Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании.
Фрактальная графика, как и векторная - вычисляемая, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо.
Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.
Лекция 2. Аппаратное обеспечение компьютерной графики
· Устройства вывода графических изображений, их основные характеристики
· Устройства ввода графических изображений, их основные характеристики
2.1 Устройства вывода графических изображений, их основные характеристики
2.1.1 Мониторы, классификация, принцип действия, основные характеристики
Одной из наиболее важных составных частей персонального компьютера является его видеоподсистема, состоящая из монитора и видеоадаптера (обычно размещаемого на системной плате). Монитор предназначен для отображения на экране текстовой и графической информации, визуально воспринимаемой пользователем персонального компьютера. В настоящее время существует большое разнообразие типов мониторов. Их можно охарактеризовать следующими основными признаками:
По режиму отображения мониторы делятся на:
? Растровые дисплеи;
? Векторные дисплеи.
В векторных дисплеях с регенерацией изображения на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) используется люминофор с очень коротким временем послесвечения. Такие дисплеи часто называют дисплеями с произвольным сканированием. Из-за того, что время послесвечения люминофора мало, изображение на ЭЛТ за секунду должно многократно перерисоваться или регенерироваться. Минимальная скорость регенерации должна составлять, по крайней мере, 30 (1/с), а предпочтительнее 40-50 (1/с). Скорость регенерации меньшая 30 приводит к мерцанию изображения.
Кроме ЭЛТ, для векторного дисплея необходим дисплейный буфер и дисплейный контроллер. Дисплейный буфер - непрерывный участок памяти, содержащий всю информацию, необходимую для вывода изображения на ЭЛТ. Функция дисплейного контроллера заключается в том, чтобы циклически обрабатывать эту информацию со скоростью регенерации. Сложность рисунка ограничивается двумя факторами - размером дисплейного буфера и скоростью контроллера.
Растровое устройство можно рассматривать как матрицу дискретных ячеек (точек), каждая из которых может быть подсвечена. Таким образом, оно является точечно-рисующим устройством. Невозможно, за исключением специальных случаев, непосредственно нарисовать отрезок прямой из одной адресуемой точки или пиксела в матрице в другую адресуемую точку. Отрезок можно только аппроксимировать последовательностями точек (пикселов), близко лежащих к реальной траектории отрезка.
Отрезок прямой из точек получится только в случае горизонтальных, вертикальных или расположенных под углом 45 градусов отрезков. Все другие отрезки будут выглядеть как последовательности ступенек. Это явление называется лестничным эффектом или "зазубренностью".
По типу экрана мониторы делятся на:
? Дисплеи на основе ЭЛТ;
? Жидкокристаллические (ЖК);
? Плазменные.
Так как электронно-лучевые трубки постепенно исчезают с рынка потребителей, то останавливаться на изучение их устройства не будем.
Перейдем на изучение других перечисленных выше мониторов.
Жидкокристаллические дисплеи
ЖК - дисплеи обладают неоспоримыми преимуществами перед конкурирующими устройствами отображения:
1. Размеры. ЖК-дисплеи отличаются малой глубиной и небольшой массой и поэтому их более удобно перемещать и устанавливать, чем ЭЛТ-мониторы, у которых размер в глубину приблизительно равен ширине.
2. Энергопотребление. ЖК-дисплей потребляет меньшую мощность, чем ЭЛТ-монитор с сопоставимыми характеристиками.
3. Удобство для пользователя. В ЭЛТ электронные лучи при развертке движутся по экрану, обновляя изображение. Хотя в большинстве случаев можно установить такую частоту регенерации (число обновлений экрана электронными лучами в секунду), что изображение выглядит стабильным, некоторые пользователи все же воспринимают мерцание, способное вызвать быстрое утомление глаз и головную боль. На экране ЖК-дисплея каждый пиксел либо включен, либо выключен, так что мерцание отсутствует. Кроме того, для ЭЛТ-мониторов характерно в небольших количествах электромагнитное излучение; в ЖК-мониторах такого излучения нет.
