Počítačová grafika je historií vývoje počítačové grafiky. Historie vývoje počítačové grafiky Stručné vektorové obrázky
Ministerstvo školství a vědy Ruské federace
HUMANITNÍ A TECHNOLOGICKÝ INSTITUT BUZULUK (POBOČKA) VZDĚLÁVACÍ INSTITUCE FEDERÁLNÍHO STÁTNÍHO ROZPOČTU
VYŠŠÍ ODBORNÉ VZDĚLÁNÍ
"STÁTNÍ UNIVERZITA ORENBURG"
Fakulta korespondenčních studií
Ústav fyziky, informatiky, matematiky
KURZOVÁ PRÁCE
v oboru "Počítačová grafika a modelování"
Historie počítačové grafiky
Buzuluk 2012
anotace
Kurzová práce na téma „Historie vývoje metod počítačové grafiky“ obsahuje 32 stran, z toho 15 kreseb, 20 literárních zdrojů.
První část popisuje historii počítačové grafiky.
Druhá část popisuje druhy grafiky a využití grafiky v různých oborech lidské činnosti.
Úvod
Dějiny vývoje informačních technologií se vyznačují rychlými změnami koncepčních představ, technických prostředků, metod a oblastí jejich uplatnění. V moderní realitě se schopnost využívat průmyslové informační technologie stala pro většinu lidí velmi důležitou. Pronikání počítačů do všech sfér společenského života nás přesvědčuje, že kultura komunikace s počítačem se stává běžnou lidskou kulturou.
Cílem práce je studium historie počítačové grafiky.
Předmětem studia je počítačová grafika.
Studijní obor: Dějiny počítačové grafiky.
Cíle kurzu:
) studovat a analyzovat literaturu na toto téma;
) podat představu o hlavních typech počítačové grafiky;
) zvážit možnosti počítačové grafiky.
1. Historie vývoje počítačové grafiky
1.1 Vznik počítačové (strojové) grafiky
Počítačová grafika není ve svém vývoji starší než deset let a její komerční aplikace ještě méně. Andriesvan Dam je považován za jednoho z otců počítačové grafiky a jeho knihy jsou základními učebnicemi celého spektra technologií, které jsou základem počítačové grafiky. V této oblasti je známý také Ivan Sutherland, jehož doktorská práce byla teoretickým základem počítačové grafiky.
Donedávna bylo experimentování s možnostmi interaktivní počítačové grafiky výsadou pouze malého počtu odborníků, především vědců a inženýrů zabývajících se automatizací návrhu, analýzou dat a matematickým modelováním. Nyní se studium skutečných a imaginárních světů prostřednictvím „prizma“ počítačů stalo dostupným pro mnohem širší okruh lidí.
Tato změna situace je způsobena několika důvody. Především v důsledku výrazného zlepšení poměru cena/výkon u některých hardwarových komponent počítače. Kromě toho se stal široce dostupný standardní grafický software na vysoké úrovni, který usnadňuje psaní nových aplikací, které jsou přenosné z jednoho typu počítače na druhý.
Dalším důvodem je dopad, který mají displeje na kvalitu rozhraní – prostředku komunikace mezi člověkem a strojem – poskytující uživateli maximální pohodlí. Nové, uživatelsky přívětivé systémy jsou z velké části postaveny na přístupu WYSIWYG (co vidíte, to dostanete), přičemž to, co vidíte na obrazovce, by se mělo co nejvíce podobat tomu, s čím skončíte.
Většina tradičních aplikací počítačové grafiky je dvourozměrná. V poslední době roste komerční zájem o 3D aplikace. Je poháněn výrazným pokrokem v řešení dvou vzájemně souvisejících problémů: modelování 3D scén a vytváření co nejrealističtějších obrázků. Například letecké simulátory kladou zvláštní důraz na reakční dobu na povely zadané pilotem a instruktorem. Aby simulátor vytvořil iluzi plynulého pohybu, musí generovat extrémně realistický obraz dynamicky se měnícího „světa“ rychlostí alespoň 30 snímků za sekundu. Naproti tomu obrázky používané v reklamě a zábavě jsou vypočítávány autonomně, často v řádu hodin, aby bylo dosaženo maximální realističnosti nebo vytvoření silného dojmu.
Vývoj počítačové grafiky, zejména v jejích počátečních fázích, je spojen především s vývojem technických prostředků a zejména displejů:
skenování náhodným paprskem;
skenování rastrovým paprskem;
skladovací trubky;
plazmový panel;
indikátory z tekutých krystalů;
elektroluminiscenční indikátory;
displeje polních emisí.
Skenování náhodným paprskem. Grafika displeje se objevila jako pokus použít náhodně skenované katodové trubice (CRT) k výstupu obrázků z počítače. Jak píše Newman, zřejmě prvním strojem, kde byla CRT použita jako výstupní zařízení, byl počítač Whirlwind-I (Hurricane-I), vyrobený v roce 1950. na Massachusetts Institute of Technology. Tímto experimentem byla zahájena etapa vývoje vektorových displejů (displeje s náhodným paprskovým skenováním, kaligrafické displeje). V odborném žargonu se úsečka nazývá vektor. Odtud pochází název „vektorový displej“.
