2022_1학기_중간고사_컴퓨터그래픽스

CJB_ny·2022년 4월 22일

중간고사

가라용 공부 정리

ch02

학습목표

• 그래픽 출력장치의 일반적인 작동원리를 이해한다.

• 래스터 장치에서 프레임 버퍼의 역할을 이해한다.

• 벡터 장치에서 디스플레이 리스트의 역할을 이해한다.

• 그래픽 카드의 전반적인 구조와 기능을 이해한다.

하드웨어

그래픽 시스템

입력장치, 메인 컴퓨터, 그래픽 컨트롤러, 출력장치

그래픽 카드 == 그래픽 컨트롤러

그래픽 프로세서
그래픽 메모리

출력장치 작동원리인 "CRT 원리"이다.

1) 필라멘트 : 전류가 흐르면 가열되어 전자가 방출됨

2) 제어그물 : 전자 흐름의 양 조절

3) 집속 양극 : 정확히 가운데로 향하지 않는 전자빔을 차단

4) 수직 편향판 && 수평 편향판 : 전자빔의 방향을 각각 상하 좌우로 휘는데 사용.

< 교차점 계산에 의한 변환 >

< 비트 평면 >

EX) N * M 인 해상도와 8비트/픽셀 인 경우 프레임 버퍼의 용량은?

N M 8 이다.

EX) 1280 by 1024, 한 픽셀이 512 컬러를 표현 가능한 경우 프레임 버퍼의 용량은?

1280 1024 log2 (2^9)이다. => 1280 1024 9

512는 2^9이기 때문이다.

정리

"프레임 버퍼" 용량 OR 크기 구하라고 하면

Frame Buffer = Color Buffer = Video Memory

문제에서의 N *(by) M 에 해당하는 값 찾고 -> 한 픽셀의 크기 구하기

크기는 8비트(1byte)로 주거나

512컬러 표현가능하다 == 2^9

이런식으로 준다.

그르면 => N M "한 픽셀"의 크기

1주차 퀴즈

1) 모델링과 렌더링을 각각 정의하시오

모델링 : 장면(Scene)안에 나타나야 할 물체들을 정의하는 작업, 기하 요소를 기본으로 복잡한 물체를 정의함.
렌더링 : 정의된 물체를 그려내기, 즉 화면의 각 화소값을 계산해냄.

2) 한 픽셀을 구성하는 색상 RGB 채널 각각의 깊이가 8비트인 경우, 한 픽셀의 용량을 계산하시오

한 픽셀의 용량(크기)는 (8bit, 8bit, 8bit) -> 24bit

3) 화면 해상도가 1280*1024이고 한 픽섹을 이루는 R G B 채널, 각각의 깊이가 8 비트인 경우, 프레임 버퍼의 용량을 계산하시오.

한 픽셀 크기 24비트인데 프레임 버퍼는
1280 1024 log2 (2^9)
즉 1280 1024 9

2주차

대통령 선거

ch03

학습목표

• 색상, 명도, 채도의 정의를 명확히 이해한다.

• RGB, CMY, HSV 컬러 모델의 차이점을 이해한다.

• 컬러 프로파일과 컬러처리 시스템의 필요성을 이해한다.

• RGB 컬러모드와 인덱스 컬러모드의 차이점을 이해한다.

• 하프 토우닝 기법과 디더링 기법을 이해한다.

• 감마수정이 필요한 이유와 수정방법을 이해한다.

1) 빛 모델

파동설 : 빛이 파동으로 이루어짐

입자설 : 양자, 입자설, 빛이 작은 알갱이로 이루어짐

2) 생상, 명도, 채도

색상 : 우세주파수의 색
명도 : 파형 아래의 면적
채도 : 색의 선명함

3) RGB 컬러모델

가산모델

Cyan : 녹청, Magenta : 자홍, Yellow : 노랑
R + G = Y (1 0 0) + (0 1 0) = (1 1 0)
G + B = (0 1 0) + (0 0 1) = (0 1 1) = Cyan
그림의 원 외워라!

