computer graphic

1. Fundamental of Computer Graphics
Chapter 1

2. Introduction to Computer Graphic(1)
คอมพิวเตอร์ กราฟิ กส์ (Computer Graphics) ได้ ขยาย
ขอบเขตมาสู่การสร้ างสรรค์ งานด้ านศิลปะ และการ
ออกแบบมากขึน ้
ซอฟต์ แวร์ คอมพิวเตอร์ กราฟิ กได้ รวมความพร้ อมของ
อุปกรณ์ กราฟิ กหลายด้ านเข้ าไว้ อย่ างครบครันด้ วยการจัด
วางอย่ างเป็ นระบบ
ความก้ าวหน้ าอย่ างต่ อเนื่องของคอมพิวเตอร์ กราฟิ กส์ ก็มิได้
เกิดจาก ความสาเร็จของการพัฒนาโปรเซสเซอร์
(processor)
2

3. Introduction to Computer Graphic (2)
มีการพัฒนาอุปกรณ์ ต่อพ่ วง (Peripheral) ที่เอือต่ อการ
้
ทางานและสนองการรับรู้ของมนุษย์ มากยิ่งขึน ้
มีการนาคอมพิวเตอร์ มาใช้ เป็ นเครื่องมือสาคัญในการ
สร้ างสรรค์ งานของนักออกแบบ และศิลปิ น
3

4. Why Study Computer Graphics?
Computer Graphic is an essential part of the Computer Science
Curriculum. It is the primary method of presentation
of information from computer to human. As such it is a core
Component of any computer system, with computer graphics
Playing a major role in:
Entertainment – computer animation;
User interfaces;
Interactive visualization – business and science;
Cartography;
Medicine;
Computer aided design;
Multimedia system;
Computer games;
Image processing;
4

5. Computer Graphics
คอมพิวเตอร์ กราฟิ กส์ (Computer Graphics) หรือ ซีจี (CG)
คือ การประมวลผลข้ อมูลด้ วยคอมพิวเตอร์ โดยข้ อมูลเข้ า
เป็ นข้ อมูลตัวเลข ตัวอักษร หรือสัญญาณต่ าง ๆ แล้ วแสดง
ผลลัพธ์ ทางจอภาพเป็ นข้ อมูลเชิงเรขาคณิต
รวมถึงข้ อมูลอื่น ๆ ของภาพ เช่ น ข้ อมูลการเคลื่อนไหว การ
เปลี่ยนแปลง ลักษณะการเชื่อมต่ อ และความสัมพันธ์
ระหว่ างออปเจ็กต์ ในภาพ รวมถึงการศึกษาระบบการแสดง
ภาพ ทังสถาปั ตยกรรมของเครื่องคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ ต่อ
้
พ่ วง หรืออุปกรณ์ ในการนาเข้ า และแสดงผล
5

6. A very brief history (1)
ปี ค.ศ. 1940 คอมพิวเตอร์ แสดงภาพกราฟิ กโดยใช้
เครื่องพิมพ์ โดยรูปภาพที่ได้ จะเป็ นภาพที่เกิดจากการใช้
ตัวอักษรมาประกอบกัน
ปี ค.ศ. 1950 สถาบันเทคโนโลยีแห่ งแมสซาซูเซสต์ (MIT) ได้
พัฒนาคอมพิวเตอร์ Whirlwind ซึ่งมีหลอดภาพ CRT
(Cathode Ray Tube) เป็ นส่ วนแสดงผลแทนเครื่องพิมพ์
6

7. A very brief history (2)
ระบบ SAGE (Semi - Automatic Ground Environment) ของ
กองทัพอากาศสหรัฐอเมริกาสามารถแปลงสัญญาณจาก
เรดาร์ ให้ เป็ นภาพบน จอคอมพิวเตอร์ ได้
ระบบ SAGE เป็ นระบบกราฟิ กเครื่องแรกที่ใช้ ปากกาแสง
(Light Pen) สาหรับการเลือกสัญลักษณ์ บนจอภาพได้
7

