Procedurálne a objektovo orientované programovanie (zhrnutie)

1 Úvod do problematiky grafických a multimediálnych
systémov
1.1 Predmet štúdia počítačovej grafiky
GMS
Lekcia 1
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

... alebo veľmi jednoduchá definícia:
„The pictorial representation and manipulation of data by a computer“
Zdroj: http://wordnet.princeton.edu/perl/webwn?s=computer%20graphics
GMS
Lekcia 1
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

POČÍTAČOVÁ GRAFIKA
Modelovanie
Opis
objektov
Vizualizácia
Rekonštrukcia a
počítačové videnie
Obraz
Obr. 1 Základná klasifikácia počítačovej grafiky
Spracovanie
obrazu
GMS
Lekcia 1
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

1.2 Prehľad vývoja a základné pojmy
GMS
Lekcia 1
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 Radarový systém SAGE.
(MIT).
Kresliace vektorové zariadenie – plotter.
60-te roky Vektorový displej.
Vznik interaktívnej počítačovej grafiky.
Vektorový pamäťový displej (DVST-Tektronix). Sketchpad (Ivan Sutherland).
Svetelné pero (light pen)
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. Štandardizácia (Core, GKS).
Grafické pracovné stanice (RISC).
Geometrické modelovanie.
Nové fyzikálne princípy (LCD displeje). Prenos údajov medzi CAD (IGES).
90-te roky Integrované CAD/CAM pracoviská.
Nové metódy modelovania (feature
Celosvetová sieť počítačov internet.
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.
Vstup
Symbolický opis
Výstup
Obrázok Zvuk
Symbolický Symbolické spracovanie Počítačová grafika - Generovanie
opis
údajov
grafické spracovanie
údajov
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

− multimédiá a virtuálna realita a pod.
1.2.1 Vektorová grafika
GMS
Lekcia 1
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

1.2.2 Rastrová grafika
Obr. 2 Vektorová a rastrová grafika
GMS
Lekcia 1
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 2 bpp , 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 bitová rovina 1 bit
register prevodník
1 D/A
Obr. 4 Obrazová pamäť s jednou bitovou rovinou
*
Tienid lo obrazovky
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

3 bitové roviny
frame buffer
1*
1*
0* 0 1 1
D/A 2 N
prevodník
2 N úrovní
Obr. 5 Obrazová pamäť s tromi bitovými rovinami
*
tienidlo obrazovky
GMS
Lekcia 1
V určitých aplikáciách je nevyhnutné disponovať s niekoľkými úrovňami sivej farby a zvyčajne
je počet úrovní sivej farby vyjadrený číslom 2 N (v rozsahu 0 až 2 N-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

N=8
N=8
N=8
0
D/A
D/A
D/A
0
prevodníky
frame buffer
1
1
1
0
registre N bitov
Obr. 6 Obrazová pamäť s prekódovacou tabuľkou
0
0
1
1
*
0
1
tienidlo obrazovky
GMS
Lekcia 1
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
2 N ≤ L ≤ 2 W
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.
R
G
B
frame buffer
0
1
registre
0 0 D/A 2 N
1
1
D/A 2 N
D/A 2 N
prevodníky
Obr. 7 Obrazová pamäť s jednou bitovou rovinou pre každú farbu
*
tienidlo obrazovky
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 (2 24 ) 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
(2 3 ) W = (2 W ) 3
pričom počet zobrazených farieb v danom čase na obrazovke je
(2 3 ) N = (2 N ) 3
14

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:
• kapacita prekódovacích tabuliek T:
4096*4096*3*3=144Mb=18MB
256*8*3=6144b=768B
GMS
Lekcia 1
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

− základné (funkčné) grafické programové vybavenie (grafický systém),
− aplikačné programy.
GMS
Lekcia 1
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
model
Aplikačný
program
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

− binárne kódovanie.
GMS
Lekcia 1
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

− historické dôvody – formáty odrážajú technický vývoj, hlavne postupne sa zvyšujúce
farebné možnosti grafických adaptérov,
GMS
Lekcia 1
− 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
0 1 2 3 4 5 6 7 8
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 2 bpp . 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
DIB
DDB
Grafický formát
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

Výhody bitmapového formátu:
Obr. 13 Geometrický objekt definovaný ako bitmapa
− veľmi jednoduché zobrazenie a tlač,
Obr. 14 Schodovitosť hrany v rastri
− 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
GMS
Lekcia 1
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 2 24 t.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
kde c i sú reálne koeficienty,
x,y,z - súradnice bodov.
F(x,y,z) = c 1x 2+ c 2y 2+ c 3z 2+ c 4xy+ c 5yz+ c 6zx+ c 7x+ c 8y+ c 9z+ c 10 = 0
Plochy vyššieho stupňa sa aproximovali. Reálna súčiastka bola reprezentovaná v počítači
pomocou koeficientov c i. 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

− Prístup k hypertextovým informáciám - prácnosť dosiahnutia informácie na internete
GMS
Lekcia 1
(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

1.3.5 Virtuálna realita
GMS
Lekcia 1
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