Практическое применение компьютерной графики в сфере сервиса

В другом подходе одно свойство используется для фильтрации второго и результат изображается на поверхности. Наглядность повышается в двух аспектах:

- фильтрация позволяет выделить важную информацию и устранить не имеющую большого значения,

- фильтрация создает для качественной информации количественный контекст. К примеру, изображать значения свойства можно вместе со стандартным отклонением от среднего, чтобы дать представление о том, насколько точно представлено свойство в данной точке поверхности.

Электростатический потенциал  показывает, как отдельные части  молекулы могут взаимодействовать  с другими молекулами, молекулярный липофилический потенциал дает хорошую оценку, в каких местах молекула контактирует с водой (липофобные области) или с мембраной (липофильные области). Сама молекула - это белок, образующий транспортные каналы. Он находится в мембранах биоорганизмов, регулируя транспорт молекул воды и ионов. На рисунке 3 приведено цветовое кодирование поверхности, доступной растворителю Грамицидина А, а также ESP, отфильтрованного с помощью MLP.

 

 

Рисунок 3 - Изображение двух свойств на поверхности молекулы путем фильтрации.

 

В тех областях, где поверхность  проявляет липофобность, она изображается цветовым кодированием этого свойства. Части, имеющие липофильный характер, закрашиваются белым цветом. В этом примере информация фильтруется дельтообразной функцией, и вся информация, не превышающая заданный порог, подавляется. В других случаях может быть более подходящим непрерывный фильтр, дающий более тонкое квантование.

Другое полезное приложение - фильтрация электростатического потенциала по отношению к напряженности  электрического поля. Используя абсолютное значение напряженности, путем фильтрации можно легко выделить области  с высоким градиентом потенциала, а исследователь может чисто  визуально, не прибегая к каким-либо расчетам, идентифицировать места посадки  ингибитора.

1.3.4 Высококачественный рендеринг поверхностей

Визуализация поверхностей, имеющих участки с высокой  степенью локальной кривизны, представляет главную трудность для качественной закраски. Распространенный метод закраски Гуро, дает плохие результаты. Причина  в том, что расчет освещенности производится только в вершинах аппроксимирующей сетки и ориентация нормали к  поверхности по отношению к источнику  света учитывается только в этих точках. На этапе растеризации полигонов  поверхности значение цвета каждого  пикселя рассчитывается путем линейной интерполяцией между цветами  вершин. При недостаточной точности аппроксимации поверхности световые блики изображаются с видимыми артефактами. Неточность закраски кривых поверхностей часто ведет к существенной потере информации о форме объекта, что  не только критично для оценки и  анализа научных данных, но и для  визуализации CAD моделей, где визуальное восприятие формы управляет процессом  проектирования в целом.

На рисунке 4 - сфера слева  демонстрирует типичный артефакт метода Гуро, справа на эту же сферу наложена сетка, показывающая разбиение ее поверхности. Сравнение этих изображений наглядно демонстрирует, как генерируется сфера  в линейной аппроксимации. При вращении сферы световые блики начинают осцилировать в зависимости от того, насколько близко расположена нормаль к поверхности в самой яркой вершине к источнику света.

 

 

Рисунок 4 - Закраска по методу Гуро.

 

Правильное восприятие кривизны и стабильные, не осцилирующие световые блики могут быть получены с помощью значительно более вычислительно дорогих методов рендеринга, таких как закраска Фонга. В отличие от линейной интерполяции цвета вершин, закраска Фонга интерполирует векторы нормалей для каждого пикселя графического примитива и делает расчет освещенности для каждого пикселя. Предпринимались попытки уменьшить в какой-то степени вычислительные затраты этой процедуры, но полученные результаты не достаточны для того, чтобы стать реальной альтернативой закраске Гуро в приложениях реального времени.

1.3.5 Закраска Фонга в  реальном времени

С помощью наложения 2D текстуры становится возможным достигнуть одновременно высокой скорости рендеринга и очень  высокой точности закраски. Получаемые рисунки имеют качество модели Фонга  с источниками света, находящимися на бесконечности. Идея состоит в  использовании в качестве текстуры изображения сферы, полученного  в результате рендеринга с высоким  качеством. Нормаль объекта единичной  длины служит текстурной координатой  и используется, как указатель  на массив изображения текстуры, в  котором хранится предварительно вычисленная  информация о закраске. Рассматривая отдельный треугольник полигональной  поверхности, можно представить  наложение текстуры, как заворачивание отдельных кусков-полигонов в идеально отрисованную сферу.

