Számítógépes grafika

Tartalom

Előszó 7
A könyv DVD mellékletének tartalma és használata 9
I. A SZÁMÍTÓGÉPES GRAFIKA ALAPFOGALMAI ÉS
FELHASZNÁLÁSI TERÜLETEI 11
1. A számítógépes grafika fogalma 11
1.2. Digitális képfeldolgozás 13
12.1. Képfeldolgozás 14
1.2.2. Alakfelismerés 15
1.3. Modellezés a számítógépes grafikában 15
1.4. A grafikus rendszer architektúrája 16
1.5. Képek megjelenítése raszteres képernyőn 19
1.6. Színterek. Színek kódolása 22
1.6.1. Színterek 22
1.6.2. Színkódolás 28
1.7. Rasztergrafikus és vektorgrafikus rendszerek 29
1.8. A számítógépes grafika tipikus felhasználási területei 33
1.8.1. Számítógéppel segített tervezés és gyártás 33
1.8.2. Térképészeti információs rendszerek 34
1.8.3. Grafikus prezentáló 35
1.8.4. Folyamatok felügyeletét segítő számítógépes grafikus rendszerek 33
1.8.5. Szimuláció számítógépes grafikával 36
1.8.6. Filmkészítés számítógépes grafikával 36
1.8.7. Szöveg- és kiadványszerkesztés 38
1.8.8. Virtuális valóság és felhasználása 38
1.8.9. Játékprogramok, interaktív film 42
1.8.10. Fotorealisztikus képábrázolás 43
1.9. Az Internet szerepe a számítógépes grafika fejlődésében 44
Ellenőrző kérdések 47
2. RASZTERGRAFIKA 49
2.1. A rasztergrafika modelltere 49
2.2. A rasztergrafikus modellezés alapjai 51
2.2.1. A Bresenham-algoritmus 51
2-2.2. Anti-aliasing 53
2.2.3. Super-sampling 55
2.3. Rasztergrafikus primitívek 55
2.3.1. Rajzelemek 56
2.3.2. Betűk 57
2.3.2.1. Betűk 58
2.3.2.2. Betűtípusok 61
2.3.2.3. A belük mérete 62
2.4. A rasztergrafikus felhasználói felület 63
2.5. Speciális rasztergrafikus képtípusok 67
2.5.1. Clipartok 67
2.5.2. Sztereograminok 68
2.5.3. Morphing 71
2.6. Raszteres képek tárolása 72
2.6.1. Raszteres képfájlok 72
2.6.2. Képtömörítés 74
2.6.2.1. A redundancia fogalma 74
2.6.2.2. Veszteségmentes tömörítés 75
2.6.2.3. Veszteséges tömörítés 76
2.6.2.4. Képfájltípusok és konvertálásuk 77
Ellenőrző kérdések 80
3. A VEKTORGRAFIKUS MODELLEZÉS 81
3.1. A vektorgrafika modelltere 82
3,1.1. A 2D-s és 3D-s modellterek jellemzői 82
3.1.1.1 A koordináta-rendszer fogalma 82
3.1.1.2. A Descartes koordináta-rendszer 83
3.1.1.3. A világkoordináta-rendszer 84
3.1.2 Görbék és felületek a világkoordináta-rendszerben 84
3-1.2.1. Görbék leírása 84
3-1-2.2. Felületek leírása 86
3.1.3. A modelltér transzformációi 88
3.1.3.1. Koordináta-transzformációk 88
3.1.3.2. Ponttranszformációk 90
3.1.3.3. Affin transzformációk 91
3.1.3.4. Vetítések 93
3.1.3.5. Homogén koordináták 94
3.2. A vektorgrafikus adatbázis 97
3.2.1. A modelltér és a vektorgrafikus adatbázis kapcsolata 97
3.2.2. Vektorgrafikus geometriai objektumok adatbázis adatai 97
3.2.3. A vektorgrafikus objektumok kapcsolatrendszere 98
3.2.4. A vektorgrafikus geometriai objektumokhoz rendelt tulajdonságok 99
3.2.5. A modelltér geometriai objektumaihoz hozzárendelt mennyiségi é»
szervezési információk 99
33. Térbeli görbék és felületek vektorgrafikus modellezése 101
3.3.1 A térbeli görbék és felületek modellezésével szemben támasztott követelmények 102
3.3.1.1. Görbe- és felületmodellezési algoritmusok 102
3.3.1.2. Interpoláció approximáció 103
3.3.2. Polinomok alkalmazása a modellezésben 105
3.3.2.1. Spline-ok 107
