Đồ họa Máy tính

1. Đồ họa Máy tính Giảng viên: TS. Nguyễn Đức Cường KS. Nguyễn Thanh Tùng

2. Tài liệu tham khảo • Tập slides • Sách: • Computer Graphics, F. S. Hill, Macmillan Publishing Company, 1990. • Fundamentals of Computer Graphics, P. Shirley, A K Peters, Natick, Massachusetts, 2002. • Thực tập 5 buổi • Tỉ lệ điểm: kiểm tra giữa 30%, cuối kỳ 70% Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

3. Chương trình Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

4. Nội dung Chương 1 – Giới thiệu Chương 2 – Một số khái niệm cơ bản Chương 3 – Vector trong đồ họa Chương 4 – Các giải thuật trong đồ họa 2 chiều Chương 5 – Các kỹ thuật vẽ đệ qui và hoa văn Chương 6 – Giới thiệu đồ họa 3 chiều Chương 7 – Các giải thuật trên đồ họa 3 chiều Chương 8 – Các phép biến đổi hình Chương 9 – Các giải thuật nâng cao Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

5. Chương 1 – Giới thiệu

6. Đồ họa máy tính (ĐHMT) là gì? • ĐHMT cung cấp tập các công cụ để xây dựng hình ảnh và tương tác với chúng. • Bao gồm cả phần cứng và phần mềm • Cho phép người lập trình thể hiện sinh động và hình tượng các dữ liệu Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

7. Phần cứng đồ họa • Card đồ họa: • Cầu nối giao tiếp giữa bản mạch chủ và thiết bị hiển thị • Bao gồm bộ nhớ đệm cho 1 khung hiển thị (frame buffer) • Thiết bị hiển thị: • Màn hình (monitor) • Plotter • Thiết bị nhập: • Head, glove, positioning devices • Camera Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

8. CPU System memory I/O devices System bus Display processor Display processor memory Frame buffer Video controller Monitor Kiến trúc của 1 hệ thống đồ họa raster đơn giản • Các thông tin cần hiển thị sẽ được ghi lên bộ nhớ đệm của graphic card • Monitor cập nhật thông tin hiển thị theo 1 chu kỳ thời gian (tần số quét) I/O devices Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

9. Ví dụ của cơ chế hiển thị • Frame buffer với 1 bit cho mỗi điểm ảnh (pixel) trên màn hình hiển thị 0 1 1 0 System bus 0 0 1 0 Video controller 0 0 1 0 0 0 1 0 Maøn hình Frame buffer • Số bit cho mỗi điểm ảnh: 8, 16, 24, 32 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

10. Card đồ họa • Card đồ họa rời • Có bộ xử lý (Graphic Processing Unit – GPU) và bộ nhớ riêng biệt • Kiến trúc và bus khác với mạch chủ • Truy xuất bộ đệm cần có cơ chế đồng bộ với bus của mạch chủ • Có thể truy xuất bởi DMA và tăng tốc bởi kỹ thuật AGP nên hiệu quả hơn • Card trên bản mạch chủ (onboard graphics card) • Sử dụng một phần bộ nhớ chính làm bộ đệm • Hiệu quả thấp Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

11. Giao tiếp giữa hệ điều hành với card đồ họa • Device driver: một tập các routines để liên lạc và điều khiển phần cứng • Mục đích: • Giảm việc phụ thuộc và tăng tính độc lập với thiết bị • Tạo API thống nhất cho việc giao tiếp với các loại thiết bị khác nhau • Bao bọc phần làm việc với phần cứng, che bớt chi tiết Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

12. Màn hình đồ họa • CRT (Cathode-Ray Tube) • LCD (Liquid Crystal Display) Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

13. CRT • Màn hình dùng đèn • Giá thành rẻ caùc cuoän daây ñieàu khieån höôùng ngang vaø ñöùng suùng electron connector pins tia electron caùc taám hoäi tuï lôùp phuû phosphor • Ñieàu khieån cöôøng ñoä (soá electron) cuûa tia electron • Ñieàu khieån vò trí tia electron chaïm lôùp phuû phosphor Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

14. Cách hoạt động của CRT 3 suùng electron • Điều khiển cường độ của tia eletron shadow mask B G R caëp ba caùc chaám phosphor R G B maøn hình R: red G: green B: blue vaøng: R + B traéng: R + G + B Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

15. LCD • Màn hình tinh thể lỏng • Ngày càng thông dụng tuy giá thành còn cao • Cấu trúc và cơ chế hoạt động của màn hình LCD Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

16. Các ứng dụng của ĐHMT • Trình bày dữ liệu khoa học: hiển thị dòng không khí xung quanh phi thuyền (science.gmu.edu) Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

17. Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • SuperPaint system: Richard Shoup, Alvy Ray Smith (PARC, 1973-79) • Photoshop Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

18. Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Tạo ảnh giống như ảnh thực (photorealistic image) Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

19. Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Tạo ảnh giống ảnh thực với hiệu ứng đặc biệt Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

20. Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Thiết kế kỹ thuật hỗ trợ bằng máy tính (CAD - Computer-Aided Design): AutoCad, ProEngineer, PSpice Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

21. Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Thiết kế các công trình kiến trúc: HomeDesigner, DestopArchitecture. • Tạo và xem các mô hình xây dựng trên máy tính. Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

22. Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • Game: WarCraft, SimCity, MUOnline, Hugo… • Ví dụ: MultiAnimation trong DirectX 9.0 Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

23. Các ứng dụng của ĐHMT (tt.) • GIS (Geographic Information System): quản lý thông tin dựa trên bản đồ như hệ thống cáp điện, viễn thông, cung cấp nước, cống, … • www.basao.com.vn: tìm nhà hàng, viện bảo tàng, tuyến đường xe bus,… trên bản đồ tp. HCM. • www.multimap.com: tìm nhà trên bản đồ dựa trên số nhà hay postcode ở châu Âu, Mỹ, … Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

24. Các chế độ đồ họa • 2 chiều (2D) • Đơn giản • Cung cấp sẵn trong môi trường sử dụng đồ họa của hệ điều hành Windows/Unix • Thư viện hàm có sẵn trong các ngôn ngữ lập trình thông dụng • 3 chiều (3D) • Phức tạp, chuyên dùng cho các ứng dụng đòi hỏi 3D • 2 bộ thư viện chính: • Direct3D trên Windows • OpenGL trên Windows/Unix Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM

25. Tóm tắt • Nội dung của môn ĐHMT • Mục tiêu và ứng dụng của ĐHMT • Kiến trúc phần cứng/phần mềm đồ họa trên máy tính cá nhân • Các chế độ đồ họa Khoa CNTT - ĐH BK Tp.HCM