TURINYS 1. Ivadas 8

1.1. Teorinio kurso siekiai, struktura ir tikslai 8 1.2. Kompiuterines grafikos raida, pagrindines s^vokos bei terminai 8

1.2.1. Pagrindiniai kompiuterines grafikos raidos etapai 8 1.2.1.1. Pradinis, arba teorinis, etapas 8 1.2.1.2. Specializuotii kompiuterin sukurimas 9 1.2.1.3. Skaitmeninio vaizdo kurimo technologijii isigalejimas 10

1.2.2. S^vokii bei terminn gausa ir naujumas 12 1.3. Apibendrinti kompiuterines grafikos vaizdn elementai 12

1.3.1. Vaizdo kurimo ypatybes 12 1.3.2. Modeliniai elementai 12 1.3.3. Galutinio vaizdo elementai 12

1.3.3.1. Pikseliai 12 1.3.3.2. Vokseliai 13

1.4. Grafinio vaizdo isvesties irenginiai 13 1.4.1. Grafinio vaizdo isvesties budai 13 1.4.2. Monitoriai 13

1.4.2.1. Dvimaciai monitoriai 13 1.4.2.1.1. Tekstiniai monitoriai 14 1.4.2.1.2. Vektoriniai monitoriai 14 1.4.2.1.3. Rastriniai (taskiniai) monitoriai 14

1.4.2.1.3.1. Elektroninio vamzdzio (CRT) monitoriai 14 1.4.2.1.3.2. Skystiiiu kristalii (LCD) monitoriai 15 1.4.2.1.3.3. Organiniai (OLED) monitoriai 15 1.4.2.1.3.4. Plazminiai monitoriai 15 1.4.2.1.3.5. Kitos ploksciii monitoriii rusys 15

1.4.2.2. Trimaciai monitoriai 15 1.4.2.2.1. Stereomonitoriai .- 16 1.4.2.2.2. Daugiasluoksniai monitoriai 16 1.4.2.2.3. Holografiniai monitoriai 17

1.4.3. Projektoriai 17 1.4.3.1. Dvimaciai projektoriai 17 1.4.3.2. Trimaciai projektoriai (3Dprojector) 18

1.4.4. Spausdintuvai 19 1.4.4.1. Braizytuvai 19 1.4.4.2. Dvimaciai rastriniai spausdintuvai 19

1.4.4.2.1. Adatiniai spausdintuvai 19 1.4.4.2.2. Rasaliniai spausdintuvai 20 1.4.4.2.3. Lazeriniai spausdintuvai 20

1.4.4.3. Trimaciai spausdintuvai 20 1.5. Grafines [vesties primit5rvai ir irenginiai 20

1.5.1. Apibendrinti ivesties primityvai 21 1.5.1.1. Eihite (string) 21 1.5.1.2. Altematyva (choice) 21 1.5.1.3. Atkarpa (valuator) 21 1.5.1.4. Lokatorius (locator) 21 1.5.1.5. Pasirinkimas (pick) • 21

1.5.2. Fiziniai ivesties irenginiai 21 1.5.2.1. Klaviaturos (keyboard) 21 1.5.2.2. Peles (mouse) ir kiti nurodymo irenginiai (pointing device) 22 1.5.2.3. Vairalazdes (joystick) 22 1.5.2.4. Skeneriai (scanner) 22 1.5.2.5. Vaizdo kameros 23

3

1.5.2.6. Judesio nuskaitymo [renginiai (motion capture) 23 1.5.2.7. Virtualios realybes irenginiai (virtual reality) 23 1.5.2.8. Netradiciniai ir perspektyviniai irenginiai 24

1.6. Interaktyvioji ir atkuriamoji kompiuterine grafika 24 1.6.1. Kompiuterines grafikos programiniii priemoniii lygmenys 24

1.6.1.1. Zemas lygmuo 24 1.6.1.1.1. BIOS (basic input-output system) 24 1.6.1.1.2. Programos, tiesiogiai dirbancios su vaizdo plokstes atmintimi 25 1.6.1.1.3. Operaciniii sistemn tvarkykles 25

