В.П. Иванов Л.С. Батраков
ТРЁХМЕРНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ
ГРАФИКА
Под редакцией академика РАЕН ГМПОЛИЩУКА
Иванов В.П., Батраков A.C. И 18 Трехмерная компьютерная графика / Под ред. Г.М. Полищука. — М.: Радио и связь, 1995. — 224 с: ил.
ISBN 5-256-01204-5.
Рассмотрены основные принципы формирования трехмерных изображений на компьютере и практическое применение трехмерной компьютерной графики: распознавание образов, моделирование трехмерных сцен, архитектурное проектирование, анимация и т.д. Приведены сведения о программной поддержке геометрического моделирования и компьютерного синтеза изображений, примеры программ на Турбо Паскале. Оригинальность и практическая значимость предложенных подходов подтверждена независимой конкурсной экспертизой компании Hewlett Packard.
Для программистов, специалистов в области компьютерной графики, может быть полезна студентам вузов.
ВВЕДЕНИЕ
Быстрое развитие вычислительных средств, расширение их возможностей являются главным фактором все более широкого внедрения их в различные сферы научной и практической деятельности. Исключительно интенсивно развивается направление компьютерного синтеза изображений. Можно считать, что в настоящее время в основном сформировалась новая отрасль информатики - машинная графика. Ее можно определить как науку о математическом моделировании геометрических форм и облика объектов, а также методов их визуализации.
Интерес к синтезу изображений объясняется высокой информативностью последних. Информация, содержащаяся в изображении, представлена в наиболее концентрированной форме, и эта информация, как правило, более доступна для анализа: для ее восприятия получателю достаточно иметь относительно небольшой объем специальных знаний.
Стремление визуализировать информацию наблюдается практически во всех сферах деятельности человека. И с начала использования ЭВМ возникла проблема представления получаемых данных в виде изображения. На начальном этапе программными средствами формировались различные символьные изображения: диаграммы, графики, условные схемы, планы и т.п. Вывод такой информации осуществлялся непосредственно через алфавитно-цифровое печатающее устройство.
Формирование машинной графики как самостоятельного направления относится к началу 60-х годов, когда Сазерлендом был создан первый специализированный пакет программного обеспечения машинной графики. В 60-е годы были сформулированы принципы рисования отрезками, удаления невидимых линий, методы отображения сложных поверхностей, определены методы формирования теней, учета освещенности сюжета. Первые работы были в основном направлены на развитие векторной графики, т.е. рисования отрезками. Из первых работ этого направления наибольшее влияние на развитие векторной графики оказали алгоритмы Брезенхема.
В 70-е годы значительное число теоретических и прикладных работ было направлено на развитие методов отображения пространствен! гых форм и объектов. Это направление принято называть трехмерной машинной графикой. Математическое моделирование трехмерных сюжетов требует учета трехмерности пространства предметов, расположения в нем источников освещения и наблюдателя. Потребностями трехмерной машинной графики обусловлено большое количество работ по методам аппроксимации и представления сложных поверхностей, отображению узоров из них, генерированию текстур, рельефа, моделированию условий освещения. Одновременно значительное внимание уделялось улучшению качества синтезированных изображений, повышению уровня их реалистичности; сглаживанию погрешностей, возни-кающих в результате аппроксимации геометрической формы реальных тел и пространственной дискретизации изображения. Методы трехмерной машинной графики позволяют визуализировать сложные функциональные зависимости, получить изображения проектируемых, еще не созданных объектов, оценить облик предметаиз недоступной для наблюдения позиции и решить ряд других аналогичных задач.