พื้นฐานคอมพิวเตอร์กราฟิก

คอมพิวเตอร์กราฟิกเป็นศิลปะการวาดภาพบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ด้วยความช่วยเหลือของการเขียนโปรแกรม มันเกี่ยวข้องกับการคำนวณการสร้างและการจัดการข้อมูล กล่าวอีกนัยหนึ่งเราสามารถพูดได้ว่าคอมพิวเตอร์กราฟิกเป็นเครื่องมือแสดงผลสำหรับการสร้างและการจัดการภาพ

หลอดแคโทดเรย์

อุปกรณ์เอาต์พุตหลักในระบบกราฟิกคือจอภาพวิดีโอ องค์ประกอบหลักของจอภาพวิดีโอคือไฟล์Cathode Ray Tube (CRT), แสดงในภาพประกอบต่อไปนี้

การทำงานของ CRT นั้นง่ายมาก -

  • ปืนอิเล็กตรอนปล่อยลำแสงอิเล็กตรอน (รังสีแคโทด)

  • ลำแสงอิเล็กตรอนจะผ่านระบบโฟกัสและการเบี่ยงเบนที่นำไปยังตำแหน่งที่ระบุบนหน้าจอที่เคลือบสารเรืองแสง

  • เมื่อลำแสงกระทบหน้าจอสารเรืองแสงจะเปล่งแสงจุดเล็ก ๆ ในแต่ละตำแหน่งที่สัมผัสกับลำแสงอิเล็กตรอน

  • มันวาดภาพใหม่โดยนำลำแสงอิเล็กตรอนกลับไปที่จุดหน้าจอเดิมอย่างรวดเร็ว

มีสองวิธี (Random scan และ Raster scan) ซึ่งเราสามารถแสดงวัตถุบนหน้าจอได้

สแกนแรสเตอร์

ในระบบสแกนแรสเตอร์ลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกกวาดผ่านหน้าจอทีละแถวจากบนลงล่าง ในขณะที่ลำแสงอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านแต่ละแถวความเข้มของลำแสงจะเปิดและปิดเพื่อสร้างรูปแบบของจุดที่ส่องสว่าง

นิยามรูปภาพจะถูกเก็บไว้ในพื้นที่หน่วยความจำที่เรียกว่า Refresh Buffer หรือ Frame Buffer. พื้นที่หน่วยความจำนี้เก็บชุดของค่าความเข้มสำหรับจุดหน้าจอทั้งหมด จากนั้นค่าความเข้มที่จัดเก็บไว้จะถูกดึงมาจากรีเฟรชบัฟเฟอร์และ "ทาสี" บนหน้าจอทีละแถว (เส้นสแกน) ตามที่แสดงในภาพประกอบต่อไปนี้

จุดหน้าจอแต่ละจุดเรียกว่าไฟล์ pixel (picture element) หรือ pel. ในตอนท้ายของแต่ละบรรทัดการสแกนลำแสงอิเล็กตรอนจะกลับไปที่ด้านซ้ายของหน้าจอเพื่อเริ่มแสดงบรรทัดการสแกนถัดไป

การสแกนแบบสุ่ม (การสแกนเวกเตอร์)

ในเทคนิคนี้ลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกส่งไปยังส่วนของหน้าจอที่ต้องการวาดภาพเท่านั้นแทนที่จะสแกนจากซ้ายไปขวาและจากบนลงล่างเหมือนการสแกนแบบแรสเตอร์ เรียกอีกอย่างว่าvector display, stroke-writing display, หรือ calligraphic display.

นิยามรูปภาพจะถูกจัดเก็บเป็นชุดของคำสั่งการวาดเส้นในพื้นที่ของหน่วยความจำที่เรียกว่าไฟล์ refresh display file. ในการแสดงภาพที่ระบุระบบจะวนรอบชุดคำสั่งในไฟล์แสดงโดยวาดเส้นส่วนประกอบแต่ละเส้นตามลำดับ หลังจากประมวลผลคำสั่งวาดเส้นทั้งหมดแล้วระบบจะวนกลับไปที่คำสั่งบรรทัดแรกในรายการ

การสแกนแบบสุ่มได้รับการออกแบบมาเพื่อวาดเส้นส่วนประกอบทั้งหมดของภาพ 30 ถึง 60 ครั้งในแต่ละวินาที

การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิก

คอมพิวเตอร์กราฟิกมีแอพพลิเคชั่นมากมายซึ่งบางส่วนมีรายการอยู่ด้านล่าง -

  • Computer graphics user interfaces (GUIs) - กระบวนทัศน์กราฟิกที่เน้นเมาส์ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้โต้ตอบกับคอมพิวเตอร์ได้

  • Business presentation graphics - "ภาพมีค่าพันคำ"

  • Cartography - วาดแผนที่

  • Weather Maps - การทำแผนที่แบบเรียลไทม์การแสดงสัญลักษณ์

  • Satellite Imaging - ภาพ Geodesic

  • Photo Enhancement - ปรับภาพเบลอให้คมชัด

  • Medical imaging - MRI, CAT scan ฯลฯ - การตรวจภายในแบบไม่รุกราน

  • Engineering drawings - เครื่องกลไฟฟ้าโยธา ฯลฯ - เปลี่ยนพิมพ์เขียวในอดีต

  • Typography - การใช้ภาพตัวละครในการเผยแพร่ - แทนที่ภาพพิมพ์ในอดีต

  • Architecture - แผนการก่อสร้างภาพร่างภายนอก - แทนที่พิมพ์เขียวและภาพวาดมือในอดีต

  • Art - คอมพิวเตอร์เป็นสื่อใหม่สำหรับศิลปิน

  • Training - เครื่องจำลองการบินคำสั่งโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย ฯลฯ

  • Entertainment - ภาพยนตร์และเกม

  • Simulation and modeling - การแทนที่การสร้างแบบจำลองทางกายภาพและการออกกฎหมาย