1.6.1.2. Aukstas lygmuo 25 1.6.1.2.1. Interaktyvioji grafika 25

1.6.1.2.1.1. Dvimates grafikos priemones 25 1.6.1.2.1.2. Trimates grafikos bibliotekos 25

1.6.1.2.2. Atkuriamoji grafika 26 1.6.1.2.2.1. Taskine (rastrine) grafika 26 1.6.1.2.2.2. Vektorine grafika 26 1.6.1.2.2.3. Trimate grafika 26 1.6.1.2.2.4. Kompiuterine animacija 26 1.6.1.2.2.5. Videomontazas 26 1.6.1.2.2.6. Taikomijjn program^ grafika 27 1.6.1.2.2.7. Web grafika 27 1.6.1.2.2.8. Kitos kompiuterines grafikos rusys 27

2. Taskine grafika 28 2.1. Taskines grafikos priemones 28

2.1.1. Taskinio vaizdo kurimo procesas 28 2.1.2. Taskines grafikos primityvai 29 2.1.3. Bendri taskines grafikos programij, elementai 30

2.2. Taskines grafikos failii formatai 32 2.2.1. Taskines grafikos programos ir jn failai 32

2.2.1.1. Corel PHOTO-PAINT failai 32 2.2.1.2. Adobe Photoshop failai 32 2.2.1.3. Kitos populiarios programos ir jn failai 32

2.2.2. BMP failii formatas 32 2.2.3. PNG failu formatas .< 33 2.2.4. MNG failii formatas 33

2.3. Technines taskines grafikos priemones 33 2.3.1. Vaizdo plokstes 33 2.3.2. Videorezimai 33

3. Vektorine grafika 34 3.1. Vektorines grafikos panaudojimo principal 34

3.1.1. Vaizdo kurimo vektorineje grafikoje ypatumai 34 3.1.2. Vektorines grafikos panaudojimo sritys 34

3.2. Bezje kreiviii s^voka 35 3.2.1. Parametriniit kreiviii aprasymo budai 36 3.2.2. Neisreikstines kvadratines parametrines lygtys 36 3.2.3. Bezje lygtis ir kreives 36

3.3. Vektorines grafikos priemones 37 3.3.1. Vektorinio vaizdo kurimo procesas 37 3.3.2. Vektorines grafikos primityvai 37 3.3.3. Bendri vektorines grafikos program^ elementai 37

3.4. Vektorines grafikos failii formatai 41 3.4.1. Vektorines grafikos programos ir jn failai 41

3.4.1.1. CorelDRAW failai 41 3.4.1.2. AutoCAD failai v 41 3.4.1.3. Adobe Illustrator failai 42

3.4.2. EPS, SVG ir kiti failii formatai 42 4. Matematiniai kompiuterines grafikos pagrindai , 43

4

4.1. Koordinaciii sistemos 43 4.1.1. Absoliucioji (pasauline) koordinaciij. sistema 44 4.1.2. Vietines koordinaciij sistemos 44 4.1.3. Homogenines koordinaciij sistemos 45

4.2. Trimaciij objektii transformacijos 45 4.2.1. Perkelimas {translation) 45 4.2.2. Pasukimas {rotation) 46 4.2.3. Mastelio keitimas {scaling) 48 4.2.4. Atspindys {reflection) 48 4.2.5. Slytis {shearing) 49 4.2.6. Projektavimas {projection) 49 4.2.7. Transformacijii kompozicija 52 4.2.8. Tiesiogine ir atvirkstine transformacija 52

4.3. Ploksciiyn projekcijii klasifikacija 52 4.3.1. Ploksciijin projekcijii {planarprojections) klasifikacine schema 53 4.3.2. Lygiagreciosios {parallel) ploksciosios projekcijos 53

4.3.2.1. Jzambiosios {oblique) projekcijos 53 4.3.2.1.1. Kavalje (cavalier) projekcijos 53 4.3.2.1.2. Kabinetines (cabinet) projekcijos 53 4.3.2.1.3. Bendrosios (other) projekcijos 53

