Компьютерная графика. Виды компьютерной графики Основные понятия компьютерной графики
Введение
1. Пиксели, разрешение, размер изображения
2. Типы изображений
3. Форматы файлов
4. Цвет и его модели
Заключение
Список литературы
Введение
Компьютерная графика имеет дело с изображениями. Ее основное назначение визуализация построение изображения графического объекта по его описанию (прикладной модели). Другими видами обработки графической информации являются преобразование изображений и распознавание изображений.
В зависимости от области применения к визуализации предъявляются различные требования: скорость построения, качество изображения, реалистичность, эстетические характеристики, достоверность и другие, которые должны учитываться графической программой .
Изображение строится на основе прикладной модели, являющейся внутренним (программным) представлением графического объекта, задаваемого в пространстве той или иной размерности. Для его лучшего рассмотрения производятся видовые преобразования объекта, позволяющие смотреть на него с требуемой точки зрения.
Обычно объект задается в трехмерном пространстве, а его изображение двумерно. Для перехода от трехмерного пространства к двумерному изображению используются проекции. Экранные изображения, как правило, являются проекциями объектов.
Компьютерная графика существует уже длительное время, за которое было создано большое число разнообразных графических программ.
Цель реферата – рассмотреть основные понятия компьютерной графики.
1. Пиксели, разрешение, размер изображения
Изображение на экране состоит из маленьких ячеек. Каждая из них может иметь определенный цвет. Такая ячейка получила название пикселя (pixel). Совокупность пикселов составляет матрицу и образует изображение на экране. В зависимости от модели монитора параметры матрицы в пикселях могут изменяться: 640х480, 800х600, 1024х768, 1600х1200...
Величина матрицы не влияет на физический размер экрана и не зависит от него. Чем больше матрица на одном и том же экране, тем размер ячейки меньше, а, стало быть, качество изображения лучше.
Следует четко различать:
· разрешение экрана
· разрешение печатающего устройства
Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны, пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.
Разрешение экрана - это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселях и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.
Разрешение принтера - это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.
Разрешение изображения - это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения - его физическим размером.
Физический размер изображения может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом.
Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает.
Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет.
2. Типы изображений
Изображение характеризуется максимальным числом цветов, которые могут быть в нем использованы, то есть иметь различную глубину цвета. Существуют типы изображений с различной глубиной цвета - черно-белые штриховые, в оттенках серого, с индексированным цветом, полноцветные. Некоторые типы изображений имеют одинаковую глубину цвета, но различаются по цветовой модели. Тип изображения определяется при создании документа .
Черно-белые штриховые изображения
На каждый пиксел такого изображения отводится один бит информации. Одним битом кодируются два состояния, в данном случае это два цвета: черный и белый. Этот тип изображения называется Bitmap (Битовый). Глубина цвета такого изображения - один бит.
Конвертирование тонального изображения в штриховое - процесс творческий, связанный с содержанием, смыслом и красотой изображения. Это дело художника, поручать его компьютеру бесполезно. Хотя и такая работа частично автоматизирована.
Полутоновые изображения
Пиксель полутонового изображения (grayscale) кодируется 8 битами (8 бит составляют 1 байт). Глубина цвета изображения данного типа составляет, таким образом, восемь бит, а каждый его пиксель может принимать 256 различных значений. Значения, принимаемые пикселями, называются серой шкалой. Серая шкала имеет 256 градаций серого цвета, каждая из которых характеризуется значением яркости в диапазоне от 0 (черный) до 255 (белый). Этого вполне достаточно, чтобы правильно отобразить черно-белое полутоновое изображение, например, черно-белую фотографию.
В Photoshop 4.0 появилась поддержка изображений с 16-битными каналами, позволяющими увеличить количество передаваемых цветов или оттенков серого. Так, в режиме с 16-битными каналами полутоновое изображение может содержать не 256, а 65 536 оттенков серого. С другой стороны, размер файла с 16-битными каналами в два раза больше, чем с традиционными, 8-битными. Размер файла и место в оперативной памяти - дорогая плата за глубину цвета.
Любое изображение можно превратить в полутоновое. Если исходный материал, например, цветная фотография, то она станет черно-белой.
Индексированные цвета
Первые цветные мониторы работали с ограниченной цветовой гаммой: сначала 16, затем 256 цветов. Они кодировались 4 битами (16 цветов) или 8 битами (256 цветов). Такие цвета называются индексированными (indexed color). Разумеется, 16 (и даже 256) цветами невозможно убедительно передать цветовую гамму фотоизображений.
Применение индексированных цветов снизилось с распространением высококачественных мониторов, однако с ними работают до сих пор, например, Web-мастера. Кроме того, ограничение числа цветов можно использовать для получения интересных эффектов.
Индексированные цвета кодируются обычно четырьмя или восемью битами в виде так называемых цветовых таблиц. Глубина индексированного цвета может составлять 2-8 бит. Например, графическая среда Windows 95 поддерживает цветовую таблицу из восьми бит на пиксель, она называется системной палитрой (system palette). В этой таблице цвета уже предопределены, как мелки в коробке пастели, и вам остается только использовать то, что есть в коробке, то есть в таблице.
Полноцветные изображения
К полноцветным (true color) относятся типы изображений с глубиной цвета не менее 24 бит, то есть каждый пиксель такого изображения кодируется как минимум 24 битами, что дает возможность отобразить не менее 16,7 миллиона оттенков. Поэтому иногда полноцветные типы изображение называют True Color (истинный цвет).
Битовый объем каждого пикселя распределяется по цветовым составляющим: каждый цвет кодируется 8 битами. Цветовые составляющие в программе организуются в виде каналов, совмещенное отображение каналов и определяет цвет изображения.
Полноцветные изображения являются многоканальными. К изображениям этого класса относятся RGB, CMYK, L*a*b и другие. Они отличаются по глубине цвета и по способу математического описания цветов, то есть по цветовой модели.
3. Форматы файлов
Формат (format) в определенной степени понятие бюрократическое, каждому приходилось заполнять всевозможные анкеты. Анкета - это и есть формат для организации данных, ее нудно заполнять, зато потом легко обрабатывать.
Без формата информации не существует. Ее нельзя сохранить и передать. Соответствие форматов - это как разговор на одном языке. Форматов файлов очень много. Для каждого вида компьютерной деятельности существуют стандартные форматы, то есть самые удобные, или часто применяемые. Для текстов такими форматами является DOC, ТХТ, для полиграфической продукции - TIFF, Р1СТ, для графики в Интернет - GIF, JPEC и т. д.
Для того чтобы программы понимали файлы различных форматов, существуют конверторы. Они переводят информацию из собственного формата файла в формат, понятный данной программе. Чем больше конверторов есть в программе, тем больше различных форматов файлов она может распознать .
4. Цвет и его модели
Мир, окружающий человека, - это океан цвета. Цвет имеет не только информационную, но и эмоциональную составляющую. Для многих отраслей производства, в том числе для полиграфии и компьютерных технологий, необходимы объективные способы описания и обработки цвета.
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Если смешать желтую и голубую краски, получится зеленая. Из двух цветов получен третий. Путем смешивания из небольшого числа базовых или основных цветов можно получить остальные цвета, называемые составными. Таким образом, цвет можно математически описать как соотношение базовых компонентов (создать модель цвета). Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью.
Объект, имеющий цвет, может излучать свет или поглощать его. В первом и во втором случае цвет объекта описывается по-разному, то есть для его описания применяются разные модели цвета.
Параметры цвета могут быть выражены с помощью многих цветовых моделей. Наиболее часто в графических пакетах используются три цветовые модели: RGB, CMYK, HSB .
Заключение
Необходимость широкого использования графических программных средств стала особенно ощутимой в связи с развитием Интернет и, в первую очередь, благодаря службе World Wide Web, связавшей в единую «паутину» миллионы отдельных «домашних страниц». Даже беглого путешествия по этим страницам достаточно, чтобы понять, что страница, оформленная без компьютерной графики, не имеет шансов выделиться на фоне широчайшего круга конкурентов и привлечь к себе массовое внимание.
Подавляющее большинство веб-страниц наряду с текстовой информацией содержат графические изображения. Львиная доля картинок, загружаемых в окне браузера, создана в форматах GIF или JPEG.
В данном реферате были рассмотрены основные понятия компьютерной графики: пиксели, разрешение, размер изображения, типы изображений, форматы файлов, цвет и его модели.
Список литературы
1. Якутский А. Форматы интернет-графики // Мир Internet. - 2002. -№11-12. - C. 22-25
2. Яхонтов В.Н. Компьютерная графика. – М.: ТИСБИ, 2003.
3. http://www.junior.ru/students/sumerkina/
Яхонтов В.Н. Компьютерная графика. – М.: ТИСБИ, 2003. С.3.
Http://www.junior.ru/students/sumerkina/point.htm
Http://www.junior.ru/students/sumerkina/type_dipict.htm
Http://www.junior.ru/students/sumerkina/form_file.htm
Http://www.junior.ru/students/sumerkina/color_model.htm
Основные понятия компьютерной графики.
Основные понятия по теме
Общая характеристика и функциональные возможности графического редактора Photoshop
Общая характеристика и функциональные возможности графического редактора Corel DRAW
Графические форматы данных
Компьютерная графика, ее классификация, основные понятия
Тема 5 Технологии и системы обработки графической информации
Цифровым принято называть изображение, созданное с использованием компьютерной программы с нуля; либо изображение (слайд, фотография), преобразованное в электронную информацию для того, чтобы просматривать, редактировать и управлять им на экране компьютера.
Устройства, преобразующие графические изображения в цифровую форму, называются оцифровывающими (сканеры, цифровые фотоаппараты)
Цветовая модель - ϶ᴛᴏ средство описания цветов с целью их дальнейшего последовательного воссоздания.
Различают три вида компьютерной графики: растровая графика , векторная графика и фрактальная графика . Οʜᴎ отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.
Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку.
векторной графикой предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики намного проще.
Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику часто используют в развлекательных программах.
Разрешение изображения и его размер. В компьютерной графике следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства и разрешение изображения. Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.
Разрешение экрана - это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселях и определяет размер изображения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может поместиться на экране целиком.
Разрешение принтера - это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые бывают напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.
Разрешение изображения - это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения - его физическим размером.
Физический размер изображения может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом. В случае если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает.
Векторная графика. В отличие от растровой графики, в которой основным элементом изображения является точка, в векторной графике базовым элементом является линия (при этом не важно, прямая это линия или кривая). Разумеется, в растровой графике тоже существуют линии, но... [читать подробенее]
-
2. Государства - участники принимают любые эффективные и необходимые меры с целью упразднения традиционной практики, отрицательно влияющей на здоровье детей. 4. Государства – участники обязуются поощрять международное сотрудничество и развивать его с целью...
Серафим Вагитов (г. Севастополь)
Выполнение различных работ с графикой является одним из самых популярных направлений использования персонального компьютера, к тому же, вопреки расхожему мнению, это занятие не только для профессиональных художников и дизайнеров. Любое мало-мальское предприятие время от времени нуждается, например, в оформлении рекламных объявлений для газет и журналов или в выпуске обычного рекламного буклета.
Практически ни одна современная мультимедийная программа не обходится сегодня без компьютерной графики. Работа над графическими компонентами занимает львиную долю (около 90 %) рабочего времени программистов, занимающихся разработками программ массового потребления.
Для работы с компьютерной графикой существует большое количество программного обеспечения, однако, несмотря на это, выделяют всего 3 вида данной графики. Они различаются согласно принципам формирования изображения при отражении на экранах мониторов или при распечатке на бумаге. Остановимся на них подробнее.
Растровая графика применяется при создании мультимедийных и полиграфических изданий. Изображения, выполненные посредством растровой графики, редко бывают созданы вручную при помощи компьютерных программ. Чаще всего для этих целей используются отсканированные изображения, предварительно подготовленные на бумаге или обычные фотографии. В последнее время широко практикуется ввод растровых изображений в компьютер с помощью цифровых фото- и видеокамер.
Поэтому почти все графические редакторы, предназначенные для работы с растровыми изображениями, ориентированы в основном на его обработку, а не на создание. В сети Интернет на сегодняшний день используются только растровые изображения.
Наоборот, программы для работы с векторной графикой предназначены, прежде всего, для создания изображений и в некоторой степени для обработки. Такие программы широко используются в различных рекламных агентствах, дизайнерских студиях и популярных изданиях. Дело в том, что задачи связанные с оформлением, основанном на использовании шрифтов и простых геометрических фигур, проще решить с помощью средств векторной графики. В интернете можно найти великолепные примеры художественных произведений, созданных с помощью программ обработки векторной графики, но они в этом смысле, являются скорее исключением, чем правилом. Это связано с тем, что художественная обработка иллюстраций такими программами достаточно сложная.
Интерес представляют и программные средства для разработки фрактальной графики. Они осуществляют автоматическую генерацию изображения с помощью математических расчетов. Суть создания фрактальной композиции заключается не в оформлении или рисовании, а в программировании. Фрактальная графика редко применяется для оформления печатных или электронных документов, однако часто используется в различного рода развлекательных программах.
Растровая графика
Чтобы понять, что собой представляет растровое изображение, необходимо понять его структуру. Главной составляющей любого растрового изображения является точка. Если изображение предназначено для просмотра на экране, то такая точка называется пикселем. Данные изображения могут иметь различные размеры, например, 640х480, 800х600, 1024х768 и более пикселей.
Размер изображения непосредственно связан с его разрешением. Данный параметр измеряется в количестве точек на дюйм площади изображения (dpi). Для примера, монитор с диагональю 15 дюймов отображает картинку размером примерно 28х21см. Зная, что один дюйм — это 25,4 мм, можно высчитать, что при работе в режиме 800х600 пикселей разрешение изображения на экране составит 72 dpi.
Печать изображений требует гораздо более высокого разрешения. Для полноцветной полиграфической печати используются изображения разрешением 200-300 dpi. Обычный фотоснимок 10х15 см имеет около 1000х1500 пикселей. Значит такое изображение состоит из 1,5 млн. точек, а если оно цветное и для координирования каждого пикселя используется три байта, то размер файла, соответствующий обычной фотографии, будет составлять около 4 Мбайт.
Как можно заметить, основной проблемой всех растровых изображений является их большой объем. Второй недостаток, связанный с растровыми изображениями — это невозможность рассмотреть мелкие детали. Так как изображение состоит из точек, то увеличение его размеров неотвратимо влечет за собой искажение иллюстрации и делает ее размытой. Данный эффект известен как пискселизация.
Векторная графика
Основным элементом векторного изображения, является линия. Растровая графика тоже содержит линии, но там они присутствуют в качестве комбинации точек. Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти занимает изображение. Если говорить о векторном изображении, то объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размера этой линии, так как линия в данном случае представлена в виде формулы, а вернее сказать, в виде определенных параметров. А поэтому что бы мы не предпринимали в отношении этой линии, изменяются лишь ее параметры, последовательно сохраняющиеся в ячейках памяти.
Линия представляет собой элементарный объект в векторной графике. Все векторные иллюстрации, состоят из линий. Более простые объекты могут объединяться в более сложные путем увеличени количества линий. Например, четырехугольник можно представить в виде четырех взаимосвязанных линий, а куб — в виде двенадцати, или в виде шести четырехугольников. В связи с таким подходом векторную графику еще часто называют объектно-ориентированной графикой.
Как и прочие объекты, линии имеют определенные свойства. К ним относятся: форма линии, толщина, цвет, а также характер (сплошная линия, пунктирная и т. д.). Линии которые замыкаются обладают свойством заполнения. Внутренняя часть замкнутого таким образом контура может заполняться цветом, текстурой или заранее заготовленным растровым изображенем.
В отличие от растровой графики с ее значительными объемами и невозможностью масштабирования без потерь в качестве, векторная графика лишена этих недостатков, однако ее использование существенно усложняет создание художественных иллюстраций. Чаще всего средства векторной графики используются для выполнения задач, связанных с оформлением, чертежами и проектно-конструкторськими работами.
В векторной графике достаточно сложные композиции занимают небольшой объем. Вопросы масштабирования решаются также легко. При необходимости изображения можно увеличивать до мельчйших деталей.
Фрактальная графика
Фрактальная графика, равно как и векторная, является результатом вычислений, но при этом основное отличие ее в том, что никакие объекты при этом не сохраняются в памяти компьютера. Изображение строится согласно уравнению (или системе уравнений), поэтому сохраняется только формула. Если изменить коэффициенты в уравнении, то получится совершенно другая картинка.
Простейшим фрактальним объектом является фрактальний треугольник. Для того чтобы получился фрактальний треугольник, необходимо построить обычный равносторонний треугольник. Затем разделить каждую его сторону на 3 отрезка. Ровно на середине этой стороны постройте еще один аналогичный треугольник со стороной на 2/3 меньшей стороны первого треугольника. С полученными в результате таких манипуляций треугольниками повторите такие же операции. Треугольники следующих поколений подражают свойствам своих родительских структур. Так образуется фрактальная фигура. Данный процесс можно продолжать бесконечно.
Фрактальними свойствами наделены многие живые и неживые объекты природы. Можно обнаружить, что обычная снежинка при увеличении оказывается фрактальним объектом. Рост кристаллов и растений обязан своим существованием фрактальным алгоритмам, что лежат в его основе.
Возможности фрактальной графики в создании различных образов живой природы путем вычислений часто используют для генерации необычных, фантастических иллюстраций.
Концепция цветовой модели
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуются путем смешивания основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составные компоненты называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, однако в компьютерной графике, как правило, используют не больше трех. Эти модели известны под названиями: CMYK, RGB и HSB.
Самый распространенный пример — это цветовая модель CMYK. Она применяется для идентификации цветов в обычной цветной печати. Огромный цветовой диапазон получается смешиванием 4-х основных цветов: голубого, красного, желтого и черного. Английские названия данных цветов и составляют аббревиатуру CMYK. Последний цвет, черный (Black), обозначен буквой К, чтобы не было путаницы, так как название синего цвета (Blue) начинается с той же буквы.
Модель CMYK была положена в основу стандартной цветовой палитры Corel DRAW. Данная палитра называется Corel DRAW.сpl. (расширение сpl присвоено именам всех палитр Corel DRAW). Она состоит приблизительно из 100 цветов, причем все они имеют собственные имена, например Navy Blue, Deep Purple, Dusty Rose и т.д.
Палитра Corel DRAW.сpl. получила общее признание благодаря таким обстоятельствам:
- Поскольку это — стандартная палитра, работа с программой начинается именно с нее. Собственно, многие пользователи даже не переключаются на другие палитры.
- Данную палитру можно самостоятельно настраивать, добавлять и удалять цвета, редактировать уже существующие.
Цветовая модель CMYK
Данная модель используется для подготовки исключительно печатных изображений.
Особенность печати в типографии заключается в том, что изображение печатают в несколько приемов. На бумагу поочередно накладывают голубой, пурпурный, желтый и черный цвета, и таким образом получают полноцветную иллюстрацию. Для этого изображение, полученное на компьютере, перед началом печати разделяют на 4 одноцветных изображения. Такой процесс получил название цветоделения. Многие современные графические редакторы обладают арсеналом средств для осуществления этой операции.
Цветовая модель RGB
Наиболее простая для понимания модель. В режиме RGB работают мониторы компьютеров и телевизоры. Суть заключается в том, что каждый цвет состоит из 3 основных составляющих: красного, зеленого и синего. Отсюда аббревиатура RGB. Данные цвета называются основными. Модель RGB применяется в том случае, если необходимо подготовить изображение для воспроизведения на экране.
Графические редакторы оснащены средствами для преобразования изображения из одной цветовой модели в другую. Но, все-таки модель RGB для компьютера самая «родная».
Цветовая модель HSB
В цветовой модели HSB, при создании полных цветов, компонентами этих цветов выступают оттенок (H), насыщенность (S) и яркость (B). Эта модель более всего отвечает человеческому восприятию цветов.
Цветовой круг может содержать до 360 оттенков. Положение цвета на радиусе цветового круга определяет его насыщенность. Чем дальше цвет находится от центра, тем насыщеннее оттенок. При выводе на печать эта модель будет автоматически преобразована программой в модель CMYK.
Что такое компьютерная графика, и как она зарождалась?
Экскурс в историю
Как и множество других технологий, графика обязана своим появлением нуждам военной промышленности. В 50-х годах в США на деньги Министерства Обороны был создан суперкомпьютер Вихрь-1, который стал частью системы ПВО. Вероятно, отображение информации на военных радарах и можно считать первым полноценно реализованным графическим интерфейсом. Обычные компьютеры тогда ещё не имели дисплеев (и вообще, компьютер того времени - это комната, заставленная оборудованием, которое обрабатывало информацию и выводило результат на перфоленты).
Чуть позже, в шестидесятых, была создана первая в истории компьютерная игра. Разработкой руководил программист Стив Рассел, у команды проекта ушло двести часов. Итог: космический симулятор под названием Spacewar. На экране маневрируют два космических корабля, стараясь уничтожить друг друга. Показательно, что визуально игра напоминает те самые изображения с военных радаров.
Пройдёт ещё пара лет, и будут предприняты попытки создания компьютерной анимации (облёт спутника вокруг Земли, автор разработки - Эдвард Зейджек), и даже прообразов нынешних программ для рисования. Проект Sketchpad: при помощи цифрового пера можно было рисовать простые фигуры, вроде линий и окружностей. Это была не просто программа, а програмно-аппаратный комплекс, где всё железо работало на одну-единственную задачу. Представьте себе компьютер, где установлен и запускается только Photoshop.
А уже в конце шестидесятых годов в СССР создали анимационный мультфильм, знаменитую «Кошечку». Опять же, это далеко от того, что мы сегодня понимаем под анимацией в мультиках. Технология была следующей: суперкомпьютер БЭСМ-4 выводил символы на бумаге, которые затем обрабатывались художниками. Весь фильм состоял из демонстраций последовательных движений кошки. Сегодня это может показаться примитивным, но для тогдашнего времени было сродни «Прибытию поезда» братьев Люмьер.
Графика сегодня
По мере развития технологии ширилась область её применения. Сегодня легче сказать, где нам не встретится использование компьютерной графики, чем наоборот. На ум, конечно, первым делом приходит сфера развлечений: кино, видеоигры, контент в Интернете. Продолжается активное внедрение графических технологий в научной, военной и конструкторской сферах. Проведение деловых презентаций и красочная подача информации клиенту стали отдельным искусством, которое породило целые новые отрасли в бизнесе.
Графика бывает следующих видов:
- двумерная;
- векторная;
- фрактальная;
- растровая;
- computer-generated imagery, CGI графика;
- трёхмерная.
Надо уточнить неочевидный нюанс. Дело в том, что на компьютерных мониторах любой объект остаётся двухмерным, глубина пространства - заслуга работы дизайнеров и нашего воображения. Сейчас активно развиваются 3D-технологии, о чём ещё пойдёт речь. Но по принятой классификации мы можем, строго говоря, любое изображение называть двумерным, а вот дальше уже идёт разделение по способам его обработки.
Векторная графика это, по сути, набор геометрических фигур, складывающихся в рисунок. Вот почему Sketchpad считается первым в истории векторным редактором (хотя в то время даже подобных терминов не существовало). Растровая графика опирается на сетку пикселей (pix element - самый крошечный элемент изображения, можно представить как мельчайшую точку, которая физически является частью матрицы любого монитора). Вкратце, разница между ними такова: вектор более гибок в плане редактирования, растровое же изображение тяжело растянуть без потери качества, но оно хорошо передаёт цветовые эффекты и его чаще выбирают для создания сложных подробных рисунков.
Впрочем, если подробности рисунка однотипны - к примеру, вам нужно изобразить дерево с сотнями листиков, то это уже область применения фрактальной графики. Она предназначена как раз для работы с элементами, наследующими материнскую структуру.
Трехмёрная графика подразделяется на воксельную и полигональную. В воксельной объекты состоят из наборов геометрических фигур, полигональная представляет собой совокупность поверхностей. У поверхностей есть грани, имеющие координаты в пространстве, расчёт координат позволяет создавать различные векторы.
Наконец, CGI. Это та самая компьютерная анимация и эффекты, которые мы видим, например, в кино. Изображения генерируются компьютером, они могут быть статичными или подвижными, и позволяют реализовать почти любые задумки сценаристов.
Будущее
Технологии виртуальной реальности будут получать всё более широкое применение. Ещё недавно экзотикой казались 3D-фильмы, сегодня они привычны и зрителей зазывают в кинотеатры уже на 4D-кино. Впрочем, последнее откровенный маркетинговый ход - по факту 4D-измерение лишь философская и математическая концепция, и прежде чем снимать в нём фильмы, его существование ещё надо доказать.
Но 3D, как и виртуальная реальность, уже повседневное явление. В области игр к VR по-прежнему относятся осторожно. Наверняка мы когда-нибудь увидим соревнование киберспортсменов, которые не сидят за компьютерами, а бегают, увешанные датчиками, но сегодня тут ещё масса проблем: укачивание, головная боль от долгого пребывания в очках и т.д.
Но прогресс всё равно очевиден. Сегодня вы уже можете не просто рисовать мышкой и пером на экране, но и распечатать свой рисунок на 3D-принтере. Графика покидает экраны мониторов, и становится частью реального мира.
Компьютерная графика (так же машинная графика ) - область деятельности, в которой компьютеры наряду со специальным программным обеспечением используются в качестве инструмента, как для создания (синтеза) и редактирования изображений, так и для оцифровки визуальной информации, полученной из реального мира с целью дальнейшей её обработки и хранения.
Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе матрицы ламп, можно было получать узоры.
В 1950 году в военном компьютере Whirlwind-I (рус. Вихрь), встроенный в систему SAGE противовоздушной обороны США, впервые был применён монитор - как средство отображения визуальной и графической информации.
В 1957 году Рассел Кирш создал первый сканер для компьютера и получил на нём первое цифровое изображение - маленького сына Владлена.
В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры («Spacewar!») заняло около 200 человеко-часов. Игра была создана на машине PDP-1.
В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере.
В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину. В 1964 году General Motors представила систему автоматизированного проектирования DAC-1, разработанную совместно с IBM.
В 1964 году Эдвард Зейджек создал первую компьютерную анимацию - движение спутника вокруг земли.
В 1968 году группой под руководством Н. Н. Константинова была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.
В 1968 году существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее, электронно-лучевой трубке.
Основные области применения
Научная графика - первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.
Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчётная 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. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трёхмерные изображения.
Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.
Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и «движущихся картинок». Получение рисунков трёхмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объёмом вычислений. Передача освещённости объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчётов, учитывающих законы оптики.
Компьютерная анимация - это получение движущихся изображений на экране дисплея. Художник создает на экране рисунки начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчёты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определённой частотой, создают иллюзию движения.
Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.
Научная работа . Компьютерная графика является также одной из областей научной деятельности. В области компьютерной графики защищаются диссертации, а также проводятся различные конференции
Двумерная (2D - от англ. two dimensions - «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую.
Векторная графика
- Векторная графика
представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности,
прямоугольники, а также кривые некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор
координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов.
Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования: оно может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться; также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой.
Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания. - Растровая графика
всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение яркости, цвета,
прозрачности - или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.
В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.
Растровая графика
Фрактальная графика
Фрактальная графика основана на использовании фракталов - объектов, отдельные элементы которых наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.
Трёхмерная графика (3D - от англ. three dimensions - «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.
Трехмерная графика бывает полигональной и воксельной . Воксельная графика аналогична растровой. Объект состоит из набора трехмерных фигур, чаще всего кубов. А в полигональной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей, минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.
CGI (англ. computer-generated imagery , букв. «изображения, сгенерированные компьютером») - неподвижные и движущиеся изображения, сгенерированные при помощи трёхмерной компьютерной графики и использующиеся в изобразительном искусстве, печати, кинематографических спецэффектах, на телевидении и в симуляторах.
Созданием движущихся изображений занимается компьютерная анимация, представляющая собой более узкую область графики CGI, применимую, в том числе в кинематографе, где позволяет создавать эффекты, которые невозможно получить при помощи традиционного грима и аниматроники. Компьютерная анимация может заменить работу каскадёров и статистов, а также декорации.
