Интерактивные графические системы

 

 
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ  ………………………………………………………………....3

1  История компьютерной графики………………………………………...5

1.2  Приложения компьютерной графики………………………………….8

1.3 Компьютерная графика  в компьютерном моделировании.…………...9

2  ВИДЕОАДАПТЕРЫ……………………………………………………….…11

2.1  Мониторы.................................................................................................11

2.2  Видеоадаптеры EGA/VGA……………………………………………..12

3  ИНТЕРАКТИВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ…………………………………...14

3.1  Графические языки высокого уровня………………………………....15

3.2  Синтаксические расширения  алгоритмических языков……………..16

3.3  Процедурные графические  языки……………………………………..20

3.4  Языки диалога…………………………………………………………..23

3.5 Стандартизация ИГС……………………………………………………25

3.6 Логическое и физическое  представление изображений в  ИГС. Операции над изображениями…………………………………………………………27 
3.7 Основные элементы структуры ИГС. ……………………………….…..28

3.8 Проектирование ИГС……………………………………………………….29

3.9 Прикладная модель ИГС.  Способы построения прикладной  модели…31

3.10Интерфейс пользователя. Принципы разработки интерфейса  пользователя……………………………………………………………………31

3.11  Выводы………………………………………………………………….32

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………...…..33

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………..33

 

 

 

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматриваются  тенденции построения современных  графических систем: графическое  ядро, приложение, инструментарий для  написания приложений. Описана история  развития графических систем и современные  технологии для их создания. Рассматривается  компьютерная графика в компьютерном моделировании. Так же приведены  примеры их использования и представлены графические языки высокого уровня.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие компьютерной графики, особенно на ее начальных этапах, в  первую очередь связано с развитием  технических средств и в особенности  дисплеев. Рассмотрение начнем с истории  развития технологий вывода (векторные, растровые и иные дисплеи), затем  рассмотрим этапы развития методов  и приложений.

Актуальность. Как уже отмечалось, компьютерная графика стала основным средством взаимодействия человека с ЭВМ. Ясно, что в настоящее время на всех этапах разработки в той или иной мере используются ЭВМ и, следовательно, компьютерная графика. На этапе исследований важную роль, кроме натурных экспериментов, играет компьютерное моделирование работы изделия и/или его компонент. Другая важная функция комплекса компьютерного моделирования, особенно при оснащении его средствами коллективного, управляемого просмотра машинных фильмов, показывающих процесс не отдельными картинками, а в динамике - унификация представлений о процессе у заинтересованных специалистов - исследователей, конструкторов, технологов, испытателей. Поэтому в данной работе рассматриваются тенденции построения современных графических систем: графическое ядро, приложение, инструментарий для написания приложений.

Цель  данной курсовой работы – охарактеризовать понятие «Интерактивная графическая система», изучить принципы ее работы.

Задачи курсовой работы:

   -раскрыть понятие   компьютерная графика  и интерактивная  графическая система;

-понять принципы работы  интерактивной графической системы   и её задачи;

  -охарактеризовать графические  языки высокого уровня и языки  диалога. 
  - рассмотреть основные элементы структуры ИГС 

Объектом исследования данной курсовой работы является компьютерная графика в целом и в частности системы интерактивной машинной графики.

Предмет исследования – изучение основных понятий компьютерной графики и интерактивных систем машинной графики и её компонентов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ИСТОРИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

  Развитие компьютерной  графики, особенно на ее начальных  этапах, в первую очередь связано  с развитием технических средств  и в особенности дисплеев. Рассмотрение  начнем с истории развития  технологий вывода (векторные, растровые  и иные дисплеи), затем приведем  краткую хронологию становления  дисплейной техники у нас в  стране и в заключение рассмотрим  этапы развития методов и приложений.

