Giáo trình Đồ họa - Bài 2: Các hệ thống đồ họa

30 trang huongle 2980

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Đồ họa - Bài 2: Các hệ thống đồ họa", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_do_hoa_bai_2_cac_he_thong_do_hoa.pdf

Nội dung text: Giáo trình Đồ họa - Bài 2: Các hệ thống đồ họa

Tiến trình xử lý đồ họa G U I MODELING RENDERING DISPLAYING (to describe) (to capture) (to show) to the computer the description the image what is create 2D generate a table, a car image from 2D image on / 3D models screen Geometric Engine Rendering Engine Raster & Display Engine concerned with: concerned with : concerned with: © Copyright Copyright © Showeet.com - modeling - viewing & projection - hardware - modeling transf. - drawing & clipping - how to display - color models primitives (rasterization) - material property - local illumination & - lighting property shading 4 - texture mapping - global rendering
Hiển thị • Rời rạc hóa - Rasterizer – Chuyển đổi các đối tượng hình học. (vertex) thành các biểu diễn ảnh. (fragment) • Fragment = image fragment – Pixel + associated data: color, depth, stencil, etc. – Chấp nhận nội suy tạo các điểm ảnh © Copyright Copyright © Showeet.com
Hệ thống đồ họa • Phần cứng đồ hoạ: – Là tập hợp các thiết bị điện tử (CPU, bộ nhớ màn hình) giúp cho việc thực hiện các phần mềm đồ hoạ. • Phần mềm đồ hoạ hệ thống: – Là tập hợp các lệnh đồ hoạ của hệ thống (graphics output commands), – Thực hiện công việc hiển thị cái gì (what object) và chúng sẽ được hiển thị như thế nào (how). – Phần mềm đồ hoạ hệ thống là phần mềm xây dựng Copyright © Showeet.com trên cơ sở một thể loại phần cứng nhất định và phụ thuộc vào phần cứng. 8
Chức năng nhiệm vụ • CPU: thực hiện các chương trình ứng dụng. Bộ xử lý hiển thị (Display Processor): thực hiện công việc hiển thị dữ liệu đồ hoạ. • Bộ nhớ hệ thống (System Memory): chứa các chương trình và dữ liệu đang thực hiện. © Copyright Copyright © Showeet.com
Chức năng nhiệm vụ • Bộ đệm (Frame buffer): có nhiệm vụ chứa các hình ảnh hiển thị. • Bộ điều khiển màn hình (Video Controller): điều khiển màn hình, chuyển dữ liệu dạng số ở frame buffer thành các điểm sáng trên màn hình. © Copyright Copyright © Showeet.com
Vi xử lý đồ họa • GPU: thành phần xử lý chính trên bo mạch đồ họa với mục đich tăng tốc và phù hợp với các phần mềm đồ họa. • Đặc điểm chính – Programmability multiplies per second – Precision – Power NVIDIA NV30, 35, 40 ATI R300, 360, 420 Pentium 4 © Copyright Copyright © Showeet.com GFLOPS July 01 Jan 02 July 02 Jan 03 July 03 Jan 04
Vi xử lý đồ họa Ưu điểm • Modern GPUs có khả năng lập trình – Lập trình trên pixel, vertex, video engines – Hỗ trợ lập trình với các ngôn ngũ bậc cao • Modern GPUs hỗ trợ độ chính xác cao Copyright © Showeet.com – Hỗ trợ 32 bit floating point trên pipeline – Bộ nhớ
Vi xử lý đồ họa Nhược điểm • GPU được thiết kế chuyên cho video games – Mô hình lập trình đặc biệt theo hướng computer graphics – Môi trường lập trình chặt chẽ về cú pháp và câu lệnh • Kiến trúc mức thấp: – Thường song song – Phát triển liên tục © Copyright Copyright © Showeet.com – Công nghệ bí mật của các hãng • Không đơn giản như viết code cho CPU
Trong tiến trình xử lý đồ họa • GPU trong tiến trình xử lý đồ họa – Luồng luôn thay đổi độ và chuyển đổi dũ liệu giữa các phần nhiều – Nhiều caches, FIFOs, và nhiều vấn đề khác Graphics State Application Transform Rasterizer Shade Video Memory Final Copyright © Showeet.com Fragments (Textures) Vertices (pre-pixels) pixels Xformed, Lit (3D) (Color, Depth) Vertices (2D) CPU GPU Render-to-texture
