GMS Lekcia 1

1 Úvod do problematiky grafických a multimediálnych systémov

1.1 Predmet štúdia počítačovej grafiky

Predmetom štúdia počítačovej grafiky je grafická reprezentácia údajov, generovanie obrázkov

pomocou počítača a manipulácia s nimi. Termín počítačová grafika údajne zaviedol v roku 1960

William Fetter (Boening), ako pomenovanie pre nové návrhové metódy.

Jedna z definícii publikovaná Spoločnosťou pre informatiku v SRN charakterizuje počítačovú

grafiku takto:

„Unter Graphischer Datenverarbeitung (GDV) versteht man die Technologie, mit der Bilder im

allgemeinen Sinn des Wortes (Graphiken, Grau- und Farbbilder) mit Hilfe von Rechnern erfasst

bzw. erzeugt, verwaltet, dargestellt, manipuliert, in einer für die jeweilige Anwendung

geeigneten Form verarbeitet und mit sonstigen, auch nicht-graphischen Anwendungsdaten in

Wechselbeziehungen gebracht werden können. Dazu gehören auch die rechnergestützte

Integration und Verknüpfung dieser Bilder mit anderen Kommunikationsmedien, wie Audio,

Sprache und Video, zur Realisierung komplexer multisensorischer Dialogtechniken“.

Pod počítačovou grafikou (doslova grafickým spracovaním údajov) sa podľa uvedenej definície

rozumejú postupy (technológia) vytvárania, spravovania, zobrazovania a manipulovania s

obrázkami v najvšeobecnejšom slova význame pomocou počítača a vo forme vhodnej pre danú

aplikáciu, ako aj integrácia týchto obrázkov s inými komunikačnými médiami ako audio a video,

pre realizáciu multisensorických dialógových techník.

Jedna z definícií v angličtine znie zase takto:

“Computer graphics (CG) is the field of visual computing, where one utilizes computers both to

generate visual images synthetically and to integrate or alter visual and spatial information

sampled from the real world. …

This field can be divided into several areas: real-time 3D rendering (often used in video games),

computer animation, video capture and video creation rendering, special effects editing (often

used for movies and television), image editing, and modeling (often used for engineering and

medical purposes).

Zdroj: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_graphics

1

GMS Lekcia 1

... alebo veľmi jednoduchá definícia:

„The pictorial representation and manipulation of data by a computer“

Zdroj: http://wordnet.princeton.edu/perl/webwn?s=computer%20graphics

V súčasnosti je počítačová grafika chápaná ako časť informatiky (computer science), ktorá sa

zaoberá teóriou a metódami syntézy počítačových obrazov a môžeme ju charakterizovať

nasledovnou definíciou.

Computer graphics is a branch of computer science that deals with the theory and techniques of

computer image synthesis. Computers produce images by analyzing a collection of dots, or

pixels (picture elements). Computer graphics is used to enhance the transfer and understanding

of information in science, engineering, medicine, education, and business by facilitating the

generation, production, and display of synthetic images of natural objects with realism almost

indistinguishable from photographs.

Počítačová grafika je charakterizovaná ako vedná disciplína, ktorá sa zaoberá spracovaním

grafických informácií pomocou počítača, to znamená transformáciou údajov na grafické

zobrazenia a naopak.

Jedna zo štandardných definícií hovorí:

„Počítačová grafika sa zaoberá metódami a technikami transformácie údajov na grafické

zobrazenia a naopak (STN 36 9001).

Teoretickým základom počítačovej grafiky je geometria. Počítačová grafika a spracovanie

obrazu sa spočiatku vyvíjali samostatne. V súčasnosti zahŕňa počítačová grafika celý rad oblastí

a podľa charakteru vstupu a výstupu spracovávaných údajov sa delí na:

− modelovanie (geometrické),

− vizualizáciu údajov,

− rekonštrukciu údajov a

− číslicové spracovanie obrazu.

2

GMS Lekcia 1

POČÍTAČOVÁ GRAFIKA

Obraz Spracovanie

obrazu

Vizualizácia

Rekonštrukcia a

Opis objektov

Modelovanie

počítačové videnie

Obr. 1 Základná klasifikácia počítačovej grafiky

Počítačová grafika ako samostatný vedný odbor sa zaoberá spôsobmi spracovania informácií

grafického charakteru, teda tvorbe obrazu na základe jeho geometrického opisu.. Na to však

treba opísať objekty, ktoré majú byť zobrazované, či už majú dvojrozmerný, alebo trojrozmerný

charakter. Objekty bývajú podrobované rôznym transformáciám a operáciám a následne

transformované do podoby (rastrového) obrazu. Ten môže byť ďalej upravovaný.

Za základné dvojrozmerné objekty považujeme úsečky, lomené čiary, kružnice, elipsy,

mnohouholníky, krivky a textové reťazce. Tieto objekty nazývame základné grafické prvky

(output primitives) a sú obsiahnuté vo všetkých programoch na kreslenie v rovine. Základné

prvky môžu mať líniový charakter (úsečky, krivky), alebo plošný charakter. V druhom prípade

sa pri nich rozlišuje obrys a vnútro, ktoré možno rôznymi spôsobmi vyplňovať.

Podľa typu zobrazovacieho zariadenia sú výsledkom algoritmov pre kresbu grafických prvkov

buď postupnosti bodov (pixlov), alebo postupnosti úsečiek. V prvom prípade tak získame

rastrový obraz. Druhý typ algoritmov vytvára obraz vektorový. Ten môže byť jednak

vykresľovaný na vektorových kresliacich zariadeniach, alebo následne transformovaný do

rastrovej podoby.

Súčasná počítačová grafika je orientovaná predovšetkým na tvorbu rastrového obrazu. Pri kresbe

v rastri je treba nájsť všetky pixely, reprezentujúce tvar a polohu grafického prvku a priradiť im

farbu daného prvku. Určovanie súradníc a farby týchto pixlov sa nazýva rasterizácia.

Rasterizácia je v podstate vzorkovanie grafického prvku s krokom odpovedajúcim veľkosti

jedného pixlu. Podľa vlastnosti grafického prvku sa toto vzorkovanie robí v smere súradnicovej

osi x alebo y.

3

GMS Lekcia 1

1.2 Prehľad vývoja a základné pojmy

Grafické zobrazenie má väčšiu vypovedaciu schopnosť pre človeka a je prirodzenejšie a

názornejšie ako čistý text. Platí tu staré čínske príslovie: „Obraz má cenu tisícok slov“.

Počítačová grafika sa dnes využíva v projektovaní (CAD) a vo výrobe (CAD/CAM, NC

programovanie, simulácia a animácia, vizualizácia), v službách a remeslách (zákazkové šitie

oblekov, výber účesu a pod.), vo vzdelávaní (multimediálne učebné pomôcky), ako aj v obchode

a umení (ponukové multimediálne katalógy, obchodná grafika, animované filmy a pod.), ale aj

v medicíne, biológii, chémii, kartografii a pod.

Prvé grafické periférne zariadenia počítača sa začali objavovať začiatkom 60-tych rokov. Vznik

počítačovej grafiky sa datuje do 60-tych rokov 20. storočia, keď sa začali používať tzv. kresliace

automaty riadené počítačom. K významnému rozvoju počítačovej grafiky prispel pokrok

v oblasti počítačového hardvéru v 70-tych rokoch 20. storočia a to najmä zavedenie rastrovej

obrazovky pracujúcej na princípe TV technológie. Od tohto obdobia sa začala vyvíjať aj nová

vedná disciplína, ktorá dostala názov „Počítačová grafika“ (Computer Graphics). Počítačová

grafika sa zaoberá vytváraním, uchovávaním a spracovaním modelov reálnych alebo virtuálnych

objektov pomocou počítača.

Na vývoj počítačovej grafiky mal vplyv najmä technologický pokrok v oblasti grafického

hardvéru. Tento je možné aj jednoduchšie identifikovať, než pokrok v oblasti grafického

softvéru. Prvé hrubé „grafické“ výstupy už umožňovali aj také výstupné zariadenia počítača ako

ďalekopis a riadková tlačiareň. V tab. 1 sú uvedené hlavné míľniky vývoja počítačovej grafiky

po dekádach od roku 1960 a najvýznamnejšie výsledky v oblasti hardvéru (HW) a softvéru

(SW). Počítač Whirlwind navrhnutý a zhotovený v MIT v roku 1950 mal už výstup na

obrazovkový displej pracujúci na princípe katódovej trubice. Výstup bol pasívny. Svetelné pero

ako vstupné grafické zariadenie bolo použité prvýkrát pri systéme protivzdušnej obrany v USA v

polovici 50-tych rokov s názvom SAGE. Postupne sa začína rozvíjať interaktívna grafika.

Významný prínos pre rozvoj tejto oblasti priniesol grafický systém SKETCHPAD navrhnutý I.

E. Sutherlandom (MIT, 1963). Sutherland navrhol použiť údajové štruktúry pre ukladanie

hierarchicky usporiadaných grafických prvkov pomocou kopírovania štandardných základných

prvkov. Tento prístup je analógiou použitia šablóny s grafickými symbolmi. Rozpracoval

metódy interaktívnej práce pre používanie klávesnice a svetelného pera.

Firma General Motors zaviedla pre návrh automobilov grafický systém Digigraphic, ktorý

používal niekoľko zobrazovacích jednotiek s prideľovaním času (time sharing). Za základ bol

použitý grafický systém firmy ITEK, ktorá ho využívala pri návrhu šošoviek. 4

GMS Lekcia 1

Obdobie HW SW 50-te roky Počítač Whirlwind s obrazovkovým displejom

(MIT). Kresliace vektorové zariadenie – plotter.

Radarový systém SAGE.

60-te roky Vektorový displej. Vektorový pamäťový displej (DVST-Tektronix). Svetelné pero (light pen)

Vznik interaktívnej počítačovej grafiky. Sketchpad (Ivan Sutherland). DAC - návrh automobilov (GM). Digitek - návrh šošoviek (Itek). APT - programovanie NC strojov (MIT).

70-te roky Rastrová technológia (displej, hard copy) Rastrová počítačová grafika. 80-te roky Výkonné mikropočítače, grafické procesory.

Grafické pracovné stanice (RISC). Nové fyzikálne princípy (LCD displeje).

