Informatika | Grafika » Számítógépes grafika tételek, 2003

1. Alapfogalmak -Generatív számítógépes grafika, képfeldolgozás, képelemzés A generatív számítógépes grafika a képi információ tartalmára vonatkozó képleírási adatok (és nem a kép) alapján, algoritmusokkal állít elő, pl. a monitor képernyőjén megjeleníthető képeket. A képleírások valamilyen szabályrendszer (szintaxis) szerint határozzák meg a grafikus objektumokat. A számítógépes grafika alatt a két-(2D) és három-(3D) dimenziós grafikus objektumok számítógépes generálását, tárolását, feldolgozását és megjelenítését értjük. Digitális képfeldolgozás: mindazon számítógépes eljárások, és módszerek összességét jelenti, melyekkel a számítógépen tárolt képek minőségét valamilyen szempont szerint javítani lehet (pl. élek kiemelése) és ez által továbbfeldolgozásra alkalmasabbá válnak. A képfeldolgozó rendszerek a képet generálják, hanem inputként kapják (pl.: digitalizált fotók,

mesterséges hold felvételek, formájában. A képfeldolgozás alapegysége a raszteres kép, mely n x m képpontból (pixelből) áll. A képpontokat szürkeség, vagy színinformációkkal jellemezzük, ezek együttese alkotja a képadatokat. A számítógépes alakfelismeréssel a raszteres képeken lévő grafikus objektumok azonosítását végezzük el. (pl: egy város műhold által felvett képén az egyes utcák és ezek kereszteződéseinek megállapítása.) Ezekkel a bonyolult matematikai eljárásokkal kinyerjük a raszteres képből a képleíráshoz szükséges lényegi információkat. Az alakfelismerés és a képfeldolgozás módszereinek és eljárásainak együttesét nevezzük digitális képfeldolgozásnak. Képelemzés: grafikai képleírás – képfeldolgozás valamilyen algoritmus alapján és abból nem képi információt kapunk (pl.: szkennelés) -Rasztergrafika, vektorgrafika Rasztergrafika: pixelekből álló képet téroljuk,csak a kép kereshető

vissza, a képen található objektumok nem. (a nagyításnál a kép eltorzul) a raszteres = képpontokból (pixelekből = picture element) álló képet generáló és feldolgozó rendszereket, melyeknél a képi információ csak képenként kereshető vissza, és a kép tartalma csak a teljes kép felülírásával módosítható, rasztergrafikus rendszereknek nevezzük. Ezekkel viszonylag egyszerű objektumokat (négyzet, kör,) meg lehet jeleníteni képen, és szabadkézi rajzokat is előállíthatunk. A fő probléma ,hogy nem lehet egyszerű módon műveletet végezni(szerkesztés, nagyítás,). Nagyításkor a kép eltorzul ezt az okozza, hogy a rasztergrafikusrendszerek nagyítása az eredeti kép egy pixelje helyett annak többszörösét jeleníti meg (pl.: 10x nagyításnál 1 pixel helyett 100 képpontot, de az eredeti képpont formájában). Vektorgrafika: az objektumokat önállóan tároljuk, ezek egyedileg is visszakereshetők. (a nagyításnál a kép nem torzul

el) a grafikus objektumokat egy lebegőpontos világkoordináta – rendszerben modellezik – vektorgrafikus rendszereknek nevezzük. Objektum, világ, nézet és megjelenítési koordináta – rendszerekben írjuk le a grafikus objektumokat. -Grafikus rendszerek architektúrája: felhasználói program, grafikus programcsomag, grafikus hardver Egy grafikus rendszer 3 főrészből áll: 1. alkalmazásspecifikus felhasználói programrendszerből (CAD rendszer, térképészeti rendszer, stb.) 2. szabványosított grafikus programcsomagból (graphic software system)/pl: GKS, PHIGS, OpenGL, 3. grafikus hardverből (pl: monitorvezérlőkártya, monitor) Az egyes rendszerrészeket szabványos interfészek (csatolók) kapcsolják össze, ami által az egyes rendszeregységeket (pl.: újabb verziójú szoftver, vagy fejlettebb periféria) úgy tudjuk lecserélni, hogy a többi komponenst nem kell megváltoztatni. Ezek a csatolók a következők: - felhasználói programcsatoló API

(application program interface) Ez a grafikus programcsomag és a felhasználói programrendszer között helyezkedik el és általában az is biztosítja, hogy a grafikus programcsomaggal különböző programnyelven tartsanak kapcsolatot a felhasználói programok. - hardvercsatoló (device interface) Ezen keresztül tartja a kapcsolatot a grafikus programcsomag egy-egy konkrét perifériával. Ide tartoznak a különféle eszközmeghajtók (device driver) és a BIOS megfelelő része (video ROM-BIOS). - GUI (Graphical User Interface) A grafikus rendszerrel a felhasználó egy szabványos grafikus felületen tarthat kapcsolatot – ez a GUI. A ’80-as évek második felében vált szabvánnyá (1985 WINDOWS, X11 és XWINDOWS 1987). A grafikus rendszer egyes részegységei feladatkörüknek megfelelő típusú és struktúrájú adatokat kezelnek: - A felhasználói programrendszer ún. modelladatokat dolgoz fel: Ilyenek a grafikus objektum típusa (pl.: kör), a grafikus objektum

nagysága (sugara 5 cm), a grafikus objektumok helye (középpontja x=0, y=0, z=0 pontban) és egyéb jellemzői. Emellett a modelladatok strukturális jellegűek is lehetnek (pl.: egy objektum más objektumokkal csoportot képez, egy objektum része egy másiknak stb.) - A grafikus programcsomag a képet saját rendszerében kezelt grafikus objektumokból állítja elő. A legkisebb, a grafikus programcsomag által már további részekre nem bontható elemi grafikus objektumokat primitíveknek nevezzük. A grafikus programcsomag primitívekből állítja elő a komplexebb objektumokat. Példák primitívekre: - 3D vektorgrafikában egy térbeli egyenes szakasz, - rasztergrafikában egy kör. A geometriai primitívek mellett a grafikus programcsomagok szöveges primitíveket is tartalmazhatnak. A grafikus programcsomag az általa kezelt objektumokkal meghatározott műveleteket is képes elvégezni pl.: egy újabb objektum előállítása, objektum transzformálása (pl.:

