ВИКТОРОВА Т.С., ПАРФЕНОВ С.Д.
СИСТЕМЫ
КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
ТОМ 13
2012
УДК 004.92
ББК 32.973
В – 43
Викторова Т.С., Парфенов С.Д. Системы компьютерной графики. Учебное пособие, том 13 - Вязьма: филиал ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, 2012. – 165с.
Учебное пособие разработано с учетом требований Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО).
Рекомендовано Методическим советом филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений.
Напечатано в РИЦ филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, ул. Просвещения, д. 6а.
Тираж: 50 экз.
Подписано в печать: 29.12.2012 г.
ISBN 978-5-902327-95-0
©Т.С.Викторова, С. Д. Парфенов, 2012
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
1 Введение в компьютерную графику 7
1.1 Определение и основные задачи компьютерной графики 7
1.2 История развития компьютерной (машинной) графики 11
1.3 Области применения компьютерной графики 19
1.4 Виды компьютерной графики 22
1.5 Аппаратное обеспечение компьютерной графики 30
2 Представление графических данных 58
2.1 Параметры графических форматов 58
2.2 Алгоритмы сжатия изображений 68
2.3 Понятие цвета и его характеристики 71
2.5 Зрительный аппарат человека 89
2.6 Цветовые модели и их виды 91
3 Фрактальная графика 105
3.1 Понятие фрактала и история появления фрактальной графики 105
3.2 Понятие размерности и ее расчет 108
3.3 Геометрические фракталы 109
3.4 Алгебраические фракталы 109
3.5 Стохастические фракталы 111
3.6 Системы итерируемых функций (IFS – Iterated Function Systems) 112
3.7 Фракталы и хаос 112
4 Растровая графика 114
4.1 Растровая графика, общие сведения 114
4.2 Растровые представления изображений 115
4.3 Виды растров 117
4.4 Факторы, влияющие на количество памяти, занимаемой растровым изображением 119
4.5 Геометрические характеристики растра 120
4.6 Средства для работы с растровой графикой 125
5 Базовые растровые алгоритмы 128
5.1 Алгоритм вывода прямой линии 128
5.2 Алгоритмы двумерной растровой графики: рисование окружностей и эллипсов 132
5.3 Алгоритмы двумерной растровой графики: закрашивание 134
5.4 Алгоритм закрашивания линиями 135
5.5 Алгоритм закраски многоугольников 137
5.6 Алгоритм закраски произвольной области с затравкой 139
5.7 Алгоритмы вывода фигур 140
6 Векторная графика 144
6.1 Векторная графика, общие сведения 144
6.2 Элементы (объекты) векторной графики. Объекты и их атрибуты 145
6.3 Цвет в векторной графике 146
6.4 Достоинства векторной графики 148
6.5 Недостатки векторной графики 149
6.6 Применение векторной графики 149
6.7 Векторная графика в Интернете 152
6.8 Средства для создания векторных изображений 156
6.9 Растровая и векторная графика 157
7 Трехмерная графика 159
7.1 Основные понятия трехмерной графики 159
7.2 Программные средства обработки трехмерной графики 163
Литература 165
ВВЕДЕНИЕ
С развитием современных цифровых технологий и увеличением их роли в сферах творческого и интеллектуального труда появляются новые профессии, основанные на прикладном использовании этих технологий на производстве. Например, «дизайнер компьютерной графики». Эта специальность повсеместно встречается в телевизионных, рекламных и издательских фирмах, в художественных и оформительских отделах компаний, специализирующихся на разработке программного обеспечения. Однако в сложившейся системе образования нашей страны пока практически не готовятся специалисты этой профессии, востребованные на современном рынке труда.
На сегодняшний день компьютерной графикой в основном занимаются люди, имеющие техническое образование, в то время как художники пока относятся к компьютерным технологиям без должного внимания. Поэтому большинство современных дизайнеров — это самоучки-компьютерщики, как правило, с отсутствующим или фрагментарным художественным образованием. Предлагаемая в данном пособии программа создана в русле поиска решения этих проблем. Работать «на дому», периодически выполняя небольшие заказы от рекламных компаний, — это популярный способ самостоятельно обеспечить свою жизнь для тех молодых людей, которые владеют необходимыми знаниями и умениями. Тем более что для выполнения работы дизайнера на компьютере зачастую хватает обычного домашнего компьютера. В Европе такой способ работы (Homemaker's) практикуют небольшие рекламные компании, для которых выгоднее заказать работу частному художнику — компьютерному графику, чем держать его в штате постоянных сотрудников.