4.3.2.2. Staciakampes {orthographic) projekcijos 53 4.3.2.2.1. Keliij vaizdii (wMftmew orthographic) projekcijos 53 4.3.2.2.2. Aksonometrines {axonometric) projekcijos 53

4.3.2.2.2.1. Izometrines {isometric) projekcijos 53 4.3.2.2.2.2. Dimetrines {dimetric) projekcijos 54 4.3.2.2.2.3. Trimetrines {trimetric) projekcijos 54

4.3.3. Centrines perspektyvines (perspective) ploksciosios projekcijos 54 4.3.3.1. Vieno tasko (one-point) projekcijos 54 4.3.3.2. Dviejntaskij. (two-point) projekcijos 54 4.3.3.3. Trijn taskq (three-point) projekcijos 54

5. Tikrovisko vaizdo kurimo priemones 55 5.1. Spalvii teorija 55

5.1.1. Spalvii aprasymai 55 5.1.2. Chromatines CIE diagramos 58 5.1.3. Spalvij erdves (modeliai) 60

5.1.3.1. RGB 60 5.1.3.2. CMY 60 5.1.3.3. HLS 61 5.1.3.4. HSV 62 5.1.3.5. Kiti modeliai 62

5.1.4. Spalvii kvantifikavimas 62 5.2. Apsvietimo (spalvinimo) modeliai ir 'y\s 63

5.2.1. Vaizdo vizualizavimo (rendering) s^voka 63 5.2.2. {vadas i apsvietimo modelius 64

5.2.2.1. Pagrindines s^vokos 64 5.2.2.2. Difiizine atspindetos sviesos komponente 65 5.2.2.3. Veidrodinis atspindys 65 5.2.2.4. Fonine ir taskiniij saltinin sviesa 66 5.2.2.5. Apsvietimo komponenciij kombinavimas 67 5.2.2.6. Spalvijpridejimas 67 5.2.2.7. Medziagu parametnj nustatymas 67

5.2.3. Ploksciasis (flat shading) ir glodusis (smooth shading) spalvinimo modeliai 68 5.2.4. Guro spalvinimas (Gouraudshading) 68 5.2.5. Fongo spalvinimas (Phong shading) 69

5.3. Teksturos 70 5.3.1. Ploksciosios teksturos 71 5.3.2. Tekstuni vizualizavimo ypatumai 72

5

5.3.3. Nelygumii atvaizdavimas teksturomis {bump mapping) 74 5.3.4. Tekstuni pritaikymas kreiviesiems pavirsiams 75 5.3.5. Atspindziii atvaizdavimas {reflection mapping) 78

5.4. Kitos realistinio vizualizavimo priemones 79 5.4.1. Nematomii pavirsixi salinimas 79 5.4.2. Z-buferis 79 5.4.3. Seseliii kurimas ir atvaizdavimas 80 5.4.4. Spinduliii trasavimo metodai 82

6. Interaktyvios kompiuterines grafikos programavimas 83 6.1. Grafiniai API 83

6.1.1. Dvimaciii grafiniii API raida 83 6.1.2. Trimaciii grafiniii API raida 83 6.1.3. Grafiniii programavimo priemoniii lygmenys 83

6.2. OpenGL funkcijn bibliotekos organizavimo bei panaudojimo principal 84 6.2.1. OpenGL nepriklausomumas nuo operacines sistemos bei programavimo kalbos 84

6.2.1.1. OpenGL realizavimo lygmenys 84 6.2.1.2. Vidiniai duomenii tipai 85

6.2.2. OpenGL paprastumas bei lankstumas 85 6.2.2.1. Funkciju seimos (komandos) 85 6.2.2.2. Busenos kintamieji irjiireiksmiii keitimas 85 6.2.2.3. Paprasta OpenGL programos struktura 85

6.2.3. OpenGL bibliotekos primityvumas 86 6.2.3.1. Zemas bibliotekos flinkcijii lygmuo 86 6.2.3.2. Funkcijn rinkinio pilnumas 86