단점

직관적이지 않다. 보라색 = R G B 각각 얼마?

4) CMY 컬러모델

감산 모델

W = R + G + B 이고
W - G = R + B = Magenta 이다.
W - G - R = Blue 이다.
( W - G - R ) - B = Black
W = White

RGB는 CMY의 합성으로 표현

C + M + Y = Black
물감의 삼원색은 CMY

5) CMYK

C = 120, M = 80, Y = 200 일 때
최소농도 : 80
C = 40, M = 0, Y = 120, K = 80 = 최소농도
Ex) 잉크의 양? => 배열에 있는거 더해서 비교하면됨. -> 400

6) HSV 컬러모델

HSV (Hue, Saturation, Value)
화가의 직관

셰이드 = 어떤 색상에 "흑색"을 섞음. 채도와 명도를 동시에 낮춤

틴드 = 어떤 색상에 "백색"을 섞음. 채도는 낮추고 명도는 높임

7) 하프 토우닝

우리눈의 종합적 인식능력을 사용
평균 면적의 명도로 인식

인쇄물의 하프토우닝

흑백이지만 회색처럼 보임

화면 화소에는 이것이 불가능

8) 디지털 하프 토우닝

점의 크기 대신 개수를 조절
우리 눈이 4개의 화소를 한 단위 평균적 밝기를 인식
실질적 해상도는 감소

9) 디더링

해상도 감소 없음
색상의 표현이 불가능할 때, 다른 색상들을 섞어서 비슷한 색상을 내기위해 색상의 개수를 줄이는 기술 (ex 도트 프린터, 신문 등)

화소에서 화소로 사상 -> 해상도 유지
ex) 오류확산

오류 확산 :
중앙화소 회색도 : 200, 흑백 모니터인 경우 (0또는 255)인 경우,
255로 표현 -> 오류 -55
중앙화소의 오른쪽 화소 계산 :

오류를 전파

패턴디더
모든 화서의 회색도를 최대 8로 정규화
정규화 값이 행렬 값보다 크면 화소에 가장 가까운 색으로, 작으면 배경색으로

인위적인 잡음 삽임

ch04

학습목표

• 표준화의 개념과 필요성을 이해한다.

• API의 정의와 필요성을 이해한다.

• 고수준 API의 장면묘사 방식을 이해한다.

• 오픈지엘의 설계원리에 반영된 개념을 이해한다.

• 파이프라인 개념, 상태변수 개념을 이해한다.

• 오픈지엘 프로그램 작성을 위한 유틸리티 프로그램 설치방법을 이해한다.

1) 표준화

“주어진 여건에서 최적의 질서를 유지하기 위해, 현존하거나 잠재하는 문
제들에 대해, 공유성과 재사용성을 높이기 위한 기반을 확립하는 행위“

2) 그래픽 분야 표준 목표

주전산기 독립성(Host Machine Independence)
• 동일한 프로그램을 가지고서 다양한 모든 하드웨어에서 사용할 수 있어야
한다.

장비 독립성(Device Independence)
• 동일 기능을 수행하는 입출력 장비의 종류가 달라도 프로그램 명령은 동
일해야 한다.

프로그램 언어 독립성(Programming Language Independence)
• 프로그램 작성에 어떠한 프로그램 언어를 사용해도 된다.

운영자 이식성(Operator Portability)
• 새로운 프로그램 사용법을 누구라도 쉽게 터득할 수 있어야 한다.

3) 그래픽 API

라이브러리
PHIGS, GKS = 추상적 수준의 API
API

Graphics Application Program - API - Graphics Library -> 키보드, 마우스 그래픽카드 등등..

