رسوم الحاسوب — Computer Graphics 2D

ما هي رسوم الحاسوب؟ Computer Graphics

رسوم الحاسوب: توليد وتمثيل ومعالجة وتقييم الصور الرسومية بواسطة الحاسوب. أما الرسوم التفاعلية (Interactive CG) فهي التي يتحكم فيها المستخدم بالصورة عبر أجهزة الإدخال (لوحة المفاتيح، الماوس، عصا التحكم…) فتتغير الصورة استجابةً لأوامره فورياً.

كيف تعمل شاشة CRT؟

أنبوب الأشعة المهبطية يحتوي ثلاثة مدافع إلكترونية (أحمر، أخضر، أزرق) تطلق حزمة إلكترونات سالبة نحو شاشة مطلية بالفسفور موجبة الشحنة. تمر الحزمة بـنظام التركيز (يركزها بنقطة صغيرة) ثم نظام الانحراف الأفقي والعمودي (يوجهها لأي نقطة على الشاشة). عندما تضرب الحزمة الشاشة يضيء الفسفور نقطة ضوئية — لكن الضوء يخفت بسرعة، لذلك يجب إنعاش الشاشة (Refresh) من 30 إلى 60 مرة بالثانية.

الشاشة مقسمة إلى نقاط صغيرة جداً تسمى Pixels (عناصر الصورة)، وكل بكسل مكوّن من نمط ثلاثي من نقاط فسفور حمراء وخضراء وزرقاء.

توليد الألوان على شاشة RGB

كل مدفع إلكتروني له عدد بتات يحدد شدة لونه. مع بت واحد لكل مدفع نحصل على $2^3 = 8$ ألوان، ومع بت رابع للسطوع نحصل على $2^4 = 16$ لوناً:

R	G	B	Binary	Color	اللون
0	0	0	0	Black	أسود
0	0	1	1	Blue	أزرق
0	1	0	2	Green	أخضر
0	1	1	3	Cyan	سماوي
1	0	0	4	Red	أحمر
1	0	1	5	Magenta	بنفسجي
1	1	0	6	Brown	بني
1	1	1	7	White	أبيض

ملاحظة

في نظام True Color بـ 24 بت: كل قناة 8 بت أي من 0 إلى $2^8-1=255$، وعدد الألوان الكلي $2^{24}$.

نظام الإحداثيات والدقة Resolution

CGA: دقة منخفضة 320×200 (بكسلات كبيرة).
VGA: دقة عالية 640×480، وSVGA: ‏1024×768.
كلما صغُر البكسل زاد عدد البكسلات وارتفعت جودة العرض.

العرض النقطي Raster-Scan وتحويل المسح Scan Conversion

الخطوط الأفقية من البكسلات تسمى raster scan lines. الصورة تُعرَّف عادة بمعادلات (مثل x+y=5) أو وصف رسومي («ارسم خطاً من نقطة إلى نقطة»)، وتحويل المسح هو: عملية تحويل التمثيل المجرد للصورة إلى قيم البكسلات المناسبة في الـ Frame Buffer — أي «تمثيل الكائنات الرسومية المستمرة كمجموعة بكسلات منفصلة».

سلسلة العرض

$$\text{Scan Conversion} \Rightarrow \text{Frame Buffer} \Rightarrow \text{Display Image}$$

ذاكرة الإطار Frame Buffer

كل بكسل على الشاشة يقابله موقع في مصفوفة ثنائية البعد في الذاكرة تسمى Frame Buffer (أو Bit Map). عدد صفوفها = عدد خطوط المسح، وعدد أعمدتها = عدد بكسلات كل خط. الوصول لأي بكسل يكون بزوج إحداثيات صحيحة (x, y): قيمة x تحدد العمود وقيمة y تحدد الصف، والأصل عند الركن الأسفل الأيسر.

سؤالQ: How many pixel memory locations are required in the frame buffer for a 512×512 display screen?

الحل:

$$512 \times 512 = 262144 \ \text{pixel memory locations}$$

تطبيقات رسوم الحاسوب

CAD التصميم بمساعدة الحاسوب، CAM التصنيع، CAI التعليم، CAE الهندسة.
Simulation: محاكاة الظروف الخطرة أو المكلفة (محاكيات الطيران، المفاعلات النووية).
GUI الواجهات الرسومية، Entertainment الألعاب والأفلام، Visualization إبصار البيانات، Image Processing معالجة الصور.