Štandardizácia (Core, GKS). Geometrické modelovanie. Prenos údajov medzi CAD (IGES).

90-te roky Integrované CAD/CAM pracoviská. Celosvetová sieť počítačov internet.

Nové metódy modelovania (feature modelling). Nové štandardy (PHIGS, STEP). Multimédiá a virtuálna realita. Integrované CAD/CAM systémy.

Tabuľka 1 Hlavné míľniky vývoja počítačovej grafiky a aplikácií

V 70-tych rokoch sa začal dynamický rozvoj a využívanie grafických zariadení, čo umožnilo

zintenzívniť vývoj a používanie programových systémov pracujúcich s týmito zariadeniami.

Tento rozvoj umožnili najmä technologické pokroky v oblasti hardvéru a prudký pokles cien,

ako aj rozvoj teoretických metód počítačovej geometrie (A. R. Forest, J.C. Ferguson, S.A.

Coons, P.E. Bézier, A. P. Armit). Boli navrhnuté efektívne riešenia pre geometrické a

zobrazovacie transformácie, viditeľnosť (hidden line algorithm) ako aj modelovanie kriviek a

plôch pomocou počítača. Štandardným grafickým výstupným zariadením pre dočasný záznam sa

stáva rastrový displej pracujúci na princípe televíznej obrazovky, zariadením pre trvalý záznam

(hard copy) vektorové kresliace zariadenie – plotter, ktoré je postupne nahrádzané rastrovými

veľkoplošnými kresliacimi zariadeniami, a vstupným zariadením zariadenie pre poskytovanie

súradníc polohy - myš.

S rozvojom technológií počítačov a výstupných grafických zariadení nastal postupne odklon od

tradičných vektorových grafických periférií, ktoré sú založené na kreslení čiar, k rastrovým

zariadeniam, ktoré sú založené na kreslení bodov. Tým vznikla požiadavka návrhu nových

algoritmov vhodných pre rastrové zariadenia.

Pasívna a interaktívna grafika charakterizujú spôsob využívania grafického systému. Pasívna

počítačová grafika neumožňuje v priebehu spracovania realizovať vstupy používateľa.

Predstavuje oblasť zameranú na vykresľovanie rôznych objektov ako napr. mapy na základe

jednorazovo zadaných vstupných údajov. Naproti tomu interaktívna počítačová grafika

5

GMS Lekcia 1

umožňuje vzájomnú komunikáciu (dialóg) medzi používateľom a grafickým systémom.

Dialógovej práci musí zodpovedať svojimi funkčnými vlastnosťami hardvér aj softvér.

Statická a dynamická grafika charakterizujú počet obrazov generovaných za časovú jednotku.

Ak grafický systém dokáže generovať obrázky takou rýchlosťou, že pozorovateľ získa dojem

plynulého pohybu objektov (min. 30 krát za sekundu) , potom hovoríme o dynamickej grafike

(animácia). Interaktívny systém nemusí byť dynamický a naopak.

O rovinnej (2D) a priestorovej grafike (3D) hovoríme v súvislosti s vlastnosťami modelovacieho

a zobrazovacieho podsystému. Modelovanie (tvorba modelu) a zobrazovanie (premietanie do

zobrazovacej plochy výstupného zariadenia) sú dva hlavné problémy počítačovej grafiky.

Teoretickým základom počítačovej grafiky je analytická geometria. Často sa využíva aj lineárna

algebra. Miesto počítačovej grafiky v rámci počítačového spracovania údajov ukazuje tab. 2.

Výstup Vstup Symbolický opis Obrázok Zvuk Symbolický

opis Symbolické spracovanie

údajov Počítačová grafika - grafické spracovanie

údajov

Generovanie zvukov

Obrázok Rozpoznávanie obrazov

Spracovanie obrazov NIL

Zvuk Rozpoznávanie zvuku NIL NIL

Tabuľka 2 Klasifikácia foriem počítačového spracovania údajov

Spracovanie grafickej informácie sa vyznačuje týmito charakteristikami:

− veľkým objemom spracovávaných údajov,

− numerickou náročnosťou výpočtov,

− vysokými nárokmi na parametre hardvéru, hlavne na kapacitu pamäte.

Počítačová grafika ovplyvňuje mnoho odborov. Slúži predovšetkým na vizualizáciu výsledkov.

Zoznam aplikácií počítačovej grafiky je veľký. Uvedieme len niektoré najrozšírenejšie aplikácie:

− prezentačná grafika (grafy, diagramy, obrázky),

− analýza údajov (FEM, CT, MGR),

− počítačom podporované kreslenie - CADD a navrhovanie výrobkov - CAD/CAM

(AutoCAD, Pro/Engineer),

− grafické používateľské rozhrania - GUI (X-Windows, Motif),

− geografické informačné systémy (GIS),

− simulácia a animácia (letové simulátory, simulácia procesov, animované filmy),

6

GMS Lekcia 1

− multimédiá a virtuálna realita a pod.

1.2.1 Vektorová grafika

Vektorová grafika označuje spôsob definovania obrazových informácií pomocou základných

geometrických prvkov, akými sú bod, úsečka (vektor), priamka, krivka, mnohouholník, ktoré sa

dajú vyjadriť matematickými rovnicami. Väčšina grafických aplikácií je založená na vektorovom

princípe (CAD, CAM, GPS, DTP…). Väčšina zobrazovacích zariadení je založená ale na

rastrovom princípe (tlačiarne, monitory).

Výhodou vektorových dát oproti rastrovým je predovšetkým omnoho väčšie množstvo

transformácií, ktorým je ich možné podrobiť. Vektorové dáta sú omnoho bližšie k logickému

významu toho, čo opisujú. Napríklad úsečka je vo vektorovom tvare opísaná ako úsečka plus jej

súradnice koncových bodov, farba atď., zatiaľ čo v bitmapovom vyjadrení by išlo o veľké

množstvo pixlov, z ktorých by niektoré neležali na jednej priamke a mali by inú farbu ako

ostatné. Pre rotovanie úsečky vo vektorovom tvare je potrebné zmeniť len súradnice jej krajných

bodov, zatiaľ čo pri rastrovom ide o zložitý úkon spojený s vyhľadaním pixlov a zmenou farby

vo veľkej časti obrazu.

Vektorová (súradnicová) grafika generuje obrázok ako kompozíciu základných prvkov, ktorými

sú úsečky a oblúky kužeľosečiek. Úsečka je definovaná pomocou súradníc začiatočného a

koncového bodu, kružnica pomocou súradníc stredu a polomerom. Obrazové elementy sú

uložené ako objekty pomocou súradníc bodov v pamäti počítača. Krátka úsečka vyžaduje takú

istú veľkosť pamäte ako dlhá. Základné grafické prvky môžeme kedykoľvek identifikovať. Ak

využívame na zobrazenie vektorového obrazu rastrové výstupné zariadenie (napr. displej),

potom ho musíme transformovať a vytvoriť bitovú mapu. Súradnicová grafika umožňuje

jednoducho ovládať vektorové výstupné zariadenia. Rozlišovacia úroveň a presnosť kresby

závisia od použitých algoritmov a presnosti hardvéru.

7

GMS Lekcia 1

Obr. 2 Vektorová a rastrová grafika

1.2.2 Rastrová grafika

Rastrová (bodová, bitmapová) grafika je charakterizovaná používaním množiny bodov pre

generovanie obrazu. Každý obrazový bod (pixel, pel) displeja je reprezentovaný určitým počtom

bitov v obrazovej pamäti. Počet bitov závisí od počtu farieb, ktorými chceme pixel zobraziť. Ak

napríklad chceme zobrazovať len v monochromatickom režime, potom nám stačí pre každý pixel

jeden bit. Priamka sa vytvára postupnosťou bodov. Potrebná kapacita obrazovej pamäte je vždy

rovnaká a závisí len od počtu farieb pre zobrazenie obrazového bodu a rozlišovacej schopnosti

zariadenia. Rastrová grafika je veľmi jednoduchá, má ale aj množstvo nevýhod. Nie je napr.

vhodná pre technické kreslenie alebo CAD systémy. Zväčšovaním objektu dochádza aj k

zväčšeniu rozstupu rastra a nedôjde k očakávanému zlepšeniu rozlišovacej úrovne. Grafické

prvky sa nedajú identifikovať a nemožno ich opakovane priamo využívať.

Rasterizácia je proces prevodu vektorovej reprezentácie dát na ich rastrovú formu s cieľom

dosiahnuť maximálnu možnú kvalitu a zároveň rýchlosť výsledného zobrazenia. Je to prevod

základných grafických výstupných prvkov - entít (úsečky, kružnice, krivky, oblasti a textové

reťazce) do postupnosti obrazových bodov.

Pri práci používame výstupné zariadenia, ktoré pracujú väčšinou s rastrom. Základným

stavebným prvkom (atómom obrazu) v rastrovej grafike je bod, z ktorého sú poskladané všetky

grafické objekty. Príkladom výstupného zariadenia je počítačový monitor. Ten sa skladá z

8

GMS Lekcia 1

rastrovej (bodovej) obrazovky. Ak má obrazovka rozlíšenie napr. 1024x768, znamená to, že v

riadku je 1024 bodov a spolu na obrazovke 786 432 bodov. Postup ako mapovať dvojrozmerné

grafické objekty na množinu pixlov, ktoré budú vyfarbené sa nazýva scan conversion alebo

rasterizácia.

Rastrová grafika označuje spôsob ukladania obrazových informácií opisom jednotlivých bodov

usporiadaných v myslenej mriežke. Každý bod (pixel) má určenú svoju presnú polohu, farbu a

prípadne priehľadnosť (alfa kanál). Farba pixlu môže byť opísaná napríklad pomocou farebného

modelu RGB, ktorý definuje jednotlivé pixle miešaním troch základných farieb (červená, zelená,

modrá). Množstvo použitých bitov potrebných na opis závisí od zvolenej farebnej hĺbky.

Napríklad ak použijeme len čiernu a bielu farbu, stačí nám jediný bit pre každý pixel. Veľkosť

obrázka tiež závisí od rozlíšenia, ktoré sa udáva v DPI (počet bodov na palec).