forgatás), objektumok átstrukturálása stb - A grafikus perifériák a raszterpontokra vonatkozó kétdimenziós memóriaterület adatait (frame buffer) jelenítik meg, melynek méretét a képernyő felbontása határozza meg. (A raszterpontokat egy kétdimenziós egészértékű koordináta- rendszerben lehet kezelni, pl.: egy „move and draw” utasítás fixpontos koordináta értékek listájával kerül értelmezésre.) A képernyőn történő megjelenítéshez a felhasználói programrendszer modelladatait először a grafikus programcsomag primitívjeiből felépített objektumokká, majd raszteres képpé kell transzformálni. 1. felhasználói programrendszer adatstruktúrája 2. grafikus programcsomag adatstruktúrája 3. grafikus periféria adatstruktúrája =>megjelenített kép A transzformációk során a grafikus struktúra információk egy része elveszik. A felhasználói programrendszer pontos kördefiníciója a grafikus programcsomag már egy egyenes

szakaszokból álló poligont készít, ebből a megjelenítéskor már csak pixelhalmaz marad. (Strukturális információ veszteség amegjelenitéskor) A számítógépes grafika tipikus felhasználási területei: CAD/CAM számítógéppel segített fejlesztés és gyártás (Computer Aided Design and Manufacturing) A CAD/CAM rendszerek jelentős szerephez jutnak az autó- és repülőgépgyártásban, az elektronikus áramkörök (VLSI technológia) és a számítógépek tervezésében és gyártásában. Másik jellemző felhasználási területe az építészet. A CAD/CAM rendszerek elterjedése, hatékonyságuk a következőkkel magyarázható: - a minőségi szellemi munkát, jelentő tervezést mentesítik az automatizálható rutin feladatoktól, - a tervek módosítása e rendszerekkel, jóval kisebb ráfordítással, kevesebb hibával elvégezhető, - nem kell költséges prototípusokat megépíteni, a tervek szimulációval tesztelhetők, - az újabb CAD rendszerek

lehetővé teszik a megtervezett objektumok valósághű, foto minőségű megjelenítését (pl.: a megrendelő 3D szimulációval bejárhat – megnézhet - egy megtervezett házat, az épület valós természeti környezetben is elhelyezhető. GIS (Geographical Information System) Térképészeti Információs Rendszer A térképek számítógépes feldolgozáson alapuló információs rendszere. Ezek raszteres, vagy vektoros térképadatokat dolgoznak fel, és ezeket összekapcsolják más adat bázisokkal pl.: - egy város elektromos, gáz, közlekedési hálózatának nyilvántartása grafikával előállított térkép segítségével. - a rendőrség bevetési irányítási rendszere, mely biztosítja a rendőrjárőr kocsik helyzetének real – time nyilvántartását, vektoros térképpel összekapcsolva lehetővé teszi minden védendő objektumhoz egy bevetési terv hozzárendelését, a menekülési útvonalak lezárását. Prezentáció = Business Graphics (Power Point

-> diavetítés) Az üzletéletben, a tudományban és a közigazgatásban célszerű olyan grafikus rendszereket alkalmazni, melyek képesek meghatározott tendenciákat, összefüggéseket grafikus ábrákon is bemutatni (hisztogramok, diagramok, stb.), mert az ember gyorsabban képes felfogni a vizuális információkat és így a döntéshozatal felgyorsulhat.(Ez fontos része a Vezetési Információs Rendszereknek.) Felügyeleti rendszerek A számítógéppel vezérelt folyamatokról az érzékelők a különböző mérési eredmények igen nagy számát továbbítják a felügyeleti központba (erőmű vezérlőterme, közlekedésirányítás, komplex távfeldolgozó hálózat menedzselő központja, stb.) A kezelőszemélyzet megfelelő grafikus kijelzéssel is érzékeli az eseményeket (villogás, piros szín, stb.) és ezáltal gyors beavatkozásra lesz képes Szimuláció A valóságos helyzet utánzata. Alkalmazása: - repülőgép és űrhajószimultorok a pilóták

oktatására, - autóvezetők felkészítése a jeges útviszonyokra, - nagyon gyors folyamatok modellezése (kémiai reakció bemutatása), - katonai törzsvezetési gyakorlatok, a harci események számítógépes szimulálása és grafikus megjelenítése, - katasztrófahelyzetek számítógépes szimulálása, az elhárításban részt vevő egységek kiképzése céljából, - időjárás előrejelzés készítése számítógépes szimulációval és a légköri mozgások megjelenítése a számítógépes térképen. A szimulációhoz készített számítógépes animáció modern változata a számítógépes trükköknek. Ezek teljes értékű számítógéppel készített szintetikus filmek, melyekben a mozgás megjelenítése azonos a kamerával felvettekkel. Felhasználási területe pl.: - multimédiás oktatófilmek, - reklámfilmkészítés, - SCI – FI filmkészítés (Terminátor II,) - WEB-lapok díszítése, - prezentációkészítés, stb. Kiadványszerkesztés