Цифровым может быть названо изображение, созданное с использованием компьютерной программы — графического редактора. Это может быть слайд, рисунок, текстура, трехмерная сцена, фотография или нечто подобное в электронном виде. Как создается цифровое изображение? Его можно создать, например, сканером или цифровым фотоаппаратом, а затем отредактировать в программе для обработки изображений, например Adobe Photoshop или Corel PHOTO-PAINT или каких-то других, более удобных для вас программах. После вывода изображения на экране компьютера вы можете изменять его цвета, ретушировать, поворачивать, изгибать, искажать.
Существуют также специальные программы, такие как Corel Painter, предоставляющие возможности создания рисунков с нуля, выбрав для этого нужные электронные кисти и краску. Электронное перо в руке (или графическая мышь) рисует в программе Painter так же, как цветные карандаши на обычной бумаге. Электронная технология позволяет имитировать цветные мелки и смешивать различные цвета красок. Когда изображение будет создано, его можно сохранить на диске или распечатать.
1 ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНУЮ ГРАФИКУ
1.1 Определение и основные задачи компьютерной графики
При обработке информации, связанной с изображением на мониторе, принято выделять три основных направления: распознавание образов, обработку изображений и машинную графику.
Основная задача распознавания образов состоит в преобразовании уже имеющегося изображения на формально понятный язык символов. Распознавание образов или система технического зрения (COMPUTER VISION) – это совокупность методов, позволяющих получить описание изображения, поданного на вход, либо отнести заданное изображение к некоторому классу (так поступают, например, при сортировке почты). Одной из задач COMPUTER VISION является так называемая скелетизация объектов, при которой восстанавливается некая основа объекта, его «скелет».
Обработка изображений (IMAGE PROCESSING) рассматривает задачи, в которых и входные и выходные данные являются изображениями. Например, передача изображения с устранением шумов и сжатием данных, переход от одного вида изображения к другому (от цветного к черно–белому) и т.д. Таким образом, под обработкой изображений понимают деятельность над изображениями (преобразование изображений). Задачей обработки изображений может быть как улучшение в зависимости от определенного критерия (реставрация, восстановление), так и специальное преобразование, кардинально изменяющее изображения (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Преображение изображения
Ограничимся работой только с цифровым изображением. Цифровые преобразования по цели преобразования можно разделить на два типа:
реставрация изображения компенсирование имеющегося искажения (например, плохие условия фотосъемки);
улучшение изображения это искажение изображения с целью улучшения визуального восприятия или для преобразования в форму, удобную для дальнейшей обработки.
Компьютерная (машинная) графика (Computer graphics) воспроизводит изображение в случае, когда исходной является информация неизобразительной природы. Например, визуализация экспериментальных данных в виде графиков, гистограмм или диаграмм, вывод информации на экран компьютерных игр, синтез сцен на тренажерах.
Компьютерная графика в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении для разнообразных изображений от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности и восприятия, передачи информации. Применяется в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д. Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени программистских коллективов, выпускающих программы массового применения.
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.
Компьютерная графика – это наука, предметом изучения которой является создание, хранение и обработка моделей и их изображений с помощью ЭВМ, т.е. это раздел информатики, который занимается проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.
В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи:
представление изображения в компьютерной графике;
подготовка изображения к визуализации;
создание изображения;
осуществление действий с изображением.
Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью компьютера. Под графической информацией понимаются модели объектов и их изображения.
В случае, если пользователь может управлять характеристиками объектов, то говорят об интерактивной компьютерной графике, т.е. способность компьютерной системы создавать графику и вести диалог с человеком. В настоящее время почти любую программу можно считать системой интерактивной компьютерной графики.
Интерактивная компьютерная графика – это так же использование компьютеров для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь имеет возможность оперативно вносить изменения в изображение непосредственно в процессе его воспроизведения, т.е. предполагается возможность работы с графикой в режиме диалога в реальном масштабе времени.
Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления.