Obr. 3 Rasterizačná mriežka

Rastrová resp. bitmapová grafika je zložená s číselných hodnôt špecifikujúcich farbu každého

pixlu. Pixel je obrazový bod, ktorého atribútom je farba a ktoré dohromady dávajú celkový

obraz. Táto tzv. bitová mapa resp. bitmapa je zložená z poľa hodnôt, ktoré nastavujú farbu a

nastavujú príslušný pixel počas zobrazovania bitmapy. Bitmapy sa často používajú pre

reprezentáciu zložitých obrázkov vychádzajúcich z „reálneho sveta“, ako napr. digitalizované

fotografie alebo video snímky. Pod bitmapou rozumieme pravouhlú oblasť s plošnými rozmermi,

ktoré zodpovedajú jej šírke a výške v bodoch.

Nevýhodou bitmáp je závislosť od výstupného zariadenia. Významným problémom je aj

interpretácia farby. Zobrazenie farebného obrázku na čiernobielom zariadení zvyčajne nie je

uspokojivé. Bitmapy často predpokladajú pevne dané rozlíšenie a rozmer obrázku. Aj keď je

9

GMS Lekcia 1

možné bitmapu roztiahnuť alebo zúžiť na iné rozmery, tento proces obyčajne vedie k duplicite

alebo strate stĺpcov prípadne riadkov, čo má za následok skreslenie výsledného obrazu. Okrem

plošného rozmeru majú bitmapy ešte aj farebný rozsah. Je to počet bitov, potrebných k uloženiu

jedného bodu bitmapy (farebná hĺbka alebo počet bitov na pixel). Každý bod bitmapy je vždy

reprezentovaný rovnakým počtom bitov. Bitová mapa s jedným bitom na bod sa označuje ako

jednofarebná (monochromatická) bitmapa. Bitmapy s viacerými odtieňmi šedi alebo farebné

bitmapy vyžadujú pre uloženie jedného bodu viac bitov. Počet možných farieb zodpovedá

výrazu 2bpp , kde bpp je číslo udávajúce počet bitov, ktoré použijeme na zobrazenie jedného

bodu.

1.2.2.1 Rozlíšenie rastrového obrázka

Rozlíšenie rastrového obrázka je počet bodov použitých pre rastrový obrázok, ktorý napr.

reprezentuje fyzickú veľkosť originálu (analógového), meraných v dpi (dots per inch).

Vstupné a výstupné rastrové zariadenia pre snímanie a tlačenie obrázkov majú tiež určitú tzv.

rozlišovaciu schopnosť. Rozlišovacia schopnosť priemerného monitora osobného počítača je

napr. 72 dpi. Stránkový skener HP ScanJet 8200 má hardvérovú rozlišovaciu schopnosť do 4800

x 4800 dpi, rozlíšenie laserovej tlačiarne HP LaserJet 1200 Series je do 1200 dpi a farebnej

atramentovej tlačiarne Canon Pixma iP5200 je max. 9600 x 2400 dpi.

Pri bitmapových obrázkoch možno rozlíšenie bez straty kvality len zmenšovať. Každé ďalšie

zväčšovanie rozlíšenia je zbytočné, lebo kvalita obrázku sa nezvýši. Okrem toho, taký obrázok

môže mať neúmerne veľký objem údajov a manipulácia s ním je na monitore ťažkopádna.

Vyššie rozlíšenie je výhodné použiť napr. pri skenovaní výrezu z fotografie, aby táto časť

obrázku nebola príliš malá. Nutné je uplatňovať zásadu, že už v prvej fáze vzniku obrázku treba

pracovať s takým rozlíšením, ktoré je potrebné pre požiadavky kvality zobrazenia (monitor, tlač,

...). Pre tlač treba vyššiu kvalitu, ako pri zobrazení na monitore.

Veľkosť digitálneho obrázka je jeho veľkosť v bodoch (pixloch v prípade monitora). Zmeniť

jeho veľkosť znamená zmeniť počet bodov. Zmenu veľkosti obrázka vytlačeného na papieri (v

centimetroch) je možné realizovať dvomi rôznymi spôsobmi:

1. Skutočne zmeníme rozmery digitálneho obrázka.

2. Zmeníme len dpi pre tlač.

Zatiaľ čo zmena veľkosti digitálneho obrázka v bodoch je zásadný (všeobecne nevratný) zásah

do digitálneho obrázka, zmena dpi je len zmena kozmetická – dpi môžeme meniť ľubovoľne,

tam a späť a na digitálny obrázok ako taký to nebude mať žiadny vplyv.

10

GMS Lekcia 1

Pre kvalitné zobrazenie postačuje farebná hĺbka 24 bitov (TrueColor), čo zodpovedá použitiu

vyše 16 miliónov farieb. Platí tu priama úmera: čím väčšie rozlíšenie a farebnú hĺbku má

obrázok, tým viac potrebujeme miesta pre jeho uloženie.

1.2.2.2 Obrazová (video) pamäť

Počítače zobrazujú obraz na obrazovke monitora (klasický monitor CRT – Cathod Ray Tube

alebo LCD – Liquid Crystal Display) pomocou grafického adaptéra (VGA – Video Graphics

Array). Grafický adaptér dostáva príkazy z procesora počítača (CPU – Central Processing Unit)

alebo spracúva príkazy, ktoré sú určené priamo pre jeho grafický procesor (GPU – Graphic

Processing Unit). Procesor spracúva príkazy spusteného programu, ktoré sú v danom okamihu

uložené v operačnej pamäti počítača (RAM – Random Access Memory). Program a jeho

jednotlivé príkazy sa do operačnej pamäte dostanú z pevného disku počítača (HDD – Hard Disk

Drive), kde máme program uložený. Príkazy sa teda spracúvajú po ceste:

HDD -> RAM -> CPU (GPU) -> VGA -> CRT (LCD).

Grafický displej rastrového typu zobrazuje časť pamäte, ktorá sa nazýva obrazová pamäť, alebo

frame buffer.

Na zobrazenie jedného bodu s jednou farbou alebo úrovňou sivej farby je potrebná jediná bitová

rovina obrazovej pamäte. Rozlišovacia schopnosť je potom údaj, ktorý uvádza, koľko bodov je

zobraziteľných v osi x a v osi y, zatiaľ čo adresovateľnosť je údaj o rozmere bitovej roviny.

frame buffer

1*

1 D/A

*

1 bitová rovina 1 bit

register prevodník

Tienid lo obrazovky

Obr. 4 Obrazová pamäť s jednou bitovou rovinou

Rozlišovacia schopnosť a adresovateľnosť sú dva rozdielne údaje, ktoré by sa nemali zamieňať.

V nasledovnom odseku budeme pre jednoduchosť vychádzať z toho, že rozsah obrazovej pamäte

je rovnaký ako rozsah zobrazenia na obrazovke. Pre adresovateľnosť 1024*1024, ktorá je

nevyhnutná pre konštruktérsku prax, dostávame kapacitu potrebnej pamäte 1 MB. 11

GMS Lekcia 1

frame buffer

1*

0

D/A 2N

*

3 bitové roviny

prevodník2N úrovní

tienidlo obrazovky

1*

0* 1 1

Obr. 5 Obrazová pamäť s tromi bitovými rovinami

V určitých aplikáciách je nevyhnutné disponovať s niekoľkými úrovňami sivej farby a zvyčajne

je počet úrovní sivej farby vyjadrený číslom 2N (v rozsahu 0 až 2N-1, kde N je počet bitových

rovín). Princíp takého displeja je znázornený na obr. 5. V danom prípade sa bod na obrazovke

zobrazí s úrovňou sivej farby zodpovedajúcej hodnote 3, pričom je možné v disponovať ôsmimi

rôznymi intenzitami na výstupe.

Pre niektoré aplikácie je vhodné disponovať viacerými úrovňami sivej farby, než je aktuálna

kapacita obrazovej pamäte.

V takomto prípade sa používa ešte tabuľka, ktorá umožňuje prekódovanie tzv. prekódovacia

tabuľka (look-up table), ktorú možno vidieť na obr. 6. Uvedený princíp umožňuje rýchlu zmenu

danej úrovne sivej farby všetkých pixlov na novú úroveň prepisom obsahu príslušného riadku

prekódovacej tabuľky namiesto prekódovania všetkých príslušných pixlov na novú hodnotu.

12

GMS Lekcia 1

frame buffer

*

prevodníky

tienidlo obrazovky

01

11

00

0

1

1

1

0

0

D/A

D/A

D/A

N=8

N=8

N=8

registre N bitov

Obr. 6 Obrazová pamäť s prekódovacou tabuľkou

Tabuľka nesmie byť v tomto prípade realizovaná pomocou pamäte typu ROM, ale pamäťou typu

RAM. Je zrejmé, že pre architektúru na obr. 6 bude platiť

W ≥ N

kde W je počet bitov riadku prekódovacej tabuľky,

N je počet bitových rovín (počet bitov reprezentujúcich číslo zvolenej úrovne sivej farby).

Pre dĺžku L prekódovacej tabuľky, počet riadkov, platí

2N ≤ L ≤ 2W

Celková kapacita obrazovej pamäte pre N=8 (256 úrovní sivej farby) pri adresovateľnosti

1024*1024 je 1MB.

13

GMS Lekcia 1

Skúsme uvedené architektúry použiť v prípade zobrazovania farieb. Najjednoduchšie je použitie

jednej bitovej roviny pre každú farbu. Ak pracujeme v systéme RGB, tak pre jednotlivé

kombinácie dostávame:

Farba R G B Čierna 0 0 0 Modrá 0 0 1 Zelená 0 1 0

Modro-zelená 0 1 1 Červená 1 0 0

Purpurová 1 0 1 Žltá 1 1 0 Biela 1 1 1

Farebné displeje majú tri elektrónové delá, pre každú základnú farbu jedno. Najjednoduchší

prípad je na obr. 7. Taktiež je toto možné spraviť pre N bitových rovín a pre prekódovaciu

tabuľku.

frame buffer

0 0 D/A 2N

*

prevodníkytienidlo obrazovky

1

01

1

D/A 2N

D/A 2N

RG

B

registre

Obr. 7 Obrazová pamäť s jednou bitovou rovinou pre každú farbu

Je opäť nutné podotknúť, že adresovateľnosť a rozlišovacia schopnosť nie je to isté. Dnešné

grafické displeje majú zvyčajne adresovateľnosť 4096*4096 bodov pri rozlišovacej schopnosti

1024*1024 bodov, pričom z palety 16777216 (224) farieb je zobraziteľných na obrazovke len 512

farieb. To znamená, že adresovateľnosť je 4096*4096*16777216, zatiaľ čo rozlišovacia

schopnosť (čo sa na obrazovke skutočne zobrazí) je 1024*1024*512.

