Історія комп'ютерної графіки
Введення
Комп'ютерна графіка (також машинна графіка) - область діяльності, в якій комп'ютери використовуються як інструмент для синтезу (створення) зображень, так і для обробки візуальної інформації, отриманої з реального світу. Також комп'ютерною графікою називають результат такої діяльності.
В 1961 програміст С. Рассел очолив проект по створенню першої комп'ютерної гри з графікою. Створення гри ("Космічні війни") зайняло близько 200 людино-годин. Гра була створена на машиніPDP-1.
В 1963 американський учений Айвен Сазерленд створив програмно-апаратний комплекс Sketchpad, який дозволяв малювати крапки, лінії та кола на трубці цифровим пером. Підтримувалися базові дії з примітивами: переміщення, копіювання та ін По суті, це був перший векторний редактор, реалізований на комп'ютері. Також програму можна назвати першим графічним інтерфейсом, причому вона була такою ще до появи самого терміна.
У середині 1960-х рр.. з'явилися розробки в промислових додатках комп'ютерної графіки. Так, під керівництвом Т. Мофетта і Н. Тейлора фірма Itek розробила цифрову електронну креслярську машину. В 1964 General Motors представила систему автоматизованого проектування DAC-1, розроблену спільно з IBM.
В 1968 групою під керівництвом Н. Н. Константинова була створена комп'ютерна математична модель руху кішки. Машина БЕСМ-4, виконуючи написану програму рішення диференціальних рівнянь, малювала мультфільм "Кішечка" [1], який для свого часу був проривом. Для візуалізації використовувався алфавітно-цифровий принтер.
Істотний прогрес комп'ютерна графіка зазнала з появою можливості запам'ятовувати зображення і виводити їх на комп'ютерному дисплеї, електронно-променевої трубки.
Зображення у векторному форматі дає простір для редагування. Зображення може без втрат масштабуватися, повертатися, деформуватися, також імітація тривимірності у векторній графіці простіше, ніж в растровій. Справа в тому, що кожне таке перетворення фактично виконується так: старе зображення (або фрагмент) стирається, і замість нього будується нове. Математичний опис векторного малюнка залишається тим самим, змінюються тільки значення деяких змінних, наприклад, коефіцієнтів. При перетворенні растрової картинки початковими даними є тільки опис набору пікселів, тому виникає проблема заміни меншого числа пікселів на більше (при збільшенні), або більшого на менше (при зменшенні). Найпростішим способом є заміна одного пікселя декількома того ж кольору (метод копіювання найближчого пікселя: Nearest Neighbour). Більш досконалі методи використовують алгоритми інтерполяції, при яких нові пікселі отримують деякий колір, код якого обчислюється на основі кодів квітів сусідніх пікселів. Подібним чином виконується масштабування в програмі Adobe Photoshop ( билинейная і Бікубіческая інтерполяція).
Разом з тим, не всяке зображення можна представити як набір з примітивів. Такий спосіб представлення хороший для схем, використовується для масштабованих шрифтів, ділової графіки, дуже широко використовується для створення мультфільмів і просто роликів різного змісту.
Без особливих втрат растрові зображення можна тільки лише зменшувати, хоча деякі деталі зображення тоді зникнуть назавжди, що інакше у векторному уявленні. Збільшення ж растрових зображень обертається "красивим" видом на збільшені квадрати того чи іншого кольору, які раніше були пікселями.
У растровому вигляді уявно будь-яке зображення, однак цей спосіб зберігання має свої недоліки: більший обсяг пам'яті, необхідний для роботи із зображеннями, втрати при редагуванні.
Фрактали дозволяють описувати цілі класи зображень, для детального опису яких потрібно відносно мало пам'яті. З іншого боку, фрактали слабо застосовні до зображень поза цими класів.
У тривимірної комп'ютерної графіки всі об'єкти зазвичай представляються як набір поверхонь або часток. Мінімальну поверхню називають полігоном. Як полігону зазвичай вибирають трикутники.
Всіма візуальними перетвореннями в 3D-графіці управляють матриці в лінійної алгебри). У комп'ютерній графіці використовується три види матриць:
Щорічно проходять конкурси тривимірної графіки, такі як Magick next-gen або Dominance War.
Для передачі та зберігання кольору в комп'ютерній графіці використовуються різні форми його подання. У загальному випадку колір представляє собою набір чисел, координат в деякій колірній системі.
Стандартні способи зберігання і обробки кольору в комп'ютері обумовлені властивостями людського зору. Найбільш поширені системи RGB для дисплеїв і CMYK для роботи в друкарському справі.
Іноді використовується система з більшим, ніж три, числом компонент. Кодується спектр відбиття або випускання джерела, що дозволяє більш точно описати фізичні властивості кольору. Такі схеми використовуються в фотореалістичному тривимірному рендеринге.
1. Історія
Перші обчислювальні машини не мали окремих засобів для роботи з графікою, проте вже використовувалися для отримання і обробки зображень. Програмуючи пам'ять перших електронних машин, побудовану на основі матриці ламп, можна було отримувати узори.В 1961 програміст С. Рассел очолив проект по створенню першої комп'ютерної гри з графікою. Створення гри ("Космічні війни") зайняло близько 200 людино-годин. Гра була створена на машиніPDP-1.
В 1963 американський учений Айвен Сазерленд створив програмно-апаратний комплекс Sketchpad, який дозволяв малювати крапки, лінії та кола на трубці цифровим пером. Підтримувалися базові дії з примітивами: переміщення, копіювання та ін По суті, це був перший векторний редактор, реалізований на комп'ютері. Також програму можна назвати першим графічним інтерфейсом, причому вона була такою ще до появи самого терміна.
У середині 1960-х рр.. з'явилися розробки в промислових додатках комп'ютерної графіки. Так, під керівництвом Т. Мофетта і Н. Тейлора фірма Itek розробила цифрову електронну креслярську машину. В 1964 General Motors представила систему автоматизованого проектування DAC-1, розроблену спільно з IBM.
В 1968 групою під керівництвом Н. Н. Константинова була створена комп'ютерна математична модель руху кішки. Машина БЕСМ-4, виконуючи написану програму рішення диференціальних рівнянь, малювала мультфільм "Кішечка" [1], який для свого часу був проривом. Для візуалізації використовувався алфавітно-цифровий принтер.
Істотний прогрес комп'ютерна графіка зазнала з появою можливості запам'ятовувати зображення і виводити їх на комп'ютерному дисплеї, електронно-променевої трубки.
2. Поточний стан
2.1. Основні області застосування
Розробки в області комп'ютерної графіки спочатку рухалися лише академічним інтересом і йшли в наукових установах. Поступово комп'ютерна графіка міцно увійшла до повсякденного життя, стало можливим вести комерційно успішні проекти в цій галузі. До основних сфер застосування технологій комп'ютерної графіки відносяться:- Графічний інтерфейс користувача;
- Спецефекти, Візуальні ефекти (VFX), цифрова кінематографія;
- Цифрове телебачення, Всесвітня павутина, відеоконференції;
- Цифрова фотографія й істотно збільшені можливості по обробці фотографій;
- Цифрова живопис;
- Візуалізація наукових та ділових даних;
- Комп'ютерні ігри, системи віртуальної реальності (наприклад, тренажери управління літаком);
- Системи автоматизованого проектування;
- Комп'ютерна томографія.
- Комп'ютерна графіка для кіно і телебачення
- Лазерна графіка.
2.2. Наукова робота
Комп'ютерна графіка є також однією з областей наукової діяльності. В області комп'ютерної графіки захищаються дисертації, а також проводяться різні конференції:- конференція Siggraph, проводиться в США
- конференція Графікон, проводиться в Росії
- CG-подія, проводиться в Росії
- CG Wave, проводиться в Росії
3. Технічна сторона
За способами завдання зображень графіком можна розділити на категорії:3.1. Двовимірна графіка (2D)
Двовимірна (2D - від англ. two dimensions - "Два виміри") комп'ютерна графіка класифікується за типом представлення графічної інформації, і наступними з нього алгоритмами обробки зображень. Зазвичай комп'ютерну графіку розділяють на векторну і растрову, хоча обособляют ще й фрактальний тип представлення зображень.3.1.1. Векторна графіка
Приклад векторного малюнка
Зображення у векторному форматі дає простір для редагування. Зображення може без втрат масштабуватися, повертатися, деформуватися, також імітація тривимірності у векторній графіці простіше, ніж в растровій. Справа в тому, що кожне таке перетворення фактично виконується так: старе зображення (або фрагмент) стирається, і замість нього будується нове. Математичний опис векторного малюнка залишається тим самим, змінюються тільки значення деяких змінних, наприклад, коефіцієнтів. При перетворенні растрової картинки початковими даними є тільки опис набору пікселів, тому виникає проблема заміни меншого числа пікселів на більше (при збільшенні), або більшого на менше (при зменшенні). Найпростішим способом є заміна одного пікселя декількома того ж кольору (метод копіювання найближчого пікселя: Nearest Neighbour). Більш досконалі методи використовують алгоритми інтерполяції, при яких нові пікселі отримують деякий колір, код якого обчислюється на основі кодів квітів сусідніх пікселів. Подібним чином виконується масштабування в програмі Adobe Photoshop ( билинейная і Бікубіческая інтерполяція).
Разом з тим, не всяке зображення можна представити як набір з примітивів. Такий спосіб представлення хороший для схем, використовується для масштабованих шрифтів, ділової графіки, дуже широко використовується для створення мультфільмів і просто роликів різного змісту.
3.1.2. Растрова графіка
Приклад растрового малюнка
Без особливих втрат растрові зображення можна тільки лише зменшувати, хоча деякі деталі зображення тоді зникнуть назавжди, що інакше у векторному уявленні. Збільшення ж растрових зображень обертається "красивим" видом на збільшені квадрати того чи іншого кольору, які раніше були пікселями.
У растровому вигляді уявно будь-яке зображення, однак цей спосіб зберігання має свої недоліки: більший обсяг пам'яті, необхідний для роботи із зображеннями, втрати при редагуванні.
3.1.3. Фрактальна графіка
Фрактальное дерево
Фрактали дозволяють описувати цілі класи зображень, для детального опису яких потрібно відносно мало пам'яті. З іншого боку, фрактали слабо застосовні до зображень поза цими класів.
3.2. Тривимірна графіка (3D)
У тривимірної комп'ютерної графіки всі об'єкти зазвичай представляються як набір поверхонь або часток. Мінімальну поверхню називають полігоном. Як полігону зазвичай вибирають трикутники.
Всіма візуальними перетвореннями в 3D-графіці управляють матриці в лінійної алгебри). У комп'ютерній графіці використовується три види матриць:
- матриця повороту
- матриця зсуву
- матриця масштабування
Щорічно проходять конкурси тривимірної графіки, такі як Magick next-gen або Dominance War.
3.3. CGI графіка
3.4. Подання квітів у комп'ютері
Система передачі кольору RGB
Стандартні способи зберігання і обробки кольору в комп'ютері обумовлені властивостями людського зору. Найбільш поширені системи RGB для дисплеїв і CMYK для роботи в друкарському справі.
Іноді використовується система з більшим, ніж три, числом компонент. Кодується спектр відбиття або випускання джерела, що дозволяє більш точно описати фізичні властивості кольору. Такі схеми використовуються в фотореалістичному тривимірному рендеринге.
Комментариев нет:
Отправить комментарий