Компьютерная графика

""

 

Компьютерная графика - области ее применения

 

Научная графика. Изначально компьютеры были предназначены для использования в научных целях, а также для оптимизации производственных процессов. Для более точного прочтения результатов работы их обрабатывали графически, готовили чертежи и диаграммы, рассчитывали конструкции с помощью компьютера. Первые машинные графики были выполнены посредством символьной печати, вскоре после этого возникли новые аппараты – графопостроители, которые создавали чертежи и схемы, вычерчивая их чернильным пером. В настоящее время компьютерная графика применяется в науке для вычислений и наглядной демонстрации результатов на бумаге. 

   

Деловая графика (инфографика) необходима для слаженной работы учреждений. Она помогает продемонстрировать результаты и показатели работы государственных и коммерческих учреждений. С помощью графики создаются схемы, отчетность, статистика, сводки, электронные таблицы и пр., и преподносятся в виде иллюстрированного материала. В НИИ, архитекторских, конструкторских бюро – везде, где создается новая техника, широко применяется конструкторская графика. Это неотъемлемая часть систем автоматизации проектирования. Графика незаменима для получения всех видов изображения – как плоских, так и трехмерных.

 

Иллюстративная графика представляет собой рисование на экране компьютера в произвольной форме. Программы, предназначенные для такого рисования или черчения, называют графическими редакторами. 

   

Рекламная графика, как и художественная, приобрела популярность благодаря масс-медиа: телевидению и кино. Сегодня на компьютере рисуют видеоигры, мультфильмы, ролики, уроки и т.д. Программное обеспечение для таких видов работ требует значительной памяти и мощности компьютера.

С помощью художественной графики можно создавать любые сцены, изображения и персонажей, оживлять их и заставлять двигаться. Это довольно долгий и трудоемкий процесс, поскольку создание трехмерных движущихся изображений требует сложных вычислений, например, реалистичности освещения можно добиться, лишь учитывая законы оптики и пр. 

 

С помощью компьютерной анимации получают движущиеся изображения. Первый этап работы принадлежит художнику: ему необходимо нарисовать первое и последнее положение объекта. Все промежуточные этапы выполняет компьютер, математически рассчитывая каждое движение. Иллюзия движение создается путем последовательного выведения рисунков на экран.  

  

 

 

Мультимедиа

 

– это совокупность звука и изображения на экране. Чаще всего используется в рекламе и развлекательном бизнесе. 

Вся компьютерная графика делится на несколько типов: 

 

2D, (двухмерная графика). Она получила свое название от типа представления графической информации (два измерения), и способа последующей обработки изображения. 

 

Векторная графика работает с геометрическими изображениями: точками, прямыми, треугольниками и некоторыми кривыми. Каждому изображению присваивается своя характеристика: цвет, толщина линии и т.д. Готовое изображение сохраняют как набор чисел, векторов и координат. 

Векторные изображения легко редактируются. Можно изменять их масштаб, поворачивать, сжимать и деформировать. Векторная графика позволяет проще имитировать трехмерные изображения. Для преобразования векторного изображения нужно лишь стереть старое (или только его часть) и построить новое. При этом математические характеристики рисунка остаются неизменными, изменения касаются лишь некоторой их части (коэффициентов и пр.).

В процессе преобразования растровой картинки возникают определенные сложности. Поскольку в основе лежит набор пикселей, во время преобразования возникает необходимость замены их количества на большее или меньшее (при увеличении или уменьшении соответственно). Самый простой способ – заменить один большой пиксель несколькими меньшими (сохранив тот же цвет), например, метод Nearest Neighbour. Более современные и продвинутые способы замены пикселей (такой способ масштабирования используются в программе Adobe Photoshop) – те, при которых цвет новых пикселей получают путем вычисления кода соседних. Это так называемый метод интерполяции – билинейная и бикубическая. 

Тем не менее, не каждая картинка представляет собой набор из примитивов. Этот способ применим чаще всего для создания шрифтов, диаграмм, графических таблиц, а также для развлекательных роликов, рекламы, мультфильмов, компьютерных игр и т.д.

 

Растровая графика работает с матрицей пикселей, это так называемый двухмерный массив. Каждый из пикселей имеет свой показатель прозрачности, яркости, цвета и пр., а также совокупность и вариации этих показателей. Растровое изображение имеет определенное количество столбцов и строчек. 

 Для того чтобы избежать потерь растровые изображения можно уменьшать, но при этом, часть рисунка может быть уничтожена безвозвратно (в отличие от векторного представления). Если же растровые изображения увеличивать, это может привести к деформации изображения, а именно – увеличению квадратов разных оттенков (тех, которые раньше представляли собой пиксели). Этот эффект хорошо знаком всем, кто сталкивался с увеличением картинки низкого разрешения – на месте картинки появляется хаотичный набор из разноцветных кубиков, изображение деформируется. 

Растровая графика позволяет представить практически все виды изображения, но, тем не менее, и у этого метода есть множество недостатков. Хранение растровых изображений требует огромного объема памяти для эффективной работы с ними, а также неизбежны потери во время редактирования таких картинок. 

 

Фрактальная графика. Так называемый фрактал – это объект, чьи отдельные элементы имеют те же свойства, что и родительские структуры. Этот объект возможно описать только при помощи нескольких математических уравнений, так как элементы, меньшие по масштабу, детально описываются только по простому алгоритму. 

С помощью фракталов возможно описать сразу несколько групп изображений. Плюс этого способа заключается в том, что для него не нужно большого объема памяти компьютера. К минусам можно отнести только то, что с помощью фракталов описываются изображения определенных классов. Все, что выпадает из этих классов, фракталы описать не в состоянии. 

С помощью трехмерной графики (три измерения) можно оперировать объектами, находящимися в трехмерном пространстве. Результаты этого выглядят как проекция, обычная плоская картинка. Трехмерная графика повсеместно применяется в создании фильмов, мультфильмов, рекламных роликов, компьютерных игр, презентаций и многого другого. 

Через призму трехмерной графики объекты выглядят как совокупность различных частиц, элементов, поверхностей. Самая минимальная поверхность – полигон – чаще всего представляет собой треугольник. 

Визуальные преобразования 3D-графики управляются матрицами (как, например, аффинное преобразование в линейной алгебре). В компьютерной 3D-графике применяются следующие виды матриц:

  • матрица поворота;
  • матрица сдвига;
  • матрица масштабирования. 

Каждый полигон в матрице – это определенный набор из координат его вершин. Например, треугольник имеет три вершины, координаты каждой из которых – это вектор (x, y, z). Для того чтобы получить новый вектор, необходимо умножить каждый вектор на соответствующую ему матрицу. И так далее: получить новый полигон возможно, проделав подобные манипуляции с каждой из его вершин, а новый объект – путем преобразования всех имеющихся полигонов. Таким образом, возникает объект другого масштаба, повернутый или сдвинутый относительно первого объекта. 

   

CGI-графика (переводится с английского языка как «изображения, которые сгенерировал компьютер») представляет собой различные виды изображений, как статичные, так и движущиеся. Компьютер генерирует эти изображения, используя метод трехмерной графики. Эти изображения в современном мире широко применяются для создания фильмов, клипов, рекламных роликов, а также в симуляторах, на телевидении и изобразительном искусстве. Спектр действия компьютерной графики охватывает почти все области современной жизни. 

Движущиеся объекты – область действия компьютерной анимации. Это ответвление CGI-графики, чаще всего применяющееся в мультипликации и кинематографе. Анимация позволяет воплотить в жизнь спецэффекты, которых невозможно снять обычной камерой или смонтировать, и персонажей, не существующих в действительности, чей образ невозможно воплотить при помощи грима.