4) 오픈지엘 개괄 - 그래픽 API 발전과정

5) 오픈지엘

저 수준 API

장면을 묘사하는 것이 아니라 구체적 프러시져를 호출

DirectX from Microsoft : 호완성 결어

하드웨어와 거의 직접 연관 ( 하드웨어 성능을 최대한 발휘 )

Invector, VRML, Java3D 등 고수준 API의 기반

드라이버 소프트웨어에 비해서는 상대적으로 고수준 함수,

6) 오픈지엘 설계원리

범용성(Generality)
• 워크스테이션, 수퍼 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 운영체제에 무관

효율성(Performance)
• 그래픽 하드웨어의 가속 기능을 최대한 발휘
• 회사마다 서로 다른 기능, 공통적인 부분을 찾아내어 그 성능을 극대화
• 공통부분이 아닌 것에 대해서는 활성화 또는 비활성화 등 기능 모드를 제공

독립성(Orthogonality)
• 기능 간의 독립성을 최대한 보장
• 기능끼리 서로 얽혀 발생하는 오류를 방지

완전성(Completeness)
• 특정 하드웨어 기능에 대해서는 ARB (Architecture Review Board, GPU assembly
language)확장 형태로 명령어를 제공
• 다수의 하드웨어가 확장 기능을 지원하면 표준기능으로 변경
• 소프트웨어적으로라도 실행할 수 있도록 배려

상호 작업성(Interoperability)
• 그래픽 명령은 A 컴퓨터에서 내리되 실행은 B 컴퓨터에서
• 클라이언트-서버 모델(Client-Server Model)지원.
• 성능이 낮은 클라이언트 컴퓨터가 고성능 서버를 이용.

7) 파이프 라인

GPU 설계 원리

CPU 파이프라인과 유사

분업에 의한 동시처리로 처리속도를 극대화

파이프 라인 서브 프로세스는 모드 하드웨어와

8) 상태변수

GL의 역할 = 상태변수를 설정
파이프 라인은 상태 변수를 참조해서 자동으로 실행됨.

9) 지엘 명령어 구조

GL은 API
GL은 비 객체지향적

처리속도를 향상

함수 오버로딩이 불가능

3차원 정점이라면 glVertex3f(), glVertex2f()

10) 지엘 프로그램 구성 요소

지엘 라이브 러리 ( GL : OpenGL, Core Library )

렌더링 기능을 제공하는 함수 라이브러리

지엘 유틸리티 라이브러리 ( GLU : OpenGl, Utility Library )

50여개의 함수, GL 라이브러리의 도우미

다각형 분할, 투상, 2차원 곡면, 너브스 등 고급기능을 제공하는 함수

GL 함수로 작성

지엘 유틸리티 툴 킷 ( GLUT : OpenGL Utility Toolkit )

사용자 입력을 받아들이거나 화면 윈도우를 제어하기 위한 함수

윈도우 운영체제 기능과의 인터페이스

11) GLUT

윈도우 기능 : 프로그램 실행에 필요한 창
콜백 기능 : 프로그램 실행 중 발생하는 사용자 입력 처리

윈도우 초기화

(glut)생략

InitWindowPosition

InitwindowSize

InitDisplayMode

윈도우 관리

glutSetWindowTitle

glutCreateWindow

ch05

학습목표

• 논리적 입력장치를 설정하는 이유와 종류를 이해한다.

• 세 가지 입력모드의 차이점을 이해한다.

• GLUT 콜백함수의 종류와 사용법을 이해한다.

• GL의 화면 좌표계와 GLUT의 화면 좌표계 사이의 차이점을 이해한다.

• 더블 버퍼링의 필요성에 대해 이해한다.

• 정점 배열, 디스플레이 리스트의 필요성과 사용법을 이해한다.

1) 윈도우와 뷰포트 - 윈도우와 뷰포트

파이프 라인 변환 프로세스를 따라가면서 기준좌표계에 따라 정점좌표가 바뀜.

Ex) 정규좌표 (0.5, 0.5)를 1024 * 768 화면 좌표계로 나타내시오

x = 1023 0.75 (= 3/4) = 767.25 = 767
y = 767 0.25 (= 1/4) = 191.75 = 192
이게 그림을 그려보면 쉽다.

x 일 경우 이런 경우인데

전체 크기가 2이기 때문에

1.5 / 2 * 1023 을 해주게 되면 767.xxx 나온다.

y일 경우 0.5 / 2(전체 크기) * 768 = 192 나온다.

