خلاصه ی فصل دوم ((مروری بر سیستم های گرافیکی))
1-دستگاه های نمایش پویش ویدئویی :
دستگاه خروجی مبنا در بیشتر سیستم ها مانیتور یا همان صفحه نمایش است که به چند نوع تقسیم بندی می شود:
الف- لامپ های خلأ (CRT) تک رنگ :
لامپ های خلأ بر اساس خاصیت مهم عنصر فسفر کار می کنند.
وقتی به یک اتم فسفر بار الکترونی القاء شود و آرایش الکترونی این اتم در حالت برانگیخته باشد این اتم با ساطع کردن نوری ناپایدار در محدوده دید مرئی انسان به آرایش الکترونی پایدار می رسد. ولی هرچه تعداد الکترون های القاء شده بیشتر باشد درخشندگی نور الکترون ها بیشتر است و بلعکس اثر نور منتشر شده در حد 10 - 60 میکروثانیه است و به سرعت از بین می رود.
در لامپ های خلا از این خاصیت استفاده می کنند و با یک تفنگ الکترونی که دارای سیستم آند متمرکز کننده , آند شتاب دهنده , شبکه کنترل , سیم پیچ گرمایی و کاتد است اشعه ی الکترونی را به سمت صفحه آغشته به فسفر هدایت می کند در بین راه این اشعه باید یا از پیچه های منحرف کننده عبور کند یا ازصفحات منحرف کننده الکترواستاتیکی و در نهایت برخورد با اتم فسفر و ساطع شدن فوتون .
تصویر نمونه با منحرف کننده الکترو استاتیکیبرای اینکه تصویر پایدار بماند دو راه وجود دارد :
اول توزیع بار داخل CRT
دوم رسم مجدد تصویر که بیشتر از این روش استفاده می شود.
بیشترین تعداد نقاطی که می توان بدون همپوشانی روی مانیتور نمایش داد را تفکیک پذیری گویند.
resolution = the number of points/cm that can be plotted horizontally or vertically (1-direction).
تفکیک پذیری در CRT به نوع فسفر , شدت نمایش , سیستمهای منحرف کننده و متمرکز کننده بستگی دارد.
سیستم هایی که در آنها تفکیک پذیری (وضوح) بیشتر از 1280 * 1024 باشد را سیستم هایی با تعریف بالا می نامیم.
نمایش های پویش راستری (Raster)
راستر : خطوط مورب تحت زاويه مخصوص بصورت هاشور ترام
Raster : rectangular area of scan lines onto which a beam of electrons is directed to create a visual image (in television screens and computer monitors)
می نامیم.
اساس کار این پویش شبیه تلویزیون های CRT است و در این پویش اشعه ی الکترونی صفحه ی نمایش را سطر به سطر , با شروع از بالا ترین سطر جارو می کند هر سطر را یک خط پویش
فریم به کل ناحیه صفحه مانیتور اطلاق می شود.
فریم بافر ناحیه ایی از حافظه است که تمام مشخصات مورد نیاز برای رسم یک تصویر کامل روی مانیتور در آن قرار می گیرد.
پیکسل به هر نقطه نوری که بتواند بوسیله اشعه ی الکترونی روشن شود پیکسل یا پل نامیدهخ می شود.
نسبت ظاهری برابر با تعداد ستون های پیکسلی بر تعداد خط های پویش قابل نمایش توسط سیستم تعریف می شود. نمونه 4:3 یا 16:9
دامنه ی رنگها یا سطوح خاکستری به الف ) نوع فسفر به کار رفته در CRT ب) به تعداد بیت های قابل دسترسی برای هر پیکسل در فریم بافر بستگی دارد.
در سیستم سیاه و سفید یک بیت برای نماش هر پیکسل لازم است ولی امروزه برای هر پیکسل رنگی 32 بیت یا 24 بیت در نظر گرفته می شود.
عمق ناحیه بافر یا صفحه بیت ها به تعداد بیت ها به ازای هر پیکسل اطلاق می شود.