Paleta farieb, z ktorej je možné farby vybrať, je

(23)W = (2W)3

pričom počet zobrazených farieb v danom čase na obrazovke je

(23)N = (2N)3

14

GMS Lekcia 1

a pre prípad s 256 farbami dostávame:

• počet bitových rovín pre farbu: N=3

• počet bitov pre prekódovaciu tabuľku: W=8

• kapacita obrazovej pamäte P:

4096*4096*3*3=144Mb=18MB

• kapacita prekódovacích tabuliek T:

256*8*3=6144b=768B

Je zrejmé, že jednotlivé bity nemožno vyberať postupne z časových dôvodov, ale vyberá sa vždy

skupina bodov (doba prístupnosti pamätí je okolo 100 ns).

Bežné kapacity video pamäte v súčasnosti (2008) sú: 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1GB a aj viac.

V zásade je potrebná veľkosť obrazovej pamäte závislá od počtu zobrazovaných bodov

(rozlíšenia zobrazovacej plochy) a počtu zobraziteľných farieb (farebnou hĺbkou).

Príklad:

Nech je rozlíšenie zobrazovacej plochy 1024 x 768 pixlov a nech každý pixel možno zobraziť

256-timi farbami. Potom potrebná veľkosť video pamäte je:

1024 x 768 pixlov = 786432 pixlov x 8 bitov na pixel (256 farieb) = 6 291 456 bitov = 786 432

bajtov = 768 KB.

Pre dané rozlíšenie a farebnú hĺbku potrebujeme video pamäť kapacity minimálne 1 MB.

1.2.3 Grafický systém

Pre riadenie negrafických I/O zariadení je počítač vybavený systémom podprogramov pre

ovládanie súborov údajov, ktorý patrí k základnému programovému vybaveniu počítača.

Podobne pre uľahčenie komunikácie s grafickými zariadeniami existuje špeciálne základné

programové vybavenie, ktoré programátorovi umožňuje jednoduchým spôsobom formulovať a

spracovávať všeobecné grafické úlohy. Také programové vybavenie sa nazýva grafický systém.

Štruktúra grafického programu bola na začiatku monolitická. Zahŕňala aplikačnú časť ako aj

príkazy pre ovládanie grafických zariadení (vstup, výstup, spracovanie a ukladanie grafických

informácií). Takéto programy boli strojovo závislé a zostavené obvykle v jazyku nízkej úrovne

abstrakcie (napr. jazyk symbolických adries-assembler). Neumožňovali prenositeľnosť na iné

zariadenia. Postupne preto došlo k rozdeleniu grafických programov na tieto dva hlavné moduly:

15

GMS Lekcia 1

− základné (funkčné) grafické programové vybavenie (grafický systém), − aplikačné programy.

Grafický systém je súbor rutín, ktoré zabezpečujú prepojenie medzi používateľom

a grafickými zariadeniami. Vytvára rozhranie medzi aplikačným programom a fyzickými

zariadeniami a riadi vstupné a výstupné operácie. Informácie zo vstupu sú odovzdané

aplikačnému programu a ten ich použije ako vstupné údaje pre svoju činnosť. Naopak, výsledky

z aplikačného programu sa prostredníctvom grafického systému a ovládačov prenášajú na

výstupné zariadenia

Aplikačný program

Aplikačný model

Grafický systém

Výstupné zariadenie

Vstupné zariadenie

Obr. 8 Základná štruktúra interaktívneho grafického systému

Aplikačný program je napísaný vo vyššom programovacom jazyku (najčastejšie C/C++)

a rieši generovanie modelu reálneho objektu ako aj postup jeho spracovania (transformácie).

Nezaoberá sa ovládaním vstupných a výstupných zariadení. Programátor má k dispozícii

množinu tzv. grafických knižničných funkcií jazyka a funkcie aplikačného programovacie

rozhrania.

1.2.4 Normalizovaný grafický systém

Normalizované grafické systémy predstavujú jeden zo smerov vývoja počítačovej grafiky. Sú

výsledkom medzinárodného úsilia o normalizáciu v počítačovej grafike. Pod pojmom grafického

systému možno si predstaviť rozhranie medzi aplikačným programom a grafickým zariadením.

Pokiaľ aplikačný program pracuje s modelom objektu, tak grafické zariadenie ho zobrazuje na

výstupné zariadenie. Za normalizované grafické systémy sa považujú iba tie, ktoré boli prijaté

medzinárodnou organizáciou pre štandardizáciu - International Organisation for Standardization

(ISO). Prvá ISO norma pre grafický systém bola prijatá v roku 1985 pod názvom Graphical

Kernel System (GKS). Potom v roku 1987 bola prijatá norma s názvom Computer Graphics

Metafile (CGM) - norma ukladania grafických dát a Graphical Kernel System for Three

Dimensions (GKS 3D, 1987). Ďalej nasledovali normy Programmer`s Hierarchcal Interactive

Graphics System (PHIGS,1989), Computer Graphics Interface (CGI, 1992 ) a PHIGS Plus

16

GMS Lekcia 1

Lumierre und Shading (PHIGS PLUS, PHIGS+, 1992). V roku 1993 bola prijatá norma o

spracovaní obrazu pod názvom Image Processing and Interchange (IPI).

Hlavným cieľom normovaných grafických systémov je medzinárodná garancia prenositeľnosti

grafickej informácie, pokiaľ aplikačné programy túto normu spĺňajú.

1.2.4.1 GKS

ISO norma Graphical Kernel System (ISO 7942) určuje množinu funkcii na programovanie

aplikačných programov, využívajúc interaktívnu počítačovú 2D grafiku. GKS je nezávislá od

programovacieho jazyka a počítačovej platformy. Poskytuje základnú množinu grafických

príkazov, ktoré sú implementované ako základné v každom programovacom jazyku.

Norma GKS sa skladá z týchto základných skupín:

− grafické výstupné prvky,

− logické vstupné zariadenia a vstupné režimy,

− pracovná stanica,

− prostredie GKS,

− metasúbor,

− zisťovacie funkcie a spracovanie chýb.

Grafické výstupné prvky sú základné grafické prvky na kreslenie obrázkov. Každý grafický

prvok má väčšinou niekoľko parametrov, ktoré určujú jeho konkrétny tvar.

Lomená čiara kreslí postupnosť spojených čiar. Všeobecná funkcia na kreslenie lomenej čiary

je POLYLINE(N,POINTS) Postupnosť N-1 lomených úsečiek, kde parameter POINTS je

zoznam N bodov. Môže mať nasledujúce atribúty: farba, hrúbka a typ čiary. Závisí to od

možnosti grafickej stanice.

Postupnosť značiek je entita označujúca množinu bodov pomocou nejakej značky. Nakreslenie

množiny bodov realizuje funkcia POLYMAKER(N,POINTS), ktorá v každom bode POINTS

umiestni značku. Atribúty sú: farba, typ a veľkosť značky.

Vyplnená oblasť je entita, ktorá reprezentuje plochu ohraničenú danou hranicou. V prípade, že

posledný bod nie je totožný s prvým, GKS ich spojí, aby hranica bola uzavretá. FILL

AREA(N,POINTS). Funkcia nakreslí plochu danú bodmi hranice POINTS. V prípade, že

vnútro je prázdne kreslí sa iba hranica oblasti. Môže sa stať, že sa hranice oblasti pretínajú.

Vtedy treba zistiť, ktorý bod je vnútrom oblasti. GKS toto rieši tak, že bod je vnútri, ak

17

GMS Lekcia 1

polpriamka z daného bodu, neprechádza vrcholom hranice oblasti alebo pretína danú hranicu v

párnom počte bodov (najprv vojde do oblasti, a potom z nej vyjde).

Grafický text je entita pre text. Globálne atribúty textu sú: výška znaku, sklon znaku, smer textu

a zarovnanie textu. Niektoré funkcie sú určené len na prácu s textom, ako napr.: funkcia na

zarovnanie textu SET TEXT ALIGNMENT(HORIZ,VERT), funkcia SET CHARECTER

HEIGHT(H) nastavuje šírku znakov na H. Funkcia pre výstup textu má tvar TEXT

(POSITION, STRING).

Pole buniek je entita, ktorá reprezentuje vyplnenú obdĺžnikovú oblasť nejakou vzorkou farieb.

Vykreslí sa pomocou GKS funkcie CELL ARRAY (A,B,DX,DY,SX,SY,CA), kde body A a

B sú krajné body obdĺžnika, ktorý vypĺňame. Obdĺžnik je rozdelený na DX buniek v smere X a

DY buniek v smere Y. Ku každej bunke (I,J) je priradená farba, ktorá je priradená z poľa

indexov farieb CA(I,J), kde I nadobúda hodnoty SX po (SX+DX-1) a J od SY po (SY+DY-1).

Bunka A(AX,AY) bude mať farbu CA(SX,SY) a bunka B farbu CA(SX+DX-1,SY+DY-1).

Zovšeobecnený grafický výstupný prvok (GDP) špecifikuje nové grafické prvky. Norma

pamätala aj na objekty, ktoré nie sú štandardne povolené a implementovala zovšeobecnený

grafický prvok, pomocou ktorého si môžeme zadefinovať nové grafické prvky, ako napr.

hardvérovo podporované len určitým zariadením. Príkladom môžu byť objekty ako napríklad

elipsy alebo splajny. Funkcia má tvar GENERALIZED DRAWING PRIMITIVE(N,

POINTS,ID,LDR,DR),kde ID špecifikuje typ GDP. POINTS sú súradnice N bodov, ktoré sa

používajú na definovanie GDP. DR je pole dĺžky LDR, ktoré obsahuje ďalšie vlastnosti daného

GDP.

1.2.4.2 CGM

Medzinárodná norma CGM (ISO 8632) definuje funkčnosť a kódovanie metasúboru na

ukladanie a prenos grafických 2D informácií. Slúži na ukladanie grafických informácií.