3.3.2.2. Az ívdarabok és felületfoltok csatlakoztatása 108
3.3.3. Térbeli görbék modellezése 110
3.3.3.1. Bézier-ívek, a de Casteljau-algoritmus 110
3.3.3.2. B-spline görbék, a Cox-de Boor algoritmus 114
3.3.3.3. Racionális B-spline görbék a NURBS 117
3.3.4. Térbeli felületek modellezése 118
3.3.4.1. Vonalfelületek 119
3.3.4.2. Coon-foltok 119
3.3.4.3. Felületgenerálás pásztázással 120
3.3.4.4. Bézier, B-spline és NURBS felületek 121
4. Geometriai modellező eljárások 124
3.4.1. Huzalváz-modellezés 125
3.4.2. Palástmodellezés 128
3.4.3. Konstruktív tömör testmodellezés 131
3.4.4. Térfogatmodellezés 134
5. Fényforrások modellezése 135
3.5.1. A fényterjedés fizikai alapjai 135
3.5.1.1. Sugárzási teljesítmény 136
3.5.1.2. Kisugárzás-erősség 136
3.5.1.3. Besugárzás-erősség. Lambert-törvényei 137
3.5.1.4. Sugársűrűség 138
3.5.2. Fényforrások típusai 140
3.5.2.1. Szórt háttérvilágítás 140
3.5.2.2. Távoli fényforrások 141
3.5.2.3. Pontszerű fényforrások 141
3.5.2.4. Reflektorfény 142
3.5.2.5. Kiterjedt fényforrások 142
3.6. Önhasonló sokaságok modellezése fraktálokkal 142
3.6.1. A fraktál és fraktálgeometria fogalma 142
3.6.2. Lineáris, nem lineáris és sztochasztikus traktálok 145
3.6.3. Fraktálok alkalmazása a számítógépes grafikában 147
3.7. Mozgó karakterek vektorgrafikus modellezése 149
3.7.1. A karakter és a karaktermodellezés fogalma 149
3.7.2. Karakter létrehozása a 3D modelltérben 150
3.7.3. Karakterek textúrázása 151
3.7.4. Csontváz kinematikai rendszerek 152
3.7.4.1. Forward kinematika 154
3.7.4.2. Inverz kinematika 155
3.7.5. Beborítás vagy bőrözés 155
3.7.6. Mozgatás 156
3.7.6.1. Fázisanimáció 157
3.7.6.2. 3D mozgásrögzítés 157
3.7.6.3. Nemlineáris animáció 158
3.7.7. Arcanimáció 159
3.8. Modellezés a vektorgrafikus felhasználói felületen 160
3.8.1. A koordináta-rendszer használata 160
3.8.2. Műveletek a vektorgrafikus objektumokkal 164
3.8.2.1. Új objektumok létrehozása 164
3.8.2.2. Objektumok másolása, törlése, transzformálása 168
3.8.2.3. Objektumokkal végzett halmazalgebrai műveletek 168
3.8.2.4. Az objektumok közötti strukturális kapcsolatok létesítése
és megszüntetése 169
Ellenőrző kérdések 171
4. A VEKTORGRAFIKUS MEGJELENÍTÉS 175
4.1. A vektorgrafikus megjelenítés lépései, a renderelés 175
4.2. A rendereit képek alaptípusai 178
4.2.1. Huzal vázas ábrázolás 179
4.2.2. Árnyalt megjelenítés 180
4.2.3. Fotorealisztikus megjelenítés 181
4.2.3.1. Térhatású képek előállítása 181
4.2.3.2. Felületek megvilágítása, tükröződés, árnyékok 182
4.2.3.3. Átlátszóság 184
4.3. A képgenerálás folyamata 184
4.4. Felületek sokszögekkel való közelítése, tesszelláció 185
4.5. Ablakozás és kivágás 188
4.5.1. Leképezés a normalizált látótérbe 188
4.5.2. Kivágó algoritmusok 191
4.6. A látható kép meghatározása 193
4.6.1. Előkészítő algoritmusok 194
4.6.1.1. Hátsó felületek eltávolítása 194
4.6.1.2. Befoglaló testek 195
4.6.1.3. Min/max teszt 195
4.6.2. Tárgypontosság-algoritmusok 196
4.6.2.1. Mélységi rendező algoritmusok 196
4.6.2.2. Bináris térfelosztó fák 197
4.6.2.3. Területfelosztó algoritmusok 198
4.6.3. Képpontosság-algoritmusok 199
4.6.3.1. A z-buffer algoritmus 199
4.6.3.2. Scan-line algoritmusok 201