(DTP) a számítógéppel segített nyomdai kiadványszerkesztésben is szerephez jut a számítógépes grafika. Alkalmazása: speciális képek előállítása, különleges betűtípusok, emblémák, logok és reklámgrafikák elkészítése jellemző. Virtuális valóság (a valóság érzetét kelti, segít a begyakorlásban) (Virtuális eszközök: sisak, kesztyű,) Elképzelt, vagy méretük, illetve távolságuk miatt láthatatlan, veszélyességük miatt megközelíthetetlen világok valósághű, interaktív modellezését és megjelenítését értjük számítógépen. -veszélyes szituációkra való kiképzés (pl.: repülőgép baleset), -valósághű számítógépes játékok, -filmgyártásban való felhasználás, -tervek (ház) valósághű bemutatása 3d virtuális bejárással. A fejlesztők célja az ember összes érzékszervére hatni képes virtuális valóság megjelenítő eszköz kifejlesztése. Fotorealisztikus ábrázolás ~a számítógépes grafikával

generált képet nem lehet megkülönböztetni a fénykép vagy videó-felvételtől. (Corel Draw rajzolóprogrammal való kép készítés) Grafikus hardver Hardver követelmények: processzor, busz, memória, háttértár -processzor: Ha képeket, illetve mozgóképeket akarunk feldolgozni, akkor a processzornak multimédiás képességgel kell rendelkeznie. Az MMX processzorok fejlesztésének célja, hogy a hardver képes legyen a multimédia igényeit kiszolgálni. A processzorok utasítás készletét 48 MMX utasítással bővítették, melyekkel MMX adattípusokat: - packed byte = nyolc 8-bites adat, - packed word = négy 16-bites adat, - packed doubleword = két 32-bites adat, - quadraword = egy 64-bites adat lehet feldolgozni. Ezek a processzorok képesek egy utasítással vektoros műveleteket végrehajtani - SIMD (Single Instruction Stream Multiple Data Stream) architektúrájúak. MMX kompatibilis processzorok: P2, AMD K6, CYRIX6x86, IDT Centaur C6+. Az MMX processzorok

csak a multimédiás képfeldolgozást gyorsítják és ezt is csak akkor, ha a megfelelő grafikus szoftvert optimalizálták az MMX utasításkészletére – jelentőségük a raszteres képfeldolgozásra korlátozódik (kivétel AMD K6 processzor utasításkészlete az MMX mellet 21 további utasítást tartalmaz a 3D-s transzformációkhoz). A P3 utasításkészletét kifejezetten a számítógépes grafika igényei szerint bővítették: -50 új lebegőpontos SIMD utasítás, -12 új multimédiás utasítás, - 8 új cashe-tár kezelő utasítás. Ez jelentősen gyorsíthatja a számítógépes grafika egyes alkalmazásait a 3D-s vektoros műveletek hardver szintű végrehajtásával. A P3 előnyeit akkor lehet igazán kihasználni, ha az új processzor utasításkészletét az op. rendszerek és a grafikus programcsomagok is alkalmazzák. -busz A képi információk, (pl.: textúrák) adatátviteli igénye miatt meg kellet növelni a számítógépek buszának sebességét. Ezt

a grafika mellett a nagy adat mennyiséget feldolgozó I/O eszközök (nagyfelbontású nyomtató, videokamera) terjedése tette szükségessé. Az új busztípusok a szabványosítás és felhasználóbarátság (plug & play) követelményeinek is jobban megfelel: -USB (univerzális soros busz): szabványos csatlakozó aljzat és összeköttetés, amely a billentyűzet csatlakozót, az egércsatlakozót, a soros és párhuzamos portot egyetlen nagysebességű, soros átvitelt biztosító összeköttetéssel helyettesíti. Tulajdonságai: -12 Mbit/sec átviteli sebesség, -maximum 127 USB eszköz kiszolgálása, -soros adatátvitel, -elvileg sorosan felfűzhetők (csak, ha 2 kaput tartalmaznak), -lehetővé teszi a plug and play perifériatelepítést, -az eszközök tápellátása USB kábelen keresztül lehetséges. -firewire = IEEE-1394-es szabvány Létrejöttének oka, hogy a multimédiában és grafikában egyre nagyobb szerephez jutnak a közepes teljesítményű

perifériák: videokamerák, nagyfelbontású nyomtatók, nagykapacitású streamerek. A FIREWIRE jellemzői: -átvitali teljesítmény 400 Mbit/sec, -max. 16 eszköz kezelését teszi lehetővé, - a plug and play telepítést támogatja. -gyorsított grafikus interfész AGP (Accelerated Graphics Port) közvetlen összeköttetéssel 266, illetve 533 Mbyte/sec átviteli sebességet biztosít a grafikus kártya és a főtár RAM között (1x, 2x, 4x, AGP). 2x-es AGP esetén az új sín átviteli teljesítménye kb. kétszerese a PCUI sínének Az AGP a grafikus rendszerek teljesítményét azzal is növeli, hogy ez a busz kizárólagosan csak a grafikus információk átvitelére szolgál. AGP alkalmazáshoz a RAM-ból természetesen megfelelő mennyiségű memóriát rezerválni kell. Ez a grafikus hardvertől, és az alkalmazástól függően 24-64 Mbyte is lehet (sőt több is). Ez tovább növeli a grafikus programcsomagok egyébként is jelentős memóriaigényét. -memória A

grafikus szoftverrendszerek hatékony és elfogadható sebességgel történő működtetésében meghatározó a memóriaigény: - grafikus szoftverek futtatásához házi használat esetén ~ 16-32 Mbyte RAM szükséges - professzionális alkalmazásokhoz a központi memóriaigény legalább 64-128 Mbyte. Grafikus adatfeldolgozáshoz a SDRAM, vagy DDRRAM a legmegfelelőbb. A gyors renderelés miatt töltenek be fontos szerepet a grafikus kártyák memóriái,ezek töltik be a frame buffer szerepét,kétportosak,azaz egyidejűleg a grafikus processzorral és a monitor vezérlését ellátó digitális analóg konverterrel, a RAMDAC-al is képesek kommunikálni. -háttértárak A mágneses vagy optikai jelrögzítést alkalmazó háttértárakat adattárolásra, mentésre, és továbbításra használjuk. Figyelembe veendő eszközök: -merevlemez (winchester) 2-20-120 Gb kapacitással, -CD-ROM, lemezenként 650-700-800 Mb kapacitással, -CD-RW (írható-olvasható CD), -DVD-ROM,