نقش بیتی :فریم بافر با یک بیت بر پیکسل و دودویی اطلاق می شود
نقش پیکسلی : یک فرم بافر با بیش از یک پیکسل دارای الگوی رنگ چند گانه را گوییم
درهم ریسی : برای اینکه سرعت نمایش یک تصویر را افزایش دهیم تصویر را در دو گذر نمایش می دهیم در گذر اول اشعه ی الکترونی خط پویش را از بالا به پایین و یک در میان جاروب می کند سپس اشعه ی الکترونی بعد از بازگشت عمودی , خط های پویش با قیمانده را جارو می کند. و باعث یک دید کلی از تصویر در زمانی معادل با نصف حالت معمو می شود.
نمایش پویش تصادفی
در این حالت اشعه ی الکترونی فقط به قسمت هایی هدایت می شود که باید تصویر رسم شود و تصویر به پاره خط هایی مجزا تقسیم بندی می شود و به این علت به آنها پویش برداری نیز می گویند. نرخ رفرش به تعداد خط ها بستگی دارد که باید ترسیم شوند تصویر به صورت مجموعه ایی از دستورات ترسیم خط در قسمتی به نام فهرست نمایش فایل یا فایل بردار ذخیره می شود.
نرخ رفرش بالا باعث سوخته شدن فسفر ها می شود و با عث ایجاد وقفه در نمایش تصویر می گردد.
نکته این سیستم برای حالت تک رنگ است یعنی یا بیت ها روشن هستند یا خاموش و قسمتی از پیکسل ها روشن می شوند. و بقیه بدون تغییر می مانند.
صفحه نمایش های رنگی
تصاویر رنگی با استفاده از ترکیب فسفر هایی که نورهای متفاوتی منتشر می کنند ایجاد می شوند
روش نفوذ اشعه : در این روش از دو لایه فسفر با رن های قرمز وسبز استفاده می شد که اشعه ایی با الکترون های کند به لایه قرمز خارجی برخورد می کرد و سپس برعکس الکترون ها به صورت سریع به لایه سبز داخلی نفوذ و آن را تحریک می کردند رنگ صفحه نمای را در این حالت می توان بوسیله ی ولتاژ شتاب دهنده کنترل کرد .
چون روش پر هزینه و بی کیفیتی بود کنار گذاشته شد.
روش ماسک سایه ایی:
در این روش هر پیکسل از سه فسفر با رنگ های (قرمز - سبز - آبی ) تشکیل شده است که بوسیله ی سه تفنگ مجزا به سمت صفحه شتاب داده می شوند و هر سه در قسمت ماسک سایه به شکل مثلثی در می آیند و این اشعه ها به گونه ایی هستند که فقط فسفر مربوط به خود را می توانند روشن کنند . این روش در بیشتر تلویزیون ها رنگی و مانیتور ها استفاده می شود.
1- قسمت سه تفنگ الکترونی برای فسفر های قرمز و سبز و آبی
2- شعاع الکترونی
3- سیم پیچ متمرکز کننده
4. سیم پیچ منحرف کننده
5. اتصال آند
6. لایه ماسک سایه برای تفکیک شعاع های نوری قرمز و سبز و آبی
7. صفحه نمایش با لایه های فسفر قرمز و سبز و آبی
8. تصویر بسته از صفحه نمایش که رنگ ها به صورت مجزا قابل رویت هستند.
تغییرات رنگ را می توان با تغییر تراز شدت الکترونی هر سه تفنگ بدست آورد که با 24 بیت 256 تراز شدت مجزا برای هر تفنگ داریم . که به آن سیستم تمام رنگی می گویند. که انتخاب حدود 17 میلیون رنگ را برای هر پیکسل فراهم می کند.
صفحات نمایش تخت
اصطلاح صفحه نمایش تخت به مجموعه ایی از دستگاه های ویدئویی اطلاق می شود که در مقایسه با یک CRT وزن , حجم و مصرف انرژی کمتری دارند. که به دوگروه نمایش های پخشی و نا پخشی تقسیم بندی می شوند.