Význam CGM spočíva v skutočnosti, že formát CGM súboru je vhodný na ukladanie a

znovuzískanie grafických informácií. Formát pozostáva z usporiadanej množiny prvkov, ktorými

možno opísať obrázky spôsobom vhodným pre grafické systémy s rôznymi architektúrami a

zariadeniami s rôznymi schopnosťami a využitím. Norma umožňuje sekvenčný a nesekvenčný

prístup k dátam. Norma sa skladá z nasledujúcich častí:

− Funkčná špecifikácia,

− kódovanie znakmi,

18

GMS Lekcia 1

− binárne kódovanie.

Cieľom CGM je poskytnúť mechanizmus na opis, ukladanie a komunikáciu grafických

informácií od zariadenia nezávislým spôsobom.

1.2.4.3 PHIGS

PHIGS Plus Lumierre und Shading (PHIGS PLUS, PHIGS+, 1992 ) normuje rozhranie medzi

aplikačným programom a grafickým systémom a kombinuje modelovací a zobrazovací systém.

Cieľom normy je poskytnúť na zariadení a aplikácii nezávislý spôsob tvorby a práce s

viacúrovňovými modelmi v 2D a 3D priestore.

1.2.5 Grafické formáty

Potreba efektívne ukladať, organizovať a znovu obnovovať grafické dáta viedla k vytvoreniu

grafických súborových formátov. Pod pojmom grafický súborový formát rozumieme spôsob

uloženia grafických údajov v súbore, ich interpretáciu, zobrazenie a spôsob komprimácie.

Prakticky každá dôležitá aplikácia vytvára a ukladá grafické informácie. Aj tie najjednoduchšie

textové editori pracujúce v znakovom móde dovoľujú vytvárať súbory, ktoré obsahujú čiary

vytvorené z ASCII znakov alebo tzv. escape sekvencií.

Grafické formáty sa z hľadiska obsahu delia na:

− vektorové,

− rastrové resp. bitmapové.

V počítačovej grafike sa vektorové dáta väčšinou vzťahujú k čiaram, mnohouholníkom

a krivkám alebo k iným útvarom vytvorených z čiar, ktoré sú číselne špecifikované ako kľúčové

body (uzly). Úlohou programu je transformácia týchto kľúčových bodov na výsledné čiary.

S vektorovými informáciami sú tiež spojené informácie o atribútoch (farba, hrúbka čiary a i.)

a sústava pravidiel, podľa ktorých program nakreslí daný objekt.

Bitmapové (rastrové) informácie sú zložené s číselných hodnôt špecifikujúcich farbu každého

pixlu, alebo obecne obrázkového elementu. Pixle sú body, ktoré majú svoj atribút vo forme farby

bodu, a ktoré dohromady dávajú celkový obraz, ktorý má byť zobrazený. Bitmapa je zložená

z poľa hodnôt, ktoré nastavujú, určujú farbu a „zapínajú“ príslušný pixel počas zobrazovania

bitmapy.

Počet grafických formátov je pomerne vysoký, aj keď vo väčšine prípadov je spoločným cieľom

iba uloženie bitovej mapy predstavujúcej obrázok. Existencia veľkého počtu grafických

formátov má niekoľko príčin:

19

GMS Lekcia 1

− historické dôvody – formáty odrážajú technický vývoj, hlavne postupne sa zvyšujúce

farebné možnosti grafických adaptérov,

− väzba na program – podľa druhu aplikácie vznikali špecializované formáty, napríklad

pre uloženie škíc a kresieb (PCX), čiernobielych dokumentov (TIFF), či pre prenos

farebných fotografií (GIF, JPEG),

− technické dôvody – veľa formátov berie do úvahy rozlišovaciu schopnosť skenerov,

pomocou ktorých je obraz zaznamenávaný, na obrazové rozlíšenie v rôznych osiach, na

zvláštnu architektúru obrazovej pamäte v počítačoch, či na usporiadanie bytov v 16-

bitovom slove,

− kompresia – vzhľadom na veľký pamäťový objem farebných obrázkov je vhodné

uchovávať obraz v komprimovanej podobe. Voľba vhodnej kompresnej metódy je často

závislá na charaktere obrazu.

Hlavným zmyslom kompresie údajov je zmenšiť veľkosť údajov, ale pri tom zachovať všetky

informácie, ktoré obsahujú pôvodný údaj. Požiadavkou je však možnosť obnovy do pôvodnej

podoby. Základnou myšlienkou kompresie údajov je odstrániť z údajov redundanciu. Pri

kompresii grafických údajov sa používa:

− bezstratová kompresia,

− stratová kompresia.

Medzi najznámejšie kompresné algoritmy pre bezstratovú kompresiu patria: tzv. Huffmanov

kód, LZW algoritmus (algoritmus Lempel-Ziv-Welch), RLE algoritmus (Run Lenght Encoding),

aritmetická komprimácia a komprimácia pomocou kvadrantového stromu.

Pre stratovú kompresiu údajov sa najčastejšie používajú transformácie DTC poz.: uviesť čo

znamená skratka, ide asi o diskrétnu kosínusovú transformáciu a potom DCT (strata informácií o

farbách), resp. IDCT – inverzná DCT, fraktálová komprimácia (obmedzene informácií o

tvaroch) a ich kombinácie.

1.2.5.1 Bitová mapa a rastrové formáty

Bitové mapy resp. skrátene bitmapy sa často používajú pre reprezentáciu zložitých obrázkov

vychádzajúcich z „reálneho sveta“, ako sú napríklad digitalizované fotografie alebo video

snímky. Nevýhodou bitmáp je problém s nezávislosťou od výstupného zariadenia.

Pravdepodobne najvýznamnejším problémom sú farby. Zobrazenie farebného obrázku na

čiernobielom zariadení zvyčajne nie je uspokojivé.

20

GMS Lekcia 1

Ďalším problémom je, že bitmapy často predpokladajú pevne dané rozlíšenie a rozmer obrázku.

Aj keď je možné bitmapu roztiahnuť alebo zúžiť na iné rozmery, tento proces obyčajne vedie

k duplicite alebo strate stĺpcov prípadne riadkov, čo má za následok skreslenie výsledného

obrazu.

Bitmapa je pravouhlá s plošnými rozmermi, ktoré zodpovedajú jej šírke a výške v bodoch.

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0

1

2

3

4

5

Obr. 9 Príklad mriežky bitmapy

Prijatá konvencia určuje, že pri skrátenom zápise rozmerov bitmapy sa najprv uvádza jej šírka.

Okrem plošného rozmeru majú bitmapy ešte farebný rozmer. Je to počet bitov, potrebných

k uloženiu jedného bodu bitmapy a niekde sa označuje ako farebná hĺbka bitmapy, alebo ako

počet bitov na bod (bit per pixel, bpp.) Každý bod bitmapy je vždy reprezentovaný rovnakým

počtom bitov. Bitová mapa s jedným bitom na bod sa označuje ako jednofarebná alebo aj

monochromatická bitmapa. Bitmapy s viacerými odtieňmi šedi alebo farebné bitmapy vyžadujú

pre uloženie jedného bodu viac bitov. Počet možných farieb zodpovedá výrazu 2bpp. Ak

použijeme 2 bity dostávame štyri farby, so štyrmi bitmi máme šestnásť farieb, s ôsmimi bitmi

256, so šestnástimi bitmi 65 536 farieb (HiColor) a ak použijeme 24 bitov, máme 16 777 216

rôznych farieb (True Color).

1.2.5.2 Bitmapy a Windows

Už prvé verzie OS MS Windows podporovali prácu s tzv. bitovými mapami. Avšak Windows

pred verziou 3.0 podporoval bitmapy len ako objekty rozhrania Graphics Device Interface

(GDI), ktoré sa označujú ako bitmapy závislé na zariadení (DDB). Tieto objekty môžu byť

monochromatické alebo majú rovnakú farebnú hĺbku ako skutočné výstupné zariadenie.

21

GMS Lekcia 1

Problém bol v tom, že tieto bitmapy nebolo možné uložiť a neskôr použiť na zariadení s inou

farebnou organizáciou. Napríklad bitmapu so 4 bitmi na bod, schopnú zobraziť 16 farieb, nebolo

možné zobraziť na zariadení, ktoré podporovalo 8 bitov na bod a teda mohlo zobraziť 256

rôznych farieb. Práve pre vysokú závislosť na zobrazovacom zariadení DDB bitmapy nie sú

vhodné pre účely výmeny obrazových informácií. Použitie DDB bitmáp je vhodné len ak sa

vytvárajú a rušia v rámci behu jedného programu.

Vo verzii Windows 3.0 bol definovaný nový druh bitmapy , takzvaná na zariadení nezávislá

bitmapa (DIB). Tieto bitmapy obsahovali vlastnú tabuľku farieb, ktorá hovorí, aké farebné

hodnoty jednotlivých bodov zodpovedajú RGB farbám. Bitmapy DIB sa dajú zobraziť na

ľubovoľnom rastrovom grafickom zariadení. Jediný problém pri DIB bitmapách je v tom, že

skutočné farby sa musia často konvertovať na také farby, ktoré dané zariadenie dokáže zobraziť.

Windows interne na spracovanie rastrového formátu vo veľkej väčšine prípadov používa

bitmapy.

Rastrový formát

Windows aplikácia

Grafický formát DIB

DDB

Obr. 10 Princíp spracovania rastrového formátu aplikáciou pod Windows

Bitmapy DIB je možné transformovať na DDB a naopak aj keď s určitou stratou informácií. Ak

nám však záleží na rýchlosti programu tak sa používajú v aplikáciách DDB bitmapy.

1.2.5.3 Vektorové formáty

Vektorové formáty obsahujú viac informácií ako formáty rastrové. Okrem vzhľadu entity pri

danom spôsobe zobrazenia, danej mierke atď. obsahujú totiž informácie, na základe ktorých je

možné odvodiť aj vzhľad entít v prípade zmeny zobrazenia. Preto aj transformácia kresby

z vektorového formátu do formátu rastrového nazývaná rasterizácia je rádovo jednoduchšou

úlohou ako opačná transformácia, ktorou je vektorizácia.

Vektorové súbory sú užitočné pri ukladaní predlôh, ktoré sú založené na prvkoch zložených z

čiar. Ide hlavne o mnohouholníky.