Když se paprsek pohybuje po obrazovce v místě, kde paprsek dopadá, je vybuzena záře luminoforu obrazovky. Tato záře ustane poměrně rychle při přesunutí paprsku do jiné polohy (obvyklá doba dosvitu je kratší než 0,1 s). Proto, aby byl obrázek neustále viditelný, je nutné jej znovu vystavit (obrázek znovu vygenerovat) 50 nebo 25krát za sekundu. Potřeba znovu vydat obrázek vyžaduje uložení jeho popisu do speciálně přidělené paměti zvané regenerační paměť. Samotný popis obrázku se nazývá soubor zobrazení. Je jasné, že takový displej vyžaduje poměrně rychlý procesor pro zpracování zobrazovacího souboru a řízení pohybu paprsku po obrazovce.
Sériové vektorové displeje obvykle dokázaly zkonstruovat pouze 3000-4000 segmentů 50krát za sekundu. S větším počtem segmentů začne obraz blikat, protože segmenty vytvořené na začátku dalšího cyklu zcela vyblednou v době, kdy jsou sestaveny poslední.
Další nevýhodou vektorových displejů je malý počet gradací jasu (obvykle 2-4). Byly vyvinuty dvou- nebo tříbarevné CRT, které také poskytovaly několik stupňů jasu, ale nenašly široké použití.
Ve vektorových zobrazeních je snadné vymazat jakýkoli prvek obrázku - stačí odstranit vymazaný prvek ze souboru zobrazení během dalšího konstrukčního cyklu.
Textový dialog je podporován pomocí alfanumerické klávesnice. Nepřímý grafický dialog, stejně jako na všech ostatních displejích, se provádí pohybem zaměřovacího kříže (kurzoru) po obrazovce pomocí určitých ovládacích prvků zaměřovacího kříže – souřadnicová kolečka, ovládací páka (joystick), trackball (kuličková rukojeť), tablet atd. Charakteristickým rysem vektorových displejů je možnost přímého grafického dialogu, který spočívá v jednoduchém označení objektů na obrazovce (čáry, symboly atd.) pomocí světelného pera. K tomu stačí pomocí fotodiody určit okamžik tažení a tím i začátek svitu fosforu kterékoli části požadovaného prvku.
První sériové vektorové displeje se v zahraničí objevily koncem 60. let.
Skenování rastrovým paprskem.
Pokrok v technologii mikroelektroniky vedl k tomu, že od poloviny 70. let se v drtivé většině rozšířily displeje s rastrovým paprskem.
Paměťové trubice.
Koncem 60. let se objevila paměťová CRT, která byla schopna poměrně dlouhou dobu (až hodinu) ukládat zkonstruovaný obraz přímo na obrazovku. Proto není potřeba obnovovací paměť a rychlý procesor není potřeba k obnovování obrazu. Mazání na takovém displeji je možné pouze pro celý snímek jako celek. Složitost obrazu je prakticky neomezená. Rozlišení dosažené na displejích s úložnými trubicemi je stejné jako na vektorových displejích nebo vyšší – až 4096 bodů.
Textový dialog je podporován pomocí alfanumerické klávesnice, nepřímý grafický dialog se provádí pohybem zaměřovače po obrazovce, obvykle pomocí souřadnicových koleček.
Vzhled takových displejů na jednu stranu přispěl k širokému využití počítačové grafiky, na druhou stranu představoval určitý regres, protože se šířila poměrně nekvalitní a málo rychlá, nepříliš interaktivní grafika.
Plazmový panel.
V roce 1966 Byl vynalezen plazmový panel, který si lze zjednodušeně představit jako matici malých různobarevných neonových žárovek, z nichž každá se zapíná nezávisle a může svítit s nastavitelným jasem. Je jasné, že vychylovací systém není potřeba a regenerační paměť také není potřeba, jelikož podle napětí na žárovce vždy poznáte, zda svítí nebo ne, tzn. zda je v daném bodě obraz. V jistém smyslu tyto displeje kombinují mnoho užitečných vlastností vektorových a rastrových zařízení. Mezi nevýhody patří vysoká cena, nedostatečně vysoké rozlišení a vysoké napájecí napětí. Obecně se tyto displeje příliš nepoužívají.
Indikátory z tekutých krystalů. LCD displeje fungují podobně jako indikátory v digitálních hodinkách, ale obraz se samozřejmě neskládá z více segmentů, ale z velkého množství samostatně ovládaných bodů. Tyto displeje mají nejmenší rozměry a spotřebu, a proto jsou hojně využívány v přenosných počítačích i přes nižší rozlišení, nižší kontrast a znatelně vyšší cenu než u CRT rastrových displejů.
Elektroluminiscenční indikátory. Displeje založené na elektroluminiscenčních indikátorech mají nejvyšší jas, kontrast, rozsah provozních teplot a odolnost. Pokrok v technologii je zpřístupnil pro použití nejen v drahých špičkových systémech, ale také v obecných průmyslových systémech. Činnost takových displejů je založena na záři luminoforu pod vlivem poměrně vysokého střídavého napětí aplikovaného na vzájemně kolmé sady elektrod, mezi kterými je luminofor umístěn.