lemezenként 18,8 Gb kapacitással, -DVD-RAM (írható-olvasható DVD). Monitor, videokártya -monitor A számítógépes grafikában a legfontosabb eszköz. Legfontosabb paraméterei: - a monitor felbontása. Megadja a raszteres képen megjeleníthető pixelek számát. Pl.: 800x600 felbontás esetén a kép 800 pixelsorból és 600 pixeloszlopból, azaz összesen 480.000 képpontból áll, a professzionális grafika ennél nagyobb felbontású monitort igényel: 1024x768, 1280x1024, 1600x1200, stb. -a monitor képátmérője A grafikus kép észlelésében van szerepe. Professzionális alkalmazások esetén min 17” képátmérőjű monitort kell alkalmazni.(17” = 432mm) A képpont átmérő adja meg a képernyőn beszínezhető pontok (pixelek) nagyságát, ez függ a képernyő méretétől és a felbontástól. -videosávszélesség: Az elektronika állapotváltozásainak max. számát adja meg másodpercenként (meghatározza a másodpercenként kirajzolható pixelek

számát). -képfrissítési frekvencia (az előzővel összefüggő adat) A másodpercenként kirajzolt teljes képernyők számát adja meg. Ha ez túl alacsony a kép villog és nagyon fárasztja a szemet, célszerű 75 Hz-nél nagyobb képfrissítési frekvenciájú monitort választani. -a monitorok interacle (váltott soros-a TV is így működik /az egyik frissítési lépésnél csak az 1., 3, 5, , stb majd a következő ütemben a 2, 4, 6, , stb pixelsort rajzolják ki), vagy non-interacle (folyamatos) képkirajzolással működnek. Célszerű non-interacle monitort választani. -videokártya A fotorealisztikus megjelenítés és a 3D-s virtuális valóságok (pc-s játékok) igénye hozta létre. Teljesítményét frame/sec (FPS)-ben mérjük, mely a másodpercenkénti teljes raszteres képernyő megjelenítések számát jelenti. A műszaki paraméterek mellett a teljesítmény meghatározói a driverek (a gyártók WEB-lapjáról letölthetők). A 3D-s gyorsítók

teljesítményét a másodpercenként kirajzolt háromszögek számával szokták jellemezni. Felépítésük: -pufferek (AGP, PCI) biztosítják a kapcsolatot az AGP és PCI sínekkel, -a video ROM általában a video ROM BIOS-t tartalmazza (karaktergenerátor is), -a grafikus processzorok vezérlik a frame buffer feltöltését, ezek a chipek grafikus alapon egyre több grafikus algoritmust is realizálnak, -a RAMDAC a képernyőn történő megjelenéshez szükséges digitális – analóg konverziót végzi, azaz a frame bufferben tárolt digitális pixelinformációkat átalakítja az elektronágyúkat vezérlő analóg jelekké, -a kártya videoanalizáló egységének feladata a RAMDAC-éval fordított: a videokábelen érkező analóg jeleket digitalizálja. A 2D-s, 3D-s gyorsító chipek a processzor tehermentesítése érdekében alakultak ki. Egy „korszerű” grafikus kártyát a következő tulajdonságok jellemzik (a műszaki paraméterek fejlődése rendkívül

felgyorsult!): - Multitextúrakezelés (250 millió pixel/sec) - Bump-mapping (125 millió pixel/sec) - Anisotrop filtering (125 millió pixel/sec) - z-buffer (32 bit) - max.textúra nagyság (2048x2048) - max.felbontás (2048x1536) - busz csatlakozás (PCI, AGP 4x) - max.memória kiépítés (32 Mbyte) - gyártás technológia (0,25 µ) - RAMDAC teljesítménye (350 MHz) - API támogatás (Open GL, Direct 3D) - Op.rendszer támogatás (Win 9x, NT, XP; Linux, ) - Egyebek (pl.: enviroment, mapping textúra tömörítés, dualis pipeline, stb Ezek biztosítják felhasználói szempontból a bonyolult jeleneteket tartalmazó grafikus animációk élethű, filmszerű megjelenítését. Egyéb grafikus kiviteli eszközök -Nyomtatók Típusai: - tintasugaras nyomtató, - laser nyomtató, - hőnyomtató. -Nyomdai levilágítók Plotterek (vektorgrafikus rajzgépek) Típusai: - tollplotterek (síkplotter, dobplotter), - elektrosztatikus plotterek. -Hálózat. Grafikus adatbeviteli

perifériák Az ember-gép kapcsolatát biztosító input eszközök két alapvető típusba sorolhatók: Relatív koordinátás eszközök: - egér, hanyattegér (track ball), - joystick, - touchpad, - fényceruza. Ezek relatív helyzete határozza meg a grafikus rendszerrel közölt koordinátaértékeket. A relatív koordinátás eszközöket és a tablettet ,mivel ezekkel pozicionális adatokat közlünk a grafikus rendszerrel, lokátoroknak is nevezik. Abszolút koordinátás eszközökkel - tablett (digitális tábla)-tel, - és a klaviatúrával (billentyűzet) közvetlenül tudunk koordináta értéjeket megadni a vektorgrafikus rendszernek. Képbeviteli eszköz lehet még: - szkenner, - CD olvasó, - digitális kamera és a digitális fényképezőgép, - videobemenet, - hálózat (pl.: csoportmunka esetén egy LAN, vagy az INTERNET) 3. Grafikai szoftverek Pixelgrafika – Adobe Photoshop (kb. 7-es verziónál tartunk) Nyomdai munkában, kiadványszerkesztésben (vizuális

