Тема 2. Концептуальні основи подання графічних зображень. Двовимірні зображення та їх перетворення
Лекція 3. Предмет, методи і завдання дисципліни.
Мета: Ввести основні поняття комп’ютерної графіки та поняття про інструменти які її забезпечують. На прикладах проілюструвати ефективність апаратного забезпечення комп’ютерної графіки
План
1. Історія, предмет і застосування комп'ютерної графіки.
2. Вимоги до інструментів комп'ютерної графіки.
3. Технічні засоби підтримки комп'ютерної графіки
4. Основні методи побудови зображення методами комп’ютерної графіки.
Література:
- основна;
1. Заргарян Ю.А., Заргарян Е.В. Компьютерная графика в практических приложениях: М.: ТТИ ЮФУ, 2009. -255с.
2. Веселовська Г.В., Ходаков В.Є.,Веселовський В.М. Комп ютерна графіка Навчальний посібник. К.: ОЛДІ-ПЛЮС, 2008. -215с.
3. Тимофєєв С.М. Комп’ютерна графіка. Навчальний курс Photoshop CS4. К.: Эксмо: 2009, - 201 с.
4. Ляшков, А. А. Компьютерная графика – лабораторный практикум.
5. Кобурн Ф., Маккормик П. Эффективная работа с CorelDraw 7: Офиц. рук-во: Пер. с англ. — СПб.: Питер, 1997. — 736 с.
6. Ю.Миронов Д. Corel Draw 9: Учеб. курс. — СПб.: Питер, 2000. — 448 с.
7. Г.П. Порєв. Комп'ютерна графiка, к.: Юниор, 2009. -456 с.
8. М.Петров М. П. Молочков В. П. Компьютерная графика: Учеб-ник. — СПб.: Питер, 2003.
9. Порее В. Компьютерная графика: Учеб. пособие. — СПб., 2004.
– додаткова:
Большаков В. Инженерная и компьютерная графика: Практикум. — СПб.: BHV, 2004. — 592 с.
Предмет і область застосування комп'ютерної графіки
Комп'ютерна графіка - це область інформатики, що охоплює всі сторони формування зображень за допомогою комп'ютера. З'явившись в 1950-х роках, вона спочатку давала можливість виводити лише кілька десятків відрізків на екрані. У наші дні засобу комп'ютерної графіки дозволяють створювати реалістичні зображення, що не уступають фотографічним знімкам. Комп'ютерна графіка використовується практично у всіх наукових і інженерних дисциплінах для наочності сприйняття й передачі інформації. Тривимірні зображення використовуються в медицині (комп'ютерна томографія), картографії, поліграфії, геофізиці, ядерній фізиці й іншим областям. Телебачення й інші галузі індустрії розваг використовують анімаційні засоби комп'ютерної графіки (комп'ютерні ігри, фільми). Загальноприйнятою практикою вважається також використання комп'ютерного моделювання при навчанні пілотів і представників інших професій (тренажери). Знання основ комп'ютерної графіки зараз необхідно й інженерові, і вченому.
|
|
|
Кінцевим результатом застосування засобів комп'ютерної графіки є зображення, що може використовуватися для різних цілей. Оскільки найбільша кількість інформації людина одержує за допомогою зору, уже в древні часи з'явилися схеми й карти, використовувані при будівництві, у географії й в астрономії.
|
|
|
Сфера застосування комп'ютерної графіки включає чотири основних області.
1. Відображення інформації
Проблема подання накопиченої інформації (наприклад, даних про кліматичні зміни за тривалий період, про динамік популяцій тваринного миру, про екологічний стан різних регіонів і т.п.) найкраще може бути вирішена за допомогою графічного відображення.
2. Проектування
У будівництві й техніку креслення давно являють собою основу проектування нових споруджень або виробів. Сьогодні існують розвинені програмні засоби автоматизації проектно-конструкторських робіт (САПР), що дозволяють швидко створювати креслення об'єктів, виконувати різні розрахунки й т.п. Вони дають можливість не тільки зобразити проекції виробу, але й розглянути його в об'ємному виді з різних сторін. Такі засоби також надзвичайно корисні для дизайнерів інтер'єра, ландшафту.
3. Моделювання
Під моделюванням у цьому випадку розуміється імітація різного роду ситуацій, що виникають, наприклад, при польоті літака або космічного апарата, русі автомобіля й т.п. В англійській мові це найкраще передається терміном simulation. Але моделювання використовується не тільки при створенні різного роду тренажерів. Крім того, комп'ютерна графіка надала кіноиндустрії можливості створення спецефектів, які в колишні роки були попросту неможливі. В останні роки широко поширилася ще одна сфера застосування комп'ютерної графіки - створення віртуальної реальності.
|
|
|
4. Графічний користувальницький інтерфейс
На ранньому етапі використання дисплеїв як одного з пристроїв комп'ютерного виводу інформації діалог " людина-комп'ютер" в основному здійснювався в алфавітно-цифровому виді. Тепер же практично всі системи програмування застосовують графічний інтерфейс.
У сучасній комп'ютерній графіці можна виділити наступні основні напрямки: образотворча комп'ютерна графіка, обробка й аналіз зображень, аналіз сцен (перцептивна комп'ютерна графіка), комп'ютерна графіка для наукових абстракцій (когнітивна комп'ютерна графіка, тобто графіка, що сприяє пізнанню).
Образотворча комп'ютерна графіка своїм предметом має синтезовані зображення. Основні види завдань, які вона вирішує, зводяться до наступним:
- побудова моделі об'єкта й формування зображення;
- перетворення моделі й зображення;
- ідентифікація об'єкта й одержання необхідної інформації.
|
|
|
Обробка й аналіз зображень стосуються в основному дискретного (цифрового) подання фотографій і інших зображень. Засоби комп'ютерної графіки тут використовуються для:
- підвищення якості зображення;
- оцінки зображення - визначення форми, місця розташування, розмірів і інших параметрів необхідних об'єктів;
- розпізнавання образів - виділення й класифікації властивостей об'єктів (при обробці аерокосмічних знімків, уведенні креслень, у системах навігації, виявлення й наведення).
Аналіз сцен пов'язаний з дослідженням абстрактних моделей графічних об'єктів і взаємозв'язків між ними. Об'єкти можуть бути як синтезованими, так і виділеними на фотознімках. До таких завдань ставляться, наприклад, моделювання "машинного зору" (роботи), аналіз рентгенівських знімків з виділенням і відстеженням об'єкта, що цікавить (внутрішнього органа), розробка систем відеоспостереження.
Когнітивна комп'ютерна графіка - тільки новий напрямок, що формується, поки ще недостатньо чітко обкреслене. Це - комп'ютерна графіка для наукових абстракцій, що сприяє народженню нового наукового знання. Технічною основою для неї є потужні ЕОМ і високопродуктивні засоби візуалізації.
Комп'ютерна графіка оперує об'єктами (моделями) і їхніми властивостями й параметрами. Властивості об'єкта – це такі його характеристики, що не відносяться до його форми, наприклад, колір, можливість випромінювати чи відбивати світло і т.п. Параметри об'єкта – це ті характеристики, що описують його форму й місце розташування в просторі.
1. Об'єкт – це геометрична фігура, джерело світла, камера і т.п., із якого будується зображення. Любий об'єкт можна визначити як деяку сукупність вершин – точок у тривимірному просторі. Вершини з'єднуються між собою прямими (ребрами) чи сегментами кривих.
2. Анімація – це зміна параметрів об'єктів у часі.
3. Трансформація – це деформація простору (трансформація проекцій, що включає обертання, переміщення; непропорційне масштабування уздовж координатних осей, – перспективні трансформації, і їхньої комбінації) .
4. Примітив – це фігура (точка, лінія, багатокутник, бітовий масив чи образ), що малюється, зберігається й використовується як єдина дискретна сутність.
5. Геометрична модель – вершини в координатах об'єкта, і параметри, що цей об'єкт описують.
6. Сцена – це набір об'єктів, об'єднаних для створення дії чи зображення.
7. Моделювання – процес створення моделей і наділення їхніми властивостями й параметрами.
Коротка історія
Першою офіційно визнаною спробою використання дисплея для виводу зображення з ЕОМ з'явилося створення в Масачусетському технологічному університеті машини Whirlwind-I в 1950 році. Таким чином, виникнення комп'ютерної графіки можна віднести до 1950-х років. Сам же термін "комп'ютерна графіка" придумав в 1960 р. співробітник компанії Boeing У. Феттер.
Перше реальне застосування комп'ютерної графіки зв'язують із ім'ям Дж. Уїтні. Він займався кіновиробництвом в 60-х роках і вперше використовував комп'ютер для створення титрів до кінофільму.
Наступним кроком у своєму розвитку комп'ютерна графіка зобов'язана Айвену Сазерленду, що в 1961 р., ще будучи студентом, створив програму малювання, названу їм Sketchpad (альбом для малювання). Програма використовувала світлове перо для малювання найпростіших фігур на екрані.
Спочатку комп'ютерна графіка була векторної, тобто зображення формувалося з тонких ліній. Ця особливість була пов'язана з технічною реалізацією комп'ютерних дисплеїв. Надалі більше широке застосування одержала растрова графіка, заснована на поданні зображення на екрані у вигляді матриці однорідних елементів (пикселей).
У тім же 1961 р. студент Стів Рассел створив першу комп'ютерну відеогру Spacewar ("Зоряна війна"), а науковий співробітник Bell Labs Едвард Зеджек створив анімацію "Simulation of a two-giro gravity control system".
У зв'язку з успіхами в області комп'ютерної графіки великі корпорації почали проявляти до неї інтерес, що у свою чергу стимулювало прогрес в області її технічної підтримки.
Університет штату Юта стає центром досліджень в області комп'ютерної графіки завдяки Д.Евансу й А.Сазерленду, які в цей час були самими помітними фігурами в цій області. Пізніше їхнє коло стало швидко розширюватися. Учнем Сазерленда став Э.Кетмул, майбутній творець алгоритму видалення невидимих поверхонь із використанням Z-Буфера (1978). Тут же працювали Дж.Варнок, автор алгоритму видалення невидимих граней на основі розбивки області (1969) і засновник Adobe System (1982), Дж.Кларк, майбутній засновник компанії Silicon Graphics (1982). Всі ці дослідники дуже сильно просунули алгоритмічну сторону комп'ютерної графіки.
У тім же 1971 р. Гольдштейн і Нагель уперше реалізували метод трасування променів з використанням логічних операцій для формування тривимірних зображень.
В 1977 р. з'являється новий журнал "Computer Graphics World".
У середині 1970-х років графіка продовжує розвиватися убік все більшої реалістичності зображень. Э.Кетмул в 1974 р. створює перші алгоритми текстурування криволінійних поверхонь. В 1975 р. з'являється згаданий раніше метод зафарбовування Фонга. В 1977 р. Дж.Млинець пропонує алгоритми реалістичного зображення шорсткуватих поверхонь (мікрорельєфів); Ф.Кроу розробляє методи усунення східчастого ефекту при зображенні контурів (антиелайзинг). Дж.Брезенхем створює ефективні алгоритми побудови растрових образів відрізків, окружностей і еліпсів. Рівень розвитку обчислювальної техніки до цього часу вже дозволив використовувати "жадібні" алгоритми, що вимагають більших обсягів пам'яті, і в 1978 р. Кетмул пропонує метод Z-Буфера, у якому використовується область пам'яті для зберігання інформації про "глибину" кожного пікселя екранного зображення. У цьому ж році Сайрус і Бек розвивають алгоритми клипірування (відсікання) ліній. А в 1979 р. Кей і Грінберг уперше реалізують зображення напівпрозорої поверхні.
В 1980 р. Т.Уіттед розробляє загальні принципи трасування променів, що включають відбиття, переломлення, затінення й методи антиелайзинга. В 1984 р. групою дослідників (Горел, Торренс, Гринберг і ін.) була запропонована модель випромінювальності, одночасно розвиваються методи прямокутного кліпування областей.
В 1980-і роки з'являється цілий ряд компаній, що займаються прикладними розробками в області комп'ютерної графіки. В 1982 р. Дж.Кларк створює Silicon Graphics, тоді ж виникає Ray Tracing Corporation, Adobe System, в 1986 р. компанія Pixar відокремлюється від Lukasfilm.
У ці роки комп'ютерна графіка вже міцно впроваджується в кіноіндустрію, розвиваються додатки до інженерних дисциплін. В 1990-е роки у зв'язку з виникненням мережі Internet у комп'ютерної графіки з'являється ще одна сфера додатка.
Неважко помітити, що пріоритет у розвитку даного напрямку в інформаційних технологіях досить міцно втримують американські дослідники. Але й у вітчизняній науці теж були свої розробки, серед яких можна назвати ряд технічних реалізацій дисплеїв, виконаних у різні роки:
1968, ОЦ АН СРСР, машина БЕСМ-6, імовірно, перший вітчизняний растровий дисплей з відеопам'яттю на магнітному барабані;
1972, Інститут автоматики і електрометрії (Київ), векторний дисплей "Символ";
1973, Київ, векторний дисплей "Дельта";
1977, Київ, векторний дисплей ЕПГ-400;
1982, Київ, НДІ периферійного встаткування, векторний дисплей СМ-7316, 4096 символів;
1979-1984, Інститут прикладної фізики, серія растрових кольорових напівтонових дисплеїв "Гама". Останні дисплеї даної серії мали таблицю кольоровості, підтримували вікна, плавне масштабування.
Таким чином, у процесі розвитку комп'ютерної графіки можна виділити кілька етапів.
В 1970-і роки вона формувалася як наукова дисципліна. У цей час розроблялися основні методи й алгоритми: відсікання, растрове розгорнення графічних примітивів, зафарбування візерунками, реалістичне зображення просторових сцен (видалення невидимих ліній і граней, трасування променів, що випромінюють поверхні), моделювання освітленості.
В 1980-е графіка розвивається більше як прикладна дисципліна. Розробляються методи її застосування у всіляких областях людської діяльності.
В 1990-е роки методи комп'ютерної графіки стають основним засобом ор-ганізації діалогу "людина-комп'ютер" і залишаються такими по теперішній час.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 641; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!