История технологий вывода

  Произвольное сканирование  луча. Дисплейная графика появилась как попытка использовать электроннолучевые трубки (ЭЛТ) с произвольным сканированием луча для вывода изображения из ЭВМ. Как пишет Ньюмен "по-видимому, первой машиной, где ЭЛТ использовалась в качестве устройства вывода была ЭВМ Whirlwind-I (Ураган-I), изготовленная в 1950 г." в Массачусетском технологическом институте. С этого эксперимента начался этап развития векторных дисплеев (дисплеев с произвольным сканированием луча, каллиграфических дисплеев). На профессиональном жаргоне вектором называется отрезок прямой. Отсюда и происходит название "векторный дисплей".

  При перемещении луча  по экрану в точке, на которую  попал луч, возбуждается свечение  люминофора экрана. Это свечение  достаточно быстро прекращается  при перемещении луча в другую  позицию (обычное время послесвечения  - менее 0.1 с). Поэтому, для того чтобы изображение было постоянно видимым, приходится его перевыдавать (регенерировать изображение) 50 или 25 раз в секунду. Необходимость перевыдачи изображения требует сохранения его описания в специально выделенной памяти, называемой памятью регенерации. Само описание изображения называется дисплейным файлом. Понятно, что такой дисплей требует достаточно быстрого процессора для обработки дисплейного файла и управления перемещением луча по экрану.

  Обычно серийные векторные  дисплеи успевали 50 раз в секунду  строить только около 3000-4000 отрезков. При большем числе отрезков  изображение начинает мерцать,  так как отрезки, построенные  в начале очередного цикла,  полностью погасают к тому  моменту, когда будут строиться  последние.

  Другим недостатком  векторных дисплеев является  малое число градаций по яркости  (обычно 2-4). Были разработаны, но  не нашли широкого применения  двух-трехцветные ЭЛТ, также обеспечивавшие несколько градаций яркости.

  В векторных дисплеях  легко стереть любой элемент  изображения - достаточно при  очередном цикле построения удалить  стираемый элемент из дисплейного  файла.

  Текстовый диалог  поддерживается с помощью алфавитно-цифровой  клавиатуры. Косвенный графический  диалог, как и во всех остальных  дисплеях, осуществляется перемещением  перекрестия (курсора) по экрану  с помощью тех или иных средств  управления перекрестием - координатных  колес, управляющего рычага (джойстика), трекбола (шаровой рукоятки), планшета  и т.д. Отличительной чертой  векторных дисплеев является  возможность непосредственного  графического диалога, заключающаяся  в простом указании с помощью  светового пера объектов на  экране (линий, символов и т.д.). Для этого достаточно с помощью  фотодиода определить момент  прорисовки (и следовательно начала свечения люминофора) любой части требуемого элемента.

  Векторные дисплеи  обычно подключаются к ЭВМ  высокоскоростными каналами связи.

  Первые серийные векторные  дисплеи за рубежом появились  в конце 60-х годов. В 1963 г.  был разработан прототип дисплейной  станции IBM 2250 (до осени 1964 г.  работы были засекречены).

  Растровое сканирование  луча. Прогресс в технологии микроэлектроники  привел к тому, с середины 70-х  годов подавляющее распространение  получили дисплеи с растровым  сканированием луча.

  Запоминающие трубки. В конце 60-х годов появилась  запоминающая ЭЛТ, которая способна достаточно длительное время (до часа) прямо на экране хранить построенное изображение. Следовательно, не обязательна память регенерации и не нужен быстрый процессор для выполнения регенерации изображения. Стирание на таком дисплее возможно только для всей картинки в целом. Сложность изображения практически не ограничена. Разрешение, достигнутое на дисплеях на запоминающей трубке, такое же как и на векторных или выше - до 4096 точек.

  Текстовый диалог  поддерживается с помощью алфавитно-цифровой  клавиатуры, косвенный графический  диалог осуществляется перемещением  перекрестия по экрану обычно  с помощью координатных колес.

Такие дисплеи подключаются к ЭВМ низкоскоростными каналами связи (типа телефонных).

  Появление таких дисплеев  с одной стороны способствовало  широкому распространению компьютерной  графики, с другой стороны представляло  собой определенный регресс, так  как распространялась сравнительно  низкокачественная и низкоскоростная,  не слишком интерактивная графика.

