Машинная графика в среде программирования Delphi

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана
А.Л. Исаев, А.В. Куров
МАШИННАЯ ГРАФИКА В СРЕДЕ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ DELPHI
Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия
по курсу «Информатика»
Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2006

УДК 681.3.06
ББК 32.97
И85
Рецензенты: И.В. Журавлев, А.И. Коротаев
И85
Исаев А.Л., Куров А.В.
Машинная графика в среде программирования Delphi: Учеб.
пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 60 с.
ISBN 5-7038-2867-8
Рассмотрены графические возможности среды программирования Delphi. Даны справочные материалы по методам и свойствам классов, используемых при работе в графике, и основные
теоретические сведения, необходимые для построения плоских
изображений, графиков, организации движущегося изображения.
Приведены примеры программ на языке ObjectPascal. Даны варианты заданий для выполнения лабораторных работ.
Для студентов первого курса, изучающих дисциплину «Информатика».
УДК 681.3.06
ББК 32.97
ISBN 5-7038-2867-8
c
⃝МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006

ВВЕДЕНИЕ
Большую часть информации об окружающем мире человек получает с помощью органов зрения, поэтому и в современном мире
изображения являются основным носителем информации.
Современные средства вычислительной техники позволяют
осуществлять ввод в ЭВМ и вывод из нее изображений и иной
графической информации. Представление информации в форме
графических образов увеличивает полноту и скорость ее восприятия.
Построение изображений производится с помощью специальных технических и программных средств. В рамках курса «Информатика», изучаемого всеми студентами первого курса, происходит
знакомство с основными техническими средствами ЭВМ. Однако
главный упор делается на изучение основных алгоритмов, используемых при решении инженерных задач, умение реализовать эти
алгоритмы на конкретном языке программирования. При этом студент должен научиться отображать в наглядной графической форме
результаты своих расчетов и исследований, поэтому разделу «Машинная графика» уделяется достаточно большое внимание в курсе
«Информатика».
Данное пособие позволит студенту лучше уяснить основные
математические предпосылки двумерной графики и алгоритмы построения плоских изображений.
Приводимые примеры программ построения графических изображений на языке ОbjectPascal студенты смогут использовать на
практике, а варианты заданий — при выполнении лабораторных
работ.

1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
МАШИННОЙ ГРАФИКИ
Машинная графика — это совокупность методов и средств для
преобразования данных в графическую форму и обратно с помощью ЭВМ. Машинная графика находит самое широкое применение
в различных отраслях науки и техники, промышленности, экономике, учебном процессе, органах управления, быту.
Существуют следующие разновидности программного обеспечения для графического представления информации:
• иллюстративная графика (создание изображений, играющих
роль иллюстративного материала: рисунков, схем, эскизов, карт).
Системы иллюстративной графики должны реализовывать функции, позволяющие «резать», «стирать», «склеивать» различные части изображения, хранить в библиотеке ранее сформированные изображения и вставлять их во вновь создаваемые рисунки, использовать трафареты, выводить изображения различным цветом, осуществлять закраску объектов изображения;
• деловая графика (отображение данных, хранимых в таблицах
или базах данных, в виде графиков, диаграмм, гистограмм);
• инженерная графика (автоматизация чертежных и конструкторских работ);
• научная графика. Задачи научной графики во многом определяются cпецификой конкретной научной области. В географии системы компьютерной графики должны обеспечивать создание и обработку разнообразных карт. В математике и химии средства научной графики предоставляют возможность использовать специальную нотацию (формулы) при подготовке документации. В этом случае должны обеспечиваться ввод символов с клавиатуры, генерация
представления формул и преобразование формул для подключения
системы аналитических преобразований.
4

Машинная графика применяется также в издательском деле, при
моделировании, создании тренажеров, в управлении техническими
системами и т. д.
В зависимости от направления преобразования данных, способа
их визуального представления и типа объектов визуализации выделяют три основных типа задач, решаемых средствами компьютерной графики: синтез изображения, анализ изображения, обработка
изображения.
В ходе синтеза изображения осуществляют его генерацию и вывод на конкретное графическое устройство. При этом используются модели выводимых объектов, в отношении которых применяют операции преобразования (перенос, масштабирование, поворот,
проецирование, отсечение). Перед построением изображения выполняют также удаление невидимых линий и поверхностей, закрашивание и затенение объектов сцены.
При анализе изображения решают задачи распознавания и выделения элементарных объектов по их абстрактным описаниям.
Обработка изображения представляет собой изменение визуального представления картины с целью улучшения ее качества.
2. ОСНОВЫ МАШИННОЙ ГРАФИКИ
Для построения изображений необходимо иметь специальные
технические и программные средства, называемые средствами машинной графики. Основным техническим устройством является
графический дисплей, основу которого сегодня может представлять электронно-лучевая трубка, плазменная панель или жидкокристаллическая матрица. Однако в каждом из этих трех случаев
поверхность, на которой формируется изображение, представляет
собой совокупность отдельных светящихся элементов, т. е. имеет
дискретную природу, в то время как выводимые геометрические
объекты являются непрерывными.
Изображение на поверхности дисплея формируется из отдельных светящихся точек, т. е. фактически представляет собой мозаику,
поэтому для построения сколь угодно сложного графического изображения достаточно знать цвет каждой точки экрана.
5

Это различие между исходными и визуализированными объектами порождает целый ряд проблем: требуется разработка и применение соответствующих алгоритмов построения отрезков, окружностей, других кривых, заполнения областей на поверхности экрана.
Другая проблема — это ступенчатость получаемых изображений (лестничный эффект). Этот эффект легко видеть на примере
простейшего объекта – наклонного отрезка. Он выглядит именно
как совокупность отдельных отрезков-ступенек (отсюда и происходит название эффекта). Только для горизонтальных, вертикальных
и наклоненных под углом в 45 o отрезков лестничный эффект отсутствует. Принципиально преодолеть его нельзя, однако применяют различные способы сглаживания изображения для создания у
наблюдателя иллюзии отсутствия лестничного эффекта. Основным
способом уменьшения лестничного эффекта является увеличение
разрешающей способности, при этом отдельные точки экрана становятся настолько малыми и близко расположенными друг к другу,
что человеческий глаз практически их уже не различает.
Таким образом, современная графика является растровой. Растр
представляет собой матрицу отдельных пикселей (точек), упорядоченных по строкам и столбцам. Пиксель — наименьший элемент
изображения, которому можно индивидуально назначить цвет или
степень яркости. Для хранения информации о выводимом изображении требуется достаточно большой объем памяти, поскольку современные дисплеи могут иметь от 600 до 2048 строк по 800–2048
пикселей в каждой строке, а цвет каждого пикселя кодируется тремя
байтами.
Изображение, подлежащее выводу на экран дисплея, может
быть представлено совокупностью простейших геометрических
фигур (отрезков, прямоугольников, окружностей, эллипсов и т. д.),
для высвечивания которых имеются, как правило, готовые языковые средства. Однако для правильного использования готовых
методов, обеспечивающих построение геометрических фигур, следует знать параметрическое число каждого из таких объектов. Параметрическим числом объекта называется минимальное количество параметров, задающих этот геометрический объект. Напри6