Методи і алгоритми підготовки до візуалізації - історія появи комп’ютерної графіки

Історія появи комп'ютерної графіки

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.

Основні області застосування

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 вУкаіни
• CG-подія, проводиться вУкаіни
• CG Wave, проводиться вУкаіни

На факультеті ВМиК МГУ існує лабораторія комп'ютерної графіки.

Технічна сторона

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.

Векторна графіка представляє зображення як набір геометричних примітивів. Зазвичай в якості них вибираються точки, прямі, кола, прямокутники, а також як загальний випадок, сплайни деякого порядку. Об'єктам присвоюються деякі атрибути, наприклад, товщина ліній, колір заповнення. Малюнок зберігається як набір координат, векторів і інших чисел, що характеризують набір примітивів. При відтворенні об'єктів, що перекриваються має значення їх порядок. Зображення у векторному форматі дає простір для редагування. Зображення може без втрат масштабироваться, повертатися, деформуватися, також імітація тривимірності в 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 колишнім, змінюються тільки значення деяких змінних, наприклад, коефіцієнтів. При перетворенні растрової картинки вихідними 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 бікубічеськая 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. | 200px | Приклад реєстрового малюнка]]

Фрактал - об'єкт, окремі елементи якого успадковують

властивості батьківських структур. Оскільки більш детальний опис елементів меншого масштабу відбувається по простому алгоритму, описати такий об'єкт можна всього лише декількома математичними рівняннями. Фрактали дозволяють описувати цілі класи зображень, для детального опису яких потрібно відносно мало пам'яті. З іншого боку, фрактали слабо застосовні до зображень поза цих класів.

Тривимірна графіка (3D - від англ. Three dimensions - «три виміри») оперує з об'єктами в тривимірному просторі. Зазвичай результати являють собою плоску картинку, проекцію. Комп'ютерна графіка широко використовується в кіно, комп'ютерних іграх. У тривимірній комп'ютерній графіці всі об'єкти зазвичай представляються як набір поверхонь або частинок. Мінімальну поверхню називають полігоном. Як полігон зазвичай вибирають трикутники. Всіма візуальними перетвореннями в 3D-графіці управляють матриці (див. Також: Афінний перетворення в лінійної алгебри). У комп'ютерній графіці використовується три види матриць:

• матриця повороту
• матриця зсуву
• матриця масштабування

Будь полігон можна представити у вигляді набору з координат його вершин. Так, у трикутника буде 3 вершини. Координати кожної вершини представляють собою вектор (x, y, z). Помноживши вектор на відповідну матрицю, ми отримаємо новий вектор. Зробивши таке перетворення з усіма вершинами полігону, отримаємо новий полігон, а перетворивши все полігони, отримаємо новий об'єкт, повернений / зрушений / масштабувати відносно вихідного. Щорічно проходять конкурси тривимірної графіки, такі як Magick next-gen або Dominance War.

Подання квітів в комп'ютері

Для передачі і зберігання кольору в комп'ютерній графіці використовуються різні форми його представлення. У загальному випадку колір являє 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 великим, 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.

Реальна сторона графіки

Будь-яке зображення на моніторі, в силу його площині, стає растровим, так як монітор це матриця, він складається з стовпців і рядків. Тривимірна графіка існує лише в нашій уяві, так як те, що ми бачимо на моніторі - це проекція тривимірної фігури, а вже створюємо простір ми самі. Таким чином, візуалізація графіки буває тільки растрова і векторна, а спосіб візуалізації це тільки растр (набір пікселів), а від кількості цих пікселів залежить спосіб завдання зображення.

ВГТУ КІТПОфіціальний сайт кафедри