1. 数字化
电脑能显示的图片是数字图片(digital image),数字图片的获取可以通过 软件绘图,数码相机拍摄,扫描仪等
数码相机与传统相机的区别
传统相机使用银盐感光材料即胶卷所谓载体,要冲洗胶卷才能得到照片
数码相机拍摄将光信号转换为数字信号,保存在储存单元中
2. 像素(pixel,picture element)
数字图片的最小表示单元,在计算机内存中表现为几个字节的内存,根据每个像素所含字节数的不同,即包含的颜色数量不同,可以分成彩色照片,黑白照片,灰度照片等等.
3. 色彩空间
色彩空间(英语:Color space)是对色彩的组织方式.借助色彩空间和针对物理设备的测试,可以得到色彩的固定模拟和数字表示.色彩空间可以只通过任意挑选一些颜色来定义,比如像彩通系统就只是把一组特定的颜色作为样本,然后给每个颜色定义名字和代码；也可以是基于严谨的数学定义,比如 Adobe RGB、sRGB.
常见的色彩空间:灰度(黑白)、RGB(红色,绿色,蓝色) 、CMYK(青色,品红色,黄色,黑色) 、HSV(色相,饱和度,明度)
4. 显示器(Monitors )
阴极射线管显示器(CRT) 它主要由五部分组成:电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层及玻璃外壳.CRT纯平显示器虽然具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可凋节的多分辨率模式、响应时间极短等 LCD 显示器难以超越的优点,使用三束电子来激发一组彩色磷光体中正确强度的红色,绿色和蓝色混合,以在每个像素处呈现所需的颜色
液晶显示器(LCD) 内部有很多液晶粒子,它们有规律地排列成一定的形状,并且它们每一面的颜色都不同,分为红色、绿色和蓝色.这三原色能还原成任意的其他颜色.当显示器收到显示数据时,会控制每个液晶粒子转动到不同颜色的面,从而组合成不同的颜色和图像.也因为这样,LCD 显示器的缺点有色彩不够艳和可视角度不大等
发光二极管显示器(LED) ,由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成,砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,氮化镓二极管发蓝光
5. 位图(Bitmap)
将图片转换为一片的内存二进制序列称为位图,属于硬件与软件相接层面,例如黑白图片的位图每位只有 0,1 两种情况,而彩色图需要更大的位图进行存储.
6. 图片分类
像素图片(BitMap image) JPG,JPEG,PNG,GIF 等,图像已经以像素形式存放,不用再光栅化,适用于绘制静态复杂图像
矢量图(Vector image) SVG,EPS,PDF 等 矢量图由绘制线条,曲线和形状指令组成,而不是像素.矢量图形的每个部分都是可编辑的,并且可以很容易地调整其大小. 矢量图形非常适合制作图表或图形.它们通常不能用于存储照片图像
7. 图片压缩算法
无损压缩(Lossless compression)
设像素点为Pn，把图片像素序列{p1,p1,……pn}进行设断点，将其分割成一段一段的。分段的过程就是要找出断点，让一段里面的像素的最大灰度值比较小，那么这一段像素(本来需要8位)就可以用较少的位(比如7位)来表示，从而减少存储空间。
用一个符号值或串长代替具有相同值的连续符号（连续符号构成了一段连续的“行程”。行程编码因此而得名），使符号长度少于原始数据的长度
将长字符串（也称为短语）编码成短小的标记，用小标记代替字典中的短语，从而达到压缩的目的
依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字
有损压缩(Lossy compression)
- JPEG --- 离散余弦变换+量子化+RLE+Huffman
8. 显卡、GPU
显卡功能:将电脑的数字信号转换成模拟信号让显示器显示出来,同时还有图像处理功能,可以协助 CPU 工作,提高整体速度
硬件加速:把特定类型的庞大的计算量交给专门的硬件来处理,以减轻中央处理器的工作量的技术,比如图像处理交给 GPU
CPU 主要负责多任务调度,散乱计算,指挥各硬件工作,GPU 主要用于大量重复计算(挖矿),显卡归 CPU 管
可以看到,GPU 整体呈现工整结构,拥有大量小型计算单元,可以并行执行大量特定运算
9. 电脑显示图像过程
一般由 CPU 计算好显示内容提交到 GPU,当然也存在 CPU 直接下发命令让 GPU 处理计算显示内容(硬件加速),显卡随即将数字模拟信号(显示内容)转换成图像数据信号,又由信号线连接显示器!显示器接到相关信号后,由视放电路通过显象管电子枪射到显象管屏幕上
具体点就是:
- CPU 将数据运送进 GPU
- GPU 进行必要的光栅化
- GPU 将光栅化后的数据运送到显存
- 显卡将显存的数据进行数模转换并通知显示器显示
- 显示器根据它特定现象原理,如阴极射线管显示器将三束电子射到同一点显示颜色
10. 光栅化
光栅化是将矢量图形的几何数据经过一系列变换后最终转换为像素,从而呈现在显示设备上的过程.
