Компьютерная графика. Что такое компьютерная графика и ее виды Основные понятия трехмерной компьютерной графики

Компьютерная графика (так же машинная графика ) - область деятельности, в которой компьютеры наряду со специальным программным обеспечением используются в качестве инструмента, как для создания (синтеза) и редактирования изображений, так и для оцифровки визуальной информации, полученной из реального мира с целью дальнейшей её обработки и хранения.

Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе матрицы ламп, можно было получать узоры.

В 1950 году в военном компьютере Whirlwind-I (рус. Вихрь), встроенный в систему SAGE противовоздушной обороны США, впервые был применён монитор - как средство отображения визуальной и графической информации.

В 1957 году Рассел Кирш создал первый сканер для компьютера и получил на нём первое цифровое изображение - маленького сына Владлена.

В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры («Spacewar!») заняло около 200 человеко-часов. Игра была создана на машине PDP-1.

В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере.

В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину. В 1964 году General Motors представила систему автоматизированного проектирования DAC-1, разработанную совместно с IBM.

В 1964 году Эдвард Зейджек создал первую компьютерную анимацию - движение спутника вокруг земли.

В 1968 году группой под руководством Н. Н. Константинова была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.

В 1968 году существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее, электронно-лучевой трубке.

Основные области применения

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.

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 дисплея. 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.

Научная работа . Компьютерная графика является также одной из областей научной деятельности. В области компьютерной графики защищаются диссертации, а также проводятся различные конференции

Двумерная (2D - от англ. two dimensions - «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую.

Векторная графика

• Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также кривые некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов.
  Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования: оно может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться; также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой.
  Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.
• Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение яркости, цвета, прозрачности - или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.
  В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

Растровая графика

Фрактальная графика

Фрактальная графика основана на использовании фракталов - объектов, отдельные элементы которых наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Трёхмерная графика (3D - от англ. three dimensions - «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

Трехмерная графика бывает полигональной и воксельной . Воксельная графика аналогична растровой. Объект состоит из набора трехмерных фигур, чаще всего кубов. А в полигональной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей, минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

CGI (англ. computer-generated imagery , букв. «изображения, сгенерированные компьютером») - неподвижные и движущиеся изображения, сгенерированные при помощи трёхмерной компьютерной графики и использующиеся в изобразительном искусстве, печати, кинематографических спецэффектах, на телевидении и в симуляторах.

Созданием движущихся изображений занимается компьютерная анимация, представляющая собой более узкую область графики CGI, применимую, в том числе в кинематографе, где позволяет создавать эффекты, которые невозможно получить при помощи традиционного грима и аниматроники. Компьютерная анимация может заменить работу каскадёров и статистов, а также декорации.

Серафим Вагитов (г. Севастополь)

Выполнение различных работ с графикой является одним из самых популярных направлений использования персонального компьютера, к тому же, вопреки расхожему мнению, это занятие не только для профессиональных художников и дизайнеров. Любое мало-мальское предприятие время от времени нуждается, например, в оформлении рекламных объявлений для газет и журналов или в выпуске обычного рекламного буклета.

Практически ни одна современная мультимедийная программа не обходится сегодня без компьютерной графики. Работа над графическими компонентами занимает львиную долю (около 90 %) рабочего времени программистов, занимающихся разработками программ массового потребления.

Для работы с компьютерной графикой существует большое количество программного обеспечения, однако, несмотря на это, выделяют всего 3 вида данной графики. Они различаются согласно принципам формирования изображения при отражении на экранах мониторов или при распечатке на бумаге. Остановимся на них подробнее.

Растровая графика применяется при создании мультимедийных и полиграфических изданий. Изображения, выполненные посредством растровой графики, редко бывают созданы вручную при помощи компьютерных программ. Чаще всего для этих целей используются отсканированные изображения, предварительно подготовленные на бумаге или обычные фотографии. В последнее время широко практикуется ввод растровых изображений в компьютер с помощью цифровых фото- и видеокамер.

Поэтому почти все графические редакторы, предназначенные для работы с растровыми изображениями, ориентированы в основном на его обработку, а не на создание. В сети Интернет на сегодняшний день используются только растровые изображения.

Наоборот, программы для работы с векторной графикой предназначены, прежде всего, для создания изображений и в некоторой степени для обработки. Такие программы широко используются в различных рекламных агентствах, дизайнерских студиях и популярных изданиях. Дело в том, что задачи связанные с оформлением, основанном на использовании шрифтов и простых геометрических фигур, проще решить с помощью средств векторной графики. В интернете можно найти великолепные примеры художественных произведений, созданных с помощью программ обработки векторной графики, но они в этом смысле, являются скорее исключением, чем правилом. Это связано с тем, что художественная обработка иллюстраций такими программами достаточно сложная.

Интерес представляют и программные средства для разработки фрактальной графики. Они осуществляют автоматическую генерацию изображения с помощью математических расчетов. Суть создания фрактальной композиции заключается не в оформлении или рисовании, а в программировании. Фрактальная графика редко применяется для оформления печатных или электронных документов, однако часто используется в различного рода развлекательных программах.