adatok, képek kezelése) használt a szakma szerint legsokoldalúbb raszteres képfeldolgozó program. Lehetőségei: - a szokásos színterek (RGB, CMYK, HSB) mellett beépített színmintákat knál a nyomdai festékgyártók színkódjai alapján, - 0-255 közötti értékkel megadható a kontraszt, - színnyomatok készítése (CMYK color separation – color plate), - nyomdai képelőkészítés kalibrációja, - raszteres képek részeit kijelölhetjük és önállóan módosíthatjuk a képrészek jellemzőit, - kép manipuláció és speciális effektusok előállítása (filterek segítségével), - layerek alkalmazása (izzás, domborítás, stb.) Vektorgrafika – Corel Draw (kb. 11-es verziónál tartunk) Rajzoló, illusztrációkészítő program, eredetileg 2D-s vektoros rajzoló program volt, most kb. a következőket tartalmazza a programcsomag: - Corel Draw: vektoros illusztrációs és szerkesztő-rajzolóprogram, - Corel PHOTO-PAINT: raszteres képszerkesztő

program, - Font Navigattor: fontkezelő program, - Corel TRACE: vektorizáló program, - Corel TEXTURE: procedurális textúra generátor, - Speciális effektusok (twister, Drop Shadow, ), - Képek INTERNET kompatibilis előállítása (HTML forma, GIF, JPEG vagy Java program) - IXLA csatoló a digitális kamera képek fogadására, - Batch processing lehetősége (animáció,képek sorozatán végrehajtott módosítás), - ~25000 clipart és szimbólum, - ~1000 Type1 és True Type font, - ~1000 nagyfelbontású fotó. Készítőinek törekvése a gyors és felhasználóbarát grafika készítése. Konfiguráció igénye hatalmas! 3D – AutoCAD, Animáció -3DS MAX AutoCAD Élen áll a PC alapú CAD tervező programcsomagok piacán. Kezdetben 2D-s műszaki rajzok elkészítésére fejlesztették, ma teljes körűen támogatja a 3D-s modellezést és eszközöket biztosít a tervek rendereléséhez is. Lehetőség van a tervek vizuális bemutatására a megrendelőnek - a terv

módosítása esetén rövid idő alatt képen is be tudja mutatni a változtatás kihatásait. Fő felhasználási területe: építészeti, belső építészeti (Architectural Desktop) és gépészeti (Mechanical Desktop) tervezés, de alkalmazzák elektronikus áramkörtervezésben vagy a térképészetben is. 3D Studio MAX Animációs film és videokészítésben alkalmazzák. Fejlesztő készlete és dokumentációja publikus C programnyelven saját kiegészító modulokat fejleszthetünk. A programcsomaggal realisztikus animációs film készíthető. Az OpenGL és Direct 3D API-kat támogatja, az Adobe Photoshop-hoz plug-in filtert rendelkezésre áll. A 3DS MAX programcsomaggal előállított kép RadioRay eljárással renderelt. Internet: VRML (Virtual Reality Modeling Language) a virtuális valóság modellező nyelve Virtuális valóság: a számítógépen létrehozott mesterséges 3 dimenziós világ, melyet a felhasználó bejárhat, felfedezhet, valóságosként

érzékelhet. VRLM 1.0 verziója ’95-ben vált szabvánnyá, mellyel térgeometriai objektumokat definiálhatunk (pl.: kockák, kúpok, gömbök, stb) egy ASCII szövegfájlban megadva a térbeli koordinátáit és jellemzőit (szín, méret, stb.) a VRLM fájlok kiterjesztése wrl A VRLM nyelv az alakzatok színeit RGB alapszínek keverésével állítja elő. Pl.: - kocka definiálása # VRML V1.0 ascii Separator { # A főblokk Cube {} #Alapértelmezett kocka} # A főblokk <<vége>> - zöld szín definiálása: Material { diffuseColor 0 1 0 # zöld } A virtuális térben lámpákat (fényforrások) és kamerákat (3D-s nézőpont) is meghatározhatunk, lehetőség van az objektumok affin transzformálására. A séta azt jelenti, hogy egy lejátszó program segítségével bejárhatjuk a 3D-s modelteret. Virtuális térbeli helyzetünket – nézőpontunkat – interaktív módon (pl.: egérrel) folyamatosan vezéreljük, a lejátszó program a térhatású képet

helyzetünknek megfelelően folyamatosan a képernyőn kirajzolja. A VRLM 10 lejátszó programja az internet böngészőkbe standard módon be van építve (LIVE 3D). ’96-ban megjelent a VRLM2 további lehetőségekkel (lejátszó programja: COSMO PLAYER): Avirtuális térben - szenzorok elhelyezése, - valós fizikai viszonyok modellezése (gravitáció, repülés, stb.), - VRLM fájlban hangforrások elhelyezése, melyet a lejátszó program sztereo hanghatásokkal visszaad, - ütközések modellezése, (át nem járható tárgyak is létezhetnek), - a virtuális teret 3D-s effektusokkal is felruházhatjuk (speciális textúrák, köd, ). Megközelítve a fotorealisztikus ábrázolást. Felhasználási területek: - 3D-s internetes honlapok, - játékok, filmek készítése, - vészhelyzetek szimulációjával kapcsolatos oktatásban. 1997-ben ISO/IEC 14772 internetes multimédia szabványa a VRLM . (’98- VRLM –NG projekt fejlesztés). 4. Rasztergrafika A raszteres kép

