Понятие компьютерной графики. Основные этапы развития

История компьютерной графики

История развития компьютерной графики началось уже в 20 веке и продолжается сегодня. Не секрет то, что именно графика способствовала быстрому росту быстродействию компьютеров.

1940-1970гг. – время больших компьютеров (эра 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. Графопостроители появились в конце 60-х годов и практически были не известны.

1971-1985гг. – 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 (256).

Особенности: этот период характеризовался зарождением реальной графики.

1986-1990гг. – 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.

1991-2008гг. – 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.

Следствие использования графики

Совершенно изменилась архитектура программ. Если раньше отец программирования Вирт говорил, что любая программа это алгоритм + структура данных, то с появлением компьютерной графики на персональном компьютере программа – это алгоритм + структура данных + интерфейс пользователя (графический).

Программирование называют теперь визуальным программированием, т.е. компилятор дает большое количество диалоговых окон, где вводятся координаты и виден прообраз результата, и можно менять прообраз программы.

В 90-х годах появился стандарт изображения схем алгоритмов UML, его используют все учебники. Он учитывает объектно- ориентированные программы и способен изображать многозадачность. Имеется возможность схемы алгоритма рисовать самому из готовых стандартных форм. Т.к. все программы используют графику (меню, товарные знаки, всякие вспомогательные изображения) их можно делать в современных компиляторах, не выходя из компилятора. UML рассматривается как международный стандарт. В нем 12 групп символов (каждая из групп с определением определенной специфики) и способов взаимосвязи между ними.

Переход к графическому интерфейсу был вынужден тем фактом, что человек воспринимает 80% данных через картинку, и лишь 20% - через ум, чувства и т.д.

ВВЕДЕНИЕ

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом “де-факто” для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных систем.

Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие.

На стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.

Заметное место в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных (Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.

Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это замечание справедливо как для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компьютере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает “локомотивом”, тянущим за собой всю компьютерную индустрию.

ВИДЫ ГРАФИКИ

Фрактальная графика

Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

Трехмерная графика

Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов (рис. 3). В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования – создание подвижного изображения реального физического тела.

В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:

Спроектировать и создать виртуальный каркас (“скелет”) объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;

Спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;

Присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне – “спроектировать текстуры на объект”);

Настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;

Задать траектории движения объектов;

Наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.

Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. В последнем случае применяют чаще всего метод бикубических рациональных В-сплайнов на неравномерной сетке (NURBS). Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и “гладкость” поверхности в целом.

Растровая графика

Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. При этом следует различать:

Разрешение оригинала;

Разрешение экранного изображения;

Разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки и создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требование к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешение оригинала и масштаб отображения.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 20–21 дюйм (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640х480, 800х600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1200, 1600х1280, 1920х1200, 1920х1600 точек. Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22–0,25 мм.

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150–200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200–300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch – Ipi) и называется линиатурой.
Векторная графика

Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике. Линия – элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом. Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно, представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.
Представление данных графики
Форматы графических данных

В компьютерной графике применяют по меньшей мере три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом “де-факто” и применяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовместимые форматы имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотя существуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Многие приложения ориентированы на собственные “специфические” форматы, перенос их файлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры или экспортировать изображения в “стандартный” формат.

TIFF (Tagged Image File Format). Формат предназначен для хранения растровых изображений высокого качества (расширение имени файла.TIF). Относится к числу широко распространенных, отличается переносимостью между платформами (IBM PC и Apple Macintosh), обеспечен поддержкой со стороны большинства графических, верстальных и дизайнерских программ. Предусматривает широкий диапазон цветового охвата – от монохромного черно-белого до 32-разрядной модели цветоделения CMYK. Начиная с версии 6.0 в формате TIFF можно хранить сведения о масках (контурах обтравки) изображений. Для уменьшения размера файла применяется встроенный алгоритм сжатия LZW.
и т.д.................

Введение

История развития информационных технологий характеризуется быстрым изменением концептуальных представлений, технических средств, методов и сфер их применения. В современных реалиях весьма актуальным для большинства людей стало умение пользоваться промышленными информационными технологиями. Проникновение компьютеров во все сферы жизни общества убеждает в том, что культура общения с компьютером становится общей культурой человека.

Цель работы - изучить историю возникновения компьютерной графики.

Объектом изучения является компьютерная графика.

Предмет изучения: история возникновения компьютерной графики.

Задачи курсовой работы:

1) изучить и провести анализ литературы по данной теме;

2) дать понятие основным видам компьютерной графики;

3) рассмотреть возможности компьютерной графики.

История развития компьютерной графики

Возникновение компьютерной (машинной) графики

Компьютерная графика насчитывает в своем развитии не более десятка лет, а ее коммерческим приложениям - и того меньше. Андриесван Дам считается одним из отцов компьютерной графики, а его книги - фундаментальными учебниками по всему спектру технологий, положенных в основу машинной графики. Также в этой области известен Айвэн Сазерленд, чья докторская диссертация явилась теоретической основой машинной графики.

До недавнего времени экспериментирование по использованию возможностей интерактивной машинной графики было привилегией лишь небольшому количеству специалистов, в основном ученые и инженеры, занимающиеся вопросами автоматизации проектирования, анализа данных и математического моделирования. Теперь же исследование реальных и воображаемых миров через «призму» компьютеров стало доступно гораздо более широкому кругу людей.