Преимущества такой процедуры  закраски очевидны (рисунок 8): интерполяция выполняется в пространстве текстуры, а не в цветовом пространстве и следовательно световые блики никогда не будут пропущены. Заметим, что степень разбиения сферы такая же, как и при закраске Гуро, показанной на рисунке 5. Этот метод рендеринга поверхностей может быть быть применен к объектам произвольной формы.

 

 

Рисунок 5 - Закраска с помощью  текстуры.

 

На рисунке 6 показана 3D реконструкцию данных, полученных с помощью электронного микроскопа и воспроизводящих большой биомолекулярный комплекс.

 

 

Рисунок 6 - Текстурная закраска, моделирующая метод Фонга.

 

Данный прием применим только к источникам света, расположенным  на бесконечности, но он неоценим для  визуализации очень сложных поверхностей.

 

1.3.6 Отражение среды

Отражение среды - это впечатляющий прием нелинейной компоновки нескольких изображений, который часто применяется  в дизайне и на телевидении. На визуализируемый объект, например, на блестящий корпус автомобиля, накладывается  окружающая обстановка: небо, облака, деревья, расположенные рядом предметы, создавая эффект отражения от криволинейной  поверхности.

Данные эффекты могут  быть получены с помощью текстуры следующим способом. Требуется шесть  текстурных изображений, каждое из которых  представляет собой снимок среды  в направлении одной из 6 граней куба. В узлах полигональной поверхности, на которую накладывается среда, вычисляется вектор отражения, направленный от глаза наблюдателя к поверхности. Вектор отражения индексирует одно из шести изображений текстуры. Если все вершины полигона порождают  отражение на одно и то же изображение  текстуры, то это изображение используется для текстурирования полигона. Если же полигон отражается в более, чем одну грань куба, тогда он делится на более мелкие куски. Из-за того, что вектор отражения вычисляется не на каждом пикселе, этот метод не точен, но результаты весьма убедительны, если полигоны достаточно малы. На рисунке 7 приведен пример использования метода отражения среды.

 

 

Рисунок 7 - Комбинирование среды.

1.4 Использование альфа-канала

В зависимости от используемого  режима цветности, у рисунка есть или 3, или 4 канал. Если вы используете  режим RGB (который используется для  всего, что отображается на экране), у изображения есть 3 канала: красный, зеленый и синий. Если вы используете  режим CMYK (используется для печати), у изображения есть 4 канал. Информация в этих каналах указывает насколько  много каждого их основных цветов нужно взять, чтобы создать нужный (индиго, оранжевый, розовый и т.д.). Эти каналы являются стандартными для любого цветного изображения.

Альфа-канал - это дополнительный канал, который может быть добавлен в рисунок. Он содержит информацию о  прозрачности рисунка и в зависимости  от типа альфа, он может содержать  различные уровни прозрачности. В  целом, альфа-канал определяет прозрачность всех других каналов. Добавляя в рисунок  альфа-канал, вы контролируете прозрачность красного канала, зеленого канала и  синего канала.

Есть два типа альфа-каналов: предварительно умноженный и прямой альфа. Используемый тип зависит от испоьзуемого ПО:

- Предварительно умноженный (используется в Photoshop)

- Прямой альфа

Предварительно умноженный alpha

В этом случае цвет изображения  смешивается с цветом фона. Альфа  меняется от полностью непрозрачного до полностью прозрачного.

Прямой альфа

В этом случае цвета изображения  и фона остаются неизменными, меняется только альфа-канал.

1.5 Методы текстурирования

Bidirectional texture function (BTF) - группа методов, подразумевающая накопления большой базы данных по типам поверхностей, с сохранением информации об отражающей способности, деталях поверхности и др. Имея большую базу данных текстур при различных углах зрения и освещении можно построить BTF для представления свойств поверхности. Так как метод подразумевает определение свойств поверхности в различных условиях, то не возможно достичь высокого разрешения и автоматического удаления перекрываемых областей.

Mosaicing - совокупность методов, применяемых в автоматической склейке (automatic stitching) последовательностей изображений. Все такие методы используют соответствия изображений для восстановления геометрических переходов между ними. На входе у метода набор изображений, на выходе панорама(т.е. изображение, полученное склейкой фотографий из набора) или текстурированный куб, т.е. примитивная модель помещения. Этот подход так же не позволяет достичь высокого разрешения и автоматического удаления перекрываемых областей. Применяется в электронных путеводителях и конструировании панорам.