Displeje pole emise. Obrazovky s katodovými trubicemi jsou i přes svou relativní levnost a široké použití mechanicky křehké, vyžadují vysoké napájecí napětí, spotřebovávají velký výkon, mají velké rozměry a omezenou životnost v důsledku ztráty emise z katod. Jednou z metod, jak tyto nedostatky odstranit, je vytvoření plochých displejů s polní emisí ze studených katod ve formě vysoce naostřených mikrojehel.
Počítačová grafika, která začala v roce 1950, přešla z exotických experimentů na jeden z nejdůležitějších, všudypřítomných nástrojů moderní civilizace, od vědeckého výzkumu, automatizace designu a výroby, přes obchod, medicínu, ekologii, média, volný čas a konče vybavení domácnosti.
2. Počítačová grafika
Rozsah počítačové grafiky není omezen pouze na umělecké efekty. Ve všech oborech vědy, techniky, medicíny, v obchodních a manažerských činnostech se používají počítačem generované diagramy, grafy a tabulky k vizuálnímu zobrazení různých informací. Designéři při vývoji nových modelů automobilů a letadel používají trojrozměrné grafické objekty, které reprezentují konečný vzhled produktu. Architekti vytvářejí na obrazovce monitoru trojrozměrný obraz budovy, který jim umožňuje vidět, jak zapadne do krajiny.
Lze uvažovat o následujících oblastech použití počítačové grafiky.
Vědecká grafika.
První počítače sloužily pouze k řešení vědeckých a průmyslových problémů. Pro lepší pochopení získaných výsledků byly zpracovány graficky, byly vytvořeny grafy, schémata a výkresy vypočtených konstrukcí. První grafika na stroji byla získána v režimu symbolického tisku. Poté se objevily speciální přístroje - plotry (plotry) pro kreslení kreseb a grafů inkoustovým perem na papír. Moderní vědecká počítačová grafika umožňuje provádět výpočetní experimenty s vizuální reprezentací jejich výsledků.
Obchodní grafika.
Obchodní grafika je obor počítačové grafiky navržený tak, aby vizuálně reprezentoval různé výkonnostní ukazatele institucí. Plánované ukazatele, dokumentace výkaznictví, statistické výkazy – to jsou objekty, pro které jsou pomocí business grafiky vytvářeny ilustrační materiály. Firemní grafický software je součástí tabulek.
Design grafiky.
Designová grafika se používá v práci konstruktérů, architektů a vynálezců nových technologií. Tento typ počítačové grafiky je povinným prvkem CAD (systémy automatizace návrhu). Pomocí designové grafiky můžete získat jak ploché obrazy (projekce, řezy), tak prostorové trojrozměrné obrazy.
Ilustrativní grafika.
Ilustrativní grafika je volná kresba a skicování na obrazovce počítače. Ilustrativní grafické balíčky jsou univerzální aplikační software. Nejjednodušší softwarové nástroje pro ilustrační grafiku se nazývají grafické editory.
Umělecká a reklamní grafika – která se stala populární především díky televizi. Pomocí počítače vznikají reklamy, kreslené filmy, počítačové hry, videonávody a videoprezentace. Grafické balíčky pro tyto účely vyžadují velké počítačové zdroje z hlediska rychlosti a paměti. Charakteristickým rysem těchto grafických balíčků je schopnost vytvářet realistické obrázky a „pohyblivé obrázky“. Získávání výkresů trojrozměrných objektů, jejich otáčení, aproximace, odstraňování, deformace je spojeno s velkým množstvím výpočtů. Přenos osvětlení objektu v závislosti na poloze zdroje světla, umístění stínů a textuře povrchu vyžaduje výpočty, které berou v úvahu zákony optiky.
Jedním z prvních slavných filmů byl film "Star Wars". Byl vytvořen za pomoci superpočítače Sgau. Fáze dalšího vývoje počítačové kinematografie lze vysledovat ve filmech jako „Terminátor 2“, „Babylon 5“ atd. Technologie počítačové grafiky se donedávna využívaly pro speciální efekty, vytváření obrazů exotických monster, simulování přírodních katastrof a další prvky, které byly pouze pozadím pro hru živých herců. V roce 2001 byl vydán celovečerní film „Final Fantasy“, ve kterém bylo vše, včetně obrazů lidí, syntetizováno počítačem - živí herci vyjadřovali pouze role v zákulisí.
Počítačová animace.
Počítačová animace je tvorba pohyblivých obrázků na obrazovce. Umělec vytváří na obrazovce nákres počáteční a konečné polohy pohybujících se objektů, všechny mezistavy jsou vypočítány a zobrazeny počítačem, přičemž provádí výpočty založené na matematickém popisu tohoto typu pohybu. Výsledné vzory, zobrazené postupně na obrazovce při určité frekvenci, vytvářejí iluzi pohybu.
Grafika pro internet.
Typy počítačové grafiky.
Existují tři typy počítačové grafiky. Jedná se o rastrovou grafiku, vektorovou grafiku a fraktální grafiku. Liší se principy tvorby obrazu při zobrazení na obrazovce monitoru nebo při tisku na papír.
Rastrová metoda - obrázek je reprezentován jako sada barevných bodů. Rastrová grafika se využívá při vývoji elektronických (multimediálních) a tištěných publikací. Ilustrace vytvořené pomocí rastrové grafiky jsou zřídka vytvářeny ručně pomocí počítačových programů. Nejčastěji se k tomuto účelu používají naskenované ilustrace připravené umělci nebo fotografie. V poslední době našly digitální fotoaparáty a videokamery široké použití pro vkládání rastrových obrázků do počítače.
Pixel je hlavním prvkem rastrových obrázků. To jsou prvky, které tvoří rastrový obrázek.
Digitální obrázek je sbírka pixelů. Každý pixel rastrového obrázku je charakterizován souřadnicemi x a y a jasem V(x,y) (pro černobílé obrázky). Protože pixely jsou ve své podstatě diskrétní, jejich souřadnice jsou diskrétní veličiny, obvykle celá čísla nebo racionální čísla. V případě barevného obrázku je každý pixel charakterizován souřadnicemi x a y a třemi jasy: červený jas, modrý jas a zelený jas (VR, VB, VG). Kombinací těchto tří barev můžete získat velké množství různých odstínů.
Všimněte si, že pokud alespoň jedna z charakteristik obrazu není číslo, pak je obraz klasifikován jako analogový. Příklady analogových obrázků zahrnují hologramy a fotografie. Pro práci s takovými obrázky existují speciální metody, zejména optické transformace. V některých případech jsou analogové obrázky převedeny do digitální podoby. Tento úkol provádí ImageProcessing.
Barva libovolného pixelu v rastrovém obrázku je uložena pomocí kombinace bitů. Čím více bitů se k tomu použije, tím více odstínů barev lze získat. 1 bajt je obvykle přidělen pro gradaci jasu (256 gradací), přičemž 0 je černá a 255 je bílá (maximální intenzita). V případě barevného obrazu je pro gradaci jasu všech tří barev přidělen bajt. Je možné zakódovat gradaci v různém počtu bitů (4 nebo 12), ale lidské oko dokáže rozlišit pouze 8 bitů gradace na barvu. Barvy popsané ve 24 bitech poskytují více než 16 milionů dostupných barev a často se nazývají přirozené barvy.
V paletách barev je každý pixel popsán kódem. Je podporováno propojení tohoto kódu s tabulkou barev skládající se z 256 buněk. Kapacita každé buňky je 24 bitů. Výstup každé buňky je 8 bitů pro červenou, zelenou a modrou.
Barevný prostor tvořený intenzitami červené, zelené a modré je znázorněn ve formě barevné krychle (viz obr. 1.).
Obrázek 1 - Barevná kostka
Vrcholy krychle A, B, C jsou maximální intenzity zelené, modré a červené a trojúhelník, který tvoří, se nazývá Pascalův trojúhelník. Obvod tohoto trojúhelníku odpovídá nejvíce sytým barvám. Barva maximální sytosti obsahuje vždy pouze dvě složky. Na segmentu OD jsou odstíny šedé, přičemž proud O odpovídá černé a bod D bílé.
Typy rastrů.
Rastr je pořadí uspořádání bodů (prvků rastru). Obrázek 2 znázorňuje rastr, jehož prvky jsou čtverce, takový rastr se nazývá obdélníkový;
Obrázek 2 - Rastr se čtvercovými prvky
I když je možné jako rastrový prvek použít postavu jiného tvaru: trojúhelník, šestiúhelník; splňující následující požadavky:
− všechny číslice musí být stejné;
− musí zcela zakrývat rovinu bez přejíždění nebo děr.
Takže jako rastrový prvek je možné použít rovnostranný trojúhelník (viz obr. 3), pravidelný šestiúhelník (hexaedr) (viz obr. 4). takové rastry.
Obrázek 3- Trojúhelníkový rastr
Podívejme se na způsoby konstrukce čar v obdélníkovém a šestiúhelníkovém rastru.
Obrázek 4 - „Šestihranný rastr“
V pravoúhlém rastru se čárová konstrukce provádí dvěma způsoby:
) Výsledkem je osmičlenná linka. Sousední pixely řádku mohou být v jedné z osmi možných (viz obr. 5a) pozic
) Výsledkem je čtyřčlenná linka. Sousední pixely řádku mohou být v jedné ze čtyř možných (viz obr. 5b) pozic. Nevýhoda - příliš tlustá čára pod úhlem 45°.
Obrázek 5 - Kreslení čáry v obdélníkovém rastru
V šestiúhelníkovém rastru jsou čáry šestičlenné (viz obr. 6), takové čáry jsou stabilnější na šířku, tzn. rozptyl šířky čáry je menší než u čtvercového rastru.
Obrázek 6 - Kreslení čáry v šestihranném rastru
Jedním ze způsobů vyhodnocení rastru je přenos obrazu zakódovaného s ohledem na použitý rastr komunikačním kanálem s následným restaurováním a vizuální analýzou dosažené kvality.
Modelování šestiúhelníkového rastru. Je možné sestavit šestiúhelníkový rastr založený na čtvercovém rastru. K tomu je šestiúhelník znázorněn jako obdélník.