  Плазменная панель. В  1966 г. была изобретена плазменная панель, которую упрощенно можно представить как матрицу из маленьких разноцветных неоновых лампочек, каждая из которых включается независимо и может светиться с регулируемой яркостью. Ясно, что системы отклонения не нужно, не обязательна также и память регенерации, так как по напряжению на лампочке можно всегда определить горит она ли нет, т.е. есть или нет изображение в данной точке. В определенном смысле эти дисплеи объединяют в себе многие полезные свойства векторных и растровых устройств. К недостаткам следует отнести большую стоимость, недостаточно высокое разрешение и большое напряжение питания. В целом эти дисплеи не нашли широкого распространения.

  Жидкокристаллические  индикаторы. Дисплеи на жидкокристаллических  индикаторах работают аналогично  индикаторам в электронных часах,  но, конечно, изображение состоит  не из нескольких сегментов,  а из большого числа отдельно  управляемых точек. Эти дисплеи  имеют наименьшие габариты и  энергопотребление, поэтому широко  используются в портативных компьютерах несмотря на меньшее разрешение, меньшую контрастность и заметно большую цену, чем для растровых дисплеев на ЭЛТ

  Электролюминисцентные индикаторы. Наиболее высокие яркость, контрастность, рабочий температурный диапазон и прочность имеют дисплеи на электролюминисцентных индикаторах. Благодаря достижениям в технологии они стали доступны для применения не долько в дорогих высококлассных системах, но и в общепромышленных системах. Работа таких дисплеев основана на свечении люминофора под воздействием относительно высокого переменного напряжения, прикладываемого к взаимноперпендикулярным наборам электродов, между которыми находится люминофор.

  Дисплеи с эмиссией  полем. Дисплеи на электронно-лучевых  трубках, несмотря на их относительную  дешевизну и широкое распространение,  механически непрочны, требуют высокого  напряжения питания, потребляют  большую мощность, имеют большие  габариты и ограниченный срок  службы, связанный с потерей эмиссии  катодами. Одним из методов устранения  указанных недостатков, является  создание плоских дисплеев с  эмиссией полем с холодных  катодов в виде сильно заостренных  микроигл.

1.2  Приложения компьютерной графики

  Как уже отмечалось, компьютерная графика стала основным  средством взаимодействия человека  с ЭВМ. Важнейшими сформировавшимися  областями приложений являются:

- компьютерное моделирование,  которое явилось исторически  первым широким приложением компьютерной  графики,

- системы автоматизации  научных исследований, системы автоматизации  проектирования, системы автоматизации  конструирования, системы автоматизации  производства, автоматизированные  системы управления технологическими  процессами,

- бизнес,

- искусство,

- средства массовой информации,

- досуг.

  В настоящее время  появилось новое, очень интересное  приложение компьютерной графики  - виртуальная реальность.

  По телевидению часто  можно видеть передачи иллюстрирующие  приложения компьютерной графики  в автоматизации проектирования (были передачи об автоматизированном  проектировании самолетов, автомобилей), много передач об автоматизации  производства с различными робототехническими  системами.

  Передачи о мире  бизнеса практически не обходятся  без показа различной дисплейной  техники и ее использования.

  Что касается искусства,  то достаточно упомянуть, что  один из самых крупных первых  суперкомпьютерных центров мира  находился на студии Уолта Диснея и использовался для подготовки мультфильмов.

  Применение компьютерной  графики в средствах массовой  информации мы видим ежедневно,  как в виде различных заставок  и телеэффектов на экране, так и в виде газет, при подготовке многих из которых используется электронная верстка на компьютере.

  С компьютерными играми, отнимающими не только время  досуга, конечно же знаком каждый.

  Поэтому здесь мы  рассмотрим, в основном, приложения  компьютерной графики в компьютерном  моделировании, а также немного  познакомимся с самым новым  приложением - системами виртуальной  реальности.