پخشگر ها دستگاه هایی هستند که انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می کنند. مثال : صفحات پلاسما , الکترو لومینانس , فیلم نازک , دیود های پخش گر نور , CRT های تخت
نا پخشگر ها دستگاه هایی هستند که نور خورشید یا منابع دیگر را با استفاده از اثرات نوری به الگوهای گرافیکی تبدیل می کنند. مثل : صفحه نمایش کریستال مایع LCD
صفحات پلاسما : که نمایشهای تخلیه گاز نیز نامیده می شوند معمولا با پر کردن فضای بین دو ورق شیشه ایی با مخلوطی از گازها که گاز نئون نیز معمولا یکی از آنهاست ساخته می شود یک سری نوار های رسانای عمودی در یکی از ورق های شیشه ایی و یک سری نوارهای افقی در ورق دیگر قرار داده می شود.
ولتاژ احتراق اعمال شده بر یک جفت از رسانا های افقی و عمودی باعث می شود که گاز واقع در محاقی دو رسانا به پلاسمای تابانی از الکترون ها و یون ها تبدیل شود و جدایی بین پیکسل ها بوسیله ی میدان الکتریکی رسانا ها امکان پذیر است.
ساخت صفحات نمایش الکترو لومینانس فیلم نازک مشابه صفحات پلاسما است با این تفاوت که فضای بین ورق های شیشه ای به جای گاز از یک فسفر مثل سولفید روی آغشته به منگنز پر می شود. زمانی که ولتاژ نسبتا بالایی به یکی از زوج الکترود ها ی متقاطع اعمال شود فسفر واقع در ناحیه تلاقی الکترود ها رسانا می شود و سپس انرژی الکتریکی بوسیله اتم های منگنز جذب می شود و متعاقب آن نقطه ایی نورانی آزاد می شود. این صفحات نسبت به پلاسما به برق بیشتر نیاز دارند و رنگ خوبی نیز تولید نمی کنند.
دیود پخش نور LED: در آن ماتریسی از دیود های آرایش یافته برای تشکیل مواضع پیکسل ها ی صفحه ی نمایش به کار می رود .
نمایش های کریستال مایع :
در این سیستم که از نوع غیر پخشی است یک تصویر با عبور دادن نور قطبی شده از منبع نور محیط یا از منبع نور داخلی از میان مواد کریشتال مایع تشکیل می دهداین مواد می توانند به گونه ایی ردیف بندی شوند که باعث عبور نور یا مانع عبور آن شوند.
هر چند کریستال مایع به آرایش کریستالی از ملکول ها دلالت دارد ولی مثل مایعی روان است صفحات نمایش تخت معمولا از ترکیب کریستال مایع نخ کشی شده استفاده می کنند این کریستال ها گرایش به نگهداری محوری بلند از ملکولهای میله مانند هم ردیف دارند.
انواع مختلفی از این مواد در طبیعت وجود دارند اما آن دسته از آنها که با ولتاژ تغییر می کنند درLCD ها به کار می روند. در این LCD ها مولکولهای کریستال می چرخند و تغییر زاویه می دهند . بر اثراین خصلت بر اثر وصل کردن ولتاژ به کریستال جهت دو قطبی های کریستال هم جهت با میدان الکتریکی ناشی از ولتاژ می شوند . بر طبق این حالت اگر دو تکه شیشه پلاروید یا قطبشگر را روی هم قرار دهیم میتوانیم با تغییر جهت مولکولهای کریستال بکار رفته در بین آنها تصاویری سیاه و سفید(بی رنگ) تشکیل داد. اما در مورد صفحات پلاروید ، اگر دو تکه شیشه پلاروید را روی هم قرار دهیم و یکی را 90 درجه بچرخانیم می بینیم که صفحه تیره می شود (نوری از بین این دو صفحه عبور نمی کند) ، خوب همانطور که خواندیم اگر دو صفحه پلاروید را بر روی هم قرار دهیم (و در حالتی قرار دهی که نور از بینشان عبور کند) واز مقداری کریستال در بین آنها استفاده کنیم با تغییر ولتاژاعملی به کریستال جهت مولکولها تغییر می کند و نوری که از شیشه پلاروید اول عبور می کند 90 درجه تغییر جهت می دهد و به صفحه دوم برخورد می کند با توجه به خاصیت توضیح داده شده نور از صفحه دوم عبور نمی کند و تصویری تیره بوجود می آید.
