Алгоритмы заполнения различных фигур определенным стилем

     Оглавление

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Стиль заполнения. Кисть. Текстура……………………………………………………………………………5
2. Алгоритмы заполнения различных фигур определенным стилем……………………………………………………………………………...8

Заключение……………………………………………………………………….20

Список литературы………………………………………………………………21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     Компьютерная  графика прочно вошла в нашу жизнь. Она используется почти во всех научных  и инженерных дисциплинах для  наглядности и восприятия, передачи информации. Применяется в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д.   Компьютерная графика - это и новые эффективные технические средства для проектировщиков, конструкторов и исследователей, и программные системы и машинные языки, и новые научные, учебные дисциплины, родившиеся на базе синтеза таких наук как аналитическая, прикладная и начертательная геометрии, программирование для ПК, методы вычислительной математики и т.п. Конечным продуктом компьютерной графики является изображение. Машина наглядно изображает такие сложные геометрические объекты, которые раньше математики даже не пытались изобразить.

     Это изображение может использоваться в различных сферах, например, оно  может быть техническим чертежом, иллюстрацией с изображением детали в руководстве по эксплуатации, простой  диаграммой, архитектурным видом предполагаемой конструкции или проектным заданием, рекламной иллюстрацией или кадром из мультфильма.

     В цифровом мире имеется два основных способа представления изображений.

     В обоих случаях реальное непрерывное  изображение разбивается на элементарные объекты, но описываемые различными методами. Один способ - векторная графика - представляет собой математическое описание составляющих элементов (объектов) изображения - кривых и прямых линий, а также элементарных геометрических фигур (прямоугольников, эллипсов и т.п.). Другой способ, растровая графика, заключается в том, что реальное непрерывное изображение разбивается на точки, называемые пикселами, причем каждая точка обладает точно определенными координатами (номер строки и столбца, как ячейки таблицы). Кроме этих двух видов графики, в отдельные виды выделяют фрактальную графику, трехмерные (3D) изображения, анимацию (2D и 3D) и изображения для Web, хотя все они, по сути, являются какой-либо разновидностью либо векторных изображений, либо растровых, либо используют механизмы и той, и другой одновременно.

     Объектом  исследования данной курсовой работы является компьютерная графика.

     Предметом исследования является алгоритмы заполнения фигур определенным стилем.

     Цель  работы - разработать алгоритмы заполнения различных фигур определенным стилем на языке Pascal .

     Были  выделены следующие задачи:

     - изучить литературу по проблеме  исследования.

     -определить  существующие стили заполнения.

     - выявить возможности и средства  компьютерной графики в Турбо Паскале.

     - разработать алгоритмы заполнения  различных фигур определенным  стилем на языке Pascal . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Стиль заполнения. Кисть. Текстура

 

     При выводе фигур могут использоваться различные стили заполнения. Для  обозначения стилей заполнения, отличных от сплошного стиля, используют такие понятия, как кисть и текстура. Их можно считать синонимами, однако понятие текстуры обычно используется применительно к трехмерным объектам, а кисть — для изображения двумерных объектов. Текстура — это стиль заполнения, закрашивание, которое имитирует сложную рельефную объемную поверхность, выполненную из какого-то материала. Для описания алгоритмов заполнения фигур с определенным стилем используем тот же способ, что и для описания алгоритмов рисования линий. Описание всех разновидностей подобных алгоритмов можно дать с помощью такой обобщенной схемы:  

     Вывод пиксела заполнения цвета С с координатами (x,y)

     Например, в алгоритме вывода полигонов  пикселы заполнения рисуются в теле цикла горизонталей, а все другие операции предназначены для подсчета координат (х, у) этих пикселов. Сплошное заполнение означает, что цвет (С) всех пикселов одинаков, то есть C=const. Нам нужно как-то изменять цвет пикселов заполнения, чтобы получить определенный узор. Преобразуем алгоритм заполнения следующим образом:

     C=f(x,y)

     Вывод пиксела заполнения (x,y) цветом С

     Функция f(x,y) будет определять стиль заполнения. Аргументами функции цвета являются координаты текущего пиксела заполнения. Однако в отдельных случаях эти аргументы не нужны. Например, если цвет С вычислять как случайное значение в определенных границах: С = random (), то можно создать иллюзию шершавой матовой поверхности (рис. 1).

       
 

     Другой  стиль заполнения — штриховой (рис. 2). Для него функцию цвета также можно записать в аналитической форме:

 
 

Где S – период, а Т – толщина штрихов, С_ш – цвет штрихов, С_ф – цвет фона.  

     Если  не рисовать пикселы фона, то можно  создать иллюзию полупрозрачной фигуры. Подобную функцию можно записать и для других типов штриховки. Аналитическая форма описания стиля заполнение позволяет достаточно просто изменять размеры штрихов при изменениях масштаба показа, например, для обеспечения режима WYSIWYG.

