Wat is Computer Graphics?

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Wat is Computer Graphics?"

Jonathan Peters
6 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Inleiding Wat is Computer Graphics? Wat is Computer Graphics? Computer user output vrijwel alles wat geen tekst of geluid is, incl. user interface Beperkt: het creëren en manipuleren van grafische informatie m.b.v. computers Alomtegenwoordig

2 Wat is Computer Graphics? Per grafische discipline Imaging Modeling Rendering Animation Hardware Visualisering van 2D afbeelding Opbouw van 3D voorwerp 2D afbeelding van 3D voorwerp Simulatie van verandering in de tijd Computerarchitectuur voor grafische output Wat is Computer Graphics? Per grafische deelopdracht Creëer of scan een afbeelding Inter-ageer met afbeelding Optimaliseer algorithmen Manipuleer grootte, helderheid, scherpte, Simuleer en Visualiseer real world fenomenen zo realistisch als mogelijk ( zie rendering) Genereer professionele grafische hardcopy

3 Wat is Computer Graphics? Waarom is computer graphics Cool? Interdisciplinair Biologie, Fysica, Wiskunde, Menswetenschappen, computerwetenschappen, kunst Visueel Interactief Sfeer van Ontspanning (video, clips, games, ) Big business multi G$ snelle evolutie Toepassingen Grafieken charting Computer Aided Design Visuele voorstelling van complexe datastructuren Medische beeldvorming Opleiding training Image processing Ontspanning Beeldende kunst Graphical User Interfaces Virtual Reality omgeving

4 Toepassingen Graphs & Charts Rapportering Database Spreadsheet 2D 3D look Line, bar, pie, polar, Toepassingen Computer Aided Design Electronica Schematics PCB layout Routing simulation

5 Toepassingen Computer Aided Design Mechanisch Productontwikkeling CAEngineering Plant design Exploded view Toepassingen Computer Aided Design Architectuur Ontwerp incl. bedrading, sanitair, Studie van interne en externe layout

6 Toepassingen Computer Aided Design Architectuur 3D modeling i.f.v. stabiliteit (bv. Restauratie) CAEngineering Model kathedraal Amiens (FR) Toepassingen Exacte Wetenschappen Chemie benzeen DNA glas

7 Toepassingen Exacte Wetenschappen Wiskunde Toepassingen Exacte Wetenschappen Meteorologie vorming van smog tornado

8 Toepassingen Medische beeldvorming Toepassingen Opleiding Training Simulatie vluchtsimulator Montage

9 Toepassingen Image Processing Adobe Photoshop Corel PhotoPaint Digitale fotografie Clipart Web images Toepassingen Entertainment Games Film Video

10 Toepassingen Beeldende Kunst Kunst Commerciele grafiek Toepassingen Beeldende Kunst

11 Toepassingen Graphical User Interface Toepassingen Virtual Reality

12 Inleiding Raster Graphics Graphics Display Hardware Video display Cathode Ray Tube (CRT) Flat Panel Displays Liquid Christal Display (LCD) Plasma display (gas-discharge) Thin-film electroluminescent display Stereoscopic viewing Hardcopy Printer (InkJet Laser) Plotter

13 Video Display - CRT Bron: Video Display - CRT Shadow Mask

Video Display - CRT Trinitron Video Display - LCD

twist = 90 polarisatierichting = doorlaatrichting

verticaal gealigneerd polarisatierichting

14 Video Display - CRT Trinitron Video Display - LCD polarisator Geen spanning Natuurlijke toestand twist = 90 polarisatierichting = doorlaatrichting Backlight gaat door Wel spanning Kristallen verticaal gealigneerd polarisatierichting loodrecht op doorlaatrichting Backlight kan niet door Twisted Nematic TFT

15 Video Display - LCD Stereoscopic Viewing Niet echt 3-dimensionaal Verschillend beeld voor elk oog simuleert ruimtelijk zicht

16 Met Lookup Table Video Display System Video Display System 24 bit kleur

17 Display Processor 1 ste generatie display processors beperkten zich tot het beheer van het scherm via de frame buffer Enkele elementaire grafische functies (bv. BitBlt) Display Processor Onder sterke druk van de markt : Grotere resolutie met een zeer hoge refresh-rate van scènes met complexe geometrie Meer realisme stijgend aantal polygonen en textuur. Oplossing = Pipelining

18 Graphics Pipeline Concept voor Silicon Graphics Workstations, later ook voor PC (Nvidia, ATI, S3, ) OpenGL ontworpen als pipeline sterke band hardware-software Zeer performant Elke stap kan zowel in software als in hardware (grafische kaart) geïmplementeerd worden. Graphics Pipeline transformatie Vertices bepalen de geometrie van de objecten = user input Conversie van objecten van één coordinatensysteem naar een ander World coordinates Camera coordinates Screen coordinates Elke coordinaten-transformatie is equivalent aan een 4x4 matrix transformatie (in 3D )

19 Graphics Pipeline clipping Een camera ziet slechts een deel van de wereld, afhankelijk van positie en openingshoek Objecten die onzichtbaar zijn voor de camera worden uit de scène verwijderd clipped out Graphics Pipeline projectie Van 3D objecten naar 2D afbeelding Perspectief center of projection Parallel projectie direction of projection

20 Graphics Pipeline rasteren Is een object zichtbaar, dan moeten een aantal pixels in de frame buffer de juiste kleur toegewezen krijgen Vertices vormen samen een object Keuze van materialen en belichting Polygonen worden opgevuld Hidden surface removal ( wat is zichtbaar en wat niet) Resultaat wordt op het scherm getoond = user output Programmer s View De programmeur ziet de graphics pipeline doorheen een software interface - Application Programmer Interface (API)

21 API Application Programmer Interface Functies die de elementen van een grafische scène bepalen Objecten (geometrie) Gezichtsveld Belichting Materialen en textuur Randinformatie Interactie met gebruiker (mouse, keyboard, ) Fysische parameters van de graphics pipeline. API Application Programmer Interface Geometrie Punten Lijnen Polygonen (vlak) Complexe vormen Ruimtelijke krommen en oppervlakken Ruimtelijke primitieven (bol, cylinder, )

22 API voorbeeld OpenGL Bepaling van geometrie door locatie in de ruimte vertices glbegin (GL_POLYGON) glvertex3f(0.0, 0.0, 0.0); glvertex3f(0.0, 1.0, 0.0); glvertex3f(0.0, 0.0, 1.0); glend(); Inleiding Kleuren

23 Perceptie van kleur Zichtbaar licht menselijk oog Golflengte nm ± verschillende kleuren ± 128 gesatureerde kleuren Perceptie van kleur Tristimulus theory

24 Color Matching Gegeven = testkleur Gegeven : Blauw Groen Rood Negatieve waarden!! Gevraagd: meng RGB zo dat testkleur bekomen wordt. Conclusie: niet alle zichtbare kleuren kunnen met zuiver RGB samengesteld worden. Color Matching Commission Internationale de l'éclairage (CIE) Oplossing CIE 1931 I.p.v. zuiver RGB gebruik maken van artificiële primaries (X, Y, Z) i.p.v. (R, G, B) Matching is nu mogelijk in volledige visuele spectrum.

25 CIE Chromaticity Diagram Het RGB model Aansturen van CRT- en LCD-displays RGB = additief van zwart naar wit Via CIE diagramma is omzetting van display x naar display y mogelijk

26 Het CMY model Aansturen van Hardcopy devices CMY = subtractief van wit naar zwart Maakt gebruik van complementaire kleuren

Vergelijkbare documenten

BK Licht en Renderen Workshop 3 Technisch Ontwerp en Informatica

BK Licht en Renderen Workshop 3 Technisch Ontwerp en Informatica BK3070 - Licht en Renderen Workshop 3 Wat is Renderen? To render: give an interpretation or rendition of... In Computer Graphics: To transform digital information in the form received from a repository