이기 때문에

x = ( 1 - 0.4 ) / 2(전체크기) * 1023 => 307

y = ( 1 - 0.2 ) / 2(전체크기) * 767 => 307

2) 콜백 프로그래밍 - GL의 화면좌표, GLUT 화면좌표

Reshape callBack

처음 윈도우를 그릴 때

윈도우 위치를 옮길 때

윈도우 크기를 조절 할 때

3) 콜백 프로그래밍 - GL의 화면 좌표, GLUT의 화면좌표

glOrthor

이렇게 된다는 것임.

4) 메뉴 콜백

int glutCreateMenu

메뉴 콜백함수를 등록하며, 그 결과 등록된 메뉴 아이디 값이 리턴된다.
void glutSetMenu

현 메뉴를 파라미터 id에 지정한 메뉴로 설정한다.
void glutAddMenuEntry

현 메누에 메뉴 항목을 추가한ㄷ.
int glutAttachMenu

GLUT_LEFT_BUTTON, GLUT_RIGHT_BUTTON, 등 지정한 마우스 버튼에 현 메뉴 할당.
void glutAddSubMenu

현 메뉴 항목 중 하나로써 서브메뉴 항목을 추가한다.

5주차 퀴즈

Q1) 색상의 가산 모델인 RGB을 이용하여 Cyan( 0 1 1 ) Meganta ( 1 0 1) 유도하시오.

가산 모델 -> RGB 컬러모델
색이 RGB라 Cyan이라는 색 (0, 1, 1)이라
G (0, 1, 0) + B ( 0, 0, 1) 더한다.
Cyan = G + B = ( 0 1 0 ) + ( 0 0 1 ) = ( 0 1 1 )
Meganta = R + B = ( 1 0 0 ) + ( 0 0 1 ) = ( 1 0 1)

Q2) 색상의 감산 모델을 이용하여 BLUE( 0 0 1 )를 계산하시오.

감산모델이라 하면
CMY 컬러모델에서 "감산모델"사용함
W = R + G + B 이니까
W - R - G = B 를 해주면된다.

Q3) OpenGl을 사용하여 원점을 중심으로 한변의 길이가 1인 정삼각형을 그리기 위한 정점 3개를 구하시오. 단 좌측 하단의 정점 좌표부터 시작하여 세 점을 반시계 방향으로 정의하시오.

void Display() 
{
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
	glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);
	glBegin(GL_POLYGON);
	glVertex2f(-0.5, -0.5);
	glVertex2f(0.5, -0.5);
	glVertex2f(0, 0.5);
	glEnd();
	glFlush();
}

int main(int argc, char** argv)
{
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
	glutInitWindowSize(500, 500);
	glutInitWindowPosition(100, 100);
	glutCreateWindow("Sierptinski Triangle");
	glutDisplayFunc(Display);
	glutMainLoop();
}

6주차 퀴즈

Q1) 원영상 f(x, y)가 8비트로 회색도를 표현할 때, 패턴 디더링을 수행하고자 한다. 회색도를 최대 15로 할 때, 정규화 공식을 사용하시오. 그리고 51의 회색도를 정규화 하시오

패턴디더 : 모든 화소의 회색도를 최대 8로 정규화하는것.

정규화할 회색도 최대 회색도 / 255
P 15 / 255
51 * 15 / 255

Q2) Sierpinsky Gasket을 프로그램하고 실행결과를 보이시오.

Q3) 위 프로그램을 활용하여 원점을 중심으로 한변의 길이가 30인 정사각형을 시작으로하는 Sierpinsky Square Gasket을 프로그램하고 실행결과를 보이시오.

1번 패디더? Pattern Dither

회색도가 N일때, 정규화 공식 : P * 8bit / 255

p = 51, 회색도의 최대가 15이다.