22

GMS Lekcia 1

Ak je obrázok zadaný vektorovo, znamená to, že obrys každého objektu je definovaný pomocou

čiar. Pri ukladaní takýchto informácií postačuje uložiť súradnice koncových bodov (tzv. uzlov)a

typ čiary. Ak by čiarou bola úsečka, potom ide o aproximatívnu definíciu a v tomto prípade by

geometrický objekt vyzeral napr. ako na obr. 11.

Obr.11 Geometrický objekt definovaný pomocou úsečiek

Vo vektorovom tvare však môžeme okrem úsečiek použiť aj krivky (napr. tzv. Beziérove

krivky).

Obr. 12 Geometrický objekt definovaný pomocou Beziérových kriviek

Výhody vektorového formátu:

− malý objem dát,

− presné definovanie objektu,

− jednoduché editovanie objektov (možnosť zväčšovania, zmenšovania, otáčania, bez

straty kvality zobrazenia a uloženia).

Nevýhody vektorového formátu:

− vektorový formát nie je vhodný na ukladanie súvislých plošných predlôh ako sú

napríklad fotografie,

− pre zobrazenie na rastrovom monitore, či tlači na tlačiarni je potrebné transformovať

zobrazený objekt na bitmapu.

Ak geometrický útvar kreslíme v programe, ktorý pracuje s bitmapami, daný objekt je rozdelený

sieťou a podľa toho, aká je veľkosť pixlu má aj daný obraz väčšiu, či menšiu schodovitosť čiar.

Vo všeobecnosti sa dá povedať, že čím je rozlišovacia schopnosť pre zobrazenie väčšia, tým

menšia je schodovitosť (aliasing) zobrazenia.

23

GMS Lekcia 1

Obr. 13 Geometrický objekt definovaný ako bitmapa

Obr. 14 Schodovitosť hrany v rastri

Výhody bitmapového formátu:

− veľmi jednoduché zobrazenie a tlač,

− možnosť zobrazenia zložitých predlôh ako sú napríklad fotografie,

− jednoduchá transformácia medzi formátmi bitmáp.

Nevýhody bitmapového formátu:

− veľký objem dát,

− strata informácií pri transformáciách v rovine (otočenie, zväčšenie, zmenšenie ...).

1.2.5.4 Prehľad vlastností vybraných grafických formátov

Grafických formátov je veľké množstvo. Je to i dôsledkom toho, že veľa firiem zaviedlo pre

ukladanie svojich grafických informácii vlastný formát a snažili sa ho s väčšou či menšou

úspešnosťou presadiť ako štandard. V tejto časti sú uvedené základné vlastnosti vybraných

rastrových a vektorových grafických formátov.

BMP je formát, ktorý sa používa v MS Windows. BMP je skratka od Bit Mapped Picture, čo je

voľne preložené ako obrázok s opisom každého obrazového bodu, alebo tiež sa mu hovorí bitová

mapa. Tento formát hojne používajú aplikácie v Windows, kde je priamo podporovaný a tak sa

stáva čoraz používanejším a štandardnejším. Obsahuje informácie napr. o rozmeroch obrázku,

počte použitých farieb a pod.

24

GMS Lekcia 1

CDR je skratkou pre Corel DRaw file. Jedná sa v princípe o vektorový formát, môže však

obsahovať aj bitmapu. Používa ho, ako už skratka napovedá, firma Corel na ukladanie obrázkov

v programe Corel Draw!. I keď sa jedná o pomerne rozšírený program, tento formát podporuje

veľmi málo iných programov.

CLP je formát zavedený firmou Microsoft v rámci MS-Windows. V princípe sa jedná o skratku

CLiPboard, t.j. schránka. Tým, že je určený na prenášanie údajov medzi aplikáciami MS-

Windows, neobsahuje len obrázky, ale môže obsahovať aj zvuk, text, animácie, ikonu a pod.

Priamo ho používa veľmi málo programov (napr. PaintShop Pro)

DIB sa používa v MS Windows. Je vlastne skratkou od Device Independent Bitmap, v preklade

bitová mapa nezávislá na zariadení. Zavedený bol v podstate od verzie MS-Windows 2.0. V

súčasnosti sa používa vylepšená verzia označená aj BMP. Používa sa na ukladanie obrázkov,

ktoré majú byt' použité na rôznych zariadeniach bez zmeny dát napr. monitor (a rôzne typy),

tlačiareň či súradnicový zapisovač.

DWG je skratka od DraWinG. Jedná sa o vektorový formát. Zaviedla a používa ho firma

Autodesk vo svojom programe AutoCAD.

DXB je binárna forma formátu DXF. Používa ho firma Autodesk na prenos údajov medzi

svojimi produktmi napr. AutoCAD. Vie ho však spracovať celá rada ďalších grafických

programov.

DXF je jeden z najpoužívanejších vektorových formátov. Používa ho firma Autodesk na prenos

údajov medzi svojimi produktmi napr. AutoCAD, ale aj medzi ostatné produkty iných výrobcov.

Jedná sa v princípe o textový súbor, v ktorom je vektorový obrázok uložený pomocou určitého

opisného jazyka.

EPS je skratka od Encapsulated PostScript. Súbory s príponou EPS sú väčšinou tlačové súbory

pre tlačiarne, ktoré majú implementovaný interpreter jazyka PostScript. Existujú však aj niektoré

programy (Adobe Ilustrator, Aldus Freehand či Corel Trace), ktoré tiež vedia spracovať takýto

súbor. Vo svojom obsahu sa vlastne jedná o textový súbor s opisným jazykom, ktorým sa opíše

obrazový dokument, a je možné ho editovať pomocou textových editorov. Jazyk PostScript (pod

označením aj PostScript Level 1) vyvinula firma Adobe pre potreby tlače veľkých zostáv.

Postupom času sa tento formát vylepšil a vznikol aj PostScript Level 2 či farebná mutácia Color

PostScript. Môže obsahovať ako rastrové tak aj vektorové obrázky.

GIF je skratka od Graphics Interchange Format, čo v preklade je formát na výmenu grafických

údajov. Bol vytvorený v roku 1987 (v roku 1989 inovovaný ako GIF ver.89) pre potreby siete

25

GMS Lekcia 1

Compuserve. Umožňuje ukladať obrázky s maximálnym rozmerom 16000x16000 bodov obrazu

a s maximálnym počtom farieb 256 z palety 224t.j. 16.7 mil. farieb. Pre údaje je použitá metóda

kompresie LZW s dobrým komprimačným pomerom.

IMG je formát, ktorý vie spracovať väčšina grafických, textových či DTP programov. Je to

súbor určený pre prostredie GEM, vyvinuté firmou Xerox. Jedná sa v podstate o bitový

(rastrový) obrázok, ktorého údaje môžu byť komprimované niektorým zo štyroch typov

komprimácií.

JFT je prienik dvoch typov. Jedná sa v princípe o obrázok formátu TIFF, u ktorého je použitá

ako komprimačná metóda JPEG.

JPG je formát, ktorý sa ujal v poslednej dobe, napr. aj na prenos obrazových informácií v sieti

internet. Rastrový obrázok je komprimovaný metódou JPEG (Joint Photographics Expert

Group). Jedná sa v princípe o stratovú kompresiu, ktorej kompresný pomer je niekedy až 100:1.

Do kompresného pomeru cca 20:1 nie je jasne viditeľné skreslenie a keď áno, tak len na

ostrejších hranách.

MPG je pohyblivou vetvou formátu JPEG (existuje aj MJPEG). Prišiel logicky s rozvojom

multimédií a slúži na uloženie animačných sekvencií, veľmi často celých filmov napr. na CD-

ROM. V súčasnosti je možné kúpiť hardverovú podporu pre komprimáciu/dekomprimáciu v

reálnom čase, čim je možné napr. v klasickom MS-Windows pozerať celovečerný film z jedného

CD pomocou bežnej dvojrýchlostnej mechaniky CD-ROM.

PCX je obrazový formát definovaný firmou ZSoft. Bol určený pre použitie v programe

Paintbrush. Donedávna bol veľmi hojne používaným formátom. V podstate vie uložiť obrázok

do rozmeru 32767x32767 a s 256-imi farbami. Údaje sú komprimované metódou RLE (Run

Lenght Encoding). V súčasnosti sa používa aj verzia true color (24-bitové kódovanie farieb) .

PIC je formát zavedený firmou Lotus. Táto firma ho používa pre ukladanie obrázkov v

niektorých svojich produktoch.

PLT je formát podporovaný väčšinou kresliacich a CAD systémov (Corel Draw, Aldus Freehand

a pod.). Ide vlastne o vektorový formát, ktorý je definovaný jazykom

RAW sa používa pre uloženie rastrových obrázkov. Môže sa vyskytovať v rôznych podobách s

hlavičkou alebo bez. Principiálne obsahuje napr. len rozmer obrazu a potom nasledujú už

obrazové informácie. Pre obrázok v pravých farbách sa často krát používa len uloženie vo forme

za sebou sa opakujúcich trojíc bajtov, ktoré obsahujú farebné zložky RGB.

26

GMS Lekcia 1

RIF je všeobecný formát zavedený firmou Microsoft v rámci MS-Windows. V princípe sa jedná

o skratku Resource Interchange File Format. Tým že je všeobecný, neslúži len pre ukladanie

obrázkov. Svojou definíciou ako multimediálny formát môže obsahovať naviac aj zvuk, text,

animácie a pod.

RLE je podobný ako BMP. Jedná sa vlastne o to isté (obrázok definovaný bitovou mapou), len s

inou príponou a obrazové údaje sú komprimované metódou RLE (Run Lenght Encoding).

SDW je vektorový formát používaný firmou Lotus na ukladanie obrázkov pre niektoré jej

programy. Vie ho napríklad spracovať aj grafický editor zabudovaný v populárnom textovom

editore AMIPRO. Je produktom grafického programu AMIDRAW.

SLD je skratka od SLide Show. Je určený v podstate na prezentačné účely. Obsahuje obrázky,

ktoré sa majú zobraziť a aj ich načasovanie t.j. časy, ako dlho majú byt' zobrazené a kedy sa

zobrazí nasledujúci obrázok, príp. s akým efektom sa zobrazí (napr. vyrolovanie zo stredu a

pod.). Túto extenziu používa aj AutoCAD na účely ukladania informácií s uvedeným obsahom.