felépítése, színábrázolás - felépítése A képpontokból (pixel) feépülő képet raszteres képnek nevezzük –ezek számítógépes feldolgozása a rasztergrafika. A pixel (picture element) = a kép elemi, tovább fel nem bontható része. Ha a képpontok elég sűrűn helyezkednek el gyorsan frissítik a képpontokat, szemünkkel nem pontokat hanem összefüggő képet látunk.(ennek ellenére a képernyőn két látszólag egymást egy pontban metsző egyenesnek egy vagy több közös képpontja is lehet, de az is előfordulhat, hogy nincs közös képpontjuk). A geometria szabályai szerint szerkesztésre nincs lehetőség - színábrázolás (színkezelés) A megjeleníthető színek mennyisége alapján 4 fajta raszteres képtípust különböztethetünk meg: - bittérképes képek (bitmapped image), Minden egyes képponthoz tartozó színinformációkat 1 biten (1=fekete, 0=fehér) kódoljuk, ezek a képek fekete-fehérek. - szürkeárnyalatú képek (grayscale

image), Képpontonként 8 biten kódolva – 256 féle fekete-fehér átmeneti színt tartalmazhat. (Egy igazolványképnek megfelelő lehet.) - színpalettával indexelt képek (indexed color image), Pixeljeihez egy színindex értéket rendelünk hozzá, mely 256 elemű színtáblázatra hivatkozik, melyet paletta-nak nevezünk. A színpaletta minden 8 bites indexe egy konkrét színárnyalatot határoz meg egy pixel számára. Képenként külön színpalettával indexálhatunk -valódi színezetű képek (true color image). A színtér alapszíneinek megfelelő színcsatornánként adjuk meg az alapszínek intenzitását. Ez RGB vagy CMY színtér esetén 3x8 = 24 bit, CMYK színtér esetén 4x8 = 32 bit megadását jelenti. (pl: RGB alapszín intenzitások keverésével 2ⁿ (n=24), azaz több mint 16 millió (16 777 216) színárnyalatot tudunk megkülönböztetni. Rasztergrafikai algoritmusok - Bresenham (középpontos vonal) algoritmus Ezt az eljárást az egyenesen mutatjuk,

de alkalmazható görbe vonalak rajzolására is. Lényege: a raszteres képen „oszlopirányban” haladva minden égész értékű „x” – pontban a matematikai egyeneshez függőlegesen legközelebbi pontot választjuk. Antialaising (átlagolás, élmosás) ~élsímítási eljárás (ferde egyeneseknél). A vonal melletti és a vonal szélein lévő pixelek színét átlagolják, ezzel a vonalat tulajdonképpen egy téglalappal közelítik. - Supersampling (túlmintavételezés) ~élsímítási eljárás. Az éleken elhelyezkedő pixeleket felbontják 4x4 = 16 db további részre, subpixelre, ez azt jelenti, hogy a raszteres képpontokat elvileg egy nagyobb felbontásnak megfelelően számítjuk ki, ezt követően egy megjelenített pixel színe vagy szürkeségárnyalata a hozzátartozó részpixelekhez rendelt értékek összeadásával kerül kiszámításra. Képjavítás, szegmentálás, osztályozás, alakfelismerés - Képjavítás A képfelvétel során és a

digitalizáló berendezések minőségi paraméterei miatt zajok, torzulások léphetnek fel. A negatív hatásokat képjavító eljárásokkal próbálhatjuk meg csökkenteni.(Világoskód transzformáció: a nem megfelelő megvilágításból és az érzékelő eszköz műszaki korlátaiból adódó fényfeszteségből fakadó kontrasztszegénységet próbálhatjuk kiküszöbölni. Zajelnyomás: a képpontok véletlenszerű megváltozásából adódó hibák kiküszöbölése. Élkiemelés: a képen található objektumok határainak elmosódottságának kiküszöbölése /ez segíti az alakfelismerést – kontúrlátás/) - Szegmentálás Mindazok az eljárások,melyek lehetővé teszik, hogy számítógépes algoritmusokkal a képen lévő fontos objektumokat a kevéssé fontosaktól (pl.: háttér) elkülönítsük Elvi modeljük: *az objektumok lényeges tulajdonságait sajátság vektorokkal fejezzük ki, *döntésfüggvények alkotása és ezzel kiértékelni a képpontok

sajátság vektorait és meghatározni, hogy egy képpontot melyik objektumhoz kell besorolni. A szegmentálás 2 alapesete: 1. foltkeresés, 2 élkeresés - Osztályozás A képen lévő alakzatok osztályozásának célja a kép (illetve részeinek) számítógépes felismerése. Ehhez ún alakfelismerési algoritmusok szükségesek - Alakfelismerés 2 fő típusa 1. mintaalakzatokhoz való hasonlóság eldöntését segítő algoritmus, 2. klaszterezési algoritmusok ( a képelemek osztályba sorolását valószínűség számítással végzik el. Speciális osztályozási lehetőséget ad a textúraelemzés – a kép mikrostruktúrájának vizsgálata. A textúrát vagy mikrostruktúrát elemzésekkel a következő kategóriákba sorolhatjuk: - ismétlődő vagy azonos mintázat, - statisztikusan ismétlődő (lényegét tekintve azonos) mintázat (pl.: fraktál), - véletlenszerűen eltérő mintázat (a textúrában nem lelhető fel szabályszerűség). Ennek eredményét

fel lehet használni a képen lévő objektumok azonosítására. Képtömörítés; kódolási -, képi-, pszihovizuális redundancia; veszteségmentes tömörítés, veszteséges tömörítés A számítógépes képek tömörítését a redundanciák(„terjengősség” a minimálisan szükséges információt kifejező jeleken túlmenően sok felesleges jelet is tartalmaz) teszik lehetővé és szükségessé. 1. kódolási redundancia: Pl.: a fekete – fehér képpontok ábrázolásához 8 bitet azaz 1 byte-ot használunk fel 2. képi redundancia: - ha nagy kiterjedésű azonos színű objektumok minden egyes képpontját tároljuk a geometriai jellemzők helyett, a mozgóképeknél és az animációknál, ha az egymást követő képek csak nagyon kis mértékben különböznek egymástól és ahelyett, hogy csak az eltéréseket tárolnánk, minden képet teljes körűen kódolunk és tárolunk, ha a vektorosan is tárolható alakzatokat raszteresen tároljuk (pl.: egy