Исторически первыми интерактивными системами считаются системы автоматизированного проектирования (САПР), которые появились в 60-х годах. Они представляют собой значительный этап в эволюции компьютеров и программного обеспечения. В системе интерактивной компьютерной графики пользователь воспринимает на дисплее изображение, представляющее некоторый сложный объект, и может вносить изменения в описание (модель) объекта. Такими изменениями могут быть как ввод и редактирование отдельных элементов, так и задание числовых значений для любых параметров, а также иные операции по вводу информации на основе восприятия изображений.
Системы типа САПР активно используются во многих областях, например в машиностроении и электронике. Одними из первых были созданы САПР для проектирования самолетов, автомобилей, системы для разработки микроэлектронных интегральных схем, архитектурные системы. Такие системы на первых порах функционировали на достаточно больших компьютерах. Потом распространилось использование быстродействующих компьютеров среднего класса с развитыми графическими возможностями – графических рабочих станций. С ростом мощностей персональных компьютеров все чаще САПР использовали на дешевых массовых компьютерах, которые сейчас имеют достаточные быстродействие и объемы памяти для решения многих задач. Это привело к широкому распространению систем САПР.
Сейчас становятся все более популярными геоинформационные системы (ГИС). Это относительно новая для массовых пользователей разновидность систем интерактивной компьютерной графики. Они аккумулируют в себе методы и алгоритмы многих наук и информационных технологий. Такие системы используют последние достижения технологий баз данных, в них заложены многие методы и алгоритмы математики, физики, геодезии, топологии, картографии, навигации и, конечно же, компьютерной графики. Системы типа ГИС зачастую требуют значительных мощностей компьютера как в плане работы с базами данных, так и для визуализации объектов, которые находятся на поверхности Земли. Причем, визуализацию необходимо делать с различной степенью детализации – как для Земли в целом, так и в границах отдельных участков. В настоящее время заметно стремление разработчиков ГИС повысить реалистичность изображений пространственных объектов и территорий.
Работа с компьютерной графикой – одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агентствам, но часто обходятся собственными силами и доступными программными средствами.
На современном рынке молодых специалистов существует большой спрос на специалистов по компьютерной графике со стороны производственных предприятий.
В последнее время вопросы изучения компьютерной графики широко внедряются в рабочие программы для различных специальностей вузов России. Более того, этот процесс приводит к существенной трансформации самих специальностей, таких как «Дизайн», «Архитектура», «Дизайн архитектурной среды», «Изобразительное искусство и черчение» и ряда других.
Наряду с отмеченной тенденцией изменения традиционных курсов развитие информационных технологий привело к возникновению ряда новых дисциплин типа «Дизайн рекламы» или «Электронная коммерция», содержание которых в значительной степени базируется на инструментальных средствах компьютерной графики.
Обложки журналов, рекламная печатная продукция, газет, рекламные ролики по телевидению, фильмы, корпоративные презентации, компакт-диски, Интернет — это все области применения компьютерной графики, основу которой составляет работа с цифровыми изображениями. Большая часть тих изображений была создана, отретуширована, исправлена, увеличена и раскрашена на компьютере.
Часто более эффективно и экономически выгодно создавать изображения на компьютере, нежели с использованием традиционных методов. Это связано с тем, что цифровые изображения проще хранить, тиражировать, улучшать и компоновать текстами или другими информационными средствами. Современный мир немыслим без компьютерной обработки графической информации. Это необходимо не только профессионалам, создающим мультфильмы и спецэффекты, компьютерные игры и книжные иллюстрации. Деловая графика в офисе также становится все более привычной. Компьютерная графика широко используется для создания презентационных материалов, используемых на лекциях в университетах, школьных уроках и различных совещаниях.
Сегодня работа с графикой на компьютере все больше становится элементом компьютерной грамотности и скрывается за фразой «Требуется умение работать на ПК» (т. е. персональном компьютере) во многих объявлениях о приеме на работу.
1.2 История развития компьютерной (машинной) графики
Компьютерная графика насчитывает в своем развитии не более десятка лет, а ее коммерческим приложениям – и того меньше. Андриес ван 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 «What you see is what you get» – «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 Ньюмен «по–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 (таблица 1.1).
