Компьютерная графика
Компьютерная графика — создание изображений с помощью компьютеров. Сегодня компьютерная графика является ключевой технологией в цифровой фотографии, кино, видеоиграх, дисплеях мобильных телефонов и компьютеров, а также во многих специализированных приложениях. Было разработано большое количество специализированного оборудования и программного обеспечения, при этом дисплеи большинства устройств управляются аппаратными средствами компьютерной графики. Это обширная и недавно разработанная область компьютерных наук. Это выражение было придумано в 1960 году исследователями компьютерной графики Верном Хадсоном и Уильямом Феттером из Boeing. Нехудожественные аспекты компьютерной графики являются предметом компьютерных исследований.[1]
Некоторые темы компьютерной графики включают дизайн пользовательского интерфейса, спрайт-графику, рендеринг, трассировку лучей, обработку геометрии, компьютерную анимацию, векторную графику, 3D-моделирование, шейдеры, дизайн графического процессора, неявные поверхности, визуализацию, обработку изображений, вычислительную фотографию, научную визуализацию, вычислительную технику, вычислительную геометрию и компьютерное зрение, среди прочего. Общая методология сильно зависит от фундаментальных наук, таких как геометрия, оптика, физика и восприятие.
Компьютерная графика отвечает за эффективное и значимое для потребителя отображение произведений искусства и изображений. Она также используется для обработки данных изображений, полученных из физического мира, например фото- и видеоконтента. Развитие компьютерной графики оказало значительное влияние на многие типы медиа и произвело революцию в анимации, фильмах, рекламе и видеоиграх в целом.
Обзор[править]
Термин компьютерная графика использовался в широком смысле для описания «почти всего на компьютере, кроме текста или звука»[2]. Обычно термин компьютерная графика означает несколько разных вещей:
- представление и обработка данных изображения с помощью компьютера
- различные технологии, используемые для создания и обработки изображений
- методы цифрового синтеза и обработки визуального контента
Сегодня широко распространена компьютерная графика. Такие изображения можно найти на телевидении, в газетах, в сводках погоды, а также во время различных медицинских исследований и хирургических процедур. Хорошо построенный график может представлять сложную статистику в более простой для понимания и интерпретации форме. В СМИ такие графики используются для иллюстрации статей, отчетов, тезисов и другого презентационного материала.[3]
Для визуализации данных было разработано множество инструментов. Компьютерные изображения можно разделить на несколько различных типов: двухмерные (2D), трехмерные (3D) и анимированная графика. По мере развития технологий трехмерная компьютерная графика стала более распространенной, но двухмерная компьютерная графика все еще широко используется. Компьютерная графика возникла как подраздел компьютерных наук, изучающий методы цифрового синтеза и обработки визуального контента. За последнее десятилетие были развиты другие специализированные области, такие как визуализация информации и научная визуализация, больше относящаяся к «визуализации трехмерных явлений (архитектурных, метеорологических, медицинских, биологических и т. д.), где упор делается на реалистичную визуализацию объемов, поверхности, источники освещения и т. д., возможно, с динамической (временной) составляющей».[4]
Концепции и принципы[править]
Изображения обычно создаются такими устройствами, как камеры, зеркала, линзы, телескопы, микроскопы и т. д.
Цифровые изображения включают как векторные изображения, так и растровые изображения, но чаще используются растровые изображения.
Пиксель[править]
В цифровом изображении пиксель (или элемент изображения[5]) представляет собой единственную точку в растровом изображении. Пиксели размещаются на обычной двухмерной сетке и часто представлены точками или квадратами. Каждый пиксель — это образец исходного изображения, где большее количество образцов обычно обеспечивает более точное представление оригинала. Интенсивность каждого пикселя варьируется; в цветовых системах каждый пиксель обычно состоит из трех компонентов, таких как красный, зеленый и синий.
Графика — это визуальное представление на поверхности, например на экране компьютера. Примеры: фотографии, рисунки, графические изображения, карты, инженерные чертежи или другие изображения. Графика часто совмещает текст и иллюстрацию. Графический дизайн может состоять только из преднамеренного выбора, создания или расположения типографики, как в брошюре, флаере, плакате, веб-сайте или книге без каких-либо других элементов. Ясность или эффективное общение может быть целью, может быть вызвана ассоциация с другими элементами культуры или просто создание отличительного стиля.
Примитивы[править]
Примитивы — это базовые единицы, которые графическая система может комбинировать для создания более сложных изображений или моделей. Примерами могут служить спрайты и карты персонажей в 2D-видеоиграх, геометрические примитивы в САПР или многоугольники или треугольники в 3D-рендеринге. Примитивы могут поддерживаться аппаратными средствами для эффективного рендеринга или строительными блоками, предоставляемыми графическим приложением.
Рендеринг[править]
Рендеринг — это создание 2D-изображения из 3D-модели с помощью компьютерных программ. Файл сцены содержит объекты на строго определенном языке или в структуре данных; он будет содержать информацию о геометрии, точке обзора, текстуре, освещении и затенении как описание виртуальной сцены. Данные, содержащиеся в файле сцены, затем передаются в программу рендеринга для обработки и вывода в файл цифрового изображения или растрового графического изображения. Программа рендеринга обычно встроена в программное обеспечение для компьютерной графики, хотя другие доступны в виде плагинов или полностью отдельных программ. Термин «рендеринг» может быть по аналогии с «рендерингом художника» сцены. Хотя технические детали методов рендеринга различаются, общие проблемы, которые необходимо преодолеть при создании 2D-изображения из 3D-представления, хранящегося в файле сцены, обозначены как графический конвейер вдоль устройства рендеринга, такого как графический процессор. Графический процессор — это устройство, помогающее процессору в вычислениях. Если сцена должна выглядеть относительно реалистичной и предсказуемой при виртуальном освещении, программное обеспечение визуализации должно решить уравнение визуализации. Уравнение визуализации не учитывает все явления освещения, но представляет собой общую модель освещения для компьютерных изображений. «Рендеринг» также используется для описания процесса расчета эффектов в файле редактирования видео для получения окончательного видеовыхода.
3D-моделирование[править]
3D-моделирование — это процесс разработки математического каркасного представления любого трехмерного объекта, называемого «3D-моделью», с помощью специализированного программного обеспечения. Модели могут создаваться автоматически или вручную; процесс ручного моделирования подготовки геометрических данных для компьютерной 3D-графики аналогичен пластическому искусству, например, скульптуре. 3D-модели могут быть созданы с использованием нескольких подходов: использование NURB для создания точных и гладких участков поверхности, моделирование полигональной сетки (манипулирование фасетной геометрией) или разбиение полигональной сетки (расширенная тесселяция полигонов, приводящая к гладким поверхностям, подобным моделям NURB). 3D-модель может отображаться как двухмерное изображение с помощью процесса, называемого 3D-рендерингом, используемого при компьютерном моделировании физических явлений или непосредственно анимированного для других целей. Модель также можно физически создать с помощью устройств для 3D-печати.
Источники[править]
- ↑ ACM Computing Classification System ToC (англ.). Проверено 28 апреля 2020.
- ↑ What is Computer Graphics?, Cornell University Program of Computer Graphics. Last updated 04/15/98. Accessed November 17, 2009.
- ↑ University of Leeds ISS (2002). «What are computer graphics?» Архивировано из первоисточника 2015-01-06.. Last updated: 22 September 2008
- ↑ Michael Friendly (2008). «Milestones in the history of thematic cartography, statistical graphics, and data visualization».
- ↑ Graf Rudolf F. Modern Dictionary of Electronics. — Oxford, England: Newnes, 1999. — ISBN 0-7506-4331-5.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||