Vektorová grafika.
Vektorová grafika popisuje obrázky pomocí přímých a zakřivených čar nazývaných vektory a také parametry popisující barvy a rozvržení. Například obraz listu stromu (viz obr. 7.) je popsán body, kterými prochází přímka, čímž se vytváří obrys listu. Barva listu je určena barvou obrysu a oblastí v tomto obrysu.
Obrázek 7 - Příklad vektorové grafiky
Na rozdíl od rastrové grafiky je ve vektorové grafice obrázek konstruován pomocí matematických popisů objektů, kružnic a čar. I když se to na první pohled může zdát složitější než použití rastrových polí, pro některé typy obrázků je použití matematických popisů jednodušší.
Klíčem k vektorové grafice je, že pro objekt používají kombinaci počítačových příkazů a matematických vzorců. To umožňuje počítačovým zařízením vypočítat a umístit skutečné body při kreslení těchto objektů. Tato vlastnost vektorové grafiky jí dává oproti rastrové grafice řadu výhod, ale zároveň je důvodem jejích nevýhod.
Vektorové grafiky se často nazývají objektově orientovaná grafika nebo grafika kreslení. Jednoduché objekty, jako jsou kruhy, čáry, koule, krychle a podobně, se nazývají primitiva a používají se k vytváření složitějších objektů. Ve vektorové grafice se objekty vytvářejí kombinací různých objektů.
Chcete-li vytvořit vektorové kresby, musíte použít jeden z mnoha ilustračních balíčků. Výhodou vektorové grafiky je, že popis je jednoduchý a zabírá málo paměti počítače. Nevýhodou však je, že podrobný vektorový objekt může být příliš složitý, nemusí se vytisknout tak, jak uživatel očekává, nebo se nemusí vytisknout vůbec, pokud tiskárna správně neinterpretuje nebo nerozumí vektorovým příkazům.
Při úpravách prvků vektorové grafiky se mění parametry rovných a zakřivených čar, které popisují tvar těchto prvků. Prvky můžete přesouvat, měnit jejich velikost, tvar a barvu, ale to neovlivní kvalitu jejich vizuální prezentace. Vektorová grafika je nezávislá na rozlišení, tzn. lze zobrazit na různých výstupních zařízeních s různým rozlišením bez ztráty kvality.
Vektorová reprezentace spočívá v popisu obrazových prvků matematickými křivkami s uvedením jejich barev a obsazenosti.
Další výhodou je kvalitní škálování v libovolném směru. Zvětšování nebo zmenšování objektů se provádí zvýšením nebo snížením odpovídajících koeficientů v matematických vzorcích. Vektorový formát se bohužel stává nevýhodným při přenosu obrázků s mnoha odstíny nebo jemnými detaily (například fotografie). Koneckonců, každé sebemenší zvýraznění v tomto případě nebude reprezentováno sbírkou jednobarevných teček, ale složitým matematickým vzorcem nebo sbírkou grafických primitiv, z nichž každý je vzorcem. Tím je soubor těžší. Kromě toho převod obrázku z rastru do vektorového formátu (například pomocí AdobeStrimeLine nebo Corel OCR-TRACE) vede k tomu, že tento zdědí neschopnost správně zvětšit měřítko. S rostoucími lineárními rozměry se nezvyšuje počet detailů nebo odstínů na jednotku plochy. Toto omezení je dáno rozlišením vstupních zařízení (skenery, digitální fotoaparáty atd.).
Pojem fraktál a historie vzhledu fraktální grafiky.
Pravděpodobně jste často viděli spíše důmyslné obrazy, na kterých není jasné, co je zobrazeno, ale přesto neobvyklost jejich forem fascinuje a přitahuje pozornost. Zpravidla se jedná o důmyslné formy, které se zdánlivě nehodí k žádnému matematickému popisu. Viděli jste například vzory na skle po mrazu nebo třeba chytré skvrny zanechané na listu inkoustovým perem, takže něco takového lze zapsat ve formě nějakého algoritmu, a tedy snadno vysvětlit na počítači. Takové množiny se nazývají fraktální. Fraktály nejsou podobné obrazcům, které známe z geometrie, a jsou sestaveny podle určitých algoritmů a tyto algoritmy lze zobrazit na obrazovce pomocí počítače. Obecně, pokud vše trochu zjednodušíme, pak jsou fraktály jakousi transformací opakovaně aplikovanou na původní obrazec.
První myšlenky fraktální geometrie vznikly v 19. století. Cantor pomocí jednoduchého rekurzivního (opakujícího se) postupu proměnil čáru ve sbírku nespojených bodů (tzv. Cantor Dust). Vzal by linku a odstranil centrální třetinu a pak totéž zopakoval se zbývajícími sekcemi. Peano nakreslil zvláštní druh čáry (viz obr. 8). K jeho nakreslení Peano použil následující algoritmus.