6.2.4. OpenGL bibliotekos pleciamumas 86 6.2.4.1. Aukstesniii lygmenn bibliotekii kurimo principal 86 6.2.4.2. GLU {OpenGL Utility Library) 86 6.2.4.3. GLUT {OpenGL Utility Toolkit) 86 6.2.4.4. GLAUX {OpenGL Auxiliary Library) 87 6.2.4.5. GLX, PGL, WGL ir AGL 87 6.2.4.6. FSG {Fahrenheit Scene Graph) 87

7. Grafiniai kompiuterinio vaizdo kurimo konvejeriai 88 7.1. OpenGL duomenij, apdorojimo komandii konvejeris (graphics pipeline, arba OpenGL pipeline) 88

7.1.1. Bendra schema 88 7.1.2. Virsuniii {vertex) apdorojimas 88 7.1.3. Primit5rvii {primitives) apdorojimas 88 7.1.4. Papildomos pikseliii apdorojimo operacijos {ARB imaging subset) 88 7.1.5. Fragments apdorojimas 88 7.1.6. Galutines pikseliii apdorojimo operacijos 88 7.1.7. Kadro buferio formavimas ir valdymas 88 7.1.8. Papildomos vaizdo kurimo valdymo komandos 89

7.2. Direct3D architektura 89 7.2.1. Direct3D vaizdo vizualizavimo konvejeris {renderingpipeline) 89

7.2.1.1. Modelio duomenii issaugojimas {vertex data) 89 7.2.1.2. Geometriniii primityvii apdorojimas {primitive data) 89 7.2.1.3. Aukstesnio lygio primityvn kurimas {tessellation) 89 7.2.1.4. Trimaciii transformacija vykdymas {vertexprocessing) 89 7.2.1.5. Geometrinio vaizdo parametria skaiciavimas {geometryprocessing) 89 7.2.1.6. Tekstuni koordinaciit skaiciavimas {texture surface) 90 7.2.1.7. Teksturq daliij. apdorojimas {texture sampler) 90 7.2.1.8. Pikselin apdorojimas, pritaikant spalvinimo modelius {pixelprocessing) 90 7.2.1.9. Galutinio vaizdo kurimo pabaiga {pixel rendering) 90

7.2.2. Direct3D vaizdo kurimo sistemos integravimas 90 7.2.2.1. Direct3D integravimas i Windows operacines sistemas 90 7.2.2.2. HAL {hardware abstraction layer) [renginys 90

8. DirectX apzvalga 91 8.1. DirectX raida 91

6

8.1.1. Ankstyvieji „Microsoft" grafiniai API 91 8.1.1.1. Windows API GDI 91 8.1.1.2. WinG 91

8.1.2. DirectX atsiradimas 91 8.1.2.1. Nuo DirectDraw iki DirectX 91 8.1.2.2. Pirmosios versijos 92 8.1.2.3. DirectX 3 ir 4 92

8.1.3. Populiarumo nasta 92 8.1.3.1. DirectX 5 92 8.1.3.2. Zaidimai, zaidimai, zaidimai 92 8.1.3.3. DirectX 7 ir sis tas rimtesnio 92

8.1.4. Dideliii pokyciii metas 92 8.1.4.1. Didziausi DirectX SDK: 8 ir 8.1 93 8.1.4.2. DirectX 9: nuo a iki c ir nuo 2004 Summer iki Dec2005 93 8.1.4.3. Microsoft XNA 93

8.1.5. Kiti .^Microsoft" palaikomi API 93 8.1.5.1. GDI+ 93 8.1.5.2. OpenGL 94 8.1.5.3. Pasenusios DirectX dalys 94

8.1.5.3.1. DirectDraw 94 8.1.5.3.2. DirectShow 94 8.1.5.3.3. DirectPlay 94 8.1.5.3.4. DirectMusic 94

8.2. DirectX 9 SDK struktura 94 8.2.1. DirectX Graphics 94 8.2.2. Directlnput 95 8.2.3. DirectSound 95

8.3. DirectX Graphics apzvalga 95 8.3.1. Direct3D fimkcijos 95 8.3.2. D3DX biblioteka 95 8.3.3. DXUT aplinka (^ameworA:) 95 8.3.4. HLSL 96 8.3.5. X-failai 96

9. Literatura 97

7