Trong tiến trình xử lý đồ họa • GPU hiện đại trong tiến trình xử lý đồ họa – bổ sung thêm vertex processor và fragment processor Graphics State Vertex Video Application Transform Rasterizer FragmentShade Processor Processor Memory Final Copyright © Showeet.com Fragments (Textures) Vertices (pre-pixels) pixels Xformed, Lit (3D) (Color, Depth) Vertices (2D) CPU GPU Render-to-texture
Bộ đệm màn hình (Framebuffer) • Vùng bộ nhớ chứa dữ liệu cho hình ảnh hiển thị • Các mầu sắc đươc lưu trữ độc lập trong bọ đệm - framebuffer • 24 bits per pixel = 8 bits red, 8 bits green, 8 bits blue – 16 bits per pixel = ? bits red, ? bits green, ? bits blue DAC Copyright © Showeet.com 18
Bộ đệm màn hình (Framebuffer) • True-color ( 24-bit hoặc 32-bit) framebuffer lưu trữ một byte cho red, green hoặc blue • Do đó, mỗi pixel có thể có được 224 màu © Copyright Copyright © Showeet.com 19
Bộ đệm màn hình (Framebuffer) – X : 0  Xmax 2 màu/ 1 bit – Y : 0  Ymax 16 màu/ 4 bit – 256 màu/ 8bit – 216 màu/ 16 bit – 224 màu/ 24 bit – 640 480 16 Video RAM = 2MB – 1024 1024 24 Video RAM = 24MB © Copyright Copyright © Showeet.com 20
Màn hình Plasma • Plasma display panels – Similar in principle to fluorescent light tubes – Small gas-filled capsules are excited by electric field, emits UV light – UV excites phosphor – Phosphor relaxes, emits Copyright © Showeet.com some other color 23
Display Technology: LCDs • Transmissive & reflective LCDs: – LCDs act as light valves, not light emitters, and thus rely on an external light source. – Laptop screen: backlit, transmissive display – Palm Pilot/Game Boy: reflective display © Copyright Copyright © Showeet.com 24
Màn hình hữu cơ (OLED) •Organic Light-Emitting Diode (OLED) Arrays – OLEDs hoạt động tương tự cơ chế của LEDs bán dẫn •Cấu trúc là màng chất dẻo mỏng: – Màng film cấu tạo bởi các phần tử hữu cơ, các phân tử phát sáng bởi sự thăng hoa khí trong môi trường chân không – Mầu sắc được tạo thành từ các lớp mầu gồm các phân tử huỳnh quang được kích thích. Copyright © Showeet.com – Mịn, không to như các hạt tinh thể và không phát nhiệt – Có thể tạo màn hình rộng loại OLEDs 25
PHẦN MỀM HỆ ĐỒ HỌA Application program Graphics system Operating system © Copyright Copyright © Showeet.com Input and Graphics Metafiles output devices hardware -
Các chuẩn giao diện • GKS (Graphics Kernel System): chuẩn xác định các hàm đồ hoạ chuẩn, được thiết kế như một tập hợp các công cụ đồ hoạ hai chiều và ba chiều. – GKS Functional Description, ANSI X3.124 - 1985. – GKS - 3D Functional Description, ISO Doc #8805:1988. • CGI (Computer Graphics Interface System): hệ chuẩn cho các phương pháp giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. • CGM (Computer Graphics Metafile): xác định các chuẩn Copyright © Showeet.com cho việc lưu trữ và chuyển đổi hình ảnh. 28
Các chuẩn giao diện • VRML (Virtual Reality Modeling Language): ngôn ngữ thực tại ảo, một hướng phát triển trong công nghệ hiển thị được đề xuất bởi hãng Silicon Graphics, sau đó đã được chuẩn hóa như một chuẩn công nghiệp. • PHIGS (Programmers Hierarchical Interactive Graphics Standard): xác định các phương pháp chuẩn cho các mô hình thời gian thực và lập trình hướng đối tượng. – PHIGS Functional Description, ANSI X3.144 - 1985. © Copyright Copyright © Showeet.com – PHIGS+ Functional Description, 1988, 1992. 29
Các chuẩn giao diện Các chuẩn không chính thức • OPENGL thư viện đồ họa của hãng Silicon Graphics, được xây dựng theo đúng chuẩn của một hệ đồ họa. – SGI’s OpenGL 1993 • DIRECTX thư viện đồ hoạ của hãng Microsoft – Direct X/Direct3D 1997 Copyright © Showeet.com 30