View-depended textures - метод впервые описан P.E. Devebec, подразумевает высококачественную реконструкцию текстуры в процессе визуализации. Объекты текстурируются с использованием всех доступных данных. Для получения качественного результата используется альфа-блендинг, причем значения коэффициента прозрачности вычисляется на основе угла между направлением камеры на фото и синтезированной сцене. Чем меньше угол, тем больше значение коэффициента прозрачности, что означает, что текущее фото лучше всего подходит для описания текстуры.

Image-based texturing - метод представлен A. Bornik и др. Основной алгоритм - для каждого полигона модели строиться кваддерево с использованием всех фотографий объекта, затем из этого дерева строиться текстура с необходимым разрешением.

Корень дерева представляет всё текстурное пространство, корень имеет четырех сыновей, которые, в свою очередь, тоже являются кваддеревьями. Каждое поддерево определяет четверть текстурного пространства корня. Дерево строиться пока имеются необработанные входные данные, то есть нижние уровни дерева определяют более высокое разрешение текстуры.

 

2 Практическое применение  компьютерной графики в сфере  сервиса

2.1 Разработка плакатов  в CorelDraw X3 по теме 

CorelDraw X3 - Программа используется  многими дизайнерами. При помощи  этой программы можно рисовать  рисунки, иллюстрации, логотипы  и много других полезных вещей.  Почти вся реклама (вывески,  указатели, рекламные щиты) изначально  проектируется в CorelDraw.

Одной из задач практической работы, была разработка набора рекламных  плакатов об институте в векторном  графическом редакторе CorelDraw X3.

Конечный результат  выполнения первого практического  задания  представлено в приложении А данного курсового проекта.

Прежде всего, создаем  новый проект, либо во всплывающем  окне при запуске программы, либо через команду в меню «Файл» - «Создать». Или с помощью комбинации двух клавиш «CTRL+N».

Перед началом разработки плакатов, необходимо выбрать формат страницы при помощи опции формата  в панели инструментов.

 

 

Рисунок 8 – Формат страницы.

 

После выбора формата страницы, можно приступать к разработке набора плакатов.

Ваше рабочее пространство после создания нового документа:

 

 

Рисунок 9 - окно программы  при открытии нового документа.

 

В ходе разработки были задействованы  все основные инструменты

и их расширения.

Набор инструментов:

- Изменение формы - позволяет получить доступ к инструментам Форма, Размазывающая кисть, Грубая кисть и Инструмент свободного преобразования.

- Обрезка - позволяет получить доступ к инструментам Обрезка, Нож, Ластик и Удаление виртуального сегмента.

- Масштаб - позволяет получить доступ к инструментам Масштаб и Рука.

- Кривая - позволяет получить доступ к инструментам Свободная форма, Безье, Художественное оформление, Перо, Ломаная линия, Кривая через 3 точки, Соединительная линия и Размерная линия.

- Интеллектуальные инструменты - позволяет получить доступ к инструменту Интеллектуальная заливка и инструменту интеллектуального рисования.

- Прямоугольник - позволяет получить доступ к инструментам Прямоугольник и Прямоугольник через 3 точки.

- Эллипс - позволяет получить доступ к инструментам Эллипс и Эллипс через 3 точки.

- Объект - позволяет получить доступ к инструментам Многоугольник, Звезда, Сложная звезда, Разлинованная бумага и Спираль.

- Правильные фигуры - позволяет получить доступ к инструментам Основные фигуры, Фигуры стрелки, Фигуры схемы, Фигуры баннера и Фигуры сносок.

- Интерактивные инструменты - позволяет получить доступ к инструментам Интерактивное перетекание, Интерактивный контур, Интерактивное искажение, Интерактивная тень, Интерактивная оболочка, Интерактивное выдавливание и Интерактивная прозрачность.

- Пипетка - позволяет получить доступ к инструментам Пипетка и Ковш.

- Абрис - позволяет получить доступ к диалоговым окнам Перо абриса и Цвет абриса, в которых находятся наборы абрисов различной толщины, а также к окну настройки Цвет.

- Заливка - позволяет получить доступ к диалоговым окнам Цвет заливки, Градиентная заливка, Заливка узором, Заливка текстурой и Заливка PostScript, а также к окну настройки Цвет.