8. A very brief history (3)
Computer Whirlwind ของ MIT
8

9. A very brief history (4)
ปี ค.ศ. 1950 - 1960 มีการทาวิจัยเรื่องเกี่ยวกับระบบ
คอมพิวเตอร์ เป็ นจานวนมาก ซึ่งต่ อมาได้ กลายเป็ นต้ นแบบ
ของระบบคอมพิวเตอร์ กราฟิ กสมัยใหม่
ปี ค.ศ. 1963 วิทยานิพนธ์ ปริญญาเอกของ อีวาน ซูเธอร์
แลนด์ (Ivan Sutherland) เป็ นการพัฒนาระบบการวาดเส้ น
ซึ่งผู้ใช้ สามารถกาหนดจุดบนจอภาพได้ โดยตรงโดยการใช้
ปากกาแสง
ระบบกราฟิ กจะสามารถลากเส้ นเชื่อมจุดต่ าง ๆ เหล่ านีเ้ ข้ า
ด้ วยกัน กลายเป็ นภาพโครงสร้ างรูปหลายเหลี่ยม ระบบนีได้ ้
กลายเป็ นหลักการพืนฐานของโปรแกรมช่ วยในการ
้
ออกแบบระบบงานต่ าง ๆ เช่ น การออกแบบระบบไฟฟา ้
และการออกแบบเครื่องจักร 9

10. A very brief history (5)
ระบบหลอดภาพ CRT ในสมัยแรกสามารถวาดเส้ นตรง
ระหว่ างจุดสองจุดบนจอภาพได้ แต่ ภาพเส้ นที่วาดจะจาง
หายไปจากจอภาพอย่ างรวดเร็ว
ต้ องมีการวาดซาลงที่เดิมหลาย ๆ ครังในหนึ่งวินาที เพื่อให้
้ ้
เราสามารถ มองเห็นว่ าเส้ นไม่ จางหายไป ซึ่งระบบแบบนีมี ้
ราคาแพงมาก
ในช่ วงต้ นปี ค.ศ. 1960 ในปี 1963 อีวาน ซูเธอร์ แลนด์ ได้
ออกแบบ Sketchpad ซึ่งเป็ นระบบอินเทอร์ แอ็กทีฟกราฟิ ก
เพื่อสร้ างภาพทางกราฟิ กได้ Sketchpad นีใช้ จอ CRT,
้
ปากกาแสง และแผ่ นฟั งก์ ชันคีย์ในการสร้ างงานกราฟิ ก
สามารถซูมได้ เก็บออปเจ็กต์ ลงในหน่ วยความจาได้
10

11. A very brief history (6)
Sketchpad ของอีวาน ซูเธอร์ แลนด์
11

12. A very brief history (7)
ปี ค.ศ. 1965 ระบบที่วาดเส้ นซาลงที่เดิมหลาย ๆ ครังนีมีราคา
้ ้ ้
ถูกลงเนื่องจากบริษัท ไอบีเอ็ม (IBM) ได้ ผลิตออกมาขายเป็ น
จานวนมากในราคาเครื่องละ 100,000 เหรียญสหรัฐฯ
ปี ค.ศ. 1968 บริษัท เทคโทรนิกส์ (Tektronix) ได้ ผลิตจอภาพ
แบบเก็บภาพไว้ ได้ จนกว่ าต้ องการจะลบ (Storage - Tube
CRT) ซึ่งระบบนีไม่ ต้องการหน่ วยความจาและระบบการวาดซา
้ ้
ทาให้ ราคาถูกลงมาก (เพียง 15,000 เหรียญสหรัฐฯ) ทาให้ เป็ น
ที่นิยมกันมากใน 5 ปี ต่ อมา
กลางปี ค.ศ. 1970 เป็ นช่ วงเวลาที่อุปกรณ์ ทางคอมพิวเตอร์ เริ่ม
มีราคาลดลงมาก ทาให้ ฮาร์ ดแวร์ ของระบบคอมพิวเตอร์
กราฟิ กมีราคาถูกลง ทาให้ มีการใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ กเริ่มใน
งานด้ านต่ าง ๆ มากขึน้ 12

13. A very brief history (8)
ซอฟต์ แวร์ ทางด้ านกราฟิ กมีการพัฒนาควบคู่มากับฮาร์ ดแวร์
อีวาน ซูเธอร์ แลนด์ ผู้ซ่ งได้ ออกแบบวิธีการหลัก ๆ รวมทัง
ึ ้
โครงสร้ างข้ อมูลของระบบคอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
สตีเฟน คูน (Steven Coons, 1966) และปิ แอร์ เบเซอร์ (Pierre
Bazier, 1972) ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับการสร้ างเส้ นโค้ งและภาพ
พืนผิว ทาให้ ปัจจุบันเราสามารถสร้ างภาพ 3 มิติ ได้ สมจริงสม
้
จังมากขึน ้
10 ปี ต่ อมาได้ มีการพัฒนาวิธีการสร้ างภาพมากมายสาหรับใช้
ในระบบคอมพิวเตอร์ กราฟิ ก และปั จจุบันเราก็ได้ เห็นผลงานที่
สวยงามและแปลกตา ซึ่งเป็ นผลจากการศึกษาวิจัยต่ าง ๆ ใน
อดีตนั่นเอง
13

14. ประเภทของงานกราฟิ ก
การสร้ างภาพกราฟิ กด้ วยคอมพิวเตอร์ มีวิธีการสร้ าง 2 แบบคือ
แบบบิตแม็พ (Bit Mapped) หรือบางครังเรียกว่ าแบบแรสเตอร์
้
(Raster) และแบบเวกเตอร์ (Vector) หรือสโตก (Stroked) แต่ ละ
แบบมีวิธีการสร้ างภาพดังนี ้
กราฟิ กแบบบิตแม็พ
14

15. ประเภทของงานกราฟิ ก
15

16. ประเภทของงานกราฟิ ก
ความละเอียด (Resolution) หมายถึง รายละเอียดที่อุปกรณ์ แสดงกราฟิ กชนิด
หนึ่งมีอยู่ ค่ าความละเอียดมักระบุเป็ นจานวนพิกเซลในแนวนอนคือแนวแกน
X และจานวนพิกเซลในแนวตังคือแนวแกน Y
้
(ก) กราฟิ กของฟอนต์ แบบบิตแมพ (ข) กราฟิ กแบบเวกเตอร์
16

17. ประเภทของงานกราฟิ ก
กราฟิ กแบบเวกเตอร์ (Vector) ใช้ สมการทางคณิตศาสตร์ เป็ น
ตัวสร้ างภาพ เช่ น วงกลม หรือเส้ นตรง เป็ นต้ น
หลักที่จะนาไปสู่กราฟิ กแบบเวกเตอร์ กคือ การรวมเอาคาสั่ง
็
ทางคอมพิวเตอร์ และสูตรทางคณิตศาสตร์ เพื่ออธิบายเกี่ยวกับ
ออปเจ็กต์
17

18. เปรี ยบเทียบคุณสมบัตของกราฟิ กแบบบิตแมพและ
ิ
แบบเวกเตอร์
การแสดงภาพกราฟิ กบนจอภาพ กราฟิ กแบบบิตแมพสามารถ
แสดงให้ เห็นที่จอภาพได้ เร็วกว่ าแบบเวกเตอร์
การเปลี่ยนแปลงขนาดภาพให้ ใหญ่ ขึนหรือเล็กลงกว่ าภาพเดิม
้
กรณีภาพแบบบิตแมพจะทาได้ ไม่ มาก แต่ ภาพแบบเวกเตอร์
จะสามารถย่ อและขยายขนาดได้ มากกว่ า โดยสัดส่ วนและ
ลักษณะของภาพยังคล้ ายเดิม
18

19. ซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก (1)
มาตรฐานซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก
ปี ค.ศ. 1979 คณะกรรมการวางแผนมาตรฐานซอฟต์ แวร์
ทางกราฟิ ก (GSPC : Graphic Standard Planning
Committee) ได้ พยายามบริหารจัดการให้ เกิดมาตรฐาน
ของซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ กขึนในสหรัฐอเมริกา ใช้ ระบบ
้
CORE (Core Graphic System) ซึ่งเป็ นมาตรฐานสาหรับ
ระบบการแสดงภาพ 3 มิติ
ในเวลาใกล้ เคียงกันนันเอง สถาบันกาหนดมาตรฐานของ
้
ประเทศเยอรมัน (DIN : West German National Standard)
ก็ได้ พัฒนามาตรฐานกราฟิ กของตัวเองขึนมา โดยมีช่ ือ
้
เรียกว่ า GKS (Graphic Kernel System)
19

20. ซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก (2)
GKS เป็ นมาตรฐานสาหรับระบบการแสดงภาพ 2 มิติ ที่
สนับสนุนฮาร์ ดแวร์ ท่ หลากหลาย และมีภาษาคอมพิวเตอร์
ี
หลายภาษาที่สามารถเรียกใช้ GKS ได้ เช่ น ภาษาปาสคาล
ภาษาฟอร์ แทรน และภาษาซี เป็ นต้ น แต่ GKS ยังขาดส่ วนที่
เป็ น 3 มิติ
ปี ค.ศ. 1982 ระบบ GKS ซึ่งถูกใช้ เป็ นมาตรฐานนานาชาติ
ของระบบกราฟิ ก ทาให้ สมาคมกราฟิ กนานาชาติ
(International Graphics Community) พยายามรวบรวม
มาตรฐาน CORE กับ GKS เข้ าเป็ นมาตรฐานเดียวกัน แต่ ไม่
สาเร็จเนื่องจากมีการเมืองเข้ ามาเกี่ยวข้ อง
มีการพัฒนาต่ อยอด GKS ให้ มีคุณสมบัตทางด้ าน 3 มิติ ซึ่ง
ิ
เรียกว่ า GKS-3D โดยเพิ่มเติมความสามารถด้ าน
คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก 3 มิติ 20

21. ซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก (3)
มีการพัฒนามาตรฐานใหม่ ให้ เลือกใช้ งานอีกด้ วย มาตรฐาน
PHIGS (Programmer's Hierarchical Interface Graphics
Standard) เป็ นระบบ ที่พัฒนาโดยยึดพืนฐานของคอมพิวเตอร์
้
กราฟิ ก 3 มิติ
ซอฟต์ แวร์ ท่ ใช้ มาตรฐานนีสนับสนุ นการพัฒนาสภาพแวดล้ อม
ี ้
ทางกราฟิ กแบบมีปฏิสัมพันธ์ หรือมีการโต้ ตอบกับผู้ใช้
(Interactive Graphics Environment) เช่ น CAD/CAM การสร้ าง
โมเดลของแข็ง (Solid Model) หรือการสร้ างภาพจาลอง
(Simulation) เป็ นต้ น
มาตรฐาน PHIGS ยังมีการพัฒนาโดยเพิ่มเติมความสามารถ
ด้ านต่ าง ๆ เช่ น เส้ นโค้ ง การให้ แสง (Lighting) การให้ เงา
(Shading) หรือการสร้ างพืนผิว (Surface)
้

22. ซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก (4)
มาตรฐาน PHIGS ยังได้ มีการแตกแขนงมาอีกมาตรฐานหนึ่งที่
ชื่อว่ า PHIGS+ ซึ่งความสามารถยังคงแตกต่ างจากมาตรฐาน
GKS และ GKS-3D อยู่พอสมควร
ส่ วนพัฒนากราฟิ กของบริ ษัท Silicon Graphics เริ่ มมีช่ ือเสียง
ส่ วนการพัฒนานีได้ ออกแบบและนาเสนอชุดของรูทนที่ช่ ือว่ า
้ ี
GL (Graphics Library)
ต่ อมาไม่ นาน GL กลายเป็ นที่นิยมอย่ างแพร่ หลายในสังคมของ
กราฟิ ก ทาให้ กลายเป็ นมาตรฐานทางกราฟิ ก
รู ทนของ GL ถูกออกแบบมาให้ ทางานเร็ ว มีการทางานเป็ น
ี
แบบเรียลไทม์

23. ซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก (5)
ต่ อมาได้ มีการขยายการใช้ งานออกไปยังระบบฮาร์ ดแวร์ อ่ น มี
ื
ผลทาให้ GL มีสภาพเป็ น OpenGL (Open Graphics Library)
เนื่องจากมีการพัฒนาให้ เป็ นอิสระในการทางานร่ วมกับ
ฮาร์ ดแวร์ (hardware-independent)
ปั จจุบันกราฟิ กแพ็กเกจนีอยู่ในความดูแลและอัปเดทของ
้
OpenGL Architecture Review Board ซึ่งเป็ นของกลุ่มบริษัทและ
องค์ กรที่มีช่ ือเสียงทางด้ านกราฟิ กหลายบริษัท
ไลบรารี ของ OpenGL ถูกออกแบบพิเศษสาหรั บแอปพลิเคชัน
เพื่อทางานด้ านกราฟิ ก 3 มิตอย่ างมีประสิทธิภาพ แต่ ก็สามารถ
ิ
ใช้ กับงาน 2 มิติ

24. ซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก
ประเภทของซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก
โปรแกรมสาเร็จรูป (Package) สร้ างขึ ้นโดยผู้เชี่ยวชาญทางด้ าน
คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก เพื่อให้ ผ้ ใช้ โปรแกรมสามารถใช้ คอมพิวเตอร์
ู
ดาเนินการเกี่ยวกับภาพได้ อย่างสะดวกรวดเร็ว
โปรแกรมที่ผ้ ูใช้ เขียนขึนเอง เป็ นโปรแกรมที่เขียนขึ ้นด้ วย
้
ภาษาคอมพิวเตอร์ เช่น เบสิก ฟอร์ แทรน ปาสคาล และอื่น ๆ โดย
เขียนด้ วยคาและหลักการของภาษานัน เพื่อให้ คอมพิวเตอร์
้
ดาเนินการเกี่ยวกับกราฟิ กตามที่เราต้ องการ

25. โปรแกรมสาเร็จรูปทางกราฟิ ก Photoshop CS2 และ DesignCAD 3D MAX

26. ซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก
ข้ อพิจารณาการเลือกซอฟต์ แวร์ ทางกราฟิ ก
โปรแกรมสาเร็ จรู ปสามารถใช้ งานได้ ทนที เสียเวลาศึกษาวิธีการใช้ โปรแกรม
ั
เพียงเล็กน้ อยเท่านัน จึงเหมาะกับงานเร่งด่วน และใช้ ในการศึกษาของผู้
้
เริ่มต้ น
โปรแกรมสาเร็ จรู ปแต่ละโปรแกรม มีจดมุงหมายของการใช้ งานแตกต่างกัน
ุ ่
โปรแกรมสาเร็ จรู ปเพียงโปรแกรมเดียว ไม่สามารถทางานให้ ตรงกับความ
ต้ องการของเราได้ ครบถ้ วน
ในระยะยาว การใช้ โปรแกรมสาเร็ จรู ปทาให้ สิ ้นเปลืองมากกว่า เนื่องจาก
จะต้ องหาซื ้อโปรแกรมรุ่นใหม่มาใช้ แทนโปรแกรมรุ่นเก่าอยูเ่ สมอ
การเขียนโปรแกรมขึ ้นใช้ เอง ทาให้ เราเกิดความเข้ าใจเกี่ยวกับฮาร์ ดแวร์ และ
ซอฟต์แวร์ ของคอมพิวเตอร์ ที่ใช้ งานด้ านกราฟิ กได้ ดีขึ ้น

27. ประโยชน์ ของคอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
แสดงผลงานด้ วยภาพแทนการแสดงด้ วยข้ อความ
แสดงแผนที่ แผนผัง และภาพของสิ่งต่ าง ๆ ซึ่งภาพเหล่ านีไม่ สามารถ้
แสดงในลักษณะอื่นได้
ใช้ ในการออกแบบทางด้ านต่ าง ๆ เช่ น ออกแบบบ้ าน รถยนต์
เครื่ องจักร เครื่ องแต่ งกาย การแต่ งหน้ า และเครื่ องมือเครื่ องใช้ อ่ ืน ๆ
ช่ วยงานด้ านเรี ยนการสอน โดยเฉพาะในวิชาที่ต้องใช้ ภาพ แผนผัง
หรื อแผนที่ประกอบ
ใช้ ในการจาลองสถานการณ์ (Simulation) เพื่อหาคาตอบว่ า ถ้ า
สถานการณ์ เป็ นอย่ างนีแล้ วจะเกิดอะไรขึน
้ ้
นามาสร้ างภาพนิ่ง ภาพสไลด์ ภาพยนตร์ และรายการวิดีโอ
ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ กส์ สร้ างเกมส์ คอมพิวเตอร์

28. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
การออกแบบ (CAD : Computer - Aided Design )

29. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
กราฟและแผนภาพ (Graph)

30. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
ภาพศิลป (Art)
์

31. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
สื่อการเรียนการสอน (CAI : Computer Assisted Instruction)

32. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
ภาพเคลื่อนไหว (Animation)

33. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
อิเมจโปรเซสซิงก์ (Image Processing) เป็ นการแสดงภาพที่เกิดจากการถ่ ายรูปหรือ
จากการสแกนภาพให้ ปรากฏบนจอภาพคอมพิวเตอร์

34. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
การจาลองสถานการณ์ (Simulation)

35. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
เกมส์ คอมพิวเตอร์ (Games)

36. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
ภาพยนตร์ (Movie)

37. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
ระบบสื่อประสม (Multimedia)

38. การประยุกต์ ใช้ คอมพิวเตอร์ กราฟิ ก
ระบบเสมือนจริง (VR : Virtual Reality)

65. Question & Answer