Таблица 1.1 - Основные даты истории компьютерной графики
| Дата | События и технологии |
| 1956 | Первые эксперименты Бена Лапоски «oscillons» (США, с 1950г) и Герберта Франка (Германия). Эта дата была определена Jasia Reichardt как начало Компьютерного Искусства |
| 1957 | Получено первое цифровое изображение в Национальном Бюро Стандартов (США) |
| 1958 | Сэр Джон Уитни использует аналоговый компьютер для создания анимации (США) |
| 1959 | Выставка «Экспериментальная эстетика» в музее Angewandte Kunst (Вена, Австрия), показ «oscillons» и т.д. |
| 1963 | Проводится первое соревнование по компьютерному искусству, спонсором которого выступил американский журнал Computers and Automation. В 1965 г. Его выигрывает Майкл Нолл (США) и в 1966 Фрайдер Нейк (Германия). Выходит в свет первый созданный на компьютере фильм Эдварда Зайека (Bell labs, США) Чарльз Ксури создает свои первые компьютерные работы (США) Иван Сазерленд представляет Sketchpad – программу для интерактивной работы с компьютерной графикой на конференции. Работа была начата в 1961г. |
Продолжение таблицы 1.1
| 1965 | Первая выставка цифрового искусства в Technische Hochschule в Штутгарте организованная Фрайдером Нейком, Майклом Ноллом и Джорджем Нисом. Первая выставка цифрового искусства в США в галерее Howard Wise в Нью Йорке. Были выставлены компьютерные работы Бела Джулса и Майкла Нолла. |
| 1966 | IBM присуждает звание Artist–in–Residence Сэру Джону Уитни |
| 1967 | Эксперименты в искусстве и технологии начаты в Нью Йорке группой художников и техников, включая художника Robert Rauschenberg и инженера Billy Kluver (США) |
| 1968 | Cybernetic Serendipity: Выставка компьютерных технологий и искусства, в институте современного искусства, Лондон. Курирует Джеша Ричарт (директор ICA и автор Компьютер в Искусстве). Музей современного искусства приобретает работу Ксури «Hummingbird» Джон Лэнсдаун (архитектор) и Алан Сатклиф (пионер компьютерной музыки) создают Общество Компьютерного Искусства как подразделение Британского Компьютерного Общества Бруклинский музей (США) – эксперименты в цифровом искусстве. |
| 1969 | SIGGRAPH, Special Interest Group on Computer Graphics сформировано с помощью ACM. В 1967г. по инициативе Сэма Матса и Андриас ван Дама (США) организован Special Interest Committee.Основнана CTG (Computer Technique Group) Generative Computer–Grafik публикуется первая докторская диссертация по компьютерному искусству Generative Computer–Grafik Джорджа Ниса, под руководством Макса Бенса представленную в Университете Штутгарта.(Германия) |
| 1971 | Впервые в мире проводится персональная выставка работ по компьютерному искусству; Манфред Мор, Музей современного искусства, Франция, Париж. |
Продолжение таблицы 1.1
| 1972–1973 | Ричард Шуп создает SuperPaint, 8ми битную графическую программу в исследовательском центре Xerox Palo Alto |
| 1974 | Фильм «Голод» Питера Фолдса получает Приз Жюри на Каннском фестивале кино за лучшую анимацию (Канада) |
| 1975 | Фракталы – Бенуа Мандельбро (IBM, США) |
| 1976 | Руфь Левитт публикует «Художник и компьютер» (США) |
| 1979 | 'Sunstone' анимация Эда Эмшвиллера (NYIT, США) |
| 1980 | Фирма «Quantel» представляет Paintbox |
| 1983 | Гарольд Коэн выставляет работу AARON в Tate gallery (Лондон, Великобритания) Дэвид Эм работает в лаборатории Jet Propulsion в Калифорнийском Технологическом институте |
| 1984 | Питер Перлштайн использует графическую систему в НьюЙоркском Технологическом институте Продан первый компьютер Macintosh. Так же рекламный ролик получает награду международного фестиваля рекламы фестиваля Clio |
| 1986 | Рисование светом – Дэвид Хокни, Говард Ходгкинс, Сэр Сидни Нолан и Ларри Риверс приглашены на BBС для использования Qantel Paintbox на телевидении. (Великобритания). Энди Вархол использует Amiga для создания своего автопортрета и портрета певицы Деборы Харри (США). фильм «Luxo Jr» Джона Лассетера показан на конференции Siggraph (США) Томасс и Джон Нолл, работая на Lucasfilm, пишут 24 битную графическую программу Photoshop |
| 1988 | Первый международный симпозиум по электронному искусству в г. Утрехт (Германия). Кливлендская галерея, выставка Искусство и Компьютер, г. Мидлсбороу (Великобритания) |
| 1989 | Выставка «Electronic Print» в музее Arnolfini в г. Бристоль. Под руководством Мартина Райзера. (Великобритания) Релиз Photoshop для Macintosh (США) |
Продолжение таблицы 1.1
| Ноябрь 1991г. | Catacomb Abyss - первая настоящая игра типа 3D Action |
| 1992 | Первый Digital Salon в Нью–Йорке (США) |
| 1995 | Первая конференция по CADE, Брайтон (Великобритания) |
| 1997 | В Лондоне открыта Collville Place Gallery (Великобритания) |
| 1998 | Вольфганг Лайзер основывает Музей Цифрового Искусства |