Такое изменение ситуации обусловлено несколькими причинами. Прежде всего, в результате резкого улучшения соотношения стоимость / производительность для некоторых компонент аппаратуры компьютеров. Кроме того, стандартное программное обеспечение высокого уровня для графики стало широкодоступным, что упрощает написание новых прикладных программ, переносимых с компьютеров одного типа на другие.

Следующая причина обусловлена влиянием, которое дисплеи оказывают на качество интерфейса - средства общения между человеком и машиной, - обеспечивая максимальные удобства для пользователя. Новые, удобные для пользователя системы построены в основном на подходе WYSIWYG (аббревиатура от английского выражения «Whatyouseeiswhatyouget» - «Что видите, то и имеете»), в соответствии с которым изображение на экране должно быть как можно более похожим на то, которое в результате печатается.

Большинство традиционных приложений машинной графики являются двумерными. В последнее время отмечается возрастающий коммерческий интерес к трехмерным приложениям. Он вызван значительным прогрессом в решении двух взаимосвязанных проблем: моделирования трехмерных сцен и построения как можно более реалистичного изображения. Например, в имитаторах полета особое значение придается времени реакции на команды, вводимые пилотом и инструктором. Чтобы создавалась иллюзия плавного движения, имитатор должен порождать чрезвычайно реалистичную картину динамически изменяющегося «мира» с частотой как минимум 30 кадров в секунду. В противоположность этому изображения, применяемые в рекламе и индустрии развлечений, вычисляют автономно, нередко в течение часов, с целью достичь максимального реализма или произвести сильное впечатление.

Развитие компьютерной графики, особенно на ее начальных этапах, в первую очередь связано с развитием технических средств и в особенности дисплеев:

Произвольное сканирование луча;

Растровое сканирование луча;

Запоминающие трубки;

Плазменная панель;

Жидкокристаллические индикаторы;

Электролюминисцентные индикаторы;

Дисплеи с эмиссией полем.

Произвольное сканирование луча. Дисплейная графика появилась, как попытка использовать электроннолучевые трубки (ЭЛТ) с произвольным сканированием луча для вывода изображения из ЭВМ. Как пишет Ньюменпо-видимому, первой машиной, где ЭЛТ использовалась в качестве устройства вывода была ЭВМ Whirlwind-I (Ураган-I), изготовленная в 1950г. в Массачусетском технологическом институте. С этого эксперимента начался этап развития векторных дисплеев (дисплеев с произвольным сканированием луча, каллиграфических дисплеев). На профессиональном жаргоне вектором называется отрезок прямой. Отсюда и происходит название «векторный дисплей».

При перемещении луча по экрану в точке, на которую попал луч, возбуждается свечение люминофора экрана. Это свечение достаточно быстро прекращается при перемещении луча в другую позицию (обычное время послесвечения - менее 0.1 с). Поэтому, для того чтобы изображение было постоянно видимым, приходится его перевыдавать (регенерировать изображение) 50 или 25 раз в секунду. Необходимость перевыдачи изображения требует сохранения его описания в специально выделенной памяти, называемой памятью регенерации. Само описание изображения называется дисплейным файлом. Понятно, что такой дисплей требует достаточно быстрого процессора для обработки дисплейного файла и управления перемещением луча по экрану.

Обычно серийные векторные дисплеи успевали 50 раз в секунду строить только около 3000-4000 отрезков. При большем числе отрезков изображение начинает мерцать, так как отрезки, построенные в начале очередного цикла, полностью погасают к тому моменту, когда будут строиться последние.

Другим недостатком векторных дисплеев является малое число градаций по яркости (обычно 2-4). Были разработаны, но не нашли широкого применения двух-трехцветные ЭЛТ, также обеспечивавшие несколько градаций яркости.

В векторных дисплеях легко стереть любой элемент изображения - достаточно при очередном цикле построения удалить стираемый элемент из дисплейного файла.

Текстовый диалог поддерживается с помощью алфавитно-цифровой клавиатуры. Косвенный графический диалог, как и во всех остальных дисплеях, осуществляется перемещением перекрестия (курсора) по экрану с помощью тех или иных средств управления перекрестием - координатных колес, управляющего рычага (джойстика), трекбола (шаровой рукоятки), планшета и т.д. Отличительной чертой векторных дисплеев является возможность непосредственного графического диалога, заключающаяся в простом указании с помощью светового пера объектов на экране (линий, символов и т.д.). Для этого достаточно с помощью фотодиода определить момент прорисовки и, следовательно, начала свечения люминофора любой части требуемого элемента.

Первые серийные векторные дисплеи за рубежом появились в конце 60-х годов.

Растровое сканирование луча.

Прогресс в технологии микроэлектроники привел к тому, с середины 70-х годов подавляющее распространение получили дисплеи с растровым сканированием луча.

Запоминающие трубки.

В конце 60-х годов появилась запоминающая ЭЛТ, которая способна достаточно длительное время (до часа) прямо на экране хранить построенное изображение. Следовательно, не обязательна память регенерации и не нужен быстрый процессор для выполнения регенерации изображения. Стирание на таком дисплее возможно только для всей картинки в целом. Сложность изображения практически не ограничена. Разрешение, достигнутое на дисплеях на запоминающей трубке, такое же, как и на векторных или выше - до 4096 точек.

Текстовый диалог поддерживается с помощью алфавитно-цифровой клавиатуры, косвенный графический диалог осуществляется перемещением перекрестия по экрану обычно с помощью координатных колес.

