Лекции / Лекция 1

//Лекция 1// Введение

История развития компьютерной графики

1950 год – появляются компьютеры. Они используются для решения научных и производственных задач, результатом которых были числовые данные.

К 60-тым годам появление более мощных компьютеров, на которых появляется возможность обработки графических данных в режиме символьной печати.

Затем появляются специальные устройства для вывода на бумагу, так называемые графопостроители, или перьевые плоттеры. Для управления работой графопостроителей стали создавать спец. ПО. Следующий важный шаг произошёл с появлением графических дисплеев. Графический дисплей формирует рисунок из множества точек, выстроенных в ровные ряды или строки, образующие растр. Мониторы, работающие по принципу построчного сканирования, называются растровыми. Плата компьютера, обеспечивающего формирование видеосигнала и тем самым определяющая изображение называются видеоадаптером, видеоплатой и т.д. Основные части видеоадаптера – видеопамять и дисплейный процессор. Выводимое изображение формируется в видеопамяти. Дисплейный процессор читает содержимое видеопамяти и управляет работой монитора. К видеопамяти имеет доступ 2 процессора – центральный и дисплейный. Центральный записывает видеоинформацию, а дисплейный читает её и передаёт на монитор. В видеопамяти хранится последовательность кодов, определяющих цвет каждой точки. Видеоадаптеры могут работать в различных режимах: текстовом и графическом.

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки, т.е. знакоместа. Каждое знакоместо может быть выведено 250 символами по таблице ASCII кодов.

В графическом режиме информация отображается в виде прямоугольной сетки точек, цвет каждой из которых задаётся программой. Существенное различие имеется при заполнении видеопамяти в текстовом и графическом режимах. В графическом режиме кол-во элементов видеопамяти соответствует количеству точек на экране, в текстовом – количеству символов на экране. В текстовом режиме для каждой позиции на экране запоминается код символа, который в нее выводится и атрибуты изображения этого символа.

Первый компьютер IBM PC – 1981 году был оснащен видеоадаптером MDA. Видеосистема была предназначена для работы только в текстовом режиме.

Через год появляются видеоадаптер Hercules, который поддерживал уже графический черно-белый видеорежим, с размером 720×348 пикселей.

Следующим шагом был видеоадаптер CGA – 1983. Это была первая цветная модель для IBM PC. Он позволил работать в цветном текстовом и графическом режимах.(320×200 – цветной, 640×200– черно-белый, в цветном может обрабатывать 4 цвета)

В 1984 году появился видеоадаптер EGA. У него был 16-цветный режим, размером 640×350 пикселей (он имеет недостаток – пиксели не квадратные). В 1987 появились адаптеры MCGA(Multicolor) и VGA(Video) (256-цветные видеорежимы). На VGA стало возможно черно-белое фото. Появляются видеоадаптеры, обеспечивающие видеорежимы при 16 цветах – 800×600, 640×480, 1024×768- Super VGA.

1995год–Targa 24-16 000000 цветов, т.е. 24 бита/пиксель. Apple, Macintosh стали сдавать позиции.

На данный момент на компьютеры IBM PC с процессором Pentium используется огромное количество видеокарт с глубиной цвета 32 бита/пиксель при размерах растра 1600×1200.

Параметры отображения обуславливаются не только моделями видеоадаптера, но и объемом видеопамяти. Видеопамять хранит растровое изображение, которое полностью соответствует текущему состоянию монитора. Необходимый объем видеопамяти вычисляется как периметр растра экрана на количество бит на пиксель.

В видеопамяти могут хранится несколько кадров изображения. Это используется в анимации, для их сохранения используются отдельные страницы видеопамяти с одинаковой логической организацией, но разной адресацией.

Обмен данными по системной шине для видеосистемы обеспечивают процессор, видеоадаптер и контроллер локальной шины. До недавнего времени использовалась шина PCI (эта шина является стандартом для подключения модемов, сетевых контроллеров и т.д.) на 33МГц – 132МБайта/с.

В настоящее время используется шина AGP. Наличие AGP порта повышает быстродействие компьютера (на 66МГц – скорость 528Мбайт/с). Кроме видеопамяти на плате видеоадаптера располагается специальный мощный графический процессор, который по сложности приближается к центральному. Кроме визуализации содержимого видеопамяти графический дисплейный процессор выполняет такие растровые операции как рисование массивов пикселей, манипуляции с цветами пикселей, копирование, наложение текстуры и т.д. Ранее эти функции выполнялись центральным процессором, а графически использовались лишь для рисования линий и т.д.

Видеоадаптер выполняет эти операции аппаратно, что позволяет намного ускорить их в сравнении с программной реализацией центрального процессора. Наиболее известными являются Open JL, Direct X . Одним из наиболее распространенных является Open GL. Он является библиотекой графических функций и поддерживается многими операционными системами, в том числе и Windows. Графический интерфейс Direct X предназначен для работы под Windows, имеет подсистему 3-х мерной графики Direct 3D и подсистему Direct DRAW,который имеет доступ к видеопамяти.