     Зачастую  при использовании кистей и текстур  используется копирование небольших растровых изображений. Такой алгоритм заполнения можно описать вышеупомянутой общей схемой, если строку

     С=f(x,у) заменить двумя другими строками:

Координаты  пиксела заполнения (x,  y) преобра зуем в растровые координаты образца кисти (x_T  ,y_T )

По  координатам  (x_T  ,y_T )    определяем цвет (С) пиксела в образце кисти

Вывод пиксела заполнения цвета С с координатами  (x,  y)  

     Преобразование  координат пиксела заполнения (х, у) в координаты внутри образца кисти можно выполнить таким образом:

     x_T= x mod m,

     y_T= y mod n, 

     где т, п — размеры растра кисти соответственно по горизонтали и вертикали. При этом координаты (х_Т, у_Т) будут в диапазоне х_Т= 0...m- 1, у_Т =0...п - 1 при любых значениях х и у. Таким образом, обеспечивается циклическое копирование фрагментов кисти внутри области заполнения фигуры (рис. 3).

  
 

     Удобно, когда размеры кисти равны степени двойки. В этом случае вместо операций взятия остатка (mod) можно использовать более быстродействующие для цифровых компьютеров поразрядные двоичные операции. Приведем пример вычисления остатка от деления на 16.

     Биты  двоичного кода числа  Х:

      х   х  .  .  .  х х х х х

Х mod 16 = 0 0 . . . 0  x  x  x  x 

     Здесь можно использовать поразрядную  операцию & (И). Еще один пример. Если необходимо вычислить X mod 256, а значение X записано в регистре АХ микропроцессора (совместимого с 80x86), то в качестве результата достаточно взять содержимое младшей байтовой части этого регистра — AL.

     Одна  из проблем наложения текстур  заключается в том, что преобразование растровых образцов (повороты, изменение  размеров и тому подобное) приводят к ухудшению качества растров. Повороты растра добавляют ступенчатость (aliasing); увеличение размеров укрупняет пикселы, а уменьшение размеров растра приводит к потере многих пикселов образца текстуры, появляется муар. Для улучшения текстурованных изображений используют методы фильтрации (интерполяции) растров текстур [41, 47]. Также используются несколько образцов текстур для различных ракурсов показа (mipmaps) — компьютерная система во время отображения находит в памяти наиболее пригодный растровый образец.

     Для использования текстур необходим достаточный объем памяти компьютера — количество растровых образцов может достигать десятков, сотен и более в зависимости от количества типов объектов и многообразия пространственных сцен. Чтобы как можно быстрее создавать изображение, необходимо сохранять текстуры в оперативной памяти.

     Для экономии памяти, выделяемой для текстур, можно использовать блочное текстурирование. Текстура здесь уже не представляет всю грань целиком, а лишь отдельный  фрагмент, который циклически повторяется в грани. Это напоминает процесс размножения рисунка кисти при закрашивании полигонов.

     Разумеется, далеко не для всех объектов можно  использовать такой способ отображения, однако, например, для образцов современной  массовой "коробочной" архитектуры в этом плане имеются практически неограниченные возможности (рис. 4).

     Современные видеоадаптеры оснащены графическими процессорами, которые аппаратно поддерживают операции с текстурами [4, 122].

  
 
 
 
 
 

2. Алгоритмы  заполнения различных фигур определенным стилем 

     В этом параграфе рассмотрим примеры заполнения некоторых геометрических фигур, таких как квадрат, круг и треугольник, разными стилями. Например, точками, прямыми и наклонными линиями, и небольшими растровыми изображениями – окружностями, а так же сделаем их поверхность матовой.

1. Алгоритм заполнения квадрата разными стилями:
1. Заполнение точками:

     Uses Graph;{подключение модуля Graph}

     Var Driver,Mode:Integer;{определяет тип и задает режим работы графического драйвера}

     X,Y,c:Integer;

     Begin

     {Инициализация  графического режима}

     Driver:=Detect;

     InitGraph(Driver,Mode,'C:\tp\BGI');

     SetColor(4);{красный цвет рисунка}

     SetBkColor(0);{черный цвет фона}

     rectangle(400,200,600,400);{Прямоугольник с заданными координатами верхнего левого угла и нижнего правого угла }

     for x:=400 to 600 do begin{перебираем  координаты точки по х }

     for y:=200 to 400 do begin{перебираем  координаты точки по у }

     If ((x>400) and (x<600) and (y>200) and (y<400)) then  begin{ограничиваем область заполнения квадратом}

       if ((x mod 5) <2)and ((y mod 5)<2)  {задаем условие расстановки точек}

     then c:=4 else c:=0;

     PutPixel(x,y,c);{процедура выставления точки с заданными координатами и цветом}

     end;

     end;

         end;

     ReadLn;{задержка изображения на экране до нажатия enter}

     CloseGraph;{выход из графического режима в символьный}

     End.

2. Заполнение прямыми линиями:

     Измененный фрагмент программы :

     if ((y) mod 10)<2 {задаем условие расстановки точек}

     с) Заполнение наклонными линиями:

     Измененный фрагмент программы :

     if ((x+y) mod 5)<2 {задаем условие расстановки точек}

     d)Заполнение небольшими растровыми изображениями – окружностями:

     Uses Graph;{подключение модуля Graph}

     Var Driver,Mode:Integer;{определяет тип и задает режим работы графического драйвера}