SVG ( Scalable Vector Graphics) je jazyk pre opis dvojrozmernej grafiky v XML. SVG

rozpoznáva tri základné typy objektov: vektorové útvary, rastrové obrázky a text. Všetky objekty

môžu byť zoskupované, transformované a môžu na ne byť aplikované štýly [Cmolik1].

TIF je skrátením TIFF, čo znamená Tag Image File Format, čo vo voľnom preklade znamená

obrázkový formát s opisom. Tento formát definovala firma Aldus, vo svojom programe

PageMaker, a dopracovanie definície urobila s firmou Microsoft. Jedná sa o najčastejšie

používaný formát v oblasti DTP, najmä ako výstupný formát zo skenovacích programov. Pozná

dva typy a to pre procesory INTEL a Motorola (kvôli zoradeniu bitov v slove) a takisto

umožňuje používať nekomprimovaný spôsob uloženia údajov resp. niekoľko typov komprimácií

napr. LZW (s mutáciou aj pre faxovanie) či JPEG.

1.3 Aplikácie počítačovej grafiky

1.3.1 HCI a GUI

Základom komunikácie používateľa a počítača je interakcia založená na základe myšlienky

WYSIWYG (What you see, is what you get), čo v preklade znamená "Čo vidíš, to aj dostaneš".

Takýmto prístupom sa vyznačujú súčasné operačné systémy (napr. Windows, rôzne verzie

Linuxu, Mac OS X a ďalšie.).

V zásade existujú tieto možnosti komunikácie človeka s počítačom:

27

GMS Lekcia 1

CLI (Command Line Interface) textové rozhranie, ako napr. command prompt alebo DOS,

GUI (Graphical User Interface) grafické rozhranie ako napr. Windows UI,

NUI (Natural User Interface) založené na fyzickej interakcii s GUI,

OUI (Organic User Interface) zobrazovacia plocha displeja nie je rovinná a povrch sa

môže meniť fyzikálnym kontaktom používateľa (zatiaľ len vo fáze experimentov).

GUI môžeme definovať ako systém rozšírenej komunikácie používateľa s počítača

prostredníctvom grafickej informácie.

NUI nie je chápané ako náhrada GUI, ale skôr ako zdokonalenie umožňujúce používateľovi

fyzikálnu interakciu s počítačom pomocou dotykových displejov. Windows 7 bude mať takéto

rozhranie.

V OUI jednoduchý výber (pointing) bude nahradený multi-dotykovými manipuláciami. Aj výber

z menu bude podriadený účelu, funkcie budú spúšťané napr. manipuláciou s povrchmi. OUI

umožní aktívnu zmenu povrchu, multitasking bude založený na použitý viacerých displejov s

rozdielnymi povrchmi pre rôzne účely.

1.3.2 CAD/CAM systémy

Rozvoj ľudskej civilizácie bol vždy bezprostredne spojený najmä s rozvojom výrobných

technológií. Novým rozvojovým fenoménom sa najmä v poslednej dekáde 20. storočia stali

informačné technológie a ich aplikácie v priemyselnej výrobe. V oblasti materiálnej výroby je

prejavom ich pôsobenia vznik nového „chápania výroby“ označovaného skratkou CIM

(Computer Integrated Manufacturing), CAM (Computer Aided Manufacturing) a NC (Numerical

Control) prípadne CNC (Computer Numerical Control). V oblasti prípravy výroby sa stále širšie

uplatňujú rôzne tzv. CAX (CAD, CAPP) systémy a PPC (Process Planning and Control)

systémy. Aplikácie grafiky nachádzajú čoraz širšie uplatnenie aj v oblasti služieb a remesiel, ako

napr. výber účesu na zosnímanú tvár zákazníka (2D alebo 3D) pomocou počítača, zhotovovanie

oblekov na mieru (zákazkové krajčírstvo) automatickým zosnímaním mier, spracovaním

pomocou počítača, vystrihnutím a šitím. Celý proces trvá približne 3 hodiny. Pri klasickom

spôsobe trvá tento proces niekoľko týždňov.

Pôvodný obsah skratky CAD súvisí s opisom tvaru súčiastky pre systém automatizovaného

programovania NC strojov APT. Začiatkom 60-tych rokov bolo navrhnuté, v súvislosti s NC

programovaním, neopisovať dráhu nástroja, ale tvar súčiastky. Tvar súčiastky bol opísaný

28

GMS Lekcia 1

ohraničujúcimi analytickými plochami (rovinná, valcová, guľová, kužeľová), ktoré sú

matematicky definované všeobecnou rovnicou kvadratickej plochy

F(x,y,z) = c1x2+ c2y2+ c3z2+ c4xy+ c5yz+ c6zx+ c7x+ c8y+ c9z+ c10 = 0

kde ci sú reálne koeficienty,

x,y,z - súradnice bodov.

Plochy vyššieho stupňa sa aproximovali. Reálna súčiastka bola reprezentovaná v počítači

pomocou koeficientov ci. Takto koncipovaný systém bolo možné používať pre technické

kreslenie, generovanie NC riadiacich programov a výpočet fyzikálnych charakteristík objektu.

Rozoznávame tri fázy v doterajšej histórii vývoja CAD systémov:

− 60-te roky, charakteristické vývojom experimentálnych systémov. − 70-te roky, charakteristické vývojom 2D systémov "na kľúč" (Turn-Key) a ich

nasadzovaním v priemysle. − 80-te roky, charakteristické komerčným využívaním 3D CAD systémov a aplikáciou

výsledkov poznatkového inžinierstva do automatizácie konštruovania .

Teoretickým základom pre CAD systémy je počítačová grafika a modelovanie technických

objektov, metodologickým formalizácia konštrukčného procesu. CAD systém je v podstate

grafický systém určený pre technické aplikácie. Na výsledky činnosti CAD systému nadväzujú

ďalšie komponenty CIM systému, a tým je daný i jeho význam, keďže slúži ako zdroj údajov.

CAD je súhrnným termínom pre aktivity, pri ktorých je v rámci vývojových a konštrukčných

činností využívaný počítač. Vzťahuje sa to v užšom zmysle na interaktívne grafické vytváranie

číslicovej reprezentácie objektu a manipuláciu s ním (zhotovenie technického výkresu,

vytvorenie 3D modelu objektu atď.). Objektom môže byť napr. súčiastka, zariadenie, stavba a

pod. Číslicová reprezentácia objektu je uložená v databáze, ktorá je k dispozícii aj ďalším

oddeleniam. V širšom zmysle označuje CAD všeobecné technické výpočty pomocou počítača s

grafickým výstupom pre oblasť vývojových a konštrukčných činností alebo zhotovovanie

výkresov.

CAD je systém charakterizovaný používaním počítačov pre podporu návrhu, modifikácie,

analýzy alebo optimalizáciu pri konštruovaní.

Funkčné požiadavky CAD systémov sú odvodzované z potrieb konštruovania a technického

kreslenia. Zahrnujú okrem kreslenia, editovania, zobrazovania a modelovania i ďalšie funkcie,

ako dimenzovanie a kótovanie, šrafovanie, simuláciu dynamických vlastností modelu, možnosť

využívať databázu normalizovaných a opakujúcich sa objektov a uchovávať riešenia v databáze,

kontrolu dodržiavania noriem a definovanie normalizovaného prostredia, kontrolu 29

GMS Lekcia 1

technologickosti návrhu, generovanie štandardných výstupných formátov pre výmenu údajov,

hierarchickú štrukturalizáciu technického objektu, výstup návrhu na rôzne grafické periférne

zariadenia, viacuživateľskú prácu v sieti. Postupným rozširovaním funkčných vlastností vznikajú

modulové integrované systémy, ktoré môžu pokrývať niekoľko etáp cyklu životnosti výrobku.

CAD systémy môžeme klasifikovať podľa viacerých hľadísk. Žiadna klasifikácia však nemôže

vystihnúť celú zložitosť daného problému. To platí dvojnásobne najmä pre dynamicky sa

vyvíjajúce oblasti, akou sú i CAD systémy.

Z hľadiska rozmernosti objektov, ktoré je schopný CAD systém modelovať, rozoznávame 2D,

2.5D a 3D systémy. 2D systémy sú svojím charakterom predurčené pre kreslenie. Model objektu

je reprezentovaný prostriedkami rovinnej geometrie. Návrh objektu pomocou 2D systému je

podobný kresleniu výkresu. Najčastejšie používané geometrické entity sú úsečka (line), oblúk

(arc) a kružnica (circle). Niektoré 2D systémy umožňujú kresliť i všeobecné krivky pomocou

aproximačných alebo interpolačných metód (Bézierove, Coonsove a spline krivky). 2D systémy

sú relatívne jednoduché a geometrické interakcie zodpovedajú zaužívaným postupom, preto sa

často používajú aj ako základňa pre vyššie systémy. Jednoduchosť je vyjadrená aj v nízkej cene

týchto systémov a nižších požiadavkách na technické prostriedky. 2D systémy sú z

chronologického hľadiska najstaršie. Súčasné kvalitnejšie 2D systémy umožňujú modelovať i

rovinné plošné objekty.

2.5D systémy sú medzistupňom medzi 2D a 3D systémami. Základom je 2D model a tretí

rozmer je definovaný pomocou translácie alebo rotácie 2D oblasti. Pomocou nich je možné

reprezentovať napr. rotačné symetrické súčiastky alebo prizmatické koplanárne objekty. 3D

systémy modelujú reálny priestorový tvar objektu. Potreba existencie 3D systémov bola

vyvolaná najmä požiadavkou frézovania zložitých priestorových plôch na NC frézovačkách

riadených v troch až piatich osiach. 3D model vytvára reálnejší obraz fyzického objektu a má

prioritný význam najmä tam, kde je rozhodujúca vizuálna informácia pre výber riešenia a pre

projektové a prezentačné účely. Je podstatne náročnejší na technické prostriedky ako 2D model.

Z hľadiska metódy geometrického modelovania a informačného obsahu modelu rozoznávame

CAD systémy pracujúce s hranovým (wire frame), stenovým (surface) a objemovým (solid)

modelom reálneho objektu. Každá z týchto metód reprezentácie geometrických informácií má

svoje výhody i nedostatky.