در LCD ها نوری بوجود نمی آید بلکه نور موجود در محیط تغییر داده می شود. به همین خاطر است که LCD ها را در تاریکی نمی توان استفاده کرد. به خاطر این خصلت که خود مولد نور نیستند مصرف کمتری نسبت به لامپها و دیودها دارند.
دو ورقه ی شیشه ای ماده ی کریستال مایع را ساندویچ وار احاطه کرده اند هر کدام از این ورقه های شیشه ایی قطبی کننده ی نوری واقه در وضعیت 90 درجه نسبت به همدیگر را شامل اند.سطر هایی از رسانا های شفاف به صورت افقی در یک ورق شیشه ای و ستونهایی از رسانا ها ی عمودی در ورق شیشه ایی دیگر قرار گرفته اند محل تلاقی دو رسانا پیکسلی را تعریف ی کند . معمولا ملکولها به حالت روشن نشان داده می شوند ,
نور قطبی شده ذر زمان عبور از میان ماده پیچ خورده و از میان قطبی کننده مقابل عبور خواهد کرد به این ترتیب نور بطرف ناظر تابیده شده و پیکسل روشن می شود.
برای خاموش کردن یک پیکسل ولتاژی به محل تلاقی دو رسانا اعمال می شود تا ملکول ها هم ردیف شده و نور دیگر پیچ نخورد این نوع دستگاه سفحه تخت ماتریس منفعل LCD نامیده می شود.
روش دیگر برای ساخت LCD ها قرار دادن ترانزیستور در مکان هر پیکسل با استفاده از فناوری ترانزیستور فیلم نازک است.این صفحات نمای ماتریس فعال نامیده می شود.
دستگاه های دید سه بعدی
این فناوری به کمک بازتاب تصویر مانیتور معمولی از یک آینه نوسان پذیر و قابل تنظیم ایجاد می شود. نوسان آینه باعث تغییر فاصله ی کانونی آن می شوداین نوسانات با نمایش جسم بر روی مانیتور به گونه ایی هماهنگ می شود که هر نقطه از سطح جسم از طریق آینه به نقطه ایی در فضا منعکس می شود که متناظر با نقطه دید مزبور از موقعیت دید مشخص شده است.
سیستمهای واقعیت مجاز ی و برجسته نما
روش دیگر برای نمایش اجسام سه بعدی نمایش دید های بر جسته نما از جسم است این روش تصویر سه بعدی واقعی تولید نمی کند اما با ارائه ی دیدی متفاوت به هر چشم بیننده جلوه ای سه بعدی تولید می کند که در آن به نظر می رسد صحنه ها دارای عمق اند.
یکی از روش های تولید تصویر بر جسته نما در سیستم راستر نمایش هر دید در دور های رفرش متوالی است.صفحه مانیتور توسط عینک های خاص نگریسته می شود.عدسی های عینک به گونه ای ساخته ده اند که مشابه یک شاتر به صورت هماهنگ سریع و یک در میان یکی از دید ها را بلوکه می کنند.
روش دیگر خلق واقعیت مجازی استفاده از پروژکتور ها برای تولید صحنه در آرایه ایی از دیوار هاست که در آن ناظر با استفاده از شیشه های بر جسته نما و دستکشهای داده ایی با یک نمایش مجازی تعلمل بر قرار می کند.
اتمام قسمت 1
2- دستگاه های پویش راستری
در سیسم های راستری از چند واحد پردازشگر استفاده می شود .