Недостаток - высокая цена
Плазменные дисплеи
Газоплазменные мониторы состоят из двух пластин, между которыми находится газовая смесь, светящаяся под воздействием электрических импульсов. Такие мониторы не имеют недостатков, присущих ЖКД, однако их нельзя использовать в переносных компьютерах с аккумуляторным и батарейным питанием, так как они потребляют большой ток.
Размер по диагонали (расстояние от левого нижнего до правого верхнего угла экрана) приводится в дюймах. Наиболее распространены мониторы с диагональю 14". Однако работать с монитором с диагональю 15" намного удобнее, а для работы с графическими пакетами, издательскими системами и системами автоматизированного проектирования необходимы мониторы с диагональю не меньше 17";
- теневая маска экрана. Единицей измерения является расстояние между отверстиями маски в мм. Чем меньше это расстояние и чем больше отверстий, тем выше качество изображения. Этот параметр часто отождествляют с зерном экрана монитора, однако это справедливо не во всех случаях;
- разрешение, измеряется в пикселах (точках), помещающихся по горизонтали и вертикали видимой части экрана. В настоящее время наиболее распространены мониторы с расширением не менее 1024*768 пикселей;
- потребляемая мощность. У мониторов с диагональю 14" потребляемая мощность не должна превышать 60 Вт, иначе повышается вероятность теплового перегрева монитора, что сокращает срок его службы. У более крупных мониторов потребляемая мощность соответственно выше;
- антибликовое покрытие. Для дешевых мониторов используют пескоструйную обработку поверхности экрана. При этом качество изображения ухудшается. В дорогих мониторах на поверхность экрана наносится специальное химическое вещество, обладающее антибликовыми свойствами; - защитные свойства монитора. В настоящее время распространены мониторы с низким уровнем излучения (LR-мониторы). Они отвечают нормам стандарта MPRI или MPR II.
По цветности мониторы делятся на:
? Цветные;
? Монохромные.
Частота кадров (обычно от 50 до 100 Гц).
Все современные аналоговые мониторы условно можно разделить на следующие типы:
? с фиксированной частотой развертки;
? с несколькими фиксированными частотами;
? и многочастотные (мультичастотные).
Мультичастотные мониторы обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхронизации из некоторого заданного диапазона, например, 30-64 кГц для строчной и 50-100 Гц для кадровой развертки. Разработчиками мониторов данного типа является фирма NEC. В названии таких мониторов присутствует слово Multisync. Эти мониторы относятся к наиболее распространенному типу мониторов с электронно-лучевой трубкой.
Видеодиапазон (обычно от 65 до 200 МГц).
Видеосигнал:
? Цифровой;
? Аналоговый.
Под цифровыми мониторами понимаются устройства отображения зрительной информации на основе электронно-лучевой трубки, управляемой цифровыми схемами. К цифровым относятся монохромные мониторы, снабженные видеоадаптерами стандартов MDA и Hercules, цветные RGB-мониторы, предназначенные для подключения к видеоадаптеру стандарта EGA. Монохромные мониторы способны отображать на экране только темные и светлые точки, иногда точки могут различаться интенсивностью. Hercules-мониторы имеют разрешение до 728*348 пикселов, небольшие габариты и вес. Блок развертки монитора получает синхроимпульсы от соответствующего видеоадаптера. RGB-мониторы способны отображать 16 цветов, однако разрешение экрана у них меньше, чем у Hercules-мониторов.
Электронно-лучевая трубка мониторов данного типа управляется аналоговыми сигналами поступающими от видеоадаптера. Принцип работы электронно-лучевой трубки монитора такой же, как у телевизионной трубки. Аналоговые мониторы способны поддерживать разрешение стандарта VGA (640*480) пикселов и выше.
Прочие характеристики: функции управления растром, система энергосбережения, защита от излучения, вес, габариты, потребляемая мощность.
2.1.2 Видеоадаптер
Работой монитора руководит специальная плата, которую называют видеоадаптером (видеокартой). Вместе с монитором видеокарта создает видеоподсистему персонального компьютера. В первых компьютерах видеокарты не было.
Видеоадаптер имеет вид отдельной платы расширения, которую вставляют в определенный слот материнской платы (в современных ПК это слот AGP). Видеоадаптер выполняет функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.
Сформированное графическое изображение хранится во внутренней памяти видеоадаптера, которая называется видеопамятью. Необходимая емкость видеопамяти зависит от заданной разрешающей способности и палитры цветов, поэтому для работы в режимах с высокой разрешающей способностью и полноцветной гаммой нужно как можно больше видеопамяти. Если еще недавно типичными были видеоадаптеры с 2-4 Мбайт видеопамяти, то уже сегодня нормальной считается емкость в 32-64 Мбайт. Большинство современных видеокарт обладает возможностю расширения объема видеопамяти до 128 Мбайт. Видеопамять, как правило, строится на микросхемах динамической памяти с произвольным доступом (DRAM), обладающих большим объемом. Видеопамять доступна процессору как обычная оперативная память.
Основные характеристики:
? режим работы (текстовый и графический);
? воспроизведение цветов (монохромный и цветной);
? число цветов или число полутонов (в монохромном);
? разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселей по горизонтали и по вертикале);
? разрядность шины данных, определяющая скорость обмена данными с системной шиной и т.д.
Важнейшей характеристикой является емкость видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселей и их атрибутов.
В зависимости от количества поддерживаемых цветовых оттенков различают следующие режимы работы видеоадаптеров:
? 16 цветов;
? 256 цветов;
? High Со 1ог (16 бит);
? Тгuе Со 1ог (24 бит);
? Тгuе Со 1ог (32 бит).
Первоначально IBM PC выпускались с черно-белым адаптером MDA (Monochrome Display Adapter). Максимальное разрешение составляло 640Ч350 точек, графические возможности отсутствовали. Следующим был также черно-белый видеоадаптер "Геркулес", выпущенный фирмой Hercules Computer Technology, Inc. Этот адаптер обеспечивает разрешение 720Ч350 с графическими возможностями.
Первым цветным видеоадаптером фирмы IBM стал CGA (Color Graphics Adapter). Разрешение его мало (320Ч200), цветов мало (до 4). Максимальное разрешение составляет 640Ч200.
Затем был выпущен видеоадаптер EGA - (Enhanced Graphics Adapter). Он обеспечивает разрешение 640Ч200 при 16 цветах из 64. Максимальное разрешение 640Ч350.
Первым видеоадаптером со сравнительно приемлемыми характеристиками стал VGA (Video Graphics Array) с максимальным разрешением до 800Ч600 при 256 цветах.
Затем фирма IBM разработала видеоадаптер 8514/A, имевшего параметры более соответствующие сложившимся потребностям - 1024Ч768 при 256 цветах.
Последняя разработка фирмы IBM - видеоадаптер XGA (eXtended Graphics Array) с не самыми современными возможностями 1024Ч768 при 256 цветах. Он на уровне регистров совместим с VGA.
Многие фирмы выпускают улучшенные версии VGA под названиями Super VGA и Ultra VGA, но общий стандарт отсутствует.
Фирма Texas Instruments предложила стандарт на программный интерфейс с интеллектуальными видеоадаптерами, использующими графические процессоры TMS 340xx (TIGA-стандарт, Texas Instruments Graphics Architecture). В настоящее это самые мощные видеоадаптеры для IBM PC.
Таким образом, существуют следующие видеоконтроллеры:
? Hercules - монохромный графический адаптер;
? MDA - монохромный дисплейный адаптер;
? MGA - монохромный графический адаптер;
? CGA - цветной графический адаптер;
? EGA - улучшенный графический адаптер;
? VGA - видеографический адаптер (видеографическая матрица);
? SVGA - улучшенный видеографический адаптер;