Obrázek 8- Algoritmus kreslení
V prvním kroku vzal rovnou čáru a nahradil ji 9 segmenty 3krát kratšími, než byla délka původní čáry (část 1 a 2 na obrázku 1). Potom udělal totéž s každým segmentem výsledné čáry. A tak dále do nekonečna. Jeho jedinečnost spočívá v tom, že vyplňuje celou rovinu. Je dokázáno, že pro každý bod na rovině lze najít bod patřící k Peanově přímce. Peanova křivka a Cantorův prach přesahovaly běžné geometrické objekty. Neměly jasný rozměr. Cantorův prach se zdál být postaven na základě jednorozměrné čáry, ale sestával z bodů a Peanova křivka byla postavena na základě jednorozměrné čáry a výsledkem byla rovina. V mnoha jiných oblastech vědy se objevily problémy, jejichž řešení vedlo k podivným výsledkům podobným těm popsaným (Brownův pohyb, ceny akcií).
Až do 20. století se údaje o takových podivných objektech shromažďovaly, aniž by se je pokusili systematizovat. To bylo do doby, než se jich chopil Benoit Mandelbrot, otec moderní fraktální geometrie a slova fraktál. Zatímco pracoval jako matematický analytik v IBM, studoval šum v elektronických obvodech, který nebylo možné popsat pomocí statistik. Postupným porovnáváním faktů dospěl k objevu nového směru v matematice – fraktální geometrie.
Sám Mandelbrot odvodil slovo fraktál z latinského slova fractus, což znamená rozbitý (rozdělený na části). A jednou z definic fraktálu je geometrický obrazec složený z částí, který lze rozdělit na části, z nichž každá bude představovat menší kopii celku (alespoň přibližně).
Jakmile Mandelbrot objevil koncept fraktálů, ukázalo se, že jsme jimi doslova obklopeni. Kovové ingoty a horniny jsou fraktální, uspořádání větví, vzory listů a kapilární systém rostlin jsou fraktální; oběhové, nervové, lymfatické systémy v živočišných organismech, fraktální povodí, povrchy mraků, mořské pobřeží, horský terén...
Chcete-li si představit fraktál, zvažte příklad uvedený v knize B. Mandelbrota „Fractal Geometry of Nature“, která se stala klasikou – „Jaká je délka pobřeží Británie?“ Odpověď na tuto otázku není tak jednoduchá, jak se zdá. Vše závisí na délce nástroje, který budeme používat. Změřením břehu pomocí kilometrového pravítka nějakou délku získáme. Vynecháme však mnoho malých zátok a poloostrovů, které jsou rozlohou mnohem menší než naše linie. Zmenšením velikosti pravítka na řekněme 1 metr vezmeme v úvahu tyto detaily krajiny a v důsledku toho se délka pobřeží zvětší. Pojďme dále a změříme délku břehu pomocí milimetrového pravítka, budeme brát v úvahu detaily, které jsou větší než milimetr, délka bude ještě větší. V důsledku toho může odpověď na tak zdánlivě jednoduchou otázku zmást každého – délka pobřeží Británie je nekonečná.
Hlavní vlastností fraktálů je sebepodobnost. Jakýkoli mikroskopický fragment fraktálu tak či onak reprodukuje jeho globální strukturu. V nejjednodušším případě je část fraktálu prostě menší celý fraktál.
Proto základní recept na konstrukci fraktálů: vezměte jednoduchý motiv a opakujte jej, přičemž neustále zmenšujte velikost. Nakonec se objeví struktura, která tento motiv reprodukuje ve všech měřítcích. (Obr.9)
Obrázek 9 - Motiv opakování fraktálů
Vezmeme segment a zlomíme jeho střední třetinu pod úhlem 60 stupňů. Potom tuto operaci opakujeme s každou částí výsledné přerušované čáry - a tak dále do nekonečna. Výsledkem je nejjednodušší fraktál - triadická křivka, kterou objevila matematička Helga von Koch v roce 1904.
Pokud při každém kroku hlavní motiv nejen zmenšíte, ale také posouváte a otočíte, můžete získat zajímavější a realističtěji vypadající útvary, například list kapradiny nebo dokonce celé jeho houštiny. Nebo můžete postavit velmi věrohodný fraktálový terén a pokrýt ho velmi pěkným lesem. Například v 3D StudioMax se ke generování stromů používá fraktální algoritmus. A to není výjimkou – většina textur terénu v moderních počítačových hrách představuje fraktály. Hory, les a mraky na obrázku jsou fraktály.
Soubory fraktálových obrázků mají příponu fif. Soubory ve formátu fif jsou obvykle o něco menší než soubory ve formátu jpg, ale může se stát i opak. To nejzajímavější začíná, když se na obrázky podíváte s rostoucím zvětšením. Soubory JPG téměř okamžitě demonstrují svou diskrétní povahu - objeví se pověstný žebřík. Ale soubory fif, jak se na fraktály sluší, s rostoucím zvětšením ukazují novou úroveň detailů ve struktuře, zachovávajíce estetiku obrazu.
Geometrické fraktály.