4.6.3.3. Sugárkövetéses algoritmusok 201
4.7. Megvilágítás és árnyalási algoritmusok 202
4.7.1. Megvilágítási modellek 204
4.7.2. Lokális megvilágítási modellek 206
4.7.2.1. Háttérfény (szórt fény) 206
4.7.2.2. Diffúz visszaverődés 206
4.7.2.3. Ideálisan tükröző visszaverődés 207
4.7.2.4. Csillogó (fénylő) fényvisszaverődés 208
4.7.3. Árnyalt megjelenítés lokális megvilágítási algoritmusokkal 210
4.7.3.1. Fiat shading 211
4.7.3.2. Gouraud shading 211
4.7.3.3. Phong shading 212
4.7.4. Globális megvilágítási modellek és árnyalási algoritmusok 213
4.7.4.1. Rekurzív raytracing 214
4.7.4.2. Radiosity 220
4.7.4.3. Photon mapping 222
4.7.5. Árnyékok kezelése 226
4.7.5.1. Árnyékok képzése scan-line algoritmussal 226
4.7.5.2. Árnyéktesteket használó algoritmusok 227
4.7.5.3. Árnyékkezelés z-buffer algoritmussal 227
4.7.6. Textúrák és speciális effektusok 227
4.7.6.1. Textúrák 227
4.7.6.2. Szűrő és képjavító eljárások 230
4.7.6.3. Átlátszóság kezelése 232
4.7.6.4. Objektumok tükröződését kezelő algoritmusok 235
4.7.6.5. Bump mapping 236
4.7.6.6. Köd és füst modellezése 237
Ellenőrző kérdések 238
5. A SZÁMÍTÓGÉPES GRAFIKA SZABVÁNYAI 241
5.1. Rasztergrafikus szabványok 242
5.1.1. A grafikus felhasználói felület szabványa az X-Windows 242
I 5.1.2. Az SRGP 243
5.2. Vektorgrafikus szabványok kialakítása és fejlődése 244
5.3. Az OpenGL 247
5.4. A DirectX és 3D 251
Ellenőrző kérdések 252
6. A GRAFIKUS HARDVER ÉS SZOFTVER 253
6.1. A grafikus rendszer architektúrája 254
6.1.1. A grafikus rendszer felépítése 254
6.1.2. A grafikus hardverelemek alapfeladatai 255
6.1.2.1. Input-output eszközök, háttértárak 255
6.1.2.2. A processzor és a központi memória 256
6.1.2.3. A grafikus kártya 257
6.1.3. A grafikus szoftver felépítése és feladatai 258
6.1.4. A grafikus szoftverek típusai és a rendering pipeline 259
6.2. A hardver grafikus működése 261
6.2.1. A processzor grafikus tulajdonságai 261
6.2.1.1 Az MMX utasításkészlet-bővítés 261
6.2.1.2. Az SSE utasításkészlet-bővítések 262
6.2.1.3. A többszálas, többmagos és a 64 bites processzorok
szerepe a 3D grafikában 264
6.2.2. A grafikus kártya 265
6.2.2.1. A grafikus kártya felépítése és működése 265
6.2.2.2. A 2D és a 3D gyorsítás 267
6.2.3. A grafikus processzor (GPU) felépítése és működése 269
6.2.4. A grafikus sínrendszer 270
6.3. Grafikus programozás OpenGL környezetben, shader programok 271
6.3.1. Az OpenGL alapú grafikus alkalmazásfejlesztési környezet 271
6.3.2. Az OpenGL felhasználása a programozásban 273
6.3.3. A grafikus processzor programozása (vertex és pixel shader) 275
6.3.3.1. A vertex shader 276
6.3.3.2. A pixel shader 277
6.3.3.3. A vertex és pixel shader programozása 277
6.4. A professzionális grafikus szoftverek 278
6.4.1. A 3D Studio MAX 280
6.4.2. Az AutoCAD és kiegészítő programcsomagjai 282
6.4.3. A CorelDRAW 284
6.4.4. Az Adobe Photoshop 285
6.4.5. A Maya 288
6.5. Freeware (nyílt forráskódú) grafikus szoftverek 289
6.5.1. A virtuális valóság modellező nyelve (VRML) 290
6.5.2. APOV-Ray 293
6.5.2.1. A POV-Ray renderelő 293
6.5.2.2. Modellezők a POV-Ray-hez 296
6.5.3. A Blender 298
6.5.4. AGIMP 299
Ellenőrző kérdések 301
Irodalomjegyzék 303
Szószedet 311

Témakörök