Растровая графика

Чтобы понять, что собой представляет растровое изображение, необходимо понять его структуру. Главной составляющей любого растрового изображения является точка. Если изображение предназначено для просмотра на экране, то такая точка называется пикселем. Данные изображения могут иметь различные размеры, например, 640х480, 800х600, 1024х768 и более пикселей.

Размер изображения непосредственно связан с его разрешением. Данный параметр измеряется в количестве точек на дюйм площади изображения (dpi). Для примера, монитор с диагональю 15 дюймов отображает картинку размером примерно 28х21см. Зная, что один дюйм — это 25,4 мм, можно высчитать, что при работе в режиме 800х600 пикселей разрешение изображения на экране составит 72 dpi.

Печать изображений требует гораздо более высокого разрешения. Для полноцветной полиграфической печати используются изображения разрешением 200-300 dpi. Обычный фотоснимок 10х15 см имеет около 1000х1500 пикселей. Значит такое изображение состоит из 1,5 млн. точек, а если оно цветное и для координирования каждого пикселя используется три байта, то размер файла, соответствующий обычной фотографии, будет составлять около 4 Мбайт.

Как можно заметить, основной проблемой всех растровых изображений является их большой объем. Второй недостаток, связанный с растровыми изображениями — это невозможность рассмотреть мелкие детали. Так как изображение состоит из точек, то увеличение его размеров неотвратимо влечет за собой искажение иллюстрации и делает ее размытой. Данный эффект известен как пискселизация.

Векторная графика

Основным элементом векторного изображения, является линия. Растровая графика тоже содержит линии, но там они присутствуют в качестве комбинации точек. Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти занимает изображение. Если говорить о векторном изображении, то объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размера этой линии, так как линия в данном случае представлена в виде формулы, а вернее сказать, в виде определенных параметров. А поэтому что бы мы не предпринимали в отношении этой линии, изменяются лишь ее параметры, последовательно сохраняющиеся в ячейках памяти.

Линия представляет собой элементарный объект в векторной графике. Все векторные иллюстрации, состоят из линий. Более простые объекты могут объединяться в более сложные путем увеличени количества линий. Например, четырехугольник можно представить в виде четырех взаимосвязанных линий, а куб — в виде двенадцати, или в виде шести четырехугольников. В связи с таким подходом векторную графику еще часто называют объектно-ориентированной графикой.

Как и прочие объекты, линии имеют определенные свойства. К ним относятся: форма линии, толщина, цвет, а также характер (сплошная линия, пунктирная и т. д.). Линии которые замыкаются обладают свойством заполнения. Внутренняя часть замкнутого таким образом контура может заполняться цветом, текстурой или заранее заготовленным растровым изображенем.

В отличие от растровой графики с ее значительными объемами и невозможностью масштабирования без потерь в качестве, векторная графика лишена этих недостатков, однако ее использование существенно усложняет создание художественных иллюстраций. Чаще всего средства векторной графики используются для выполнения задач, связанных с оформлением, чертежами и проектно-конструкторськими работами.

В векторной графике достаточно сложные композиции занимают небольшой объем. Вопросы масштабирования решаются также легко. При необходимости изображения можно увеличивать до мельчйших деталей.

Фрактальная графика

Фрактальная графика, равно как и векторная, является результатом вычислений, но при этом основное отличие ее в том, что никакие объекты при этом не сохраняются в памяти компьютера. Изображение строится согласно уравнению (или системе уравнений), поэтому сохраняется только формула. Если изменить коэффициенты в уравнении, то получится совершенно другая картинка.

Простейшим фрактальним объектом является фрактальний треугольник. Для того чтобы получился фрактальний треугольник, необходимо построить обычный равносторонний треугольник. Затем разделить каждую его сторону на 3 отрезка. Ровно на середине этой стороны постройте еще один аналогичный треугольник со стороной на 2/3 меньшей стороны первого треугольника. С полученными в результате таких манипуляций треугольниками повторите такие же операции. Треугольники следующих поколений подражают свойствам своих родительских структур. Так образуется фрактальная фигура. Данный процесс можно продолжать бесконечно.

Фрактальними свойствами наделены многие живые и неживые объекты природы. Можно обнаружить, что обычная снежинка при увеличении оказывается фрактальним объектом. Рост кристаллов и растений обязан своим существованием фрактальным алгоритмам, что лежат в его основе.

Возможности фрактальной графики в создании различных образов живой природы путем вычислений часто используют для генерации необычных, фантастических иллюстраций.

Концепция цветовой модели

Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуются путем смешивания основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составные компоненты называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, однако в компьютерной графике, как правило, используют не больше трех. Эти модели известны под названиями: CMYK, RGB и HSB.

Самый распространенный пример — это цветовая модель CMYK. Она применяется для идентификации цветов в обычной цветной печати. Огромный цветовой диапазон получается смешиванием 4-х основных цветов: голубого, красного, желтого и черного. Английские названия данных цветов и составляют аббревиатуру CMYK. Последний цвет, черный (Black), обозначен буквой К, чтобы не было путаницы, так как название синего цвета (Blue) начинается с той же буквы.

Модель CMYK была положена в основу стандартной цветовой палитры Corel DRAW. Данная палитра называется Corel DRAW.сpl. (расширение сpl присвоено именам всех палитр Corel DRAW). Она состоит приблизительно из 100 цветов, причем все они имеют собственные имена, например Navy Blue, Deep Purple, Dusty Rose и т.д.

