Что такое компьютерная графика. Элементы компьютерной графики Компьютерная графика кратко и понятно

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»

В век информационных технологий компьютерная графика получила широкое распространение во всем мире. Почему она так популярна? Где она применяется? И вообще, что такое компьютерная графика? Давайте разберемся!

Компьютерная графика: что такое?

Проще всего - это наука. Кроме того, это один из разделов информатики. Он изучает способы обработки и форматирования графического изображения с помощью компьютера.

Уроки компьютерной графики на сегодняшний день существуют и в школах, и в высших учебных заведениях. И трудно сегодня найти область, где она не была бы востребована.

Также на вопрос: «Что такое компьютерная графика?» - можно ответить, что это одно из многих направлений информатики и, кроме того, относится к наиболее молодым: оно существует около сорока лет. Как и всякая иная наука, она имеет свой определенный предмет, цели, методы и задачи.

Какие задачи решает компьютерная графика?

Если рассматривать этот в широком смысле, то можно увидеть, что средства компьютерной графики позволяют решать следующие три типа задач:

1) Перевод словесного описания в графическое изображение.

2) Задача распознавания образов, то есть перевод картинки в описание.

3) Редактирование графических изображений.

Направления компьютерной графики

Несмотря на то что сфера применения этой области информатики, бесспорно, крайне широка, можно выделить основные направления компьютерной графики, где она стала важнейшим средством решения возникающих задач.

Во-первых, иллюстративное направление. Оно является самым широким из всех, так как охватывает задачи начиная от простой визуализации данных и заканчивая созданием анимационных фильмов.

Во-вторых, саморазвивающееся направление: компьютерная графика, темы и возможности которой поистине безграничны, позволяет расширять и совершенствовать свои навыки.

В-третьих, исследовательское направление. Оно включает в себя изображение абстрактных понятий. То есть применение компьютерной графики направлено на создание изображения того, что не имеет физического аналога. Зачем? Как правило, с целью показать модель для наглядности либо проследить изменение параметров и скорректировать их.

Какие существуют виды компьютерной графики?

Еще раз: что такое компьютерная раздел информатики, изучающий способы и средства обработки и создания графического изображения с помощью техники. Различают четыре вида компьютерной графики, несмотря на то, что для обработки картинки с помощью компьютера существует огромное количество различных программ. Это растровая, векторная, фрактальная и 3-D графика.

Каковы их отличительные черты? В первую очередь виды компьютерной графики различаются по принципам формирования иллюстрации при отображении на бумаге или на экране монитора.

Растровая графика

Базовым элементом растрового изображения или иллюстрации является точка. При условии, что картинка находится на экране, точка называется пикселем. Каждый из пикселей изображения обладает своими параметрами: цветом и расположением на холсте. Разумеется, что чем меньше размеры пикселей и больше их количество, тем лучше выглядит картинка.

Основная проблема растрового изображения - это большие объемы данных.

Второй недостаток растровой графики - необходимость увеличить картинку для того, чтобы рассмотреть детали.

Кроме того, при сильном увеличении происходит пикселизация изображения, то есть разделение его на пиксели, что в значительной степени искажает иллюстрацию.

Векторная графика

Элементарной составляющей векторной графики является линия. Естественно, что в растровой графике тоже присутствуют линии, однако они рассматриваются как совокупность точек. А в векторной графике все, что нарисовано, является совокупностью линий.

Этот тип компьютерной графики идеален для того, чтобы хранить высокоточные изображения, такие как, например, чертежи и схемы.

Информация в файле хранится не как графическое изображение, а в виде координат точек, с помощью которых программа воссоздает рисунок.

Соответственно, для каждой из точек линии резервируется одна из ячеек памяти. Необходимо заметить, что в векторной графике объем памяти, занимаемый одним объектом, остается неизменным, а также не зависит от его размера и длины. Почему так происходит? Потому что линия в векторной графике задается в виде нескольких параметров, или, проще говоря, формулой. Что бы мы ни делали с ней в дальнейшем, в ячейке памяти будут изменяться лишь параметры объекта. Количество ячеек памяти останется прежним.

Таким образом, можно прийти к выводу, что векторные файлы, по сравнению с растровыми, занимают гораздо меньший объем памяти.

Трехмерная графика

3D-графика, или трехмерная графика, изучает методы и приемы создания объемных моделей объектов, максимально соответствующие реальным. Подобные изображения можно рассмотреть со всех сторон.

Гладкие поверхности и разнообразные графические фигуры используются с целью создания объемных иллюстраций. С их помощью художник создает сначала каркас будущего объекта, а потом поверхность покрывают такими материалами, которые визуально похожи на реальные. Далее делают гравитацию, осветление, свойства атмосферы и прочие параметры пространства, в котором находится изображаемый объект. Затем, при условии, что объект движется, задают траекторию движения и его скорость.

Фрактальная графика

Фракталом называется рисунок, состоящий из одинаковых элементов. Большое количество изображений являются фракталами. К примеру, снежинка Коха, множество Мандельброта, треугольник Серпинского, а также «дракон» Хартера-Хейтчея.

Фрактальный рисунок можно построить либо с помощью какого-либо алгоритма, либо путем автоматического создания изображения, которое осуществляется путем вычислений по заданным формулам.

Модификация изображения происходит при внесении изменений в структуру алгоритма или смене коэффициентов в формуле.

Главным преимуществом фрактальной графики является то, что в сохраняются только формулы и алгоритмы.

компьютерной графики

Однако необходимо заметить, что выделение данных направлений весьма условно. Кроме того, оно может быть детализировано и расширено.

Итак, перечислим основные области компьютерной графики:

1) моделирование;

2) проектирование;

3) отображение визуальной информации;

4) создание пользовательского интерфейса.

Где применяется компьютерная графика?

В инженерном программировании широко используется трехмерная компьютерная графика. Информатика в первую очередь пришла на помощь инженерам и математикам. Средствами трехмерной графики происходит моделирование физических объектов и процессов, например, в мультипликации, компьютерных играх и кинематографе.

Широко применяется при разработке полиграфических и мультимедийных изданий. Очень редко иллюстрации, которые выполняются средствами растровой графики, создаются с помощью компьютерных программ вручную. Зачастую с этой целью пользуются отсканированные изображения, которые художник изготовил на фотографии или бумаге.

В современном мире широко применяются цифровые фото- и видеокамеры с целью ввода растровых фотографий в компьютер. Соответственно, подавляющее большинство которые предназначены для работы с растровой графикой, ориентированы не на создание изображений, а на редактирование и обработку.

Растровые изображения применяются в интернете в том случае, если есть необходимость передать всю цветовую гамму.

А вот программы для работы с векторной графикой, наоборот, чаще всего используются с целью создания иллюстраций, ежели для обработки. Подобные средства нередко используют в издательствах, редакциях, дизайнерских бюро и рекламных агентствах.

Средствами векторной графики гораздо проще решаются вопросы оформительских работ, которые основаны на применении простейших элементов и шрифтов.

Бесспорно, существуют примеры векторных высокохудожественных произведений, однако они являются скорее исключением, чем правилом, по той простой причине, что подготовка иллюстраций средствами векторной графики необычайно сложна.

Для автоматического с помощью математических расчетов созданы программные средства, работающие с факториальной графикой. Именно в программировании, а не в оформлении или рисовании состоит создание факториальной композиции. Факториальная графика редко применяется с целью создания электронного или печатного документа, однако ее нередко используют в развлекательных целях.

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.

Что такое компьютерная графика, и как она зарождалась?

Экскурс в историю

Как и множество других технологий, графика обязана своим появлением нуждам военной промышленности. В 50-х годах в США на деньги Министерства Обороны был создан суперкомпьютер Вихрь-1, который стал частью системы ПВО. Вероятно, отображение информации на военных радарах и можно считать первым полноценно реализованным графическим интерфейсом. Обычные компьютеры тогда ещё не имели дисплеев (и вообще, компьютер того времени - это комната, заставленная оборудованием, которое обрабатывало информацию и выводило результат на перфоленты).

Чуть позже, в шестидесятых, была создана первая в истории компьютерная игра. Разработкой руководил программист Стив Рассел, у команды проекта ушло двести часов. Итог: космический симулятор под названием Spacewar. На экране маневрируют два космических корабля, стараясь уничтожить друг друга. Показательно, что визуально игра напоминает те самые изображения с военных радаров.

Пройдёт ещё пара лет, и будут предприняты попытки создания компьютерной анимации (облёт спутника вокруг Земли, автор разработки - Эдвард Зейджек), и даже прообразов нынешних программ для рисования. Проект Sketchpad: при помощи цифрового пера можно было рисовать простые фигуры, вроде линий и окружностей. Это была не просто программа, а програмно-аппаратный комплекс, где всё железо работало на одну-единственную задачу. Представьте себе компьютер, где установлен и запускается только Photoshop.

А уже в конце шестидесятых годов в СССР создали анимационный мультфильм, знаменитую «Кошечку». Опять же, это далеко от того, что мы сегодня понимаем под анимацией в мультиках. Технология была следующей: суперкомпьютер БЭСМ-4 выводил символы на бумаге, которые затем обрабатывались художниками. Весь фильм состоял из демонстраций последовательных движений кошки. Сегодня это может показаться примитивным, но для тогдашнего времени было сродни «Прибытию поезда» братьев Люмьер.

Графика сегодня

По мере развития технологии ширилась область её применения. Сегодня легче сказать, где нам не встретится использование компьютерной графики, чем наоборот. На ум, конечно, первым делом приходит сфера развлечений: кино, видеоигры, контент в Интернете. Продолжается активное внедрение графических технологий в научной, военной и конструкторской сферах. Проведение деловых презентаций и красочная подача информации клиенту стали отдельным искусством, которое породило целые новые отрасли в бизнесе.

Графика бывает следующих видов:

• двумерная;
• векторная;
• фрактальная;
• растровая;
• computer-generated imagery, CGI графика;
• трёхмерная.

Надо уточнить неочевидный нюанс. Дело в том, что на компьютерных мониторах любой объект остаётся двухмерным, глубина пространства - заслуга работы дизайнеров и нашего воображения. Сейчас активно развиваются 3D-технологии, о чём ещё пойдёт речь. Но по принятой классификации мы можем, строго говоря, любое изображение называть двумерным, а вот дальше уже идёт разделение по способам его обработки.

Векторная графика это, по сути, набор геометрических фигур, складывающихся в рисунок. Вот почему Sketchpad считается первым в истории векторным редактором (хотя в то время даже подобных терминов не существовало). Растровая графика опирается на сетку пикселей (pix element - самый крошечный элемент изображения, можно представить как мельчайшую точку, которая физически является частью матрицы любого монитора). Вкратце, разница между ними такова: вектор более гибок в плане редактирования, растровое же изображение тяжело растянуть без потери качества, но оно хорошо передаёт цветовые эффекты и его чаще выбирают для создания сложных подробных рисунков.

Впрочем, если подробности рисунка однотипны - к примеру, вам нужно изобразить дерево с сотнями листиков, то это уже область применения фрактальной графики. Она предназначена как раз для работы с элементами, наследующими материнскую структуру.

Трехмёрная графика подразделяется на воксельную и полигональную. В воксельной объекты состоят из наборов геометрических фигур, полигональная представляет собой совокупность поверхностей. У поверхностей есть грани, имеющие координаты в пространстве, расчёт координат позволяет создавать различные векторы.

Наконец, CGI. Это та самая компьютерная анимация и эффекты, которые мы видим, например, в кино. Изображения генерируются компьютером, они могут быть статичными или подвижными, и позволяют реализовать почти любые задумки сценаристов.

Будущее

Технологии виртуальной реальности будут получать всё более широкое применение. Ещё недавно экзотикой казались 3D-фильмы, сегодня они привычны и зрителей зазывают в кинотеатры уже на 4D-кино. Впрочем, последнее откровенный маркетинговый ход - по факту 4D-измерение лишь философская и математическая концепция, и прежде чем снимать в нём фильмы, его существование ещё надо доказать.

Но 3D, как и виртуальная реальность, уже повседневное явление. В области игр к VR по-прежнему относятся осторожно. Наверняка мы когда-нибудь увидим соревнование киберспортсменов, которые не сидят за компьютерами, а бегают, увешанные датчиками, но сегодня тут ещё масса проблем: укачивание, головная боль от долгого пребывания в очках и т.д.

Но прогресс всё равно очевиден. Сегодня вы уже можете не просто рисовать мышкой и пером на экране, но и распечатать свой рисунок на 3D-принтере. Графика покидает экраны мониторов, и становится частью реального мира.

представление о базовых понятиях компьютерной графики.

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся созданием, хранением и обработкой различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую .

Под растровым понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселей) различных цветов или оттенков.

При увеличении растрового рисунка в несколько раз становится видно, что изображение состоит из конечного числа "квадратиков" определенного цвета. Эти квадратики и называют пикселями .

В векторной графике все изображения описываются в виде математических объектов – контуров, т.е. изображение разбивается на ряд графических примитивов – точки, прямой , ломанной, дуги, многоугольника.

Оба этих способа кодирования графической информации имеют свои особенности и недостатки.

Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, с использованием более чем 16 млн. оттенков цветов, вне зависимости от сложности.

Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы, матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры.

Основной проблемой растровой графики является большой объем файлов, содержащих изображения: чем больше количество пикселей и чем меньше их размеры, тем лучше выглядит изображение.

Второй недостаток растровых изображений связан с невозможностью их увеличения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее и напоминают мозаику. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой. Этот эффект называется пикселизацией (от пиксель – самый маленький элемент изображения, точка (как атом в молекуле)).

Рис. 1.1.

У векторных изображений , напротив, размер файла не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации , описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.

Описание объектов может быть легко изменено. Также это означает, что различные операции с рисунком, такие как перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшают его качества.

Рис. 1.2.

К недостаткам векторной графики относят следующие:

1. Возможность изображения в векторном виде доступна далеко не для каждого объекта: для этого может потребоваться разбить объект на очень большое количество векторных линий, что сильно увеличивает количество памяти, занимаемой изображением, и время его прорисовки на экране.
2. Векторный формат не дает возможность отобразить плавные переходы цветов, сохранить фотографическую точность изображения.

Выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Каждый из видов компьютерной графики был разработан для решения определенных задач и имеет свою заданную область применения.

Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате.

Пиксели, разрешение, размер изображения

Размеры растровых изображений выражают в виде количества пикселов по горизонтали и вертикали, например, 600?800. В данном случае это означает, что ширина изображения составляет 600, а высота - 800 точек. Количество точек по горизонтали и вертикали может быть разным для разных изображений.

При выводе изображения на поверхность экрана или бумаги, оно занимает прямоугольник определённого размера. Для оптимального размещения изображения на экране необходимо согласовывать количество точек в изображении, пропорции сторон изображения с соответствующими параметрами устройства отображения.

Степень детализации изображения, число пикселей (точек) отводимых на единицу площади называют разрешением .

Если пикселы изображения выводятся пикселами устройства вывода один к одному, размер будет определяться только разрешением устройства вывода. Соответственно, чем выше разрешение экрана, тем больше точек отображается на той же площади и тем менее зернистой и более качественной будет ваша картинка.

При большом количестве точек, размещённом на маленькой площади, глаз не замечает мозаичности рисунка. Справедливо и обратное: малое разрешение позволит глазу заметить растр изображения ("ступеньки").

Высокое разрешение изображения при малом размере плоскости отображающего устройства не позволит вывести на него всё изображение, либо при выводе изображение будет "подгоняться", например, для каждого отображаемого пиксела будут усредняться цвета попадающей в него части исходного изображения. При необходимости крупно отобразить изображение небольшого размера на устройстве с высоким разрешением приходится вычислять цвета промежуточных пикселей.

Следует четко различать: разрешение экрана; разрешение печатающего устройства; разрешение изображения .

Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны, пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.

Разрешение экрана (экранного изображения) - это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселях и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком. Для измерения экранного разрешения используют обозначение ppi (pixel per inch).

Разрешение принтера (печатного изображения) - это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины (растра). Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере. В зависимости от сорта бумаги выбирают следующие величины частоты растра: для газетной бумаги - 70-90 dpi, для бумаги среднего качества - 90-100 dpi, для глянцевой - 133 dpi и выше.

Разрешение изображения (оригинала) - это свойство самого изображения. Разрешение оригинала используется при вводе изображения в компьютер и измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi), задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Установка разрешения оригинала зависит от требований, предъявляемых к качеству изображения и размеру файла. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения - его физическим размером.

Физический размер изображения может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом.

Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает. Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет.