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Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

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Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

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  1. Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  2. attribute parameter • primitive의 디스플레이 방법에 영향을 줌 • lines : dotted or dashed, fat or thin, blue or orange • areas: one color or multicolor pattern • text: from left to right, across screen, vertical columns • characters: fonts, colors, sizes • object edges: intensity variation for smoothing out the raster stairstep effect Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  3. attribute option을 그래픽스 패키지에 첨가하는 방법 • 파리미터 리스트에 attributes를 첨가 • 예) line-drawing function에 color, width, or other properties등을 endpoint coordinates에 첨가 • 또 다른 방법으로 현재 attribute values에 대한 시스템 리스트를 유지시키는 방법 • system attribute list를 update하는 함수에 의해 attribute setting이 이루어짐 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  4. OpenGL state variables • State variables or state parameters: output primitive 속성 및 기타 parameter (frame buffer의 현재 위치 등) 를 말함 • OpenGL state parameters 에는 color, other primitive attributes, current matrix mode, model-view matrix, current position for the frame buffer, lighting parameters 등이 속함. • OpenGL 의 그래픽스 프리미티브들은 현재의 상태리스트(state list) 속성들과 함께 디스플레이된다. • 속성 변화는 OpenGL 상태의 변경 이후에 지정된 프리미티브에만 영향을 미친다. 상태 변화 이전에 정의된 프리미티브는 속성을 그대로 유지. • 즉, green line 을 그린 후, 현재 color 를 red 로 바꾼 뒤에, red line 을 그림 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  5. Color and Grayscale Levels • general purpose raster-scan systems: wide-range of colors 제공, random-scan monitor는 색의 선택 수가 적다. • color options는 0이상의 양수로 코드화되고 CRT 모니터에서는 이러한 코드가 electron beam의 intensity-level settings로 전환된다. • Color plotter는 ink-jet or pen selection을 컨트롤한다. • color information을 frame buffer에 저장하는 방법 1)     칼라 코드를 직접 프레임 버퍼에 저장하는 법 • 칼라를 저장할 최소 기억장소로는 픽셀당 3비트 필요 (Table 4-1) • 픽셀 당 6비트를 이용한다면 R,G, B각각의 electron gun이 2비트씩 이용하여 64 칼라값을 갖게 됨 • 1024*1024의 full-color (24-bit per pixel) RGB system : 3 megabytes 의 기억장소가 필요하게 됨 -> 3byte * 106이므로 3megabytes Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  6. Table 4-1 The eight color codes for a three-bit per pixel frame buffer (TABLE 4-1) The eight color codes for a three-bit per pixel frame buffer Color Stored color values In frame buffer Displayed Color Red Green Blue Code Black Blue Green Cyan Red Magenta Yellow White 0 1 2 3 4 5 6 7 • 0 0 0 • 0 0 1 • 0 1 0 • 0 1 1 • 0 0 • 1 0 1 • 1 1 0 • 1 1 1 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  7. 2) 칼라 코드를 별도의 테이블에 저장하고 인덱스에 의해 테이블에서 픽셀값을 검색하여 이용하는 방법 • 프레임버퍼 값은 칼라테이블의 인덱스로 이용됨 • (그림4-1)의 경우 1700만 칼라팔렛트 중에서 256칼라를 동시에 선택할 수 있음 • 동시에 디스플레이 되는 칼라 수와 프레임버퍼 크기를 1 megabyte로 축소시킨다. • 그래픽스 시스템에 따라 픽셀당 9비트를 제공하는 경우가 있다. • 유저에게 512칼라를 제공하게 됨 -> 29 = 512로부터 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  8. Figure 4-1 A color lookup table with 24 bits per entry that is accessed from a frame buffer with 8 bits per pixel Color lookup table 0 y 196 x 196 2081 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 Red Green Blue Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  9. Gray Scale • color capability가 없는 모니터의 경우에도 color function을 이용하여 grayscale (명암)을 표시 • 0에서 1사이의 숫자로 grayscale level을 표시하고 바이너리 코드로 전환됨. • 픽셀당 3비트를 이용한다면 8 gray level을 표시 • 픽셀당 8비트를 이용한다면 256 개 명암을 표시할 수 있다. Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  10. Intensity Codes for a Four-Level Grayscale System Intensity Codes Stored Intensity Values In the Frame Buffer (Binary Code) Displayed Grayscale Black Dark gray Light gray White 0.0 0.33 0.67 1.0 0 (00) 1 (01) 2 (10) 3 (11) Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  11. OpenGL Color Functions • glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB); • glColor3f (0.0, 1.0, 1.0); • glColor3fv (colorArray); • glColor3i (0, 255, 255); • glIndexi (196); // Color-Index Mode • glutsetcolor (index, red, green, blue); • glEnable (GL_BLEND); • color blending: source color 와 destination color 를 합침 • source color: 첫 객체의 color를 frame buffer 에 올린 후에 두 번째 객체의 color를 프레임버퍼 컬러와 결합한다. • glDsiable (GL_BLEND); Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  12. glEnableClientState (GL_COLOR_ARRAY); • color 위치와 형식 지정 • glColorPointer (nColorComponents, dataType, offset, colorArray); typedef Glint vertex3 [3], color3 [3]; vertex3 pt[8] = { {0, 0, 0}, {0, 1, 0}, … } color3 hue[3] = {{1, 0, 0}, {1, 0, 0}, …} glEnableClientState (GL_VERTEX_ARRAY); glEnableClientState (GL_COLOR_ARRAY); glVertexPointer (3, GL_INT, 0, pt); glColorPointer (3, GL_INT, 0, hue); Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  13. Other OpenGL Color Functions • glClearColor (red, green, blue, alpha); • glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); • glClearIndex (index); Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  14. Point Attributes • 점의 기본 속성: color, size • 점의 color 와 size 는 현재의 attribute list 에 저장된 값으로 결정됨 • raster system 에서는 point size는 pixel size의 복수배로 표시 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  15. Line Attributes • 직선의 기본 속성: type, width, color • Line type: solid-lines, dashed lines, dotted lines • line drawing algorithm에서 line path를 따라 디스플레이되는 solid section의 길이와 간격을 지정하여 선분을 생성하도록 한다 • pixel mask이용하여 span length 및 interspan spacing • 1과 0을 이용하여 그릴 픽셀 위치를 지정 • Line width • output device 능력에 좌우됨 • line-width value로 선분의 두께를 지정 • 기울기가 1보다 작을 때: 선분의 두께를 수직상에 있는 픽셀 수로 나타냄 (그림4-2) • 기울기가 1보다 클 때: 수평상의 픽셀로 선분의 두께를 나타냄 (그림4-3) Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  16. Figure 4-2 A double-wide raster line with slope |m| < 1.0 generated with vertical pixel spans Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  17. Figure 4-3 A raster line with slope |m| > 1.0 and a line width of 4 plotted using horizontal pixel spans Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  18. 문제점 • 선분의 기울기가 두께에 영향을 미침: 45도 선분이 수평이나 수직선에 비해 얇다 • 선분의 끝처리 문제 : line caps 로 해결 (그림4-4) • 서로 다른 기울기의 선분이 합쳐진 경우 두선분이 결합된 위치에서 별도의 처리 필요 (그림4-5) – miter poin, round join, bevel join • Pen and brush options • shape, size, pattern 포함 (그림4-7) • pixel mask에 여러가지 모양을 저장해 두고 선분을 따라 해당 모양을 디스플레이 함 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  19. Figure 4-4 Thick lines drawn with (a) butt caps, (b) round caps, and (c) projected square caps Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  20. Figure 4-5 Thick line segments connected with a miter join (a), a round join (b), and a bevel join (c) Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  21. Curve Attributes • colors, widths, dot-dash patterns, pen or brush options를 변화시켜 곡선의 속성을 바꿈 • pixel mask 이용 • dashed, dotted pattern생성시 (그림4-12) • 예) 11100을 이용한다면 • 다양한 폭으로 raster curve를 생성할 때: horizontal or vertical pixel spans를 이용 • 기울기가 1보다 작으면 vertical span, 1보다 크면 horizontal span을 이용 (그림4-10) • thick curve 디스플레이 • 2개 평행한 curve paths사이의 area를 채우는 방법으로 해결 • 지정된 curve path를 one boundary로 이를 inside or outside로 shift한 것을 second boundary로 한다. Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  22. Figure 4-12 A dashed circlular arc displayed with a dash span of 3 pixels and an inter-dash spacing 2 pixels Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  23. Figure 4-10 A circular arc of width 4 plotted with either vertical and horizontal pixel spans, depending on the slope Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  24. pen or brush displays of curves • 선분의 경우와 비슷하게 처리 • 곡선의 line path를 따라 pen shape 을 복제해 감 • 펜의 중심이 curve shape를 따라 연속적으로 이동함 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  25. OpenGL Point-Attribute Functions • glPointSize (size); • Point size 1.0: a single pixel • Point size 2.0: 2 by 2 pixel array glColor3f(1.0, 0.0, 0.0); glBegin (GL_POINTS); glVertex2i (50, 100); glPointsize (2.0); glColor3f (0.0, 1.0, 0.0); glVertex2i (75, 150); glPointsize (3.0); glColor3f (0.0, 0.0, 1.0); glVertex2i (100, 200); glEnd( ); Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  26. OpenGL Line-Attribute Functions • OpenGL Line-Width Function • glLineWidth (width); • OpenGL Line-Style Function • glLineStipple (repeatFactor, pattern); Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  27. Area-Fill Attributes • Fill Options: • solid color or patterned fill중에 선택 • color와 pattern의 선택 • brush, transparency parameter 이용 • polygon region or 곡선 내부의 영역에 fill options을 적용 • Fill style (그림4-17) • hollow, solid, pattern, hatch • other fill options: edge type, edge width, edge color 등 • Pattern Fill • tiling: 직사각형 패턴으로 영역을 채우는 것을 말함 • 평행사변형 영역에 흑백의 패턴을 디스플레이 • scanline procedure에서 스캔라인 위를 패턴이 지나가도록 영역을 채워나감 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  28. Figure 4-17 Basic polygon fill styles: hollow, solid, patterned Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  29. Hatch (평행선) fill (그림4-18) • 여러 개 평행선이 디스플레이되도록 영역을 채워나감 • hatch line의 간격이나 기울기는 hatch table의 파라미터로서 세트된다 • Soft Fill (or tint-fill algorithm) • fill color와 background color를 결합하여 영역을 나타냄 • 경계선에서의 fill color를 흐리게 하여 엣지의 antialias현상을 희미하게 만드는데 이용 • 원래 반투명이었던 brush를 brush color와 background color의 혼합으로 칼라 영역을 다시 칠하는데 이용 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  30. Figure 4-18 Area filled with hatch patterns: diagonal hatch, diagonal crosshatch Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  31. linear soft-fill algorithm • foreground color F와 background color B 를 합쳐서 다시 칠하는 방법 • 한 영역 내의 각 픽셀의 칼라 P는 F와 B의 linear combination으로 다시 구해짐 • P = tF + (1-t) B t: transparency factor, 0 에서 1사이의 한 값을 가짐 • P = (PR, PG, PB) • F = (FR, FG, FB) • B = (BR, BG, BB) Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  32. Filled-area primitives • solid-color or patterned polygon area • 두 가지 방법으로 area를 채움 : •  area를 지나는 scan lines들이 area에 겹치는 구간을 결정해 가는 방법 (scan line polygon fill algorithm) • 주어진 내부의 한 점으로 부터 바깥쪽으로 경계선까지 픽셀을 채워가는 방법 (Boundary fill algorithm) • Scan-Line Polygon Fill Algorithm • 스캔라인이 폴리곤을 지나칠 때 스캔라인과 폴리곤의 엣지를 교차하는 점들을 구해 소트해서 각 교차점의 쌍들간을 지정된 색으로 채움 • (그림4-20) • 엣지와의 교차점의 수가 홀수이더라도 왼쪽부터 2개씩 짝지워 처리할 수 있는 경우가 있고 짝수인데도 두개씩 짝지우면 원하는 결과가 나오지 않을 경우도 있다. -> (그림4-21) • 스캔라인에 대한 교차하는 선분의 상대적 위치로 해결 • 두 개 교차하는 엣지가 스캔라인으로부터 서로 다른 쪽에 위치할 경우엔 별도의 처리를 한다 : 교차점을 2개로 하지 않고 1개로 한다. Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  33. Figure 4-20 Interior pixels along a scan line y x 10 14 18 24 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  34. Figure 4-21 Intersection points along scan lines 1 Scan Line y’ 1 2 2 1 1 1 Scan Line y Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  35. 폴리곤의 경계를 시계방향 혹은 반시계방향으로 추적하면서 엣지를 구성하는 끝점의 y값의 비교 위치를 검사한다. • 두 개 연속된 엣지들의 y 값이 단조 증가 혹은 단조 감소일 경우엔 스캔라인과 두 엣지가 교차하는 중간의 점을 단일 교차점으로 계산한다. • 연속된 두 엣지들의 y값이 단조증가나 단조감소가 아닌경우엔 공유된 점은 local extremum (minimum or maximum)의 형태를 구성하는 경우로 그대로 2개 교차점으로 생각한다. • 단조증가 혹은 단조감소로 한 점이 공유되어 있을 경우엔 아래쪽에 위치한 엣지의 y 값을 1 증가 혹은 감소시켜 스캔라인과의 교차점을 한개가 되도록 처리한다 (그림4-22) Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  36. Figure 4-22 Adjusting endpoints y values for a polygon Scan Line y+1 Scan Line y Scan Line y-1 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  37. Boundary-Fill Algorithm • 내부 한점에서 출발하여 경계선을 향하여 색칠해가는 방법(그림4-26) • interactive painting packages에 유용 • Procedure • 내부의 한 점 (x, y), fill color, boundary color를 입력받아, (x, y)에서 출발하여 인접한 픽셀이 boundary color인지를 첵크하여 아니면 fill color를 주고 다시 인접한 픽셀로 테스트를 계속해감 • two methods: (그림4-27) • 4-connected • 8-connected Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  38. Figure 4-26 Example color boundaries for a boundary-fill procedure Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  39. Figure 4-27 Fill methods applied to a 4-connected area and to an 8-connected area Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  40. Polygon Fill Areas • polygon: • vertex 라고 부르는 좌표점으로 구성된 평면의 모양으로 이 점들은 선분으로 연결되어 있음. • Polygon Classifications • Convex polygon • Concave polygon Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  41. Character Generation • typeface (활자): characters를 위한 design style을 말함: • 수백개의 typeface가 있슴 • 예) Courier, Helvetica, New York, .... • font: 특정 사이즈와 포맷으로 된 문자체을 말함 • 예) 10-point Courier Italic등 • 요즘엔 typeface와 구별 없이 씀 • typeface (or font)는 두 타입으로 분류 • serif: 문자 획의 끝에 small lines 혹은 accents 포함 • more readable • good for longer blocks of text • sans-serif: accents를 포함하지 않음 • easier to recognize • good for labeling and short heading Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  42. computer font의 표현 방법 (그림4-35) • 사각형의 그리드 패턴 이용하는 방: bitmap font라고 함 • frame-buffer위치와 그대로 매핑되므로 간단하나 space의 낭비가 있다. • bold나 italic 같은 경우에 별로 좋은 결과를 주지 않음 • 문자형을 직선이나 곡선을 이용하는 방법: outline font라고 함 • storage를 절약하나 시간이 걸리는 단점이 있다. : 계산 후 다시 frame-buffer로 스캔 컨버트해야 하므로 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  43. Figure 4-35 The letter B represented with 8 by 8 bitmap pattern and with an outline shape 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  44. Character Attributes • font, size, color, orientation 등으로 속성을 나타냄 • Text attributes • font및 각 폰트에 대해 underlining styles, boldface, italics, outline, shadow를 가짐 • text size: • character width의 크기를 조정하거나 height, width의 크기로 조정함 • point: size of the body of a character를 나타냄 • 1 point는 0.013837 inch (1/72 inch)이며 point로 문자의 몸체(body)의 크기를 나타냄 • 지정된 사이즈의 폰트 내에서 어느 문자도 topline과 bottom line의 거리가 일정하다. • character height: base line과 cap line의 거리를 의미하며 height만으로도 텍스트의 크기를 조정할 수 있다 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  45. Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  46. proportionally spaced fonts: • i, j, l과 같은 narrow characters는 w, m과 같은 broad characters에 비해 폭이 좁게 표시된다 • kerned characters (b, h, f, p, g, y등 상하로 돌출한 부분): bottom line을 벗어나게 표현됨 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  47. Antialiasing • aliasing: raster algorithm으로 디스플레이된 물체는 sampling process에 의해 discrete integer pixel position의 좌표점들을 표시하기 때문에 계단식의 들쑥날쑥한 모양을 나타내게 된다. 이와 같이 low-frequency sampling때문에 나타난 현상을 aliasing이라고 하고 antialising method로 개선할 수 있다. • antialiasing methods의 종류 • supersampling (postfilitering): 실제 이용할 수 있는 것보다 작은 그리드인 것처럼 스크린을 처리하여 sampling rate를 증가시켜 higher resolution의 특징으로 샘플링한 다음 low resolution에 다시 디스플레이하는 방법 • area sampling (prefiltering): 디스플레이될 물체와 각 픽셀이 overlap하는 부분을 계산하여 pixel intensity를 정함 • pixel phasing: pixel areas의 디스플레이 위치를 shift시킴 (물체의 geometry에 대해electron beam을 micropositioning) Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  48. Supersampling Straight Line Segments • 각 픽셀을 subpixel로 분할하고 line path가 통과하는 subpixel의 수를 세어, 각 픽셀의 intensity를 이러한 subpixel count로서 정함 (gray-scale display에서) (그림4-47) • 각 픽셀을 9개 서브픽셀로 나누었을 때 intensity level을 3개로 나눌 수 있다 • intensity level의 수를 증가시키려면 서브픽셀의 수를 증가시킴. 예를 들어 16개 서브픽셀은 4개의 intensity level을 가질 수 있다 • 선분의 폭을 생각한 경우엔 각 픽셀에 대한 intensity level의 수가 9개로 증가시킬 수 있슴 (각 픽셀을 9개 서브픽셀로 나누었을 경우, 그림4-48) • color display일 경우 background color를 고려하여 라인의 색을 정할 수 있음 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  49. 예) subpixel intensities를 평균한 픽셀 값을 계산할 수 있음 • red line의 경계내부에 5개 subpixel이 존재하고 남은 4개 subpixel이 blue background area에 있다면 이 픽셀을 위한 색을 • pixelcolor = (5 * red + 4 * blue) / 9 로 나타낼 수 있다. • pixel-weighting masks • pixel area의 중앙에 가깝게 위치한 subpixel에 weight를 크게 주도록 실행할 수 있슴 (그림4-49) Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives

  50. Figure 4-47 Supersampling subpixel positions along a straight line segment 22 21 20 10 11 12 Chapter 4. Attributes of Graphics Primitives