ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНУЮ ГРАФИКУ 1. Определение и

ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНУЮ ГРАФИКУ 1. Определение и основные задачи компьютерной графики. Области применения. 2. История развития компьютерной графики.

Компьютерная графика • С философской и культурологической точки зрения Компьютерная графика – это область деятельности, связанная с созданием и обработкой цифровых изображений. Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) при помощи компьютера. Таким образом, с практической точки зрения компьютерная графика - это процесс создания, обработки и вывода изображений разного рода с помощью компьютера. Компьютерная графика - это вид искусства. По мнению художника Кудерского, члена Союза художников России, по творческим затратам, создание произведения искусства средствами компьютерной графики даже более трудоемкое дело, чем обычная работа живописца.

Задачи: • представление изображения в компьютерной графике (оцифровка некомпьютерной графики); • визуализация компьютерных данных; • осуществление действий с изображением (создание, редактирование и т. д. ).

Области применения компьютерной графики • Научная графика • Деловая графика • Конструкторская графика • Иллюстративная графика • Компьютерная анимация • Графика для Интернета • Компьютерные игры, системы виртуальной реальности

Научная графика Первое направление Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная КГ - вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов. Назначение научной графики – • наглядное изображение объектов научных исследований • графическая обработка результатов расчетов • проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов

Деловая графика — область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Назначение деловой графики - создание иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы

Конструкторская графика используется в работе инженеров— конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Назначение конструкторской графики – использование в работе инженеров-конструкторов и изобретателей для создания чертежей. Компьютерные приложения, работающие в этой области, получили название САПР — Системы Автоматизированного Проектирования.

Иллюстративная графика – это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Простейшие ПС - графические редакторы. Программные средства, позволяющие человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов, относятся к иллюстративной графике.

Компьютерная анимация 1 — это получение движущихся изображений на экране дисплея. Слово "анимация" обозначает "оживление". В недавнем прошлом художники мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку.

Графика для Интернета Появление глобальной сети Интернет привело к тому, что компьютерная графика стала занимать важное место в ней. Все больше совершенствуются способы передачи визуальной информации, разрабатываются более совершенные графические форматы, ощутимо желание использовать трехмерную графику, banner. ВANNER. GIF анимацию, весь спектр мультимедиа.

История развития компьютерной графики Развитие вычислительных возможностей, необходимых для создания изображений. Первые ЭВМ могли рассчитывать достаточно сложные изображения, которые выводились на бумагу при помощи принтеров и др. устройств. При достаточно длительном времени обработки теоретически можно было при необходимости получить полноцветовую картинку – но только на бумаге

История КГ способствовала быстрому росту быстродействия компьютеров 1940 -1970 гг. – время больших компьютеров (до персональных компьютеров). Графикой занимались только при выводе на принтер. В этот период заложены математические основы. Особенности: пользователь не имел доступа к монитору, графика развивалась на математическом уровне и выводилась в виде текста, напоминающего на большом расстоянии изображение.

Можно считать, что первые системы компьютерной графики появились вместе с первыми цифровыми компьютерами. Проект WHIRLWIND ("Ураган") в 1950 г. Массачусетского технологического института можно считать началом КГ. Как сказал один из разработчиков WHIRLWIND Норм Тейлор, компьютер «содержал около четверти акра электроники (1000 кв. м) и имел дисплей» (визуализация данных с военного радара) термин "компьютерная графика" придумал в 1960 г. сотрудник компании Boeing У. Феттер.

К середине 1960 -х наступил период плодотворной работы и в промышленных приложениях КГ, в 1964 году General Motors представила свою DAC-1 - систему автоматизированного проектирования, разработанную совместно с IBM.

Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений (программируя, память первых электронных машин). • Первые В 1961 году Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры «Космические войны» -это была первая игра с графикой. • В 1963 Сазерленд создал комплекс, позволяющий рисовать точки и линии. • В 1968 Н. Н. Константиновым была создана компьютерная модель движения кошки, который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно- цифровой принтер

1971 -1985 гг. – появились персональные компьютеры, т. е. появился доступ пользователя к дисплеям. Роль графики резко возросла, но наблюдалось очень низкое быстродействие компьютера. Программы писались на ассемблере. Появилось цветное изображение. • Особенности: этот период характеризовался зарождением реальной графики.

Компания Apple создала Apple-II – графический режим (1977)

• Дж. Брезенхем создает эффективные алгоритмы построения растровых образов отрезков, окружностей и эллипсов. • В 1971 году Гольдштейн и • В 1978 году Сайрус и Бэк Нагель впервые реализовали развивают алгоритмы клиппирования (отсечения) линий. метод трассировки лучей с использованием логических операций для формирования • В 1979 году Кэй и Гринберг трехмерных изображений. впервые реализуют изображение полупрозрачной поверхности. • Э. Кэтмул в 1974 году создает • В 1980 г. Т. Уиттед разрабатывает первые алгоритмы общие принципы трассировки текстурирования лучей, включающие отражение, криволинейных поверхностей. преломление, затенение и методы антиэлайзинга. • В 1977 году Дж. Блин • В 1984 г. группой исследователей предлагает алгоритмы (Горэл, Торрэнс, Гринберг и др. ) реалистического изображения была предложена модель шероховатых поверхностей излучательности, одновременно (микрорельефов). развиваются методы прямоугольного клиппирования областей. • Ф. Кроу разрабатывает методы устранения ступенчатого эффекта при изображении контуров (антиэлайзинг).

1984 год - модели Apple Macintosh Основное применение: текстовые процессоры электронные таблицы системы автоматизированного проектирования

1986 -1990 гг. – появление технологии Multimedia (Мультимедиа). К графике добавились обработка звука и видеоизображения, общение пользователя с компьютером расширилось. Особенности: появление диалога пользователя с персональным компьютером; появление анимации и возможности выводить цветное изображение.

• 1991 -2008 гг. – появление графики нашего дня Virtual Reality. • Появились датчики перемещения, благодаря которым компьютер меняет изображения при помощи сигналов посылаемых на него. • Появление стереоочков (монитор на каждый глаз), благодаря высокому быстродействию которых, производится имитация реального мира. Замедление развития этой технологии из-за опасения медиков, т. к. благодаря Virtual Reality можно очень сильно нарушить психику человека, благодаря мощному воздействию цвета на неё.

• При создании трёхмерных мультфильмов нет необходимости использовать стереокамеры, трёхмерное изображение генерирует машина. Именно по такому пути пошли авторы фильма "Беовульф". Он с самого начала продумывался и снимался таким образом, чтобы хорошо смотреться не только в обычном, но и в стерео формате. Хотя персонажи выглядят почти живыми, на самом деле - это всего лишь реалистичный компьютерный мультфильм. Правда, трёхмерными моделями управляли не только аниматоры, но и сами актёры. Чтобы оцифровать их движения и мимику, использовались сотни крохотных датчиков.

Виртуальная реальность • Искусственная действительность, созданная с использованием программных и аппаратных средств • При этом, между искусственной действительностью и воспринимающим ее человеком образуется двусторонняя связь • Динамическая модель реальности создается средствами трехмерной компьютерной графики и обеспечивает взаимодействие пользователя с виртуальными объектами в режиме реального времени с эффектом его участия в конструируемых сценах и событиях • Термин "виртуальная реальность" вошел в наш лексикон в общем-то недавно (по некоторым данным, термин "виртуальная реальность" был придуман в Массачусетском Технологическом Институте в конце 1970 -х годов, чтобы выразить идею присутствия человека в компьютерно-создаваемом пространстве)

Ввод-вывод 3 d-изображений Захват движения (Motion Capture) • Это новое направление в анимации, которое дает возможность передавать естественные, реалистичные движения в реальном времени • Маленькие легкие датчики прикрепляются на живого актера в тех местах, которые будут приведены в соответствие с контрольными точками компьютерной модели для ввода и оцифровки движения • Координаты актера и его ориентация в пространстве передаются графической станции, и анимационные модели оживают

Таким образом, в процессе развития компьютерной графики можно выделить несколько этапов: • В 1960 -1970 -е годы она формировалась как научная дисциплина. В это время разрабатывались основные методы и алгоритмы. • В 1980 -е графика развивается более как прикладная дисциплина. Разрабатываются методы ее применения в самых различных областях человеческой деятельности. • В 1990 -е годы методы компьютерной графики становятся основным средством организации диалога "человек-компьютер" и остаются таковыми по настоящее время.

Пространственная дискретизация преобразование графического изображения из Аналоговой Цифровую (непрерывной) (дискретную) Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), каждому фрагменту присваивается значение его цвета, т. е. код цвета (красный, синий и т. д. ) Качество кодирования изображения зависит от: размера точек и количества цветов. Пиксель (точка, ) - минимальный участок изображения, имеющий определённый цвет. пиксель - англ. pixel element, что означает элемент изображения