Палитра Corel DRAW.сpl. получила общее признание благодаря таким обстоятельствам:

• Поскольку это — стандартная палитра, работа с программой начинается именно с нее. Собственно, многие пользователи даже не переключаются на другие палитры.
• Данную палитру можно самостоятельно настраивать, добавлять и удалять цвета, редактировать уже существующие.

Цветовая модель CMYK

Данная модель используется для подготовки исключительно печатных изображений.

Особенность печати в типографии заключается в том, что изображение печатают в несколько приемов. На бумагу поочередно накладывают голубой, пурпурный, желтый и черный цвета, и таким образом получают полноцветную иллюстрацию. Для этого изображение, полученное на компьютере, перед началом печати разделяют на 4 одноцветных изображения. Такой процесс получил название цветоделения. Многие современные графические редакторы обладают арсеналом средств для осуществления этой операции.

Цветовая модель RGB

Наиболее простая для понимания модель. В режиме RGB работают мониторы компьютеров и телевизоры. Суть заключается в том, что каждый цвет состоит из 3 основных составляющих: красного, зеленого и синего. Отсюда аббревиатура RGB. Данные цвета называются основными. Модель RGB применяется в том случае, если необходимо подготовить изображение для воспроизведения на экране.

Графические редакторы оснащены средствами для преобразования изображения из одной цветовой модели в другую. Но, все-таки модель RGB для компьютера самая «родная».

Цветовая модель HSB

В цветовой модели HSB, при создании полных цветов, компонентами этих цветов выступают оттенок (H), насыщенность (S) и яркость (B). Эта модель более всего отвечает человеческому восприятию цветов.

Цветовой круг может содержать до 360 оттенков. Положение цвета на радиусе цветового круга определяет его насыщенность. Чем дальше цвет находится от центра, тем насыщеннее оттенок. При выводе на печать эта модель будет автоматически преобразована программой в модель CMYK.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день тяжело представить себе мир без компьютерной графики. Ведь в любой области жизни общества компьютерная графика находит свое применение. Архитекторы используют графику при проектировании зданий, мультипликаторы - при создании новых мультфильмов. Графика применяется в печатных изданиях: книгах, журналах или газетах. Что бы привлечь внимание читателей создаются красочные обложки книг и журналов, а так же иллюстрации, которые помогают читателю наиболее полно представить себе содержание прочитанной информации. Так же графика используется для оформления документов. Это всевозможные логотипы фирм, предприятий и организаций. Очень широко компьютерная графика используется для создания рекламы, без которой уже трудно представить нашу жизнь. Это реклама на телевидении, создаваемая в виде анимации, реклама в газете. И чем ярче реклама, тем больше шансов привлечь к себе внимание.

Данная тема «Виды компьютерной графики» была выбрана потому, что в школьном курсе информатики изучается растровая и векторная графика, а меня заинтересовало изучение трёхмерной и 3D графики. Популярность этого вида графики в нашей стране и во всём мире продолжает расти. Значит, выбранная нами тема актуальна.

Актуальность:

Компьютерная графика играет существенную роль, как в науке, так и в повседневной жизни любого человека. Знания о компьютерной графике расширяются. Наука открывает новые виды и способы создания компьютерных изображений, поражающие своей сложностью, красотой и богатством красок.

Объектом исследования является компьютерная графика.

Предметом исследования являются виды и свойства компьютерной графики, способы её применения в жизни.

Гипотеза исследования: предполагаем, что благодаря знаниям по информатике мы сможем сами создавать трёхмерные изображения.

Проблема: Как при помощи компьютерной графики создаются трёхмерные изображения.

На основании вышесказанного мы ставили перед собой следующие целиисследования: выяснить, как компьютерная графика связана с нашей жизнью; в каких сферах деятельности человеческого общества она применяется и как она влияет на самого человека.

Для реализации поставленных целей, нами были выдвинуты следующие задачи:

• • рассмотреть и систематизировать знания по компьютерной графике;

    приобрести опыт по созданию фрактальных графических рисунков;

    показать, что без компьютерных технологий невозможно прогрессивное развитие информационного мира человеческого общества;

    изучить теоретический материал по данной теме;

    дать понятие «компьютерная графика»;

    показать, что различные математические объекты используются в различных видах графики;

    на графическом материале продемонстрировать примеры применения различных геометрических фигур;

    найти примеры применения компьютерной графики в различных областях деятельности человека;

рассмотреть характеристики и разновидности компьютерной графики;

рассмотреть цветовые модели и графические форматы компьютерной графики;

• • создать собственные графические рисунки;

    провести исследование и сравнить восприятие компьютерной графики взрослыми и детьми.

    сделать выводы:

Что такое компьютерная графика и где она применяется;

Как компьютерная графика влияет на человека.

Предполагаемая новизна:

Данная тема не полностью изучается в школах на уроках информатики.

Методы исследования:

анализ источников информации по теме: «Виды компьютерной графики»;

изучение литературы по данной теме;

сопоставление существенных признаков различных видов графических изображений;

создание графических изображений при помощи компьютерной программы;

обобщение полученной информации; выявление основных направлений применения компьютерной графики в жизни человеческого общества;

анкетный опрос;

анализ, сравнение, обобщение;

создание презентации по теме исследовательской работы и видео работ, выполненных в программе Ultra Fractal 5.03.