数字 3D 模型的常见表示形式是多边形.在栅格化之前,各个多边形被分解为三角形,因此在 3D 栅格化中要解决的典型问题是三角形的栅格化.三角形栅格化算法通常需要的属性是栅格化两个相邻的三角形(即那些共享边的三角形)
11. OpenGL
OpenGL 是一套接口规范,具有跨平台,跨编程语言的特点,直接规范硬件驱动接口,定义了操作图片和图形的软件层 API,具体实现需要 GPU 厂家自己开发满足这套规范的驱动,如果所用 GPU 厂家实现了驱动并本机安装,就可以通过 Opengl 接口调用对应显卡驱动.
该接口由近 350 个不同的函数调用组成,用来绘制从简单的图形比特到复杂的三维景象,而另一种程序接口系统是仅用于Microsoft Windows上的Direct3D.OpenGL 常用于CAD、虚拟现实、科学可视化程序和电子游戏开发.
12. OpenGL ES
OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是 OpenGL 三维图形 API 的子集,针对手机、PDA和游戏主机等嵌入式设备而设计
OpenGL ES 是从 OpenGL 裁剪的定制而来的,去除了 glBegin/glEnd,四边形(GL_QUADS)、多边形(GL_POLYGONS)等复杂图元等许多非绝对必要的特性.经过多年发展,现在主要有两个版本,OpenGL ES 1.x 针对固定管线硬件的,OpenGL ES 2.x 针对可编程管线硬件.OpenGL ES 1.0 是以 OpenGL 1.3 规范为基础的,OpenGL ES 1.1 是以 OpenGL 1.5 规范为基础的,它们分别又支持 common 和 common lite 两种 profile.lite profile 只支持定点实数,而 common profile 既支持定点数又支持浮点数. OpenGL ES 2.0 则是参照 OpenGL 2.0 规范定义的,common profile 发布于 2005-8,引入了对可编程管线的支持.
13. WebGL
WebGL 是基于 OpenGL ES 的低级 3D 图形 API 的跨平台,免版税的 Web 标准,并通过 HTML5 Canvas 元素公开给 ECMAScript
WebGL 1.0 公开了 OpenGL ES 2.0 功能集； WebGL 2.0 公开了 OpenGL ES 3.0 API
14. GLSL (OpenGL Shading Language)
OpenGL 着色语言(OpenGL Shading Language)是用来在OpenGL中着色编程的语言,也即开发人员写的短小的自定义程序,他们是在图形卡的 GPU (Graphic Processor Unit 图形处理单元)上执行的,代替了固定的渲染管线的一部分,使渲染管线中不同层次具有可编程性.比如:视图转换、投影转换等.GLSL(GL Shading Language)的着色器代码分成 2 个部分:Vertex Shader(顶点着色器)和 Fragment(片断着色器),有时还会有 Geometry Shader(几何着色器).负责运行顶点着色的是顶点着色器.它可以得到当前 OpenGL 中的状态,GLSL 内置变量进行传递.GLSL 其使用 C 语言作为基础高阶着色语言,避免了使用汇编语言或硬件规格语言的复杂性