Tady začala historie fraktálů. Tento typ fraktálu se získává pomocí jednoduchých geometrických konstrukcí. Obvykle při konstrukci těchto fraktálů dělají toto: vezmou „semeno“ - axiom - sadu segmentů, na jejichž základě bude fraktál postaven. Dále je na toto „semeno“ aplikována sada pravidel, která jej přeměňuje na nějaký druh geometrického útvaru. Dále se stejná sada pravidel znovu použije na každou část tohoto obrázku. S každým krokem bude obrazec stále složitější a pokud provedeme nekonečné množství transformací, dostaneme geometrický fraktál.
Peanova křivka diskutovaná dříve je geometrický fraktál. Obrázek 10 ukazuje další příklady geometrických fraktálů (Koch Snowflake, Liszt, Sierpinski Triangle).
Obrázek 10 - Kochova sněhová vločka
Obrázek 11-List
Obrázek 12 - Sierpinského trojúhelník
Z těchto geometrických fraktálů je velmi zajímavý a docela známý Kochova sněhová vločka. Je postaven na základě rovnostranného trojúhelníku. Každý řádek je nahrazen 4 řádky, každý o 1/3 původní délky. S každou iterací se tedy délka křivky zvětší o třetinu. A pokud uděláme nekonečný počet iterací, dostaneme fraktál – Kochovu vločku nekonečné délky. Ukazuje se, že naše nekonečná křivka pokrývá omezenou oblast.
Rozměr Kochovy vločky (když se vločka zvětší 3krát, její délka se zvětší 4krát) D=log(4)/log(3)=1,2619...
Takzvané L-systémy se dobře hodí pro konstrukci geometrických fraktálů. Podstatou těchto systémů je, že existuje určitá sada systémových symbolů, z nichž každý označuje konkrétní akci a soubor pravidel transformace symbolů.
Algebraické fraktály.
Druhá velká skupina fraktálů jsou algebraické. Svůj název dostaly proto, že jsou sestaveny na základě algebraických vzorců, někdy velmi jednoduchých. Existuje několik metod, jak získat algebraické fraktály. Jednou z metod je opakovaný (iterativní) výpočet funkce Zn+1=f(Zn), kde Z je komplexní číslo a f je určitá funkce. Výpočet této funkce pokračuje, dokud není splněna určitá podmínka. A když je tato podmínka splněna, na obrazovce se zobrazí tečka. V tomto případě mohou mít funkční hodnoty pro různé body komplexní roviny různé chování:
− v průběhu času inklinuje k nekonečnu;
− má sklon k 0;
−přebírá několik pevných hodnot a nepřekračuje je;
− chování je chaotické, bez jakýchkoli trendů.
Pro ilustraci algebraických fraktálů se vraťme ke klasice – Mandelbrotově množině.
Obrázek 13 - Mandelbrotova sada
K jeho konstrukci potřebujeme komplexní čísla. Komplexní číslo je číslo skládající se ze dvou částí – reálné a imaginární, a označuje se a+bi. Reálná část a je v našem znázornění obyčejné číslo a bi je imaginární část. i se nazývá imaginární jednotka, protože když odmocníme i, dostaneme -1.
Komplexní čísla lze sčítat, odečítat, násobit, dělit, umocňovat a odmocňovat, ale nelze je porovnávat. Komplexní číslo lze znázornit jako bod v rovině, jehož souřadnice X je reálná část a a Y je koeficient imaginární části b.
Funkčně je Mandelbrotova množina definována jako
1=Zn*Zn+C.
Ke konstrukci Mandelbrotovy množiny použijeme algoritmus v BASIC.a=-2 až 2 "pro všechna reálná a od -2 do 2b=-2 až 2" pro všechna imaginární b od -2 do 2
"Patří do Mandelbrotovy sady = Pravda
"Opakujte 255krát (pro režim 256 barev)
Pro iteraci=1 až 255=Z0*Z0+C
"Zaškrtnuto - nepatří abs(Zn)>2, potom Lake=False: Exit For0=Zn
„Nakreslili černou tečku patřící k Mandelbrotově „jezeru“.
If Lake=True Then PutPixel(a,b,BLACK)
„Nakreslete bod, který do množiny nepatří nebo leží na hranici.
Else PutPixel(a, b, iterace)
Nyní popišme program slovy. Pro všechny body v komplexní rovině v intervalu od -2+2i do 2+2i provedeme Zn=Z0*Z0+C dostatečně často, přičemž pokaždé kontrolujeme absolutní hodnotu Zn. Pokud je tato hodnota větší než 2, pak nakreslíme bod s barvou rovnou iteračnímu číslu, při kterém absolutní hodnota přesáhla 2, jinak nakreslíme černý bod. Celý Mandelbrotův set je v plné kráse před našima očima.
Černá barva uprostřed ukazuje, že v těchto bodech má funkce tendenci k nule – to je Mandelbrotova množina. Mimo tuto množinu má funkce sklon k nekonečnu. A nejzajímavější jsou hranice sady. Jsou fraktální. Na hranicích této množiny se funkce chová nepředvídatelně – chaoticky.
Změnou funkce a podmínek pro ukončení cyklu můžete získat další fraktály. Například, když místo výrazu C=a+bi vezmeme výraz Z0=a+bi a přiřadíme libovolné hodnoty C, dostaneme množinu Julia, také krásný fraktál.
Sebepodobnost se objevuje i u sady Mandelbrot.