Ďalšími kritériami môžu byť princíp konštruovania, ktorý podporujú, stupeň automatizácie,

možnosť prispôsobenia požiadavkám používateľa (customization), prenositeľnosť, cena atď.

Súčasné CAD systémy riešia uspokojivo problém automatizácie kreslenia, ale v zásade 30

GMS Lekcia 1

podporujú len čiastočne iteračný charakter konštrukčného procesu. Prekonanie tohto obmedzenia

je prvoradou úlohou pre zvýšenie efektívnosti CAD systémov.

1.3.3 Multimédiá a hypermédiá

Multimédiá prenikli do internetu a používajú sa čoraz častejšie. Môžeme ich charakterizovať ako

integráciu textu, obrázkov, grafiky, zvuku a videa s cieľom sprostredkovať nejakú konkrétnu

informáciu.

Dôležitá vlastnosť multimediálnej aplikácie je interaktívnosť. Tento pojem vyjadruje skutočnosť,

kedy používateľ má možnosť zasahovať do behu programu a ovplyvňovať jeho priebeh podľa

svojich požiadaviek a predstáv. V súvislosti s multimediálnou aplikáciou to znamená, že v nej

môžeme listovať ako v nejakej knihe. Prechádzať jej jednotlivé časti (témy), začínať na

ľubovoľnom mieste, prelistovávať ju smerom dopredu alebo dozadu a vyhľadávať si jej

ľubovoľnú časť a pod. Spôsob komunikácie aplikácia - používateľ, akým aplikácia ponúka

jednotlivé svoje časti a umožňuje používateľovi s nimi pracovať, sa nazýva používateľské

rozhranie. Má za úlohu efektívne a prehľadne informovať o možnostiach a jednotlivých častiach

aplikácie s možnosťou ich výberu.

1.3.4 WWW

Internet predstavuje v súčasnosti najväčšiu počítačovú sieť na svete (asi 160 pripojených krajín).

Je to vstupná brána do virtuálneho priestoru. Virtuálny alebo aj kybernetický priestor, anglicky

cyberspace (sajbrspejs), predstavuje na konci dvadsiateho storočia elektronickú infraštruktúru a

obsahuje obrovské množstvo informácií. Internet si môžeme jednoducho predstaviť ako spojenie

mnohých elektronických miest, rozšírených po celom svete. Rozvoj internetu je podmienený

potrebou komunikovať. Veľkou výhodou internetu ako počítačovej siete oproti ostatným

médiám je možnosť interaktívnej komunikácie. To znamená, že je zastúpená okamžitá spätná

väzba bez oneskorení. Vďaka dostatočným prenosovým rýchlostiam skutočne a doslova spája

kontinenty a skracuje vzdialenosti medzi ľuďmi. Dôležité (z nášho hľadiska) sú trendy vývoja

spočívajúce najmä v možnostiach využitia multimediálnych technológií a virtuálnej reality.

Nebudeme opisovať všetky služby na internete a ich vlastnosti. Sústredíme sa iba na službu

WWW, ktorá (vychádzajúc z princípov hypertextových informácií) je hlavným nositeľom

grafickej informácie v rámci internetu. Je to služba, ktorá je schopná niesť grafickú informáciu v

súčasnosti čoraz viac obohatenú o multimediálne prvky.

31

GMS Lekcia 1

World Wide Web je služba internetu s grafickým rozhraním a vyznačuje sa vzájomnou

previazanosťou všetkých zdrojov. To najpodstatnejšie, čo robí dnes internet takým populárnym,

je predovšetkým široký rozsah informácií a zdrojov sprístupnených prostredníctvom tejto služby.

Veľmi dôležitá vlastnosť je univerzálnosť služby WWW. Táto vlastnosť sa prejavuje

predovšetkým v tom, že odkaz v dokumente nemusí ukazovať iba na inú WWW stránku, ale aj

na akýkoľvek iný zdroj na internete. Môže to byť jednoduchý textový súbor, spojenie

programom, diskusná skupina v konferencii alebo súbor umiestnený na FTP serveri a iné.

Dokumenty sú písané špeciálnym jazykom - HTML (HyperText Markup Language). Dokument

môže obsahovať okrem vlastného textu aj ďalšie prvky, ako sú obrázky, zvukové záznamy,

animácie, formuláre, tabuľky a podobne.

Internetové stránky (dokumenty) sú vlastne súbory uložené na počítačoch po celom svete. Tieto

počítače sú označované ako tzv. www (web) servery. Sú pripojené na internet a poskytujú svoje

stránky používateľom (klientom), ktorí o ne požiadajú prostredníctvom svojho webového

prehliadača (browser). Grafické a multimediálne objekty sú distribuované prostredníctvom

týchto stránok.

Už začiatkom roku 1989 sa na pôde ústavu jadrovej fyziky CERN (www.cern.ch) objavil

dokument HyperText and CERN, ktorý opisoval možnosti vytvorenia interného distribuovaného

systému ako jednotnej nadstavby nad mnohými rôznorodými informačnými zdrojmi. Autorom

tohto dokumentu bol Tim Berners-Lee, ktorý neskôr koncom roku 1990 predviedol prvý

prototyp WWW servera (ako operačný systém bol použitý NeXT). Špecifikácia, ktorú vyvinuli

výskumníci CERN, sa nazýva hypertextový prenosový protokol (HTTP). WWW je univerzálna

metóda pre prístup k informáciám založená na hypermédiach. Systém, ktorý tuto metódu

realizuje, zbiera informačné zdroje internetu po celom svete a informácie ponúka formou série

ponukových stránok, ktoré sa objavujú na klientskom počítači.

Presne definovať, čo je to WWW, nie je také jednoduché, ale ako tvrdí jeho zakladateľ Tim

Berners-Lee, je to distribuovaný heterogénny multimediálny informačný systém. Je graficky

orientovaný a poskytuje prístup k veľkému množstvu prostriedkov na sieti internet.

Základné vlastnosti služby internetu WWW sú:

− Široká podpora rôznych protokolov - namiesto používania viacerých programov

potrebných na prístup k rôznym druhom služieb poskytovaných internetom (nahrávanie

súborov, prezeranie obrázkov čítanie článkov a pod.) stačí jediný program tzv. web

prehliadač (web browser).

32

GMS Lekcia 1

− Prístup k hypertextovým informáciám - prácnosť dosiahnutia informácie na internete

(napr. pri FTP službe bolo treba zadať adresu, cestu k adresáru, zadať meno súboru a až

potom bolo možné preniesť si informáciu na svoj počítač) viedla k myšlienke používania

hypertextu podobne ako v aplikácii HyperCard od firmy Apple Macintosh (dnes tiež

napr. riešenie online nápovedy Microsoft Windows - aplikácia WinHelp). Hypertext je

proces, ktorý umožňuje zakomponovať špeciálne prepojenia používajúce systém

adresovania nazvaný URL (odkazy, hyperodkazy, hyperlinky) priamo do web stránky

alebo HTML dokumentu. Princíp ukazuje nasledujúci obrázok. Prechod na daný

dokument realizuje prehliadač automaticky po kliknutí na odkaz.

− Používanie distribuovaných informácií - web prehliadač má schopnosť pohybovať sa po

internete, prechádzať z počítača na počítač stlačením jedného tlačidla. WWW je

distribuovaný systém, čo znamená, že informácie sú rozdelené medzi mnoho počítačov.

Systém WWW si udržuje odkazy alebo spojenia na všetky dostupné údaje týkajúce sa

danej témy, aj keď sú roztrúsené po celom svete. Pokiaľ chceme tieto údaje získať, služba

WWW nám k tomu zaistí prístup.

− Grafické rozhranie - na rozdiel od ostatných služieb internetu (FTP, Telnet, Gopher,

Usenet) je služba WWW založená na GUI. Treba však pripomenúť, že prvé WWW

prehliadače boli textovo orientované (napr. Lynx), pretože väčšina pripojených

používateľov pracovala na textových termináloch systému UNIX. V súčasnej dobe je

WWW magnetom, ktorý priťahuje k internetu milióny nových používateľov. Je to hlavne

preto, že táto služba poskytuje určitý komfort pre používateľa. V súčasnosti je

preferovaná orientácia na grafiku s multimediálnymi prvkami a možnosťou intuitívneho

ovládania, bez nutnosti ovládania príkazov.

− Multimediálne vlastnosti - základ služby WWW tvoria hypermédiá. Pojem médium sa

používa k označeniu akéhokoľvek typu údajov nachádzajúcich sa na internete. Môže to

byť textový nebo grafický súbor, záznam zvuku, videa, animácia, alebo ktorýkoľvek druh

údajov uložený ako počítačový súbor. Pojem „hypermédiá“ označuje teda nový spôsob

spojovania médií alebo počítačových údajov.

− Interaktívnu spoluprácu s používateľom - WWW má schopnosť prijímať informácie od

používateľov a adekvátne na ne reagovať (používa tzv. dialógové formuláre).

− Dynamickú aktualizáciu - informácie uložené na WWW sú neustále aktualizované.

− Multiplatformovú podporu - služba WWW nie je viazaná na konkrétnu platformu daného

počítača, toto bremeno leží na web prehliadači schopnom bežať na počítači, na ktorý je

použitý. 33

GMS Lekcia 1

1.3.5 Virtuálna realita

Virtuálnu realitu môžeme charakterizovať ako prostredie, ktoré umožňuje prácu

v trojrozmernom priestore, vymodelovanom v pamäti počítača [Žara99]. Jej základom sú

postupy známe z počítačovej grafiky. Ide hlavne o tvorbu priestorových modelov a scén,

manipuláciu s nimi, pohyb v trojrozmernom priestore a zobrazovanie v reálnom čase.

Tieto štandardné metódy sú v aplikáciách virtuálnej reality rozšírené použitím špeciálneho

hardvérového vybavenia (periférií), ktoré zaisťuje obrazovú, zvukovú a hmatovú interakciu. Ide

hlavne o prilby so zabudovaným displejom, snímače polohy v priestore, dotykové zariadenia,

simulačné kabíny a pod. V súčasnosti existuje celá skupina úspešných a menej úspešných

štandardov pre opis virtuálnej reality.

Je to v podstate niekoľko jazykov na opis 3D scén:

− VRML a VRML97 − X3D − SVR − Java 3D − Chrome.

34