คอมพิวเตอร์กราฟิกส์ใช้ OpenGL (Computer Graphics using OpenGL)

1. คอมพิวเตอร์กราฟิกส์ใช้ OpenGL(Computer Graphics using OpenGL)

2. บทที่ 1พื้นฐานคอมพิวเตอร์กราฟิกส์(Fundamental of Computer Graphics)

3. คอมพิวเตอร์กราฟิกส์ (Computer Graphics) ได้ขยายขอบเขตมาสู่การสร้างสรรค์งานด้านศิลปะ และการออกแบบมากขึ้น ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์กราฟิกได้รวมความพร้อมของอุปกรณ์กราฟิก หลาย ด้านเข้าไว้อย่างครบครันด้วยการจัดวางอย่างเป็นระบบ ความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของคอมพิวเตอร์กราฟิกส์ก็มิได้เกิดจาก ความสำเร็จของการพัฒนาโปรเซสเซอร์ (processor) มีการพัฒนาอุปกรณ์ต่อพ่วง (Peripheral) ที่เอื้อต่อการทำงานและสนองการรับรู้ของมนุษย์มากยิ่งขึ้น มีการนำคอมพิวเตอร์มาใช้เป็นเครื่องมือสำคัญในการสร้างสรรค์งานของนักออกแบบ และศิลปิน พื้นฐานคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

4. เรขภาพคอมพิวเตอร์ หรือ คอมพิวเตอร์กราฟิกส์ (Computer Graphics) หรือ ซีจี (CG) คือ การประมวลผลข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์โดยข้อมูลเข้าเป็นข้อมูลตัวเลข ตัวอักษร หรือสัญญาณต่าง ๆ แล้วแสดงผลลัพธ์ทางจอภาพเป็นข้อมูลเชิงเรขาคณิต รวมถึงข้อมูลอื่น ๆ ของภาพ เช่น ข้อมูลการเคลื่อนไหว การเปลี่ยนแปลง ลักษณะการเชื่อมต่อ และความสัมพันธ์ระหว่างออปเจ็กต์ในภาพ รวมถึงการศึกษาระบบการแสดงภาพ ทั้งสถาปัตยกรรมของเครื่องคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ต่อพ่วง หรืออุปกรณ์ในการนำเข้า และแสดงผล ปัจจุบันมีการประยุกต์คอมพิวเตอร์กราฟิกใช้งานร่วมกับเทคโนโลยีอื่น ๆ เช่น การสร้างภาพเคลื่อนไหวในงานภาพยนตร์ เกม สื่อประสมภาพและเสียง หรือระบบสร้างภาพความจริงเสมือน (Virtual Reality) เป็นต้น ความหมายคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

5. ปี ค.ศ. 1940 คอมพิวเตอร์แสดงภาพกราฟิกโดยใช้เครื่องพิมพ์ โดยรูปภาพที่ได้จะเป็นภาพที่เกิดจากการใช้ตัวอักษรมาประกอบกัน ปี ค.ศ. 1950 สถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาซูเซสต์ (MIT) ได้พัฒนาคอมพิวเตอร์ Whirlwind ซึ่งมีหลอดภาพ CRT (Cathode Ray Tube) เป็นส่วนแสดงผลแทนเครื่องพิมพ์ ระบบ SAGE (Semi - Automatic Ground Environment) ของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกาสามารถแปลงสัญญาณจากเรดาร์ให้เป็นภาพบน จอคอมพิวเตอร์ได้ ระบบ SAGE เป็นระบบกราฟิกเครื่องแรกที่ใช้ปากกาแสง (Light Pen) สำหรับการเลือกสัญลักษณ์บนจอภาพได้ ประวัติคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

6. คอมพิวเตอร์ Whirlwind ของ MIT

7. ปี ค.ศ. 1950 - 1960 มีการทำวิจัยเรื่องเกี่ยวกับระบบคอมพิวเตอร์เป็นจำนวนมาก ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นต้นแบบของระบบคอมพิวเตอร์กราฟิกสมัยใหม่ ปี ค.ศ. 1963 วิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของ อีวาน ซูเธอร์แลนด์ (Ivan Sutherland) เป็นการพัฒนาระบบการวาดเส้น ซึ่งผู้ใช้สามารถกำหนดจุดบนจอภาพได้โดยตรงโดยการใช้ปากกาแสง ระบบกราฟิกจะสามารถลากเส้นเชื่อมจุดต่าง ๆ เหล่านี้เข้าด้วยกัน กลายเป็นภาพโครงสร้างรูปหลายเหลี่ยม ระบบนี้ได้กลายเป็นหลักการพื้นฐานของโปรแกรมช่วยในการออกแบบระบบงานต่าง ๆ เช่น การออกแบบระบบไฟฟ้า และการออกแบบเครื่องจักร ประวัติคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

8. ระบบหลอดภาพ CRT ในสมัยแรกสามารถวาดเส้นตรงระหว่างจุดสองจุดบนจอภาพได้ แต่ภาพเส้นที่วาดจะจางหายไปจากจอภาพอย่างรวดเร็ว ต้องมีการวาดซ้ำลงที่เดิมหลาย ๆ ครั้งในหนึ่งวินาที เพื่อให้เราสามารถ มองเห็นว่าเส้นไม่จางหายไป ซึ่งระบบแบบนี้มีราคาแพงมาก ในช่วงต้นปี ค.ศ. 1960 ในปี 1963 อีวาน ซูเธอร์แลนด์ได้ออกแบบ Sketchpad ซึ่งเป็นระบบอินเทอร์แอ็กทีฟกราฟิกเพื่อสร้างภาพทางกราฟิกได้ Sketchpad นี้ใช้จอ CRT, ปากกาแสง และแผ่นฟังก์ชันคีย์ในการสร้างงานกราฟิก สามารถซูมได้ เก็บออปเจ็กต์ลงในหน่วยความจำได้ ประวัติคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

9. Sketchpad ของอีวาน ซูเธอร์แลนด์

10. ปี ค.ศ. 1965 ระบบที่วาดเส้นซ้ำลงที่เดิมหลาย ๆ ครั้งนี้มีราคาถูกลงเนื่องจากบริษัท ไอบีเอ็ม (IBM) ได้ผลิตออกมาขายเป็นจำนวนมากในราคาเครื่องละ 100,000 เหรียญสหรัฐฯ ปี ค.ศ. 1968 บริษัท เทคโทรนิกส์ (Tektronix) ได้ผลิตจอภาพแบบเก็บภาพไว้ได้จนกว่าต้องการจะลบ (Storage - Tube CRT) ซึ่งระบบนี้ไม่ต้องการหน่วยความจำและระบบการวาดซ้ำ ทำให้ราคาถูกลงมาก (เพียง 15,000 เหรียญสหรัฐฯ) ทำให้เป็นที่นิยมกันมากใน 5 ปีต่อมา กลางปี ค.ศ. 1970 เป็นช่วงเวลาที่อุปกรณ์ทางคอมพิวเตอร์เริ่มมีราคาลดลงมาก ทำให้ฮาร์ดแวร์ของระบบคอมพิวเตอร์กราฟิกมีราคาถูกลง ทำให้มีการใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกเริ่มในงานด้านต่าง ๆ มากขึ้น ประวัติคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

11. ซอฟต์แวร์ทางด้านกราฟิกมีการพัฒนาควบคู่มากับฮาร์ดแวร์ซอฟต์แวร์ทางด้านกราฟิกมีการพัฒนาควบคู่มากับฮาร์ดแวร์ อีวาน ซูเธอร์แลนด์ ผู้ซึ่งได้ออกแบบวิธีการหลัก ๆ รวมทั้งโครงสร้างข้อมูลของระบบคอมพิวเตอร์กราฟิก สตีเฟน คูน (Steven Coons, 1966) และปิแอร์ เบเซอร์ (Pierre Bazier, 1972) ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับการสร้างเส้นโค้งและภาพพื้นผิว ทำให้ปัจจุบันเราสามารถสร้างภาพ 3 มิติ ได้สมจริงสมจังมากขึ้น 10 ปีต่อมาได้มีการพัฒนาวิธีการสร้างภาพมากมายสำหรับใช้ในระบบคอมพิวเตอร์กราฟิก และปัจจุบันเราก็ได้เห็นผลงานที่สวยงามและแปลกตา ซึ่งเป็นผลจากการศึกษาวิจัยต่าง ๆ ในอดีตนั่นเอง ประวัติคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

12. คอมพิวเตอร์กราฟิกส์ได้ถูกพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง สามารถแยกประวัติความเป็นมาได้ดังนี้ การปฎิวัติคอมพิวเตอร์กราฟิกส์ เป็นการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีซึ่งเปลี่ยนแปลงความเป็นอยู่ของมนุษย์โดยสิ้นเชิง มีการพัฒนา ENIAC เป็นเครื่องจักรคำนวณหาความแม่นยำในการหาเป้าหมายหัวกระสุนปืนใหญ่ พัฒนาเป็น EDVAC และเป็น UNIVAC การวิจัยพัฒนาคอมพิวเตอร์กราฟิก เริ่มมีการพัฒนาระบบต่างๆ ของคอมพิวเตอร์ช่วยในการตรวจจับและเตือนภัยทางอากาศ ที่เด่นคือ ระบบ SAGE กลายเป็น GUI ทำให้นิยมใช้คอมพิวเตอร์ช่วยการออกแบบ (CAD) มีการพัฒนาส่วนต่อประสานกราฟิกกับผู้ใช้ เกิดสิ่งที่เรียกว่า WYSIWYG นำไปสู่การใช้ เมาส์ ปากกาแสง เป็นต้น ประวัติคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

13. คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์เครื่องแรกมีชื่อ ENIAC

14. กราฟิกแบบบิตแมพ (Bit mapped) มีลักษณะเป็นช่อง ๆ เหมือนตาราง แต่ละบิตก็คือส่วนหนึ่งของข้อมูลคอมพิวเตอร์ (1 คือเปิด และ 0 คือปิด) หรือหมายถึงสีดำและสีขาว ดังนั้น ถ้าเราเอาบิตที่แตกต่างกันในแต่ละตารางมารวมกันเข้า จะสามารถสร้างภาพจากจุดดำและขาวเหล่านี้ได้ พิกเซล มาจากคำว่า Picture Element (Pixel) เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของภาพบิตแมพ ซึ่งองค์ประกอบย่อย ๆ เหล่านี้ถูกรวมกันเข้าทำให้เกิดภาพ ที่มีส่วนประกอบย่อย ๆ มารวมกันเพื่อประกอบเป็นรายการสิ่งของต่าง ๆ อัตราส่วนแอสเป็กของภาพ (Image Aspect Ratio) คือ อัตราส่วนระหว่างจำนวนพิกเซลทางแนวนอน และจำนวนพิกเซลทางแนวตั้ง ประเภทภาพกราฟิก

15. ความละเอียด (Resolution) หมายถึง รายละเอียดที่อุปกรณ์แสดงกราฟิกชนิดหนึ่งมีอยู่ ค่าความละเอียดมักระบุเป็นจำนวนพิกเซลในแนวนอนคือแนวแกน X และจำนวนพิกเซลในแนวตั้งคือแนวแกน Y (ก) กราฟิกของฟอนต์แบบบิตแมพ (ข) กราฟิกแบบเวกเตอร์ ประเภทภาพกราฟิก

16. กราฟิกแบบเวกเตอร์ (Vector) ใช้สมการทางคณิตศาสตร์เป็นตัวสร้างภาพ เช่น วงกลม หรือเส้นตรง เป็นต้น หลักที่จะนำไปสู่กราฟิกแบบเวกเตอร์ก็คือ การรวมเอาคำสั่งทางคอมพิวเตอร์และสูตรทางคณิตศาสตร์เพื่ออธิบายเกี่ยวกับออปเจ็กต์ ปล่อยให้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ เช่น จอภาพ หรือเครื่องพิมพ์เป็นตัวกำหนดเองว่าจะวางจุดจริง ๆ ไว้ที่ตำแหน่งใดในการสร้างภาพ คุณลักษณะเด่นเหล่านี้ทำให้กราฟิกแบบเวกเตอร์มีข้อได้เปรียบ และข้อเสียเปรียบมากมายเมื่อเทียบกับกราฟิกแบบบิตแมพ ออปเจ็กต์ (Object) พื้นฐานสามารถนำมาสร้างออปเจ็กต์ที่ซับซ้อนขึ้น โดยการรวมเอาออปเจ็กต์หลาย ๆ ชนิดมาผสมกัน ประเภทภาพกราฟิก

17. การแสดงภาพกราฟิกบนจอภาพ กราฟิกแบบบิตแมพสามารถแสดงให้เห็นที่จอภาพได้เร็วกว่าแบบเวกเตอร์ การเปลี่ยนแปลงขนาดภาพให้ใหญ่ขึ้นหรือเล็กลงกว่าภาพเดิม กรณีภาพแบบบิตแมพจะทำได้ไม่มาก แต่ภาพแบบเวกเตอร์จะสามารถย่อและขยายขนาดได้มากกว่า โดยสัดส่วนและลักษณะของภาพยังคล้ายเดิม เปรียบเทียบกราฟิกแบบบิตแมพและเวกเตอร์

18. มาตรฐานซอฟต์แวร์ทางกราฟิกมาตรฐานซอฟต์แวร์ทางกราฟิก ปี ค.ศ. 1979 คณะกรรมการวางแผนมาตรฐานซอฟต์แวร์ทางกราฟิก (GSPC : Graphic Standard Planning Committee) ได้พยายามบริหารจัดการให้เกิดมาตรฐานของซอฟต์แวร์ทางกราฟิกขึ้นในสหรัฐอเมริกา ใช้ระบบ CORE (Core Graphic System) ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับระบบการแสดงภาพ 3 มิติ ในเวลาใกล้เคียงกันนั้นเอง สถาบันกำหนดมาตรฐานของประเทศเยอรมัน (DIN : West German National Standard) ก็ได้พัฒนามาตรฐานกราฟิกของตัวเองขึ้นมา โดยมีชื่อเรียกว่า GKS (Graphic Kernel System) ซอฟต์แวร์ทางกราฟิก

19. GKS เป็นมาตรฐานสำหรับระบบการแสดงภาพ 2 มิติ ที่สนับสนุนฮาร์ดแวร์ที่หลากหลาย และมีภาษาคอมพิวเตอร์หลายภาษาที่สามารถเรียกใช้ GKS ได้ เช่น ภาษาปาสคาล ภาษาฟอร์แทรน และภาษาซี เป็นต้น แต่ GKS ยังขาดส่วนที่เป็น 3 มิติ ปี ค.ศ. 1982 ระบบ GKS ซึ่งถูกใช้เป็นมาตรฐานนานาชาติของระบบกราฟิก ทำให้สมาคมกราฟิกนานาชาติ (International Graphics Community) พยายามรวบรวมมาตรฐาน CORE กับ GKS เข้าเป็นมาตรฐานเดียวกัน แต่ไม่สำเร็จเนื่องจากมีการเมืองเข้ามาเกี่ยวข้อง มีการพัฒนาต่อยอด GKS ให้มีคุณสมบัติทางด้าน 3 มิติ ซึ่งเรียกว่า GKS-3D โดยเพิ่มเติมความสามารถด้านคอมพิวเตอร์กราฟิก 3 มิติ ซอฟต์แวร์ทางกราฟิก

20. มีการพัฒนามาตรฐานใหม่ให้เลือกใช้งานอีกด้วย มาตรฐาน PHIGS (Programmer's Hierarchical Interface Graphics Standard) เป็นระบบ ที่พัฒนาโดยยึดพื้นฐานของคอมพิวเตอร์กราฟิก 3 มิติ ซอฟต์แวร์ที่ใช้มาตรฐานนี้สนับสนุนการพัฒนาสภาพแวดล้อมทางกราฟิกแบบมีปฏิสัมพันธ์ หรือมีการโต้ตอบกับผู้ใช้ (Interactive Graphics Environment) เช่น CAD/CAM การสร้างโมเดลของแข็ง (Solid Model) หรือการสร้างภาพจำลอง (Simulation) เป็นต้น มาตรฐาน PHIGS ยังมีการพัฒนาโดยเพิ่มเติมความสามารถด้านต่าง ๆ เช่น เส้นโค้ง การให้แสง (Lighting) การให้เงา (Shading) หรือการสร้างพื้นผิว (Surface) ซอฟต์แวร์ทางกราฟิก

21. มาตรฐาน PHIGS ยังได้มีการแตกแขนงมาอีกมาตรฐานหนึ่งที่ชื่อว่า PHIGS+ ซึ่งความสามารถยังคงแตกต่างจากมาตรฐาน GKS และ GKS-3Dอยู่พอสมควร ส่วนพัฒนากราฟิกของบริษัท Silicon Graphicsเริ่มมีชื่อเสียง ส่วนการพัฒนานี้ได้ออกแบบและนำเสนอชุดของรูทีนที่ชื่อว่า GL (Graphics Library) ต่อมาไม่นาน GLกลายเป็นที่นิยมอย่างแพร่หลายในสังคมของกราฟิก ทำให้กลายเป็นมาตรฐานทางกราฟิก รูทีนของ GLถูกออกแบบมาให้ทำงานเร็ว มีการทำงานเป็นแบบเรียลไทม์ ซอฟต์แวร์ทางกราฟิก

22. ต่อมาได้มีการขยายการใช้งานออกไปยังระบบฮาร์ดแวร์อื่น มีผลทำให้ GL มีสภาพเป็น OpenGL (Open Graphics Library) เนื่องจากมีการพัฒนาให้เป็นอิสระในการทำงานร่วมกับฮาร์ดแวร์ (hardware-independent) ปัจจุบันกราฟิกแพ็กเกจนี้อยู่ในความดูแลและอัปเดทของ OpenGL Architecture Review Board ซึ่งเป็นของกลุ่มบริษัทและองค์กรที่มีชื่อเสียงทางด้านกราฟิกหลายบริษัท ไลบรารีของ OpenGL ถูกออกแบบพิเศษสำหรับแอปพลิเคชันเพื่อทำงานด้านกราฟิก 3 มิติอย่างมีประสิทธิภาพ แต่ก็สามารถใชกับงาน 2 มิติซึ่งเป็นกรณีพิเศษของ 3 มิติที่ค่าโคออร์ดิเนต z เป็น 0 ซอฟต์แวร์ทางกราฟิก

23. ประเภทของซอฟต์แวร์ทางกราฟิกประเภทของซอฟต์แวร์ทางกราฟิก โปรแกรมสำเร็จรูป(Package)สร้างขึ้นโดยผู้เชี่ยวชาญทางด้านคอมพิวเตอร์กราฟิก เพื่อให้ผู้ใช้โปรแกรมสามารถใช้คอมพิวเตอร์ดำเนินการเกี่ยวกับภาพได้อย่างสะดวกรวดเร็ว โปรแกรมที่ผู้ใช้เขียนขึ้นเอง เป็นโปรแกรมที่เขียนขึ้นด้วยภาษาคอมพิวเตอร์ เช่น เบสิก ฟอร์แทรน ปาสคาล และอื่น ๆ โดยเขียนด้วยคำและหลักการของภาษานั้น เพื่อให้คอมพิวเตอร์ดำเนินการเกี่ยวกับกราฟิกตามที่เราต้องการ ซอฟต์แวร์ทางกราฟิก

24. โปรแกรมสำเร็จรูปทางกราฟิก Photoshop CS และ DesignCAD 3D MAX

25. ข้อพิจารณาการเลือกซอฟต์แวร์ทางกราฟิกข้อพิจารณาการเลือกซอฟต์แวร์ทางกราฟิก โปรแกรมสำเร็จรูปสามารถใช้งานได้ทันที เสียเวลาศึกษาวิธีการใช้โปรแกรมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น จึงเหมาะกับงานเร่งด่วน และใช้ในการศึกษาของผู้เริ่มต้น โปรแกรมสำเร็จรูปแต่ละโปรแกรม มีจุดมุ่งหมายของการใช้งานแตกต่างกัน โปรแกรมสำเร็จรูปเพียงโปรแกรมเดียว ไม่สามารถทำงานให้ตรงกับความต้องการของเราได้ครบถ้วน ในระยะยาว การใช้โปรแกรมสำเร็จรูปทำให้สิ้นเปลืองมากกว่า เนื่องจากจะต้องหาซื้อโปรแกรมรุ่นใหม่มาใช้แทนโปรแกรมรุ่นเก่าอยู่เสมอ การเขียนโปรแกรมขึ้นใช้เอง ทำให้เราเกิดความเข้าใจเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ และซอฟต์แวร์ของคอมพิวเตอร์ ที่ใช้งานด้านกราฟิกได้ดีขึ้น ซอฟต์แวร์ทางกราฟิก

26. แสดงผลงานด้วยภาพแทนการแสดงด้วยข้อความแสดงผลงานด้วยภาพแทนการแสดงด้วยข้อความ แสดงแผนที่ แผนผัง และภาพของสิ่งต่าง ๆ ซึ่งภาพเหล่านี้ไม่สามารถแสดงในลักษณะอื่นได้ ใช้ในการออกแบทางด้านต่าง ๆ เช่น ออกแบบบ้าน รถยนต์ เครื่องจักร เครื่องแต่งกาย การแต่งหน้า และเครื่องมือเครื่องใช้อื่น ๆ ช่วยงานด้านเรียนการสอน โดยเฉพาะในวิชาที่ต้องใช้ภาพ แผนผัง หรือแผนที่ประกอบ ใช้ในการจำลองสถานการณ์ (Simulation) เพื่อหาคำตอบว่า ถ้าสถานการณ์เป็นอย่างนี้แล้วจะเกิดอะไรขึ้น นำมาสร้างภาพนิ่ง ภาพสไลด์ ภาพยนตร์ และรายการวิดีโอ ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์สร้างเกมส์คอมพิวเตอร์ ประโยชน์ของคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

27. การออกแบบ (CAD : Computer - Aided Design ) การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์

28. กราฟและแผนภาพ (Graph) การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์

29. ภาพศิลป์ (Art) การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์

30. สื่อการเรียนการสอน (CAI : Computer Assisted Instruction) การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์

31. ภาพเคลื่อนไหว (Animation) การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์

32. อิเมจโปรเซสซิงก์ (Image Processing) เป็นการแสดงภาพที่เกิดจากการถ่ายรูปหรือจากการสแกนภาพให้ปรากฏบนจอภาพคอมพิวเตอร์ การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์

33. การจำลองสถานการณ์ (Simulation) การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์

34. เกมส์คอมพิวเตอร์ (Games) การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์

35. ภาพยนตร์ (Movie) การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกส์

36. ระบบสื่อประสม (Multimedia) อนาคตคอมพิวเตอร์กราฟิกส์

37. ระบบเสมือนจริง (VR : Virtual Reality) อนาคตคอมพิวเตอร์กราฟิกส์