Практическая значимость работы определяется созданием практических материалов по теме исследования, использование материалов и результатов исследовательской работы для расширения знаний, обучающихся в области компьютерной графики на уроках информатики и на элективных курсах.

Научная значимость данной работы заключается в том, что компьютерная графика, которая появилась, при использовании знаний двух наук математики и информатики, и развивается, благодаря новым научным открытиям, всё больше изменяет жизнь человечества. Изучение компьютерной графики интересно и полезно для обучения, развития и отдыха.

Основные теоретические выводы работы основаны на трудах А.Е. Бубнова, А.А. Залоговой, А.А. Кричалова, С.В. Симонович, П.Г. Стоянова и других.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И РАЗНОВИДНОСТИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

1.1. Характеристика компьютерной графики

Компьютерная графика -область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора. Компьютерная графика в настоящее время уже вполне сформировалась как наука. Существует аппаратное и программное обеспечение для получения разнообразных изображений - от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех сферах нашей жизни .

Компьютерная графика - это широкое понятие, обозначающее:

Разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера;

Область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов .

Одним из популярных направлений использования персонального компьютера является компьютерная графика. В каждой организации возникает потребность в рекламных объявлениях, листовках, буклетах и т.д. В связи с появлением и развитием Интернета появилась широкая возможность использования графических программных средств. Росту популярности графических программных средств, способствовало развитие World Wide Web («всемирной паутины»). Различают три вида компьютерной графики: растровая, векторная, трёхмерная. 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 создают 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. 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. Программные средства для работы с трёхмерной 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 .

При работе с цветом в компьютерной графике используются понятия: глубина цвета (его еще называют цветовое разрешение) и цветовая модель. Для кодирования цвета пиксела изображения может быть выделено разное количество бит. От этого зависит то, сколько цветов на экране может отображаться одновременно. Чем больше длина двоичного кода цвета, тем больше цветов можно использовать в рисунке. Глубина цвета - это количество бит, которое используют для кодирования цвета одного пиксела. Для кодирования двухцветного (черно-белого) изображения достаточно выделить по одному биту на представление цвета каждого пиксела. Выделение одного байта позволяет закодировать 256 различных цветовых оттенков. Два байта (16 битов) позволяют определить 65536 различных цветов. Этот режим называется High Color. Если для кодирования цвета используются три байта (24 бита), возможно одновременное отображение 16,5 млн цветов. Этот режим называется True Color. От глубины цвета зависит размер файла, в котором сохранено изображение .

Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется три. Эти модели известны под названиями: RGB, CMYK, НSB .

1.2. Разновидности компьютерной графики

В зависимости от способа создания графического изображения различают растровую, векторную, фрактальную графику и трехмерную(3D).

В растровой графике изображение формируется в виде растра - совокупности точек (пикселей), образующих строки и столбцы. Каждый пиксель может принимать любой цвет из палитры. При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого входящего в него пикселя. Качество растрового изображения возрастает с увеличением количества пикселей в изображении. При этом возрастает и информационный объём всего изображения. Большой информационный объём - один из основных недостатков растровых изображений. Следующий недостаток растровых изображений возникает при изменении их масштаба. Так, при уменьшении растрового изображения несколько соседних пикселей преобразуются в один, что ведёт к потере чёткости мелких деталей изображения. При увеличении изображения в него добавляются новые пиксели, при этом соседние пиксели принимают одинаковый цвет и возникает ступенчатый эффект .

В векторной графике основным элементом изображения является линия, при этом не важно, прямая это линия или кривая. В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку линия представляется в виде формулы. Чтобы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии. Линия - это элементарный объект векторной графики. 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 для изображения окружности средствами векторной графики требуется только координаты одной точки центра и радиус. Информационный объём векторных изображений значительно меньше растровых изображений. Ещё одно достоинство векторных изображений - возможность их масштабирования без потери качества. Но не все так хорошо. У векторной графики есть свой главный минус. Векторные картинки получаются не такими насыщенными по цвету, как растровые .

Фрактальная графика , как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никакие геометрические фигуры в памяти компьютера как в векторной графике не хранятся и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты. Фрактал это математическая фигура обладающая свойствами самоподобия. То есть фрактал составлен из некоторых частей, каждая из которых подобна всей фигуре. Проще говоря, один объект копируется несколько раз, в результате чего получается рисунок. Изображение строится по уравнению, поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. 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). Трёхмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино и 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. В компьютерной графике используется три вида матриц: матрица поворота; матрица сдвига; матрица масштабирования. Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый (сдвинутый) и масштабированный относительно исходного .

Сравнительный анализ различных видов компьютерной графики представлен в приложении 1.

1.3. Цветовые модели

Цветовая модель RGB. Любой цвет считается состоящим из трех основных компонентов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Эти цвета называются основными. Считается также, что при наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета увеличивается. Совмещение трех компонентов дает нейтральный цвет (серый), который при большой яркости стремится к белому цвету. Метод получения нового оттенка суммированием яркостей составляющих компонентов называют аддитивным методом. Нетрудно догадаться, что чем меньше яркость, тем темнее оттенок. Поэтому в аддитивной модели центральная точка, имеющая нулевые значения компонентов (0,0,0), имеет черный цвет (отсутствие свечения экрана монитора). Белому цвету соответствуют максимальные значения составляющих (255, 255, 255). Модель RGB является аддитивной, а ее компоненты: красный (255,0,0), зеленый (0,255,0) и синий (0,0,255) - называют основными цветами .

Цветовая модель CMYK. Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений. Они отличаются тем, что их видят не в проходящем, а в отраженном свете. Чем больше краски положено на бумагу, тем больше света она поглощает и меньше отражает. Совмещение трех основных красок поглощает почти весь падающий свет, и со стороны изображение выглядит почти черным. В отличие от модели RGB увеличение количества краски приводит не к увеличению визуальной яркости, а наоборот, к ее уменьшению.

Поэтому для подготовки печатных изображений используется не аддитивная (суммирующая) модель, а субтрактивная (вычитающая) модель. Цветовыми компонентами этой модели являются не основные цвета, а те, которые получаются в результате вычитания основных цветов из белого: голубой (Cyan) = Белый - красный = зелёный + синий (0,255,255); пурпурный (сиреневый) (Magenta) = Белый - зелёный = красный + синий (255,0,255); жёлтый (Yellow) = Белый - синий = красный + зелёный (255,255,0). Эти три цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Существенную трудность в полиграфии представляет черный цвет. Теоретически его можно получить совмещением трех основных или дополнительных красок, но на практике результат оказывается плохим. Поэтому в цветовую модель CMYK добавлен четвертый компонент - черный. Ему эта система обязана буквой К в названии (blacK) .

Цветовая модель НSB. Некоторые графические редакторы позволяют работать с цветовой моделью HSB. Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK - для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека. Она проста и интуитивно понятна. В модели HSB тоже три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Регулируя эти три компонента, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями. Оттенок цвета указывает номер цвета в спектральной палитре. Насыщенность цвета характеризует его интенсивность - чем она выше, тем "чище" цвет. Яркость цвета зависит от добавления чёрного цвета к данному - чем её больше, тем яркость цвета меньше . Основные характеристики различных цветовых моделей представлены в приложении 2.

1.4. Графические форматы

Формат графического файла - это способ представления графических данных на внешнем носителе. Выбор того или другого формата для сохранения изображения зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность воссоздания цветов, то преимущество отдают одному из растровых форматов. Логотипы, схемы, элементы оформления целесообразно хранить в векторных форматах. Формат файла влияет на объем памяти, который занимает этот файл. Графические редакторы позволяют пользователю самостоятельно избирать формат сохранения изображения. Если вы собираетесь работать с графическим изображением только в одном редакторе, целесообразно выбрать тот формат, какой редактор предлагает по умолчанию. Если же данные будут обрабатываться другими программами, стоит использовать один из универсальных форматов. Существуют универсальные форматы графических файлов, которые одновременно поддерживают и векторные, и растровые изображения .

Формат PDF (англ. Portable Document Format - портативный формат документа). В этом формате могут быть сохранены изображения и векторного, и растрового формата, текст с большим количеством шрифтов, гипертекстовые ссылки и даже настройки печатающего устройства. Размеры файлов достаточно малы.

EPS (Encapsulated PostScript). EPS позволяет хранить информацию, как о растровой, так и о векторной графике. EPS для передачи векторов и растра в издательские системы, создается почти всеми программами, работающими с графикой. EPS поддерживает все необходимые для печати цветовые модели. EPS имеет много разновидностей, что зависит от программы-создателя. Формат EPS поддерживается программами для разных операционных систем.

BMP (Windows Device Independent Bitmap). Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows. Графические файлы в этом формате имеют большой информационный объём, т.к. в них на хранение информации о цвете каждого пикселя отводится 24бита.

GIF (CompuServe Graphics Interchange Format). В рисунках, сохраненных в формате GIF, можно использовать только 256 разных цветов. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы. Это особенно важно для графики, используемой во Всемирной паутине.

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Строго говоря JPEG’oм называется не формат, а алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, а на разнице между пикселями. Чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается, тем ниже качество.

TIFF (Target Image File Format). Аппаратно независимый формат TIFF, один из самых распространенных и надежных на сегодняшний день, его поддерживают практически все программы так или иначе связанные с графикой. Ему доступен весь диапазон цветовых моделей от монохромной до RGB, CMYK В формате TIFF есть возможность сохранения с применением нескольких видов сжатия: JPEG, ZIP, LZW.

CDR - формат популярного векторного редактора CorelDraw. Свою популярность и распространение пакет получил благодаря кажущейся простоте использования и интерактивным спецэффектам (линзам, прозрачностям, нестандартным градиентам и т.д.). CCX - формат векторной графики от компании Corel. Кроме CorelDraw ничем не поддерживается. Для полиграфии и Интернета непригоден .

Итак, рассмотрев наиболее распространенные графические форматы, использующиеся для создания изображений, фотографий и т.д. мы систематизировали знания, по данному материалу составив приложение 3.

1.5. Области применения компьютерной графики

Научная графика. Это направление появилось первым. 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. 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, 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 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. Программы САПР (или CAD - computer-aided design) представляют собой векторные программные средства, которые нашли широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Одно из главных применений составляет их использование в различных областях инженерной конструкторской деятельности - от проектирования микросхем до создания самолетов. Другой важной областью применения САПР является архитектура. САПР используется и в медицине. Например, автоматизированное проектирование имплантантов, особенно для костей и суставов, позволяет минимизировать необходимость внесения изменений в ходе операции, что сокращает время пребывания на операционном столе.

Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Программные средства, позволяющие человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов, относятся к иллюстративной графике.

Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок" .

Компьютерная анимация. В недавнем прошлом художники мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создать на экране рисунки лишь начального и конечного состояния движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитает и изобразит компьютер. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением .

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ТЕМЕ: КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Как человек знакомится и использует в своей жизни компьютерную графику?

Ответить на этот вопрос я смог через исследовательскую часть своей работы. Исследовал мир компьютерной графики в ходе анкетирования учеников и учителей. Сделал анализ полученных результатов.

2.1 Опрос обучающихся по теме: «Компьютерная графика»

При анкетировании нами были заданы следующие вопросы:

Вопрос 1. Используете ли вы часто компьютерную графику?

Сравнивая результаты, полученные детьми и взрослыми, пришел к выводам. Оказалось, что дети 100% из всех опрошенных слышали и используют компьютерную графику, а взрослые реже по мере необходимости.

Таблица 1

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Часто использую
По мере необходимости
Редко

Вопрос 2. Какие способы применения компьютерной графики вы чаще всего наблюдаете в своей жизни?

Можно сделать вывод, что большинство из опрошенных детей, меньше используют научную и деловую компьютерную графику только в школе на уроках. Взрослые совсем не сталкивались в своей жизни с конструкторской графикой.

Таблица 2

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Научная и деловая графика
графика
Конструкторская графика
Иллюстративная графика
Компьютерная анимация
3D графика
Не знаю

Вопрос 3. Как использование 3D графика влияет на здоровье?

В основном все согласны с тем, что 3D графика влияет на здоровье. Но дети больше склоняются к тому, что 3D графика не оказывает значительного вреда здоровью, а большая часть не могут дать ответ на данный вопрос, а взрослые склоняются больше к тому, что ухудшает здоровье.

Таблица 4

Вопрос 4. Для каких целей вы используете компьютерную графику?

Таблица 5

	Дети
Участвовали в опросе
Цифровая фотография
Интернет
Компьютерные игры
Системы автоматизированного проектирования
Спецэффекты

Вывод: 49% опрошенных детей используют компьютерную графику во время компьютерных игр и при работе в интернете 29%, Спецэффекты, цифровая кинематография 9%;Цифровая фотография и цифровая обработка изображений 4%; Системы автоматизированного проектирования 9%.

Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. В ходе исследовательской работы я выяснил, что некоторые учащиеся нашей школы имеют свои сайты в Интернете и именно знания работы с графическими редакторами позволяют им оформить дизайн сайта.

Вопрос 5. Какие виды графических изображений вы можете сами создавать?

Таблица 3

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Растровая графика
Векторная графика
Фрактальная
3D графика
Не могу строить графические изображения

2.2 Анализ школьных учебников

Современное информационное общество ставит задачи освоения компьютерных технологий перед образованием на такой уровень, когда изучение информатики в общеобразовательном учреждении не может ограничиваться только средними и старшими классами. В средних классах ребёнок уже должен постичь компьютерный интерфейс, уметь работать с графическим редактором, понимая разницу между векторной и растровой графикой и имея в своём арсенале и тот, и другой тип редактора. Поэтому следующим этапом стал анализ школьных учебников. Вот исчерпывающий набор программ для работы с компьютерной графикой на протяжении всего школьного курса: MS Paint, MS Word, MS Excel, MS Power Point, MS Front Page, Corel Draw, Adobe Photoshop. Доступность редактора MS Paint, его простой интерфейс при достаточно хороших возможностях позволяют с первых уроков ребёнку осваивать интерфейс, развивать технику работы с клавиатурой и мышью. И все те вопросы, которые необходимо постичь ребёнку на первых шагах, наиболее доступным образом даются с помощью компьютерной графического редактора Paint. Инструментарий MS Word несколько отличается, но решение уже знакомого профиля задач моделирования, но технически с иным подходом делает освоение текстового редактора и дальнейшую работу с текстом более доступной. Полученные знания и накопленный практический опыт позволяет детям выполнять разработку поздравительных открыток, буклетов и т.п. работ. Дальнейшая работа с компьютерной графикой расширяется на редакторе Corel Draw и редакторе Adobe Photoshop.Это происходит в 8-9 классах. Анимация и трёхмерное моделирование в рамках знакомства. А Corel и Photoshop в рамках вопросов, которые должны быть изучены в школьном курсе. НТМL-технологии на уровне первых самостоятельных шагов. Практические работы по созданию фрактальной, трёхмерной графике в школьном курсе информатики не выполняются. Поэтому я решил самостоятельно изучить программу Ultra Fractal 5.03 и создать фрактальные графические рисунки которые представлены в приложенном видео.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В своей работе раскрыл проблему применения компьютерной графики в различных областях знаний. Дал понятия компьютерной графики, наиболее распространенных и удобных графических редакторов. Раскрыл все области применения компьютерной графики.

В ходе исследования узнал, что: 49% опрошенных детей используют компьютерную графику во время компьютерных игр и при работе в интернете 29%, Спецэффекты, цифровая кинематография 9%;Цифровая фотография и цифровая обработка изображений 4%; Системы автоматизированного проектирования 9%.

Анализ результатов показал, дети больше имеют знаний о различных видах компьютерной графики, а взрослые используют чаще векторную графику. Можно сделать вывод, что большинство из анкетируемых считает компьютерную графику важным явлением окружающего нас мира, но дети имеют больше знаний о данном понятии, так как имеют больше практического опыта в данной сфере деятельности.

Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. В ходе исследовательской работы выяснил, что некоторые учащиеся нашей школы имеют свои сайты в Интернете и именно знания работы с графическими редакторами позволяют им оформить дизайн сайта.

В школе мы изучаем векторную или растровую графику, но практические работы по созданию фрактальной, трёхмерной графике в школьном курсе информатики не выполняются. Поэтому решил самостоятельно изучить программу Ultra Fractal 5.03 и создал фрактальные графические рисунки которые представлены в приложенном видео.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ:

Бубнов А.Е. Компьютерный дизайн. Основы, Мн: Знание, 2008.

Бем Н.А. Современный компьютер, -М., 1986.

Залогова Л.А. Компьютерная графика, М.Бином Лаборатория знаний 2005.

Информатика Уч пособие Ч.2 У-Удэ, 1997.- 59с./ Габеева Д.А., Дамбаева Г-Х.Б.

Симонович С.В. Общая информатика: Учеб пособие М., 2002.- 591с.

Симонович С.В. Специальная информатика Уч пособие М., 2001.- 479с.

Стоянов П.Г. Работа с цветом и графикой, Мн.: БГУИР, 2009.

Стефанюк В.Л. «Компьютер обретает разум»,М.1990.

Приложение 1.

Приложение 2

Приложение 3.

Приложение 4.

Видео приложение 5.

Фрактальные компьютерные рисунки, которые выполнил в Ultra Fractal 5.03

А. Современный компьютер, -М., 1986.

2.Л.А. Залогова Компьютерная графика, М.Бином Лаборатория знаний

3.Стефанюк В.Л. «Компьютер обретает разум»,М.19904.Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ.Москва Бином. Лаборатория знаний 011.

5.Ястребцевая Е.Н. Intel «Обучение для будущего», Москва 2007

6.http://www.monitoring.ruРазмещено на Allbest.ru

Которые отличаются принципами хранения и формирования изображения:

• растровая;
• векторная;
• фрактальная;
• трехмерная.

Рассмотрим их особенности.

Растровая графика

В растровой графике изображение хранится в виде мозаики из точек, где каждая точка имеет свой цвет. Растровыми изображениями являются цифровые фотографии, отсканированные иллюстрации. Такие изображения редко создаются «с нуля». Поэтому программы-редакторы растровой графики ориентированы не на создание изображений, а на их обработку.

Достоинства растровой графики:

• Растровая графика позволяет создать рисунок любой сложности.
• Сложные изображения обрабатываются быстро, если они не требуют масштабирования.
• Растровый формат является естественным для большинства устройств ввода-вывода (мониторов, принтеров, сканеров), так как изображение на этих устройствах тоже формируется из пикселов.

Недостатки растровой графики:

• Даже простое изображение будет иметь большой размер файла .
• Масштабирование ухудшает качество изображения.
• Невозможен вывод на отдельные устройства печати (например, векторный графопостроитель).

С растровыми изображениями работают такие графические редакторы как Adobe Photoshop, GraphicsMagick, ImageMagick.

Растровые изображения хранят в сжатом виде. Существует два типа сжатия: сжатие без потерь и сжатие с потерями. Сжатие с потерями предполагает некоторую потерю качества при восстановлении после сжатия. Однако, предполагается, что эта потеря качества должна находиться в некоторых допустимых пределах. Человеческий глаз не должен видеть существенной разницы изображения до и после сжатия.

Замечание 1

К форматам, поддерживающим сжатие без потерь, относятся следующие: .bmp, .gif, .png. Сжатие с потерями применяется в формате .jpeg. Формат.tiff позволяет хранить изображение как вообще без сжатия, так и с обоими видами сжатия.

Векторная графика

Векторная графика представляет изображение в виде совокупности очень простых геометрических объектов. Такие объекты являются базовыми для построения изображения и называются примитивами. Примитивами могут быть отрезки, маленькие дуги, окружности, сплайны и т.д. Графика называется векторной потому, что набор примитивов, которые формируют данный графический объект, называется вектором. Векторная графика широко используется, например, для рисования популярных в сетевом общении смайлов.

Достоинства векторной графики:

• Масштабирование изображения не вызывает искажений.
• Объем графического файла невелик.
• Части изображения можно редактировать независимо друг от друга.
• Высокая точность прорисовки.

Недостатки векторной графики:

• Изобразить таким способом можно далеко не все.
• Изображения выглядят несколько искусственно.

Векторные изображения можно создавать в таких редакторах как CorelDraw, InkScape.

Фрактальная графика

Фрактальная графика является одним из перспективных направлений компьютерной графики. Она основана на разделе математики – фрактальной геометрии. Термин фрактал ввел французский математик Бенуа Мандельброт. Этим термином он назвал геометрическую фигуру, которая состоит из частей, подобных целой фигуре.

Замечание 2

Таким образом, главное свойство фракталов – это самоподобие. У фракталов увеличенные части фигуры подобны всей фигуре и друг другу. Таким образом, даже если взять небольшую часть фигуры, то по ней можно достроить все изображение исходя из соображений подобия. На рисунке показано последовательное построение известного фрактала «Кривая Коха» по небольшому фрагменту.

Фрактальная графика позволяет создавать очень красивые и сложные абстрактные композиции. Кроме абстрактных изображений фрактальная графика незаменима при создании изображений различных поверхностей: поверхность воды, горы, облака. Для создания фрактальных изображений используются следующие редакторы: - Art Dabbler, Fractal Explorer, Chaos Pro, Apophysis, Mystica.

Трехмерная графика

Трехмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве. Для построения изображения, которое выглядит как объемное, используется так называемое полигональное моделировнаие. Для этого поверхность объекта представляют в виде простых двумерных геометрических фигур. Они называются полигонами. Слово polygon в переводе с английского означает «многоугольник» В компьютерных играх в качестве полигонов чаще всего используются треугольники, так как именно треугольники обрабатываются с самой высокой скоростью. Для других целей используются другие многоугольники.

Чем меньше размер полигона и чем больше полигонов размещено на моделируемой поверхности, тем большей точности изображения можно добиться. Поэтому после изготовления грубой модели из небольшого числа полигонов применяется операция тесселяции. При этом каждый полигон делится на несколько частей, сглаживая и уточняя тем самым изображение. Моделирование выполняется в различных 3D-редакторах: 3D-Designer, Modo, Cheetah3D, Cybermotion 3D.

История

Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе матрицы ламп, можно было получать узоры.

Существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее, электронно-лучевой трубке .

Текущее состояние

Основные области применения

Разработки в области компьютерной графики сначала двигались лишь академическим интересом и шли в научных учреждениях. Постепенно компьютерная графика прочно вошла в повседневную жизнь, стало возможным вести коммерчески успешные проекты в этой области. К основным сферам применения технологий компьютерной графики относятся:

• Спецэффекты , Визуальные эффекты (VFX), цифровая кинематография ;
• Цифровое телевидение , Всемирная паутина , видеоконференции ;
• Цифровая фотография и существенно возросшие возможности по обработке фотографий;
• Визуализация научных и деловых данных;
• Компьютерные игры , системы виртуальной реальности (например, тренажёры управления самолётом);
• Компьютерная графика для кино и телевидения

Научная работа

Компьютерная графика является также одной из областей научной деятельности. В области компьютерной графики защищаются диссертации, а также проводятся различные конференции:

• конференция Siggraph , проводится в США
• конференция Графикон , проводится в России
• CG-событие , проводится в России
• CG Wave , проводится в России

На факультете ВМиК МГУ существует лаборатория компьютерной графики .

Техническая сторона

По способам задания изображений графику можно разделить на категории:

Двухмерная графика

Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.

Растровая графика

Пример растрового рисунка

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение - яркости, цвета, прозрачности - или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Без особых потерь растровые изображения можно только лишь уменьшать, хотя некоторые детали изображения тогда исчезнут навсегда, что иначе в векторном представлении. Увеличение же растровых изображений оборачивается «красивым» видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были пикселями.

В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

Фрактальная графика

Фрактальное дерево

Фрактал - объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

Трёхмерная графика

Трёхмерная графика (3D - от англ. three dimensions - «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию . Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

В трёхмерной 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 (см. также: аффинное преобразование в линейной алгебре). В компьютерной графике используется три вида матриц:

• матрица сдвига
• матрица масштабирования

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.

Ежегодно проходят конкурсы трехмерной графики, такие как Magick next-gen или Dominance War.

CGI графика

Основная статья: CGI (кино)

Представление цветов в компьютере

Для передачи и хранения цвета в компьютерной графике используются различные формы его представления. В общем случае цвет представляет собой набор чисел, координат в некоторой цветовой системе.

Стандартные способы хранения и обработки цвета в компьютере обусловлены свойствами человеческого зрения. Наиболее распространены системы RGB для дисплеев и CMYK для работы в типографском деле.

Иногда используется система с большим, чем три, числом компонент. Кодируется спектр отражения или испускания источника, что позволяет более точно описать физические свойства цвета. Такие схемы используются в фотореалистичном трёхмерном рендеринге.

Реальная сторона графики

Любое изображение на мониторе, в силу его плоскости, становится растровым, так как монитор это матрица, он состоит из столбцов и строк. Трёхмерная графика существует лишь в нашем воображении, так как то, что мы видим на мониторе - это проекция трёхмерной фигуры, а уже создаём пространство мы сами. Таким образом, визуализация графики бывает только растровая и векторная, а способ визуализации это только растр (набор пикселей), а от количества этих пикселей зависит способ задания изображения.

См. также

• Графический интерфейс пользователя
• Фрактальная монотипия

Ссылки

• Селиверстов М. «3D кино - новое или хорошо забытое старое?»
• 3D Компьютерная графика в каталоге ссылок Open Directory Project (dmoz).

Примечания

Литература

	Портал «Компьютерная графика»