| Декабрь 2008г. | Khronos Group выпустила официальные спецификации стандарта OpenCL 1.0, поддержка которого позволяет программистам использовать вычислительную мощность многоядерных систем, в том числе и графических ускорителей |
3 декабря отмечают компьютерные графики и дизайнеры всего мира. Идея его проведения принадлежит компания Alias. Дата этого праздника была выбрана неслучайно — она единственная в году начинается со знакового сочетания символов: 3D. Интересное предложение тут же дружно поддержали 3D-аниматоры всех стран. К празднованию присоединились такие международные гиганты, как Adobe, nVidia, Wacom и многие другие компании. Сначала 3December (еще одно название Дня компьютерной графики) касался только создателей трехмерных изображений, но постепенно он охватил и все остальные отрасли, связанные с компьютерной графикой вообще.
1.3 Области применения компьютерной графики
Область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации. Конструкторы, разрабатывая новые модели автомобилей и самолетов, используют трехмерные графические объекты, чтобы представить окончательный вид изделия. Архитекторы создают на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть, как оно впишется в ландшафт.
Можно рассмотреть следующие области применения компьютерной графики.
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
Деловая графика – область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная 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
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 трехмерные изображения.
Иллюстративная графика
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
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 трехмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объемом вычислений. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчетов, учитывающих законы оптики.
Одним из первых известных фильмов был фильм «Звездные войны». Он был создан с помощью суперкомпьютера Сгау. Этапы дальнейшего развития компьютерного кинематографа можно проследить по таким фильмам, как «Терминатор-2», «Вавилон 5», и др. До недавнего времени технологии компьютерной графики использовались для спецэффектов, создания изображений экзотических чудовищ, имитации стихийных бедствий и других элементов, которые являлись лишь фоном для игры живых актеров. В 2001 году вышел на экраны полнометражный кинофильм «Финальная фантазия», в котором все, включая изображения людей, синтезировано компьютером – живые актеры только озвучили роли за кадром.
Компьютерная анимация
Компьютерная анимация – это получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной 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.
Графика для Интернета
Появление глобальной сети Интернет привело к тому, что компьютерная графика стала занимать важное место в ней. Все больше совершенствуются способы передачи визуальной информации, разрабатываются более совершенные графические форматы, ощутимо желание использовать трехмерную графику, анимацию, весь спектр мультимедиа.
1.4 Виды компьютерной графики
Различают три вида компьютерной графики. Это растровая графика, векторная графика и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.
Растровый метод – изображение представляется в виде набора окрашенных точек. Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художниками, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото – и видеокамеры.
Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации.
Векторный метод – это метод представления изображения в виде совокупности отрезков и дуг и т. д. В данном случае вектор – это набор данных, характеризующих какой–либо объект.
Программные средства для работы с 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 много 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.
Фрактальная графика, как и векторная – вычисляемая, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо.
Таблица 1.2 - Сравнительная характеристика растровой и векторной графики
| Критерий сравнения | Растровая графика | Векторная графика |
| Способ представления изображения | Растровое изображение строится из множества пикселей | Векторное изображение описывается в виде последовательности команд |
| Представление объектов реального мира | Растровые рисунки эффективно используются для представления реальных образов | Векторная графика не позволяет получать изображения фотографического качества |
| Качество редактирования изображения | При масштабировании и вращении растровых картинок возникают искажения | Векторные изображения могут быть легко преобразованы без потери качества |
| Особенности печати изображения | Растровые рисунки могут быть легко напечатаны на принтерах | Векторные рисунки иногда не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы |
