés Philip Bézier francia matematikusra utal, aki autók karosszériaelemeinek tervezéséhez javasolta ezt a típusú, görbék leírására szolgáló, koordinátageometrián alapuló matematikai módszert. A vektorgrafikus rajzolóprogramok az objektumokat csomópontokból, a csomópontokat összekötő görbékből, valamint a görbékhez húzható érintő szakaszokból állítják elő. 3. A bitfelbontás - vagy elterjedtebb nevén színmélység - mutatja, hogy a kép egy képpontjának színét hány biten tároljuk. Másként fogalmazva, a színmélység mutatja, hogy hány színt használhatunk a képben. Nagyobb színmélység több színt, vagyis a kép eredeti pontosabb

színreprodukcióját teszi lehetővé. Például, ha egy kép színmélysége 1 bit (vagyis minden egyes képponthoz 1 bitnyi színinformáció tartozik), akkor a képben mindössze két színt használhatunk. Ha egy kép színmélysége 8 bit, akkor 28 szín áll a rendelkezésünkre, 24 bit színmélység esetén pedig 224, vagyis több mint 16 millió színt használhatunk. 56. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul - Megoldások 4. A képméret a kép fizikai méreteit jelenti Mivel a képet alkotó képpontok száma rögzített, a kép fizikai méretének növelésével csökken a kép felbontása, a kép méreteinek csökkentésével pedig nő annak felbontása. Igaz ez a másik oldalról nézve is: a kép felbontásának növelésével csökken annak fizikai mérete, a felbontás csökkentésével pedig nő a kép fizikai mérete. Például, ha egy 72 ppi-s kép felbontását 144 ppi-re növeljük, a kép fizikai mérete a negyedére (függőlegesen és

vízszintesen is a felére) csökken. Ha egy 300 ppi-s kép felbontását 150 ppi-re csökkentjük, a kép fizikai mérete a négyszeresére (függőlegesen és vízszintesen is a duplájára) nő. 5. A pixeles képfájlok a számítógép tárolóeszközein általában a következő részekből épülnek fel: - fejléc – megadja a kép formátumát, méretét pixelekben (esetleg a palettát), - adatrész – pixelenként tartalmazza a színkódokat. 6. A számítógépes képek tömörítését a redundanciák teszik lehetővé és szükségessé. Egy közleménynek akkor magas a redundanciája, ha „megértéséhez” minimálisan szükséges információt kifejező jeleken túlmenően sok felesleges jelet is tartalmaz. A képfeldolgozásban a következő redundanciákkal találkozhatunk: - A kódolási redundancia lép fel akkor, amikor például a fekete-fehér képpontok ábrázolásához 8 bitet azaz 1 byte-ot használunk fel, - Képi redundanciát jelent például: - ha nagy

kiterjedésű azonos színű objektumok minden egyes képpontját tároljuk a geometriai jellemzők helyett, - ha a vektorosan is tárolható alakzatokat pixelgrafikusan tároljuk. - Pszichovizuális redundanciát jelent például, ha - a képminőségbeli eltéréseket (például sok színárnyalattal nagy felbontás) az ember már nem tudja megkülönböztetni. 7. A geometriai objektumok közötti kapcsolatok lehetnek: - alá–fölérendeltségi hierarchikus viszonyok, melyek jellemző változata a tartalmazás (például: ház - tetőszerkezet - tetőablak), - mellérendeltségi viszonyok. A mellérendelt kapcsolatok közül a legfontosabbak a következők: - a szerkezeti jellegű kapcsolatok, amikor a geometriai objektumok hierarchiában azonos felsőbb szintű objektumhoz kapcsolódnak (például egy ház egyik falán található ablakok), - az illeszkedési jellegű kapcsolatok, amikor a geometriai objektumok valamilyen formában csatlakoznak egymáshoz (például egy kocka egy

csúcsából kiinduló 3 él), - a megjelenítés jellegű kapcsolatok, amikor a geometriai objektumok azonos pixeles képhez, jelenethez (scene) tartoznak. 8. A vektorgrafikus szoftverek a modelltér objektumaival a következő típusú műveleteket teszik lehetővé: - új objektum létrehozása, - egy létező objektum transzformálása, másolása, törlése, - meglévő objektumokkal végzett halmazalgebrai műveletek, - struktúra képzés, - megjelenítés. 57. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul - Megoldások 9. Betűcsaládnak nevezzük az azonos grafikus jellemzőkkel és formai sajátosságokkal rendelkező betűk összességét. Ha a betűcsaládot kiválasztjuk, akkor egy betűformátumnak megfelelő fontot és egyúttal az ezt generáló programcsomagrészt is rögzítettük. 10. A proporcionális - arányos - fontkészletben a karaktercella szélessége függ a karakter szélességétől, az egymás mellé helyezett karakterek távolsága vizuálisan

is ugyanakkora. 3. fejezet I. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. a. b. b. a. a. b. b. II. 1. igaz 2. igaz 3. igaz 4. hamis 5. hamis 6. hamis 7. igaz 8. igaz 9. igaz 10. hamis III. 1. A modellalkotás során megpróbáljuk a grafikus objektum lényegi jellemzőit megragadni, és az így absztrakcióval képzett modellt számítógépes algoritmusokkal dolgozzuk fel. 2. Háromdimenziós euklideszi tér, vektorgrafika használja A koordináta-rendszer tengelyeit három egymásra merőleges egyenes alkotja. Ezek közös pontja az origó. Az origóból kiinduló, s a tengelyek irányába mutató, egymásra kölcsönösen merőleges három egységvektort nevezzük a koordináta-rendszer alapvektorainak. Jelölésük rendre i, j, k 3. Eltolás Nagyítás Forgatás 58. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul - Megoldások 4. Alapvetően a vetítés egy n dimenziós koordináta rendszert áttranszformál egy koordináta rendszerbe, ami kevesebb mint n dimenziós. A mi esetünkben ez 3Dből

2D-t jelent A 3D-s test tulajdonképpen pontok halmaza, amelyeken vetítőnyalábok mennek keresztül, melyek egy vetítési központból indulnak ki. Ezek a vetítő nyalábok metszenek egy síkot, amely síkon a metszéspontokból kialakul a vetítés eredménye. Ez azért lehetséges, (ha a testünk egyenes vonalak halmaza), mert ha egy vonalat vetítünk egy síkra, akkor elég megadnunk a kezdő és végpontját, amelyek alapján a vetített egyenest már meg tudjuk rajzolni. Vetítésnek nevezzük tehát azokat a dimenzióveszteséggel járó pont transzformációkat, melyeknél a képpont és a neki megfelelő tárgypont egy egyenesen helyezkedik el. 5. Párhuzamos vetítések: fajtái - ortogonális párhuzamos vetítések - a vetítő sugarak merőlegesek a vetítősíkra - oldal- és felülnézeti kép kialakítása - axonometrikus vetítések - valamilyen szöget zárnak be a vetítősugarak a tengellyel - izometrikus axonometrikus vetítés - mindhárom főtengellyel azonos

szöget zárnak be a vetítősugarak 6. A Bézier-ívek tulajdonságai - A görbe íve mindig a P0, P1, P2, P3 kontrollpontok által meghatározott négyszög „belsejében” helyezkedik el. - A Bézier-ívek globálisan változtathatók, azaz ha a kontrollpontok közül egyet elmozgatunk, az az egész görbére kihat. - Egy egyenes pontosan annyi pontban metszi a Bézier-ívet, ahány metszéspontja van a tartónégyszögével. 7. A Spline görbék rendelkeznek a Bézier-görbék összes előnyös tulajdonságával és ezen túlmenően lokálisan is változtathatók, azaz egy kontrollpont elmozgatása csak a neki megfelelő intervallumban módosítja a görbe alakját. A Spline görbék jellemzője, hogy jobban „simulnak” a kontroll-poligonjukhoz, mint a Bézier-görbék. 8. Morphing alatt a számítógépes grafikában azt a transzformációt értjük, melynek során egy kép alakját folytonosan változtatva „átfolyik” egy másikba. 9. A raycasting hasonlóan a

raytracing-hez, képzeletbeli, a szemlélőtől kiinduló sugarak segítségével dönti el egy-egy sík láthatóságát, és építi fel a képet. Azonban míg a raytracing minden egyes pixelt egy kibocsátott sugár segítségével határoz meg, addig a raycasting egy képernyőoszlophoz rendel egy sugarat, és oszloponként építi fel a képet. 10. Az 1990-es évek második felében egyre nagyobb gondot okozott, hogy a 3D gyorsító chipekben megvalósított láthatósági és megvilágítási algoritmusok nem voltak szabványosítva. A SiliconGraphics fejlesztői a fenti problémákra kerestek megoldást, amikor a korábbi IRIS GL grafikus szoftverük tapasztalatainak felhasználásával egy szoftver interfészt specifikáltak OpenGL néven a grafikus kártyák hardveréhez. Ez hamarosan de facto szabvánnyá vált és egyre több platformon létrehozták az OpenGL-nek megfelelő szabványos 3D-s grafikus programkönyvtárakat. 59. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet

modul - Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék A SZÁMÍTÓGÉPES GRAFIKA FOGALMA. 2 A számítógépes grafika (computer graphics) definíciója . 2 A SZÁMÍTÓGÉPES GRAFIKA TIPIKUS FELHASZNÁLÁSI TERÜLETEI. 3 Grafikus operációs rendszerek . 3 Szöveg és kiadványszerkesztés . 3 Számítógéppel segített tervezés és gyártás . 4 Grafikus prezentáció. 4 Képfeldolgozás, manipulálás . 4 Virtuális valóság. 4 GRAFIKUS RENDSZEREK TÍPUSAI . 5 Rasztergrafikus rendszer. 5 Vektorgrafikus rendszer. 5 A GRAFIKUS HARDVER . 5 A számítógépes grafika hardverkövetelményei . 5 Grafikus kommunikációs vonalak, busztípusok . 6 Az USB . 6 A FIREWIRE . 6 Az AGP . 7 Input eszközök. 7 Egér . 7 Scanner. 8 Digitalizáló tábla . 9 Digitális kamera. 9 Output eszközök . 10 Monitorvezérlő. 10 Monitor . 11 Nyomtató. 12 ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK. 14 I. 14 II. 15 III. 15 VEKTOR ÉS PIXELGRAFIKA. 16 PIXELGRAFIKA . 16 Pixelgrafikus fogalmak. 16 Képfelbontás . 16 Bitfelbontás .

16 Monitorfelbontás. 17 Rácsfelbontás . 17 Kimeneti eszköz felbontása . 17 A felbontás és a képméret összefüggései. 17 A felbontás és a fájlméret összefüggései. 18 A felbontás beállítása a pixelgrafikus rajzolóprogramokban . 18 60. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul - Tartalomjegyzék Pixelgrafikus műveletek . 18 Primitívek . 19 A rajzelemekhez rendelt tulajdonságok. 19 Színkezelés . 19 Képtömörítés . 20 Veszteségmentes tömörítés. 21 Veszteséges tömörítés. 21 Pixelgrafikus formátumok . 22 VEKTORGRAFIKA . 23 A fájlméret és vektorgrafika tulajdonságainak összefüggése. 23 Vektorgrafikus objektumok . 24 A vektorgrafikus objektumok kapcsolatai . 24 A vektorgrafikus geometriai objektumok tulajdonságai . 25 A vektorgrafikai modellezés alapjai . 25 Geometriai primitívek . 25 Vektorgrafikus műveletek . 26 Műveletek a modelltér objektumaival . 26 Vektorgrafikus formátumok . 26 FONTKEZELÉS . 27 Betűcsaládok . 28

Betűtípusok. 28 Betűméret . 29 Fogalmak . 29 ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK. 31 I. 31 II. 32 III. 32 MODELLEZÉS . 33 A modellezés lényege. 33 A modellek leírása és számítógépes realizációi . 33 KOORDINÁTA RENDSZEREK . 33 Egészkoordináta rendszer . 33 A DESCARTES-féle koordináta-rendszer. 34 TRANSZFORMÁCIÓK . 35 Eltolás (transzláció) . 35 Nagyítás (Léptékezés). 35 Forgatás . 36 VETÍTÉSEK . 37 Középpontos (perspektivikus) vetítés. 38 Párhuzamos vetítések: fajtái . 38 GÖRBÉK MODELLEZÉSE . 39 Bézier görbék . 39 A Bézier-ívek tulajdonságai. 39 Spline görbék. 40 FELÜLETMODELLEZÉS . 40 61. Barhács OktatóKözpont Grafika elmélet modul - Tartalomjegyzék MODELLEZÉS 2D-S EGÉSZKOORDINÁTA RENDSZERBEN . 41 Anti aliasing . 41 Super sampling. 42 Morphing. 42 MODELLEZÉS 3D-S VILÁGKOORDINÁTA RENDSZERBEN . 43 Huzalváz modellezés. 43 Raytracing . 44 Rendering . 45 Raycasting. 45 SZABVÁNYOK . 46 OpenGL . 46 Direct3D. 46 A GRAFIKUS

SZOFTVER . 47 Adobe Photoshop . 47 CorelDraw. 48 AutCad. 49 3D Studio Max . 50 ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK. 51 I. 51 II. 51 III. 52 MEGOLDÁSOK. 53 1. FEJEZET 53 I. 53 II. 53 III. 54 2. FEJEZET 56 I. 56 II. 56 III. 56 3. FEJEZET 58 I. 58 II. 58 III. 58 TARTALOMJEGYZÉK . 60 62