háromszögnél elegendő a 3 csúcspont koordinátáit tárolni és nem kell az összes pixel koordinátáját és színét). 3. pszihovizuális redundancia: - a képminőségbeli eltéréseket (pl.: sok színárnyalattal nagy felbontás) az ember már nem tudja megkülönböztetni, szubjektíve a képnek csak egy része érdekes számunkra, ennek ellenére a teljes képet tároljuk és feldolgozzuk. Veszteségmentes tömörítés A kép összes információját megőrzi, úgy hogy ezek az eljárások csak a kódolási - és képi redundanciát szüntetik meg. Pl.: - Huffmann-kódolásnál a nagyon gyakori adatokat kódoljuk a legkevesebb bit számmal.(Magyar nyelvben a nagyon gyakori „E” betűt csak 1 bittel jellemezzük) - A képen azonos jellemzőkkel bíró homogén foltokat kódolhatjuk a geometriai adatokkal és 1 pixel jellemzőivel, ahelyett hogy az összes pixelről tárolnánk az összes információt. - A mozgóképeknél jelentős tömörítést érhetünk el azzal,

ha nem a teljes kép adatait, hanem csak a képpont értékek megváltozott adatait tároljuk. Razsteres képek veszteségmentes az Interneten általánosan elterjedt eljárása a GIF (Graphics Interchange Format). Ez kvázi szabvánnyá a compuserve hálózat által vált A GIF tömörítésű fájlok kiterjesztése .gif (A GIF kezdetben csak 8 bites színkódolást tett lehetővé, újabban képes kezelni a 24 bites színkódolást is.) Veszteséges tömörítés A képek pszihovizuális redundanciáját használja ki. A tömörítés mértéke aszerint változhat, hogy a képminőségnek milyen követelményeket kell kielégítenie. A két szélső eset: - emberi érzékeléssel ne lehessen észre venni a minőségromlást (ez átlagosan 1:20-tól, 1:40 arányú tömörítést tesz lehetővé). - a kép lényeges objektumai felismerhetők legyenek (kb.: 1:200 arnyú tömörítést is elérhetünk). A veszteséges tömörítés legfontosabb algoritmusa a DFT (Diszkrét Fourier

Transzformáció), ezt szokták DCT-nek (diszkrét koszinusz transzformációnak) is nevezni. Ezt alkalmazza az Interneten legelterjettebb JPEG (Joint Photographic Experts Group) nevű veszteséges tömörítés. Az eljárás ISO és CCITT szabvány A JPEG tömörítésű fájlok kiterjesztése jpg Jellemzői: - átlagosan 1:30-as arányt érhetünk el, de ez az eljárást megvalósító szoftverekben paraméterezhető (minőségromlás árán beállíthatunk nagyobb arányú tömörítést). - a tömörített raszteres képeket 24 bites színkódolással is kezelni képes az algoritmus. A fraktáltömörítés alapgondolata, hogy a természetben előforduló képek általában önhasonló mintákat tartalmaznak. Fontosabb jellemzői: - a tömörítésnek jelentős a számítás igénye, a tömörített kép kifejtése lényegesen gyorsabb, - fraktáltömörítéssel lényegesebben nagyobb tömörítést lehet elérni, mint pl.: JPEG – gel(1:100), - a fraktáltömörítésnek jobb a

kontúr és színárnyalat visszaadása a korábban ismert tömörítő algoritmusokhoz képest. A fraktáltömörítésű fájlok kiterjesztése .fif Raszteres fájltípusok BMP = Windows bitmap, független a grafikus kártyától és annak kezelő programjától, 24 bites szín-mélység kezelését biztosítja. GIF = A WEB-en legelterjedtebb veszteségmentes tömörítésű fájlok formátuma. JPG = A veszteséges képtömörítési szabvány fájlformátuma. PSD = A Photoshop fájlformátuma. Vektorgrafika A vektorgrafika jellemzői: - 3D-s (korábban 2D-s) lebegőpontos világ - koordináta – rendszert használ, lehetővé teszi a geometriai pontosságú szerkesztést és transzformációkat.(Alkalmas a mérnöki és a tudományos munka támogatására.) Absztrakt modelltérbeli tárgyakkal dolgozik. Ezek önálló objektumok (entitások), melyekkel műveleteket lehet végezni a képernyőn való megjelenítéstől függetlenül is. A grafikus objektumokat adatbázisban

tárolják, lehetővé téve az egyes testek, tárgyak modelljeinek egyedi visszakeresését és az ezek közötti kapcsolatok rögzítését és kimutathatóságát. Vektorgrafikai modellezés: - huzalvázas modellezés (Nem teljes értékű geometriai modellezés – nem tartalmazza a valós test leíráshoz szükséges összes geometriai és csatlakoztatási (topológiai) információt.) 3D-s geometriai alakzatokat csúcsaival és éleivel jellemzi, a modell csak a csúcsokat és az ezekhez rendelt összekötő éleket tartalmazza. Előnye, hogy számítógépes megvalósításuk algoritmusigénye a többi geometriai módszernél lényegesen kisebb. Problémája: egy huzalvázmodellnek több test is megfelelhet. Nem mindig tehető különbség a tömör és üreges között, és a testet határoló felületek görbültségét sem tudjuk kezelni. - palástmodellezés (b-rep = boundary - representation) A geometriai objektumokat a vektorgrafikus modelltérben határoló

felületeikkel (beleértve e felületek csatlakoztatására vonatkozó adatokat is) jellemezzük. Geometriai jellemzői szerinti osztályozása: 1. ha a palástot képező lapok síkbeli sokszögekből állnak, akkor poliéder modelleket kapunk, 2. ha a palástot képező lapok változó görbületű felületfoltok is lehetnek, akkor valósághű palástmodellezésről beszélünk. Palástmodelleket lépésenkénti szerkesztéssel is létre hozhatunk, a test felületeit egyenként definiáljuk a térbeli csatlakoztatási lehetőségeinek függvényében. Ezek elemi lépéseit Euleroperátoroknak nevezik: pl: - képezz csomópontot, élet és palástot, - kapcsolj ki (törölj) csomópontot és élet. Ezekkel az operátorokkal „konvex poliéderekhez hasonló” testek egyértelműen létrehozhatók. Elterjedten a különböző CAD rendszerekben alkalmazzák - testmodellezés Feltételezzük, hogy a modellezendő objektumok olyan merev testek (a modelltérben mozgatásukkor alakjukat

nem változtatják), melyek a palástjukkal határolt teret teljesen kitöltik (merev testek). 2 elterjedt testmodellezési módszer: 1. elemi testekkel és ezek közötti szabályos halmazműveletekkel való modellezés, 2. a testek elemi sejtekből való felépítése Véges számú elemitest primitívből kiinduló és a modellt a metszet, egyesítés, kivonás és ragasztás halmazműveletek egymás utáni felhasználásával megkonstruáló modellezési módszert konstruktív tömör testmodellezésnek nevezzük (Construktív Solid Geometry = CSG) A CSG 2 alkotó eleme: 1. kiinduló tömör testprimitívek készlete, (3D-s primitívekből áll: hasáb, gúla, henger, kúp, gömb). 2. a megengedett halmazalgebrai műveletek eszközkészlete A konstruktív tömör testmodellezést alkalmazó vektorgrafikus szoftverek egy speciális parancsnyelvet használnak, mely a műveletek többségét lehetővé teszi: -konkrét primitív példány létrehozása, -objektum másolása,

törlése, transzformálása, -objektumok halmazalgebrai metszete, egyesítése, kivonása, összeragasztása. A CSG-vel létrehozott modellek adatstruktúrájára a bináris fa gráf jellemző, ágcsomópontjai a halmazalgebrai műveletek, levelei a műveletekben résztvevő testek. A CSG a gyakorlatban jól használható, mert a műszaki tervezés során szükséges testek döntő része előállítható néhány egyszerű geometriai test (pl.: hasáb és henger) megfelelő kombinációjából. - térfelosztással való modellezés – térfogatmodellezés elemi sejtekkel Térfogatmodellezésnél egy tömör tárgyat több egymáshoz csatlakozó, de egymást nem metsző kisebb tömör tárgyra, azaz sejtekre bontunk fel. Az elterjedt modellezési módszerek a sejtek 2 típusát kezelik: 1. sejtek azonos típusú alakzatok (pl: hasábok), de méretük egy paramétertől függően változhat, 2. sejtek azonos típusú és méretű alakzatok, ekkor ezeket (a képponthoz, azaz pixelhez

hasonlóan) voxelnek (volument element) nevezzük. Azonos formátumú és méretű voxelekkel való kitöltése a modellezendő testnek, ha a voxeleket elegendő kis méretűre válasszuk, a test relartíve pontos leírását eredményezi. A leggyakoribb voxeltípus a kocka. A modellezendő objektumokat a voxelekkel úgy írjuk le, hogy minden egyes, a testhez teljes egészében, vagy csak részlegesen hozzátartozó voxel adatait hozzárendeljük a testhez. Ez a számítógéptől nagy tárolókapacitást és processzorteljesítményt igényel. A vektorgrafika megjelenítése: A vektorgrafikus objektumoknak azt a csoportját, melyet egy képen szerepeltetünk, jelenetnek (scene) nevezzük. Egy jelenet képének megjelenítéséhez szükséges nézőpontot és irányt a világ – koordináta – rendszerben általában a KAMERA paranccsal definiáljuk. Fontos a modelltérben lévő objektumok megvilágítását meghatározni - a világ – koordináta – rendszerben

meghatározott helyű, erősségű és színű fényforrásokat definiálunk. A modelltérben definiált vektorgrafikus objektumok jeleneteinek megfelelő képek előállításához rögzíteni kell, hogy a képen az objektumok szemléltetése milyen formában történjen. A vektorgrafikus szoftverek parancsai általában a következők: WIREFRAME = huzalvázas megjelenítés, NET = poliéder közelítésű vonalhálós megjelenítés, HIDDEN = takartvonalas palástmodell, SHADE = felületárnyalt testmodell. 1. huzalvázas ábrázolás A testek a képen úgy jelennek meg, mintha drótból készült volna, az ábrán nincs takart vonal, minden él teljes egészében megjelenítésre kerűl. 2. árnyalt megjelenítés Azt az eljárást, melynek segítségével a modelltér objektumait tartalmazó jelenetekből árnyalt képet állítunk elő, renderelésnek (rendering) nevezzük. (A képen egy test vagy felület által eltakart részek nem fognak megjelenni.) 3. fotorealisztikus

megjelenítés A számítógépes grafikában a fotorealisztikus megjelenítés alatt azt értjük, hogy a modelltérbeli jelenetről olyan minőségű képet állítunk elő egy vektorgrafikus rendszerrel, mely teljesen valószerű és a valós világról készített fényképtől nem különböztethető meg. 4. térhatású képek előállítása (Depth Cuing) A képen reálisan ábrázoljuk a tárgyak látható éleit, felületeit. A nézőponttól távolodva a képen a párhuzamos egyeneseknek fokozatosan összetartozóknak kell lenniük, és a távolabbi testek méreteit arányosan csökkenteni kell. A „messzeségbe tűnő” tárgyaknak elmosódottabbnak és kevésbé részletesen kidolgozottaknak kell lenniük. Vektoros fájltípusok WMF = Windows Metafile, CDR = Corel Draw fájlformátuma, DXF = huzalvázas vektoros (CAD) objektumokkal kapcsolatos adatcserére használatos (Drawing Exchange Format), 3DS = a 3D Studio MAX fájlformátuma