قسمت کنترلگر ویدئویی کار های متنوعی انجام می دهد از جمله تعیین وضعیت اشعه ی الکترونی (موقعیت پیکسل ها و شدت آنها) سازگار کردن صفحه نمایش با RAM سیستم اعمال افکت بر روی گروهی از پیکسل ها (مثلا مانیتور رنگی تصویر را به حالت سیاه و سفید نمایش دهد یا قسمتی از صفحه را بزرگ یا کوچک میکند) و امکان ارتباط با دوربین فیلم برداری و غیره را فراهم می کند.
پردازشگر نمایش پویش راستری : هدف آن آزاد سازی CPU کامپیوتر از انجام کار های گرافیکی است.
تبدیل پویش : رقمی کردن تصویر داده شده در برنامه ای کاربردی به مجموعه ایی از مقادیر شدت برای پیکسلها جهت ذخیره سازی در فرم بافر است.
این مباحث چون زیاد اهمیتی نداره توضیح نمی دم.
4- دستگاه های دید و ایستگاه های کاری گرافیکی
5- دستگاه های ورودی
6- دستگاه های نسخه چاپی
7- شبکه های گرافیکی
8- گرافیک در اینترنت
اتمام حذفیات
9- نرم افزار های گرافیکی
کلا نرم افزار های گرافیکی را به صورت زیر طبقه بندی می کنیم :
الف ) بسته های تک منظوره : احتیاج به برنامه نویسی ندارند و کاربر با منو ها و ... کار می کند. مثل فوتوشاپ و غیره
ب ) بسته های برنامه نویسی عمومی : احتیاج به برنامه نویسی با توابع این بسته وجود دارد. مثل GL, OpenGL , VRML , java 2D , java 3D
نمایش سیستم مختصات
برای تولید یک تصویر توسط یک بسته برنامه نویسی نخست باید توصیفات هندسی اشیای مورد نمایش را ارائه دهیم این توصیفات , مکانها و شکلها ی اشیاء را مشخص می کنند برای مثال یک جعبه را میتوان با گوشه های رئوس آن مشخص کرد و یک کره را می توان با موقعیت شعاع و مرکز آن تعریف کرد به جز چند مورد استثنایی بسته های گرافیکی عمومی مستلزم این هستند که توصیفات مزبور در یک سیستم متخصات دکارتی استاندارد و راستگرد تعیین شوند اگر مقادیر مختصات برای یک تصویر در سیستم مختصات دیگر (کروی هزلولی و غیره) داده شدهخ باشند باید آنها را قبل از دادن به بسته ی گرافیکی به سیستم مختصات دکارتی تبدیل کرد یک بسته گرافیکی خاص منظوره که برای کاربرد های ویژه ایی طراحی شده باشد می تواند استفاده از سیستم مختصات دیگری را که برای این کاربرد ها مناسب ترند فراهم سازد.
معمولا در فرآیند تولید و نمایش یک صحنه از چند سیستم مختصات دکارتی مختلف استفاده می شود نخست شکل های اشیای انفرادی مثل درختان یا مبلمان داخل صحنه را می توانیم در سیستم مختصات جداگانه ای برای هر شی تعریف کنیم این سیستم مختصات را سیستم مختصات مدل یا گاهی سیستم مختصات محلی می نامند.
بعد از اینکه شکل های اشیای انفرادی مشخص شدند یک صحنه را می توان با قرار دادن اشیای در مکان های مناسب در یک سیستم مختصات صحنه به نام سیستم مختصات جهانی ساخت (مدل سازی کرد) .