Появление таких дисплеев с одной стороны способствовало широкому распространению компьютерной графики, с другой стороны представляло собой определенный регресс, так как распространялась сравнительно низкокачественная и низкоскоростная, не слишком интерактивная графика.

Плазменная панель.

В 1966г. была изобретена плазменная панель, которую упрощенно можно представить как матрицу из маленьких разноцветных неоновых лампочек, каждая из которых включается независимо и может светиться с регулируемой яркостью. Ясно, что системы отклонения не нужно, не обязательна также и память регенерации, так как по напряжению на лампочке можно всегда определить горит она ли нет, т.е. есть или нет изображение в данной точке. В определенном смысле эти дисплеи объединяют в себе многие полезные свойства векторных и растровых устройств. К недостаткам следует отнести большую стоимость, недостаточно высокое разрешение и большое напряжение питания. В целом эти дисплеи не нашли широкого распространения.

Жидкокристаллические индикаторы. Дисплеи на жидкокристаллических индикаторах работают аналогично индикаторам в электронных часах, но, конечно, изображение состоит не из нескольких сегментов, а из большого числа отдельно управляемых точек. Эти дисплеи имеют наименьшие габариты и энергопотребление, поэтому широко используются в портативных компьютерах несмотря на меньшее разрешение, меньшую контрастность и заметно большую цену, чем для растровых дисплеев на ЭЛТ.

Электролюминисцентные индикаторы. Наиболее высокие яркость, контрастность, рабочий температурный диапазон и прочность имеют дисплеи на электролюминисцентных индикаторах. Благодаря достижениям в технологии они стали доступны для применения не только в дорогих высококлассных системах, но и в общепромышленных системах. Работа таких дисплеев основана на свечении люминофора под воздействием относительно высокого переменного напряжения, прикладываемого к взаимноперпендикулярным наборам электродов, между которыми находится люминофор.

Дисплеи с эмиссией полем. Дисплеи на электронно-лучевых трубках, несмотря на их относительную дешевизну и широкое распространение, механически непрочны, требуют высокого напряжения питания, потребляют большую мощность, имеют большие габариты и ограниченный срок службы, связанный с потерей эмиссии катодами. Одним из методов устранения указанных недостатков, является создание плоских дисплеев с эмиссией полем с холодных катодов в виде сильно заостренных микроигл.

Таким образом, стартовав в 1950г., компьютерная графика к настоящему времени прошла путь от экзотических экспериментов до одного из важнейших, всепроникающих инструментов современной цивилизации, начиная от научных исследований, автоматизации проектирования и изготовления, бизнеса, медицины, экологии, средств массовой информации, досуга и кончая бытовым оборудованием.

История развития компьютерной графики началось уже в 20 веке и продолжается сегодня. Не секрет то, что именно графика способствовала быстрому росту быстродействию компьютеров.

1940-1970гг. – время больших компьютеров (эра 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. Графопостроители появились в конце 60-х годов и практически были не известны.

1971-1985гг. – 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 (256).

Особенности: этот период характеризовался зарождением реальной графики.

1986-1990гг. – 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.

1991-2008гг. – 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.

Следствие использования графики

Совершенно изменилась архитектура программ. Если раньше отец программирования Вирт говорил, что любая программа это алгоритм + структура данных, то с появлением компьютерной графики на персональном компьютере программа – это алгоритм + структура данных + интерфейс пользователя (графический).

Программирование называют теперь визуальным программированием, т.е. компилятор дает большое количество диалоговых окон, где вводятся координаты и виден прообраз результата, и можно менять прообраз программы.

В 90-х годах появился стандарт изображения схем алгоритмов UML, его используют все учебники. Он учитывает объектно-ориентированные программы и способен изображать многозадачность. Имеется возможность схемы алгоритма рисовать самому из готовых стандартных форм. Т.к. все программы используют графику (меню, товарные знаки, всякие вспомогательные изображения) их можно делать в современных компиляторах, не выходя из компилятора. UML рассматривается как международный стандарт. В нем 12 групп символов (каждая из групп с определением определенной специфики) и способов взаимосвязи между ними.

Переход к графическому интерфейсу был вынужден тем фактом, что человек воспринимает 80% данных через картинку, и лишь 20% - через ум, чувства и т.д.

История развития компьютерной
графики

Компьютерная графика (КГ)

Это область деятельности, в которой
компьютеры используются как инструмент
для синтеза (создания) изображений, так и
для обработки визуальной информации,
полученной из реального мира.
Также компьютерной графикой называют
результат такой деятельности.

Первые шаги: КГ и военные

«Мы живем во времена механических и электронных чудес.
Одно из них создано в Массачусетском технологическом
институте для военно-морского флота»
В декабре 1951 года американские телезрители в одной
из телепередач увидели представление (презентацию)
электронного компьютера Whirlwind ("Вихрь-1").
Вел передачу обозреватель Эдвард Мюрроу, который
общался напрямую с компьютерной лабораторией MIT
(Массачусетского технологического института).
Зрители увидели на экране нечто похожее на слова,
составленные из огней иллюминации: “ХЕЛЛО, М-Р
МЮРРОУ”.
На самом деле никаких лампочек не было - это
светились яркие точки на экране дисплея, на ЭЛТ.

Электронный компьютер «Вихрь»

Требовалось
рассчитать
расход
топлива,
траекторию
полета
и
скорость ракеты «Викинг»
(для Пентагона).
Телезрители увидели, как
на
экране
«Вихря»
появились графики, пути,
скорости и расхода топлива
ракеты для типичного
полета (составлены из
светящихся точек)
Джей У.Форрест

Назначение «Вихря»

Для управления летным тренажером (40-е гг.)
«Вихрь» - первый цифровой компьютер,
работающий в реальном времени –
универсальная машина для различных систем.
Для
совершенствования
системы
противовоздушной обороны (ВВС США):
– управление огнем,
– противолодочная оборона,
– управление воздушным движением
Преимущества
графического
отображения

«Вихрь» - основа для 1 серийной модели компьютера со средствами интерактивной графики

Вихрь
телефонные линии
Хэнском-Филде (близь Бостона)
радиолокационная
станция
в
Инструкции программистов для обработки серийных чисел:
компьютер получал экранные координаты
преобразовывал их в графическую форму
рисовал на экране подобие карты
Для работы оператора был создан световой пистолет:
для получения подробной информации о самолете
оператор прикасался стволом пистолета к отметке на
экране,
от пистолета в компьютер передавался импульс,
программа выводила на экран данные о самолете.

КГ в инженерном проектировании

Айвен Сазерленд - пионер компьютерной
графики, создал первый интерактивный
графический пакет «Sketchpad», прообраз
будущих САПР.
Он продемонстрировал, что компьютерная
графика может быть использована как для
художественного и технического применения,
в дополнение к демонстрации нового (для
того времени) способа взаимодействия
человека и компьютера.
В качестве манипулятора использовалось
световой перо, пришедшее на смену
световому пистолету.
Айвен Сазерленд
Сазерленд прикоснулся кончиком светового пера к центру экрана монитора, где
светилось слово «чернила», от чего оно превратилось в маленький крестик. Затем,
нажав одну из кнопок, Сазерленд начал двигать световое перо. На экране возникла
ярко-зеленая линия, тянувшаяся от центра крестика к точке, в которой находилось
перо. И куда бы оно ни перемещалось, линия следовала за ним. Нажав другую кнопку,
Сазерленд оставил линию на экране и убрал световое перо.

Световое перо

Содержит фотоэлемент непосредственно в своем
корпусе или вне его.
Принцип работы:
по световоду из стеклянных нитей или проводам
сигнал передается в корпус терминала.
перо, направленное на экран, воспринимает
световой сигнал в момент, когда электронный луч
высветил какую-либо деталь изображения перед
острием пера.
данный сигнал электронная схема фиксирует и
опознает, какую деталь указали.
Для «рисования» пером:
1 способ: При нажатии на кнопку или корпус пера электронная схема генерирует на экране
луч, пробегающий по экрану строками. Экран «вспыхивает» в данный момент. В некотором
месте некоторой строки перо воспринимает сигнал, обработав его, схема определяет
положение пера.
2 способ: на экран дополнительно выводится маркер – группа точек или маленьких штрихов.
Перо наводится на маркер, и тут начинает работать система слежения: маркер «движется» за
пером (схема отслеживает какие точки маркера засвечивают перо, а какие нет). Координаты
центра маркера передаются в программу и могут быть использованы.

ТХ-2 и «Блокнот» (1961-1962 гг.)

Состав ТХ-2:
– световое перо,
– экран на электронно-лучевой трубке,
– «гигантская» память (286000 байт),
– кнопочный блок.
Подпрограммы «Блокнота»:
перемещение крестика за пером по экрану,
запоминание координат крестика в момент нажатия кнопки,
вычисление координат новых точек, лежащих на прямой между
первоначально заданной и текущей точкой,
занесение нового отрезка в часть памяти компьютера, называемую буфером
регенерации изображения,
рисование дуги и полной окружности, части окружностей,
сцепления, позволяющие строить объекты с заданными свойствами.
Объект в «Блокноте» - точки, отрезки и дуги, соединенные между собой.
1963 г. – снят фильм о работе «Блокнота». КГ стала применятся как средство проведения
инженерных и конструкторских разработок в промышленности.

КГ: от единичных образов к признанию

«General Motors» заключила соглашение с корпорацией IBM на разработку
компьютерной системы DAC-1 (Design Augmented by Computers) для
конструирования автомобилей (1964 г.).
DAC-1:
+ позволяла проводить плавные кривые, которые нельзя описать
простыми математическими формулами,
- не имела средств для прямого рисования на экране (поэтому
конструктор описывал очертания машины в программе или вводил в
память компьютера обычный чертеж, переводя его при помощи
специальной камеры в цифровую форму).
+ оператор мог манипулировать отдельными частями чертежа с
помощью электронного планшета.

Единичные образы

Интерес к применению новых, графических «способностей» компьютеров
проявили:
«LOCKHEED-GEORGIA» - компьютерные системы для конструирования
самолетов;
Нефтяные компании – компьютерные системы для составления карт по
данным сейсмической разведки.
Но все они создавались в единичном экземпляре для определенных целей!

Графические терминалы

1965 г. - компания IBM выпустила первый графический терминал IBM-2250 для работы
с компьютерами серии «System-360».
- быстродействие программы недостаточно велико, чтобы можно было оперировать
сложными изображениями,
- операция вращения занимает много процессорного времени.
1968 г. - «Evans and Sutherland» создание новой системы LDS-1:
возможность менять
+ сократилось время регенерации изображения,
изображение с невиданной
+ число линий, выводимых на экран без мерцания возросло
скоростью
не менее чем в 100 раз
- очень высокая стоимость (250000$, вдвое дороже IBM-2250)
«Тetroniks» - создание запоминающей электронно-лучевой трубки (ЗЭЛТ),
встраиваемой в терминал:
+ дешевая стоимость (4000$),
- возможность работы только с плоскими изображениями,
- медленный процесс построения изображения,
- размытое, бледное изображение,
- отсутствие возможности выборочного стирания частей изображения и вращения.
Тем не менее изображения напоминали чертежи, о реалистичном изображении не было и речи

Расширение графических возможностей

Растровые мониторы:
+ реалистичное изображение
- высокие требования к памяти
высокая стоимость, т.к.:
до 60-х гг. ЗУ компьютера строились преимущественно на
дорогостоящих магнитных сердечниках (500000$ за миллион бит),
с середины 60-х гг. стали применять магнитный барабан (~ 30000$),
который мог хранить данные для 10 кадров изображения.
Растровые системы применяли на крупных электростанциях, в центрах
управления метрополитеном и в научных лабораториях.
НАСА для изучения поверхности Марса (1969-1972 гг.).

Интегральные схемы (начало 70-х гг.)

Появились кадровые буферы на сдвиговых регистрах, выполненных в
виде интегральных схем:
+ работают быстрее механических буферов на магнитных барабанах,
- латентность (задержка между вводом информации и появлением ее
на экране).
ИС – это небольшой монокристалл кремния, содержащий множество
электронных компонентов.

Запоминающие устройства с произвольным доступом (ЗУПД)

1968 г. – память ЗУПД = 256 бит, стоимость – 1$ за бит,
конец 70-х гг. - память ЗУПД = 1024 бит,
1973 г. - память ЗУПД = 4 Кб,
1975 г. - память ЗУПД = 16 Кб,
1980 г. - память ЗУПД = 64 Кб,
1983 г. - память ЗУПД = 256 Кб,
1984 г. - память ЗУПД = 1024 Кб=1 Мб!
«… если бы стоимость автомобилей падала так же быстро, как цена
ИС памяти, сегодня “роллс-ройс” можно было бы купить за 1$»
Карл Макговер

1974 г.

Работа над проблемой повышения качества изображений,
получаемых со спутников, которые ведут наблюдение за с/х и
лесными угодьями, минеральными ресурсами и т.д.
Для этого разработчики снизили требования к памяти, используя для
каждого изображения всего лишь несколько сотен цветов, т.е. создали
таблицы выбора цветов, быстро приспособленных для многих
областей применения машинной графики.
Кадровый буфер хранит не саму информацию о цветах, а указатели на адреса
памяти, где она записана. Так, кадровый буфер, в котором каждый пиксел
описывается 8 битами, может дать только 256 сочетаний красного, зеленого и
синего лучей ЭЛТ. Если же 8 бит задают адреса, то цвета можно выбирать из
почти неограниченного набора оттенков, интенсивности и насыщенности.
Более того, таблицу выбора можно перепрограммировать для определенных
типов изображений.
Т.о. ограниченная палитра позволяет получать плавные тени и хорошо
различимые оттенки для каждого изображения.

КГ: взаимодействие человека и компьютера

«Художники пишут картины, нанося краски на холст. Те, кто связан с
компьютерной
графикой,
создают
свои
творения,
придумывая
математические функции, графики которых похожи на предметы».
Джеймс Блинн
К середине 80-х г. даже самые дешевые домашние компьютеры начали
оснащать интегральными схемами, выполняющими основные графические
функции.
70-80-е гг. – КГ все глубже проникает в повседневную жизнь.

КГ: массовое применение

«Xerox» - выпустила 2000 компьютеров Alto, проводила стажировку для
инженеров в области КГ.
«Apple» (С.Джобс, С.Возняк) + «Xerox» = создали первый для серийного
выпуска ПК «Лиза», обладающего широкими графическими возможностями и
оснащенного манипулятором «мышь».
«Apple» выпустила ПК Macintosh - «дружественной» машины по отношению к
пользователям.
В к. 80-х гг.:
появляется оконный графический интерфейс,
ПК оснащаться «мышью»,
развивается система WYSIWYG (What You See What You Get - что ты видишь,
то ты и получишь),
создаются первые настольные издательские системы (1986 г.),
появляются программы для профессиональных художников и дизайнеров
(1986 г.)

Аппаратные платформы КГ

1. Компьютеры Apple Macintosh применяются преимущественно
художниками и дизайнерами-графиками, а также в полиграфии;
2. Компьютеры
Silicon
Graphics
являются
инструментом
профессиональных
аниматоров,
а
также
конструкторовпроектировщиков в силу ряда технических характеристик.
3. Компьютеры РС применяются в графическом дизайне, полиграфии и
даже анимации.

История развития КГ

1940-1970гг. – время больших компьютеров (эра 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. Графопостроители
появились в конце 60-х годов и практически были не известны.
1971-1985гг. – 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 (256).
Особенности: этот период характеризовался зарождением реальной
графики.

История развития КГ

1986-1990гг. – 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.
1991-2008гг. – 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.

История компьютерной графики в России

История компьютерной графики в СССР
началась практически одновременно с её
рождением в США.

1964 - Первая компьютерная визуализация

В Институте прикладной математики (ИПМ), г.Москва,
Ю.М.Баяковским и Т.А.Сушкевич продемонстрирован
первый опыт практического применения машинной
графики при выводе на характрон последовательности
кадров, образующих короткий фильм с визуализацией
обтекания цилиндра плазмой.

1968

Первый отечественный растровый дисплей
В ВЦ АН СССР, на машине БЭСМ-6 установлен первый отечественный
растровый дисплей, с видеопамятью на магнитном барабане весом
400 кг.
Первая
дипломная
работа
по
машинной
графике
в
Московском университете
Фолкер Хаймер. Транслятор и интерпретатор для программного языка
L^6. Рассматривается реализация языка L^6, предложенного
Кеннетом Ноултоном для решения некоторых задач анимации.
Первый в мире мультфильм, нарисованный компьютером.
Сделан из последовательности распечаток, выполненных на
перфоленте с помощью машины БЭСМ-4. Этот мультфильм в своё
время был большим прорывом в области компьютерного
моделирования, ибо картинка не просто нарисована, а получена
решением уравнений, задающих движение кошки.

«Кошечка» - первый нарисованный на компьютере мультфильм

«Кошечка»

Кадры фильма формировались путём печати символов БЭСМ-4 на бумаге с помощью
АЦПУ-128, затем их готовил к «плёнке» профессиональный художник-мультипликатор.
Именно ему принадлежат кадры (следующие за титрами), когда кошка строит рожицы и
выгибает спину.
Движение кошки моделировалось системой дифференциальных уравнений второго порядка.
Вероятно, это первая компьютерная анимация, где использовался такой приём. Уравнения
выводил Виктор Минахин. Так как добиться выполнения определенных движений от
животного было тяжело, в основу уравнений легли его собственные движения: он ходил на
четвереньках и отмечал последовательность работы мышц при этом.
Другим важным техническим нововведением мультфильма было представление трехмерного
анимируемого объекта в виде иерархической структуры данных, напоминающей октодерево.
На западе подобные техники анимации были переоткрыты только в 80-х годах XX века, хотя
в биомеханике такие расчёты движения велись и раньше - с начала 1970-х гг.
Уравнения
мультфильма
не
выводились
исходя
из
физических
моделей мышц и суставов животного, они составлены «на глазок», чтобы воспроизводить
типичную походку кошки. Тем не менее авторам удалось достигнуть реализма движений,
который отметил, к примеру профессор Университета Огайо Рик Парент, автор
фундаментальной книги «Компьютерная анимация: алгоритмы и технология».

История создания «Кошечки»

Мультфильм
был
начат
в
лаборатории
Александра
Кронрода института теоретической и экспериментальной физики
(ИТЭФ), но после того, как лаборатория была закрыта, Константинов,
вместе с коллективом создателей мультфильма перенесли работу
сначала в Институт проблем управления (ИПУ), а затем в
Педагогический институт им. Ленина.
Перевод полученных при расчёте бумажных распечаток в форму
мультфильма вёлся на кафедре научной кинематографии МГУ, которая
и значится в титрах.
При просчёте мультфильма на разных экземплярах БЭСМ-4 в разных
институтах создателям пришлось столкнуться с проблемой
несовместимости некоторых машинных кодов для них, из-за чего
программу приходилось поправлять на ходу.
Первый показ мультфильма состоялся в МГУ. Затем автор
неоднократно демонстрировал его на своих лекциях для школьников.
Спустя 6 лет в журнале «Проблемы кибернетики» была опубликована
статья, подробно описывающая технику создания мультфильма.

1970

Выпущен первый обзор по машинной
графике, представленный затем как доклад
на Вторую Всесоюзную конференцию по
программированию (ВКП-2).
Штаркман В.С., Баяковский Ю.М. Машинная
графика. Препринт ИПМ АН СССР, 1970.
Первая публикация на русском языке, в
которой появилось
словосочетание машинная графика.

1971

Первые кинофильмы с использованием
компьютера

1972

Первая библиотека графических программ
Графор

Защищена первая диссертация в СССР по машинной графике

Защищена первая диссертация в СССР по
машинной графике
Список нескольких диссертаций приводится ниже:
Карлов Александр Андреевич
Вопросы математического обеспечения дисплея со световым карандашом и его использование в
задачах экспериментальной физики
Дубна, 1972
Грин Виктор Михайлович
Программное обеспечение для работы с трехмерными объектами на графических терминалах
Новосибирск, 1973
Баяковский Юрий Матвеевич
Анализ методов разработки графического обеспечения ЭВМ
Москва, 1974
Злотник Евгений Матвеевич
Разработка и исследование комплекса технических средств и методики проектирования
оперативной графической системы
Минск, 1974
Лысый Семен Тимофеевич
G1 - Геометрическая система программного обеспечения ЭВМ
Кишинев, 1976
Пигузов Сергей Юрьевич
Разработка и исследование средств графического взаимодействия геофизика с ЭВМ при обработке
данных сейсморазведки
Москва, 1976

1976

На русском языке издана книга У.Ньюмена,
Р.Спрулла
«Основы
интерактивной
машинной графики» (под редакцией
В.А.Львова).

1977

Первая встреча графиков - «региональная
конференция», но собралось достаточно
представительное сообщество, получилась
Всесоюзная.

1979

Первая всесоюзная конференция по машинной графике прошла
в Новосибирске в сентябре.
Список следующих конференций:

Новосибирск, 1981 г.
Всесоюзная конференция по проблемам машинной графики
и цифровой обработки изображений
Владивосток, 24-26 сентября 1985 г.
IV Всесоюзная конференция по машинной графике
Протвино, 9-11 сентября 1987 г.
V Всесоюзная конференция по машинной графике "Машинная
графика 89"
Новосибирск, 31 октября-2 ноября 1989 г.

1979

Первый полутоновой цветной растровый дисплей Гамма-1
Первую пригодную к активному использованию в кино и
телевидении дисплейную станцию «Гамма» создали в
Институте прикладной физики в новосибирском академ.
городке Владимир Сизых, Петр Вельтмандер, Алексей Бучнев,
Владимир Минаев и др.
Разрешение первой станции было 256×256×6 бит, и затем
непрерывно увеличивалось.
Дисплейная станция Гамма 7.1 обеспечивала разрешение
1024*768 для прогрессивной развертки монитора 50Гц и имела
объём видеопамяти 1Мб.
Во второй половине 1980-х гг.
«Гамма», выпускавшаяся
серийно, поставлялась и успешно эксплуатировалась
государственными телецентрами страны.

1981

Выход графического пакета Атом
Разработка пакета была инициирована
Ю.М.Баяковским.
За основу была взята
пропагандируемая им тогда
Core System (Каминский,
Клименко, Кочин).

1983

Первый спецкурс по машинной графике
Ю.М. Баяковский начал читать годовой
спецкурс по машинной графике для
студентов факультета Вычислительной
математики и кибернетики Московского
государственного университета.
С 1990 г. курс читается как обязательный
для студентов второго года обучения.

1985

Первый доклад принят на Eurographics 1985
«Пробили окно в графическую Европу» первый доклад из СССР принят на
конференцию Eurographics 1985.
Однако, поскольку Перестройка ещё не
началась, то докладчикам не разрешили
выехать из СССР, и первый раз советская
делегация посетила конференцию только в
1988 году.

1986

Пакет Атом-85 выходит в ЦЕРН
Графический пакет Атом-85 выпущен в
ЦЕРН, где активно использовался (наравне
с Графором) для задач иллюстративной
графики (Клименко, Кочин, Самарин).

Граница 80-х и 90-х годов

Спрос на исследования и разработки на
внутрироссийском рынке упал практически до
нуля, и вместе с тем исчезли традиционные
(советские) возможности финансирования.
Но открылись возможности международного
сотрудничества.
Это привело к кардинальному изменению
тематики и условий работы, а также
требований к научно-исследовательским и
опытно-конструкторским работам (НИОКР).

1990

Организована первая российская компания
компьютерной графики «Драйв»
В 1989 году, Александр Пекарь, Сергей
Тимофеев и Владимир Соколов организовали
студию компьютерной графики на ВПТО
«Видеофильм», которая спустя год стала
первой
самостоятельной
компанией
компьютерной графики, переместившись изпод крыла «Видеофильма» в Центральный
павильон ВДНХ.

1991

В феврале в Москве прошла первая международная конференция по
компьютерной графике и зрению ГрафиКон"91
Организована Академией наук СССР в лице Института прикладной
математики имени М.В. Келдыша АН СССР, Союзом Архитекторов
СССР и некоторыми другими организациями при содействии и
поддержке международной ассоциации ACM Siggraph (США).
Американские гости:
Эд Кэтмулл (президент компании «Pixar», сделавший с Джорджем
Лукасом Звездные войны)
Джон Ласситер («Pixar», автор фильма «Tin Toy»)
Джим Кларк (создатель компании «Silicon Graphics», законодатель
мод в области профессиональных графических станций)
Первым российским лауреатом на международном конкурсе PRIX
ARS ELECTRONICA в номинации Computer Animation стал коллектив
из Новосибирска.

1993

Проведен первый фестиваль компьютерной графики и анимации
АНИГРАФ"93
В 1992 году Владимиром Лошкарёвым, руководителем фирмы «Joy
Company», занимающейся продвижением на российский рынок
пакетов графических программ и оборудования, была организована
первая научно-практическая конференция по компьютерной графике.
Тогда и пришла идея фестиваля, сочетающего в себе и техническую
сторону, и коммерцию, и чистое творчество.
Фестиваля АНИГРАФ был организован при участии ВГИКа,
сопредседателем оргкомитета стал Сергей Лазарук (проректор по
научной и творческой работе ВГИКа).
На выставке были представлены все крупнейшие производители
графических станций. На творческом конкурсе было представлено
более 50 работ.
К сожалению, до десятилетнего юбилея фестиваль не дожил, и был
закрыт как коммерчески несостоятельный.

1994

Первая компьютерная графика в
отечественном кино
В фильме «Утомленные солнцем» эпизод с
шаровой молнией был подготовлен
компанией «Render Club».

1996

Первые попытки собрать и систематизировать
исторические факты
Timour Paltashev. Russia: Computer Graphics -Between the Past and the Future. Computer Graphics,
vol.30, No. 2, May 1996. Special issue: Computer
Graphics Around the World.
Yuri Bayakovsky. Russia: Computer Graphics Education
Takes Off in the 1990"s. Computer Graphics, Vol. 30,
No. 3, August 1996. Special issue:Computer Graphics
Education -- Worldwide Effort

2000-2001 гг.

2000 г. - Спецвыпуск журнала
Computer&Graphics Vol.24 «Computer Graphics
in Russia».
2001 г. - Появление виртуальной реальности
в России.
В Протвино прошла первая конференция из
серии VEonPC с демонстрацией созданной
группой Станислава Клименко в кооперации с
Мартином Гебелем (ИМК, С.Августин) первой в
России установки виртуальной реальности.

2003

Первая
конференция
разработчиков
КРИ-2003
компьютерных
игр
21 и 22 марта 2003 года в Московском Государственном Университете
состоялась первая международная Конференция Разработчиков
компьютерных Игр (КРИ) в России, организованная DEV.DTF.RU ведущим специализированным ресурсом в Рунете для игровых
разработчиков и издателей.
КРИ 2003 впервые в истории российской игровой индустрии собрала
для обмена опытом и обсуждения самых различных проблем
практически всех профессионалов отрасли.
В КРИ 2003 приняло участие около 40 компаний из России, а также
ближнего и дальнего зарубежья, действующих как в сфере
разработки, так и издания игрового ПО, а общее число посетителей
конференции, по различным оценкам, составило от 1000 до 1500
человек.

2006

Первая практическая конференция по
компьютерной графике и анимации CG Event-2006
Вдохновленные конференцией SIGGRAPH, автором
книги «Понимая Maya» Сергей Цыпцын и
создателем сайта cgtalk.ru Александр Костин была
организована первая практическая конференция по
компьютерной графике CG Event, ставшая идейной
наследницей фестиваля АНИГРАФ.
В первой же CG Event участвовало более 500
человек, и в последующем количество участников
только росло.

1. Компьютерная графика - область деятельности, в которой компьютеры используются в качестве инструмента, как для создания изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира.

Конечным продуктом компьютерной графики является изображение. Это изображение может использоваться в различных сферах, например, оно может быть техническим чертежом, иллюстрацией с изображением детали в руководстве по эксплуатации, простой диаграммой, архитектурным видом предполагаемой конструкции или проектным заданием, рекламной иллюстрацией или кадром из мультфильма.

В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи:

1. Представление изображения в компьютерной графике;

2. Подготовка изображения к визуализации;

3. Создание изображения;

4. Осуществление действий с изображением.

2. История развития компьютерной графики началось уже в 20 веке и продолжается сегодня. Не секрет то, что именно графика способствовала быстрому росту быстродействию компьютеров.

1940-1970гг. – время больших компьютеров (эра 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. Графопостроители появились в конце 60-х годов и практически были не известны.

1971-1985гг. – 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.

1986-1990гг. – 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.

1991г.-наше время – появление графики нашего дня VirtualReality. 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 VirtualReality можно очень сильно нарушить психику человека, благодаря мощному воздействию цвета на неё.

3. 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. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

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 дисплее. 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.

Лекция №2. Виды компьютерной графики. Графические редакторы.

1) Виды КГ.

2) Графические редакторы.

3) Основные понятия КГ.

1. Существует несколько разновидностей КГ:

Двумерная графика,

Трехмерная (3D) графика.

Двумерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно, компьютерную графику разделяют на:

Векторную

Растровую,

Фрактальную.

Они 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. Для этой цели сканируют иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации. В растровой графике тоже существуют линии, но там они рассматриваются как комбинации точек. Для каждой точки линии отводится одна или несколько ячеек памяти (чем больше цветов могут иметь точки, тем больше ячеек им выделяется). Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти она занимает.

В векторной графике основным элементом изображения является линия, при этом не важно, прямая это линия или кривая. Объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку линия представляется в виде формулы, а точнее говоря, в виде нескольких параметров. Чтобы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в более сложные, например, объект четырехугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а объект куб еще более сложен: его можно рассматривать либо как двенадцать связанных линий, либо как шесть связанных четырехугольников. Из-за такого подхода векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой.

Объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров, но надо помнить о том, что на экран все изображения все равно выводятся в виде точек. Перед выводом на экран каждого объекта программа производит вычисления координат экранных точек в изображении объекта, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой. Аналогичные вычисления производятся и при выводе объектов на принтер.

Программные средства для работы с векторной графикой, наоборот, предназначены 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 проще. Имеются примеры высокохудожественных произведений, созданных средствами векторной графики, но они скорее исключение, чем правило.

Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

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 чаще используют в развлекательных программах.

Трёхмерная графика (3D) и анимация. Трёхмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

В трехмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники. Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы.

2. Графический редактор - программа, позволяющая создавать и редактировать изображения с помощью компьютера. Существует два вида графических редакторов: растровые и векторные. К растровым относятся Paint, Adobe Photoshop, Photostyler, GIMP и др.

Ряд растровых редакторов, например, Paint, ориентирован непосредственно на процесс рисования. В них акцент сделан на использование удобных инструментов рисования и на создание новых художественных инструментов и материалов.

Некоторый класс растровых графических редакторов предназначен не для создания изображений «с нуля», а для обработки готовых рисунков с целью улучшения их качества и реализации творческих идей. К таким программам, в частности, относятся Adobe Photoshop, Photostyler, GIMP и др.

Векторные графические редакторы позволяют проделывать очень сложные трансформации формы рисунка, сжатия и растяжения, любые изменения размера, преобразования контуров. В них легко сочетать изображения с разного рода надписями, произвольным образом размещенными. Но для обработки фотоизображений они непригодны. Используют их при изготовлении всех видов эмблем, товарных знаков, в книжной, журнальной и рекламной вёрстке любой сложности, для создания чертежей и проектов. Растровые программы используют, когда надо обрабатывать сканированные изображения, рисунки, фотографии. Основной упор делается на ретуширование изображений, коррекцию цветов, подбор цветов, подбор оптимального контраста, яркости, чёткости, на разного, составление коллажей. Но с формой объектов они работают плохо.

К простейшим векторным графическим редакторам относятся Kompas, Auto Cad, Adobe Illustrator, CorelDraw и др.