Концептуальная модель интерактивной графики

Математическое обеспечение компьютерной графики

Создание графического образа (объекта) всегда в определенной степени связано с геометрическими построениями на плоскости, в пространстве, поскольку идентификация объекта, его позиционирование всегда определяется некоторым множеством координат. Геометрические фигуры описываются различными способами:

· совокупностью линий (системой уравнений, описывающих линии) и поверхностей, геометрических и алгебраических соотношений;

· графами;

· таблицами;

· с использованием специализированных языков графического программирования или графического расширения языков программирования общего назначения.

Вопросы по конкретным требованиям к виду проектирования (на плоскости, в пространстве) решаются, исходя из конкретных задач и условий геометрических построений, характером используемых моделей, которые можно непосредственно применять для формирования графических изображений объектов с помощью средств компьютерной графики.

Успешное использование средств компьютерной графики предполагает определение эффективного способа общения пользователя с графической программой при формировании и изменении объектов и их изображений, знание классов элементарных или составных объектов, которые должны формироваться и представляться графически. Для понимания этого факта рассмотрим концептуально отдельные этапы преобразований, общепринятые для прикладных интерактивных программных средств, позволяющих перейти от представления объекта к его образу.

Концептуальная модель интерактивной графики

Будущее компьютерной графики как стандартного средства интерактивного общения человека с ЭВМ на фоне впечатляющих достижений в сфере технических средств вычислительной техники, научных достижений, программного обеспечения стало весьма многообещающим.

В качестве концептуальной основы модель интерактивной графики полезна для понимания того факта, как процесс преобразования информации на вводе подразделяется на логическую обработку информации, ее воздействие на объекты и образы и каким образом следует разделять действия, связанные с преобразованием абстрактного описания двухмерного и трехмерного “мира”, состоящего из одного и более объектов, в вид и образы этого мира.

Планшет

На рисунке 3.1 приведена в расширенном виде блок-схема графической системы, которая дает общее представление об основных компонентах типичной графической системы:

аппаратных;

программных и

информационных модулях.

Двумя наиболее важными аппаратными компонентами являются базовая ЭВМ и дисплейный процессор (ДП). В оперативной памяти расположены два информационных блока: дисплейный буфер и прикладная структура данных.

Первым модулем является выполняемая дисплейная программа (называемая также дисплейным файлом). Она формируется графическим пакетом и читается ДП во время регенерации изображения на экране.

Вторым модулем является прикладная структура данных, которая содержит наряду с другой информацией описание объектов, изображение которых должно показываться на экране. Эту структуру называют также моделью объектов.

На рис. 3.1Показаны основные операции графической системы по формированию и визуализации изображения:

- формирование прикладной базы данных;

- подготовка выходных графических примитивов вывода;

- установка атрибутов;

- задание видовой операции;

- управление сегментами.

Взаимодействие между всеми пятью процессами лучше всего понять, если изучить два основных блока данных в графической системе, имеющие противоположные направления: от описания объекта в структуре данных к его изображению на экране и от активируемых пользователем устройств ввода к структуре данных и/или к дисплейной программе.

Рассмотрим один из подходов описания последовательности преобразования данных “объект - изображение”, используя понятие канала. Четырехэтапный канал вывода последовательно преобразует описание объекта во все более машинно-зависимые представления и в конце концов получается изображение на экране.

На первом этапе, реализуемом прикладной программой, происходит преобразование части структуры данных, моделирующей геометрию (расположение) и топологию (связность) объекта в последовательность вызовов подпрограмм ПГП с параметрами, извлеченными из структуры данных. Эти вызовы описывают объект в терминах точек, линий и текста (примитивов вывода). Другие вызовы специфицируют деление объекта на логические единицы, то есть сегменты, и определяют желаемый вид объекта.

На втором этапе в канале вывода работает процессор видовой операции, который, используя параметры, заданные на первом этапе, осуществляет отсечение примитивов объекта, выходящих за границы заданного пользователем или стандартного окна, и затем отображает видимую часть объекта в текущее поле вывода.

На третьем этапе генератор команд дисплейного процессора преобразует независимые от устройства спецификации примитивов (после отсечения) в нормированных координатах в команды данного конкретного дисплейного процессора. Соответствующие подпрограммы ПГП управляют сегментацией этого “машинного кода” и указывают генератору команд, какие сегменты необходимо добавить к дисплейной программе, какие сделать видимыми или невидимыми, какие передвинуть или удалить.

Четвертый этап в канале относится к ДП, который преобразует примитивы вывода в световое излучение экрана, чернила или краситель на листе бумаги.

В канале ввода ДП регистрирует факт использования устройства ввода либо прерывает центральный процессор (для устройств, вызывающих такие события как селектор, кнопка, клавиатура), либо передает данные по запросу (для опрашиваемых устройств, таких как локатор, валюатор). Ввод данных от ДП осуществляет специальная программа ввода, которая обычно передает их прикладной программе. Эти данные изменяют состояние или логику прикладной программы. Они могут побудить также прикладную программу модифицировать структуру данных (и, возможно, соответствующие параметры в обращении к подпрограммам ПГП) или изменить параметры видовой операции. Введенные данные могут также непосредственно использоваться генератором команд для выполнения операций манипулирования сегментами.