مواضع سیستم مختصات جهانی نخست به مختصات دیدی که متناظر است با دیدی که میخواهیم از موقعیت یا جهت دیدی یک دوربین فرضی از صحنه داشته بایم تبدیل می شوند سپس سیستم سپس مواضع مختصات جسم به یک پروجکشن دو بعدی از صحنه متناظر با آنچه بر روی دستگاه خروجی خواهیم دید تبدیل می شوند بعد صحنه در سیستم مختصات نرمالیزه که در آن مقدار هر مختصه , بسته به سیستم , در دامنه -1 تا 1 یا 0 تا 1 قرار دارد ذخیره می شود مختصات نرمالیزه را مختصات دستگاه نرمالیزه نیز می گویند . زیرا استفاده از این نمایش یک بسته ی گرافیکی را از دامنه ی مختصه برای هر دستگاه خروجی تعیین شده مستقل می سازد همچنین لازم است تا سطوح مرئی را مشخص کرده و قسمت های بیرونی تصویررا نسبت به مرز های دیدی که می خواهیم بر روی دستگاه نمایش نشان دهیم حذف می کنیم سر انجام تصویر برای نمایش داده شدن به رفرش بافر یک دستگاه راستر تبدیل پویش می شود سیستم مختصات برای دستگاه نمایش معمولا مختصات دستگاه یا در حالت یک صفحه نمایش ویدئویی , مختصات صفحه نمایش نامیده می شود اغلب مختصات نرمالیزه و مختصات صفحه نمایش هر دو در سیستم مختصات چپ گرد تعیین می شوند به گونه ای که افزایش فواصل مثبت از صفحه ی xy را می توان مشابه دور تر شدن از موقعیت دید تعبیر کرد.
انواع توابع گرافیکی :
نمایش تبدیل مختصات ها
مبنای خروجی گرافیکی : خروجی هایی مانند حروف , اشکال هندسی مثل نقطه خط پاره خط قطعه منحنیها سطوح پر شده با رنگ (چند ضلعی ها) و شکل های تعریف شده توسط آرایه ایی از نقاط رنگ را شامل می شود.
ویژگی ها : خواص خروجی های مبنا را مشخص می کند.
تبدیلات هندسی : اندازه , موقعیت , وجهت جسم ر در یک صحنه را مشخص می کند.
تبدیلات مدل سازی : برای ساخت صحنه ایی که تک تک اجسام آن در سیستم مختصات محلی خود توصیف شده باشند.
تبدیلات دید : برای انتخاب یک دید از صحنه کاربرد دارند.
توابع ورودی : کنترل و پردازش جریان داده ورودی از دستگاه های ورودی را بر عهده دارند.
توابع عملیات کنترل : به توابعی اطلاق می شود که وظایف آماده سازی و مقدار اولیه داده به پارامتر ها را بر عهده دارند.
استاندارد های نرم افزاری
وقتی یک بسته گرافیکی ایجاد می شود مهمترین هدف حمل بری است. یعنی بتوان برنامه نوشته شده را با هر نوع سخت افزار و سیستم عاملی اجرا کرد.
بر همین اساس در سال 1984 اولین بسته استاندارد شده GKS بوسیله ISOو ANSI منتشر شد. و در ابتدا یک بسته گرافیکی دو بعدی بود که به محیط سه بعدی نیز گسترش یافت. در همین زمان یک بسه گرافیکی با نام GL که در شرکتهای SGI (silicon graphoc inc) 0 طراحی شده بود محبوبیت خاصی پیدا کرد و به صورت بالفعل به یک استاندارد تبدیل شد.
در اوایل سال 1990 , OpenGL به عنوان نسخه ایی مستقل از سخت افزار GL معرفی شد و در حال حاضر این بسته بوسیله OpenGL Architecture Review Board که کنسرسیومی شاخص از بسیاری از سازمانها و کمپانی های گرافیکی است نگهداری و به روز می شود.
بسته های گرافیکی دیگر
بسته های گرافیکی مختلفی وجود دارند که برای اهداف مختلفی طراحی شده اند برای اطلاعات بیشتر به این لینک مراجعه کنید مثال : open invertor که یک سری روتینها شی گرای برای توصیف صحنه را با استفاده از OpenGL در دسترس قرار می دهد. java2D , java3D, VMRL نموه های دیگر بسته های گرافیکی هستند.
پاسخ با نقل قول
