計算機圖形學概念/輸出空間/數字影像表示

現在我們已經涵蓋了如何表示影像和顏色的基礎知識，我們可以將這些資訊組合成更詳細的數字影像表示圖。我們之前注意到，數字影像只是一組顏色值，現在我們瞭解瞭如何在 RGB 顏色空間中將顏色表示為數字，我們可以將這些資訊結合起來以獲得更詳細的影像。

使用 RGB 顏色系統的每個光柵影像畫素都包含三個 RGB 值。

正如您所料，影像的數字表示只是一個 RGB 值三元組陣列。具體來說，可以將影像視為這些顏色值的矩形網格。如果我們處理的是我們希望為 800 x 600 畫素的影像，那麼我們將有一個數組，該陣列在影像的寬度上具有 800 個 RGB 顏色值，在影像的長度上具有 600 個 RGB 顏色值。

正如您所料，透過其 (x,y) 座標引用任何給定畫素很方便。在這個座標系中，(0,0) 是左上角的畫素，(寬度，高度) 是右下角的畫素，其中寬度和高度分別表示影像的寬度和高度（使用上面的例子，它們將分別為 800 和 600）。因此，當您水平橫跨影像時，x 值會增加，而當您向下移動影像時，y 值會增加，這在最初可能違反直覺。

這是一個相當任意的組織（事實上，在某些影像格式中，(0,0) 是左下角的畫素，正如您從熟悉的笛卡爾座標系中所期望的那樣），但這是我們在整本書中將假設的組織，並且它也是實踐中最廣泛使用的組織。從計算機設計師的角度來看，使用這種組織有一個實際的好處，但計算機圖形程式設計師很少看到它的好處。好處是：當計算機顯示器顯示影像時，它會從左到右，從上到下，橫跨顯示器上所有畫素掃描光束。因此，在將影像傳送到顯示器時，首先給它繪製的內容更有意義。

還值得注意的是，從一種表示形式轉換為另一種表示形式很容易。例如，如果您希望將螢幕視為具有熟悉的座標系，那麼您可以簡單地按照您喜歡的方式編寫程式碼，然後在顯示到螢幕之前重新排序行。另一種選擇是將您想要訪問的每個 y 座標替換為 (height-y)。因此，當您嘗試訪問您認為是螢幕底部的行 (y=0) 時，您將改為訪問 (y=800-0=800)，這是計算機顯示器認為的螢幕底部行。最後，畫素必須朝著一個方向或另一個方向移動，而這是一種熟悉且常用的格式。

在計算機記憶體中，影像以這種非常直接的方式佈局，作為一個連續的記憶體塊。每個畫素都為表示其顏色分量的三個數字分配了足夠的儲存空間，並且影像中的第一個畫素 (0,0) 是記憶體塊中的第一個畫素。下一個最高記憶體地址是行中的下一個畫素 (1,0)，依此類推。最終，記憶體塊中的最後一個畫素是位於位置 (寬度，高度) 的畫素。

例如，假設我們有一個記憶體中的影像，大小為 800 x 600 畫素，影像的第一個畫素位於記憶體地址 100，並且每個 RGB 分量的尺寸由 r 給出。然後地址 100 處的 r 個位元組是 (0,0) 處的畫素，地址 100+r 處的 r 個位元組是 (1,0) 處的畫素，地址 100+2*r 處的 r 個位元組是 (2,0) 處的畫素。如果我們想要訪問 (5,5) 處畫素的畫素資料，我們需要訪問地址 100+5*寬度*r+5*r 處的 r 個位元組。也就是說，我們需要將第一個 5 行的位元組數 (5*寬度*r) 新增到基地址，再加上該畫素所在行的位元組數。一般來說，我們可以透過訪問 baseAddress+y*寬度*r+x*r 來訪問記憶體中的畫素 (x,y)。這個公式不必記住，但重要的是要理解記憶體中的影像資料不是二維的，而是一維的，我們只是透過解釋方式賦予資料二維的組織。