P * 15 / 255 => P = 51

=> 51 * 15 / 255 이다.

7주차

Ex) 정규좌표 (-0.4, 0.2)를 화면좌표계로 정규화 하라고하면

8주차 퀴즈

Q1)

600 * 600 일 때 glut 좌표계 -> gl 좌표계
먼저 glut 좌표계는 왼쪽 위에서부터 시작한다.
gl좌표계는 왼쪽 아래에서부터 시작한다.

Q2)

void MyDisplay()
{
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
	glColor3f(0.5, 0.5, 0.5);
	glBegin(GL_POLYGON);
	glVertex3f(-0.5, -0.5, 0.0);
	glVertex3f(0.5, -0.5, 0.0);
	glVertex3f(0.5, 0.5, 0.0);
	glVertex3f(-0.5, 0.5, 0.0);
	glEnd();
	glFlush();
}

// Reshape 콜백 함수
void MyReshape(int NewWidth, int NewHeight)
{
	glViewport(0, 0, NewWidth, NewHeight);
	GLfloat WidthFactor = (GLfloat)NewWidth / (GLfloat)300;
	GLfloat HeightFactor = (GLfloat)NewHeight / (GLfloat)300;
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity();
	glOrtho(-1.0 * WidthFactor, 1.0 * WidthFactor, -1.0 * HeightFactor, 1.0 * HeightFactor, -1.0, 1.0);
}

>
int main(int argc, char** argv)
{
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_RGB);
	glutInitWindowSize(500, 500);
	glutInitWindowPosition(0, 0);
	glutCreateWindow("OpenGl Drawing Reshape");
	glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0); // backGroundColor
	glutDisplayFunc(MyDisplay);
	glutReshapeFunc(MyReshape);
	glutMainLoop();
	return 0;
}

Q3)

마우스 콜백
GLint TopLeftX, TopLeftY, BottomRightX, BottomRightY;

>
void MyDisplay()
{
	glViewport(0, 0, 600, 600);
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
	glColor3f(0.5, 0.5, 0.5);
	glBegin(GL_POLYGON);
	glVertex3f(TopLeftX / 600.0, (600.0 - TopLeftY) / 600.0, 0.0);
	glVertex3f(TopLeftX/ 600.0, (600.0 - BottomRightY)/ 600.0, 0.0);
	glVertex3f(BottomRightX / 600.0, (600.0 - BottomRightY) / 600.0, 0.0);
	glVertex3f(BottomRightX / 600.0, (600.0 - TopLeftY) / 600.0, 0.0);
	glEnd();
	glFlush();
}

>
void MyMouseClick(GLint Button, GLint State, GLint X, GLint Y)
{
	if (Button == GLUT_LEFT_BUTTON && State == GLUT_DOWN)
	{
		TopLeftX = X;
		TopLeftY = Y;
	}
}

>
void MyMouseMove(GLint X, GLint Y)
{
	BottomRightX = X;
	BottomRightY = Y;
	glutPostRedisplay();
}

>
int main(int argc, char** argv)
{
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_RGB);
	glutInitWindowSize(600, 600);
	glutInitWindowPosition(0, 0);
	glutCreateWindow("OpenGl Drawing Example");
	glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0); // backGroundColor
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity();
	glOrtho(0.0, 1.0, 0.0, 1.0, -1.0, 1.0);
	glutDisplayFunc(MyDisplay);
	glutMouseFunc(MyMouseClick);
	glutMotionFunc(MyMouseMove);
	glutMainLoop();
	return 0;
}

CJB_ny

https://cjbworld.tistory.com/ <- 이사중

이전 포스트

2022_1학기_중간고사_게임프로그래밍

다음 포스트

CPP_어소_3_정수형 자료형

1개의 댓글

EDO_0

2022년 4월 27일

정보: 망막세포 중 색상을 인지하는 역할을 하는 세포는 원추세포(Primary Visual Cortex) 이다.

답글 달기