Đồ họa máy vi tính - Chương 2

CHƯƠNG 2CÁC ĐỐI TƯỢNG ĐỒ HỌA CƠ SỞBất kì một ảnh mô tả thế giới thực nào bao giờ cũng được cấu trúc từ tập các đối tượng đơn giản hơn. Ví dụ một ảnh thể hiện bài trí của
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đồ họa máy vi tính - Chương 2 CHƯƠNG 2 CÁC ĐỐI TƯỢNG ĐỒ HỌA CƠ SỞBất kì một ảnh mô tả thế giới thực nào bao giờ cũng được cấu trúc từ tập các đốitượng đơn giản hơn. Ví dụ một ảnh thể hiện bài trí của một căn phòng sẽ được cấutrúc từ các đối tượng như cây cảnh, tủ kính, bàn ghế, tường, ánh sáng đèn, … Với cácảnh đồ họa phát sinh bằng máy tính, hình dạng và màu sắc của mỗi đối tượng có thểđược mô tả riêng biệt bằng hai cách : hoặc là bằng dãy các pixel tương ứng hoặc làbằng tập các đối tượng hình học cơ sở như đoạn thẳng hay vùng tô đa giác, … Sau đó,các ảnh sẽ được hiển thị bằng cách nạp các pixel vào vùng đệm khung. Hình 2.1 – Ảnh cánh tay robot được cấu tạo từ các đối tượng đồ họa cơ sởVới các ảnh được mô tả bằng các đối tượng hình học cơ sở, cần phải có một quátrình chuyển các đối tượng này về dạng ma trận các pixel trước. Quá trình này cònđược gọi là quá trình chuyển đổi bằng dòng quét (scan-converting). Bất kì công cụ lậptrình đồ họa nào cũng phải cung cấp các hàm để mô tả một ảnh dưới dạng các đốitượng hình học cơ sở hay còn gọi là các đối tượng đồ họa cơ sở (output primitives) vàcác hàm cho phép kết hợp tập các đối tượng cơ sở để tạo thành đối tượng có cấu trúcphức tạp hơn.Mỗi đối tượng đồ họa cơ sở được mô tả thông qua dữ liệu về tọa độ và các thuộctính của nó, đây chính là thông tin cho biết kiểu cách mà đối tượng được hiển thị. Đốitượng đồ họa cơ sở đơn giản nhất là điểm và đoạn thẳng, ngoài ra còn có đường tròn,và các đường conics, mặt bậc hai, các mặt và đường splines, các vùng tô đa giác, chuỗikí tự, … cũng được xem là các đối tượng đồ họa cơ sở để giúp xây dựng các ảnh phứctạp. Chương này sẽ khảo sát các thuật toán hiển thị các đối tượng đồ họa cơ sở chocác thiết bị hiển thị dạng điểm.Xét về mặt bản chất, các thuật toán này thực hiện quá trình chuyển đổi các đối tượngđồ họa cơ sở được mô tả trong hệ tọa độ thực về dãy các pixel có tọa độ nguyên củathiết bị hiển thị. Có hai yêu cầu đặt ra cho các thuật toán này đó là : Đối tượng được mô tả trong hệ tọa độ thực là đối tượng liên tục, còn đối • tượng trong hệ tọa độ thiết bị là đối tượng rời rạc, do đó bản chất của quá trình chuyển đổi này chính là sự rời rạc hóa và nguyên hóa các đối tượng sao cho có thể xác định các điểm nguyên xấp xỉ đối tượng một cách tốt nhất, thực nhất. Nghĩa là đối tượng hiển thị bằng lưới nguyên trên thiết bị hiển thị phải có hình dạng tương tự như đối tượng trong lưới tọa độ thực và có vẻ liên tục, liền nét. Sự liên tục trên lưới nguyên của thiết bị hiển thị có được do mắt người không thể phân biệt được hai điểm quá gần nhau. Do các đối tượng đồ họa cơ sở là thành phần chính cấu trúc các đối tượng • phức tạp nên các thuật toán hiển thị chúng cần phải được tối ưu hóa về mặt tốc độ, đây chính là điểm mấu chốt cho việc ra đời các thuật toán khác nhau. Hình 2.2 – Quá trình chuyển đổi một đoạn thẳng về dãy các pixel tương ứng1. CÁC ĐỐI TƯỢNG ĐỒ HỌA CƠ SỞ1.1. Hệ tọa độ thế giới thực và hệ tọa độ thiết bị 1.1.1. Hệ tọa độ thế giới thựcHệ tọa độ thế giới thực (hay hệ tọa độ thực) là hệ tọa độ được dùng mô tả các đốitượng thế giới thực. Một trong các hệ tọa độ thực thường được dùng nhất đó là hệtọa độ Descartes. Với hệ tọa độ này, bất kì một điểm nào trong mặt phẳng cũng đượcmô tả bằng một cặp tọa độ (x, y) trong đó x, y Î R. Gốc tọa độ là điểm O có tọa độ (0,0). Các trục tọa độ có chiều dương được quy ước như hình 2.3; Ox, Oy lần lượt đượcgọi là trục hoành, trục tung; x là khoảng cách từ điểm đến trục hoành hay còn đượcgọi là hoành độ, y là khoảng cách từ điểm đến trục tung hay còn được gọi là tung độ.Các tọa độ thế giới thực cho phép người dùng sử dụng bất kì một thứ nguyên(dimension) quy ước như foot, cm, mm, km, inch, ... nào và có thể lớn nhỏ tùy ý. 1.1.2. Hệ tọa độ thiết bịHệ tọa độ thiết bị là hệ tọa độ được dùng bởi một thiết bị xuất cụ thể nào đó nhưmáy in, màn hình, ... Đặc điểm chung của các hệ tọa độ thiết bị đó là : Các điểm trong hệ tọa độ thiết bị cũng được mô tả bởi một cặp tọa độ (x, y), • tuy nhiên điểm khác với hệ tọa độ thực là x, y Î N. Điều này cho thấy các điểm trong hệ tọa độ thực được định nghĩa liên tục, còn các điểm trong các hệ tọa độ thiết bị là rời rạc do tính chất của tập các số tự nhiên. Các tọa độ x, y của hệ tọa độ thiết bị không thể lớn tùy ý mà đều bị giới hạn • trong một khoảng nào đó. Một số thiết bị chỉ cho x chạy trong đoạn[0,639], y chạy trong đoạn [0,479]. Khoảng giới hạn các tọa độ x, y là khác nhau đối với từng loại thiết bị khác nhau. Hình 2.3 – Hệ tọa độ thực (a) và hệ tọa độ thiết bị (b)Hệ tọa độ với các hướng của các trục tọa độ như trên còn được gọi là hệ tọa độ theoquy ước bàn tay phải.Ngoài ra do cách tổ chức bộ nhớ ...