Stochastické fraktály
Typickým představitelem této třídy fraktálů je „plazma“.
Obrázek 14-Plazma
Chcete-li jej postavit, vezměte obdélník a definujte barvu pro každý z jeho rohů. Dále najdeme středový bod obdélníku a vybarvíme jej barvou rovnou aritmetickému průměru barev v rozích obdélníku plus nějaké náhodné číslo. Čím větší je náhodné číslo, tím bude kresba „roztrhanější“. Řekneme-li například, že barvou bodu je nadmořská výška, pak místo plazmy dostaneme pohoří. Právě na tomto principu jsou hory modelovány ve většině programů. Pomocí algoritmu podobného plazmě je vytvořena výšková mapa, jsou na ni aplikovány různé filtry a aplikována textura.
vektorová animace počítačové grafiky
Závěr
V této kurzové práci byla studována taková problematika, jako je historie vývoje počítačové grafiky, byly uvedeny pojmy hlavních typů počítačové grafiky a byly zvažovány možnosti počítačové grafiky.
Po prostudování literatury na toto téma můžeme dojít k závěru, že historie grafiky nestojí, ale rychle se rozvíjí.
V budoucnu se můžete blíže podívat na typy počítačové grafiky a zvážit programy pro počítačovou grafiku.
Rozsah počítačové grafiky není omezen pouze na umělecké efekty. Ve všech odvětvích činností obchodního řízení se používají počítačem generované diagramy, grafy a schémata.
Seznam použitých zdrojů
1 Vývoj elektronických výukových publikací. Tvorba a využití vzdělávacích informačních nástrojů: učebnice. příspěvek / N.D. Izergin [a další]. - M.: Kolomná, 2006. - 160 s. - ISBN 5-89-5-89-655-8974-0.
Festival pedagogických myšlenek „Otevřená lekce“. Tvorba elektronické učebnice / ed. Tregubová O.P. - M.: Rusko. - Režim přístupu: http://festival.1september.ru/articles/526252/. - 20.06.2011.
Jaká by měla být elektronická učebnice? / V.B. Yasinsky // Elektronický časopis: STUDYED IN RUSSIA, 2000. - Režim přístupu: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/011.pdf. - 21.06.2011.
Pankratova, L.P.. Testování znalostí z informatiky: Testy, testy, zkouškové otázky, počítačové projekty / E.N. Chelak. SPb.: BHV-Petersburg. 2004. - 448 s. - ISBN 5-94157-371-5.
Standard Ruské federace pro základní odborné vzdělávání. Provozovatel elektronických počítačů. OST 9PO 02.1.9 2002. 48 s.
Ugrinovič, N.D. Počítačová věda a informační technologie. učebnice / N.D. Ugrinovič. Moskva..: Nakladatelství BINOM. Laboratoř. znalosti, 2005. - 512 s. - ISBN 5-94774-001-8.
Informatika: učebnice. příspěvek / A.V. Mogilev. - 2. vyd., vymazáno. - Moskva..: Akademie, 2008. - 336 s. - ISBN 978-5-7695-4771-3.
Workshop z informatiky: učebnice. příspěvek / A.V. Mogilev. Moskva. Nakladatelství Academy, 2001. 608 s. ISBN 5-7695-2247-Х.
Počítačová věda. Učebnice / V.A. Ostreykovský. 2. vyd., vymazáno. - M.: Vyšší. škola, 2004. - 511 s. - ISBN 5-06-003533-6.
11 Microsoft Office Word 2003.Text. přídavek / B. Hyslop. Moskva. Dialektika, 2004. 784 s. ISBN 5-8459-0646-6, 0-7645-3971-X.
12 Microsoft Office 2003. Učebnice. příspěvek.O.A. Mezhenny. - M.: Dialektika, 2004. 368 s. ISBN 5-8459-0838-8.
Práce na osobním počítači (PC) v kanceláři: školení / O.S. Moskva. Williams Publishing. 3. vydání, 2006. - 768 str. - ISBN 5-8459-0974-0.
Zakharova, L.A. Microsoft Word 2003. Praktická příručka série “Krok za krokem” (+ CD-ROM) / L.A. Zacharová. - M.:SP EKOM, 2005. - 384 s. - ISBN 5-9790-0005-4.
Badet, A. Slovník počítačových termínů / D. Burdhardt, A. Cumming, [atd.]. - 10. vyd., M.: Nakladatelství: Williams, 2002. - 432 s. - ISBN 5-8459-0363-7, 0-2017-7629-4.
Gukin, D. Ilustrovaný počítačový slovník / D. Gukin, S.Kh. Gookin. - 4. vydání, Moskva. Nakladatelství Williams, 2005. - 512 s. - ISBN 5-8459-0207-X, 0-7645-0732-X;
Za výchozí bod rozvoje počítačové grafiky lze považovat rok 1930, kdy ve Spojených státech náš krajan Vladimir Zvorykin, který pracoval ve firmě Westinghouse, vynalezl katodovou trubici (CRT), která poprvé umožnila získat obraz na obrazovce bez použití mechanických pohyblivých částí.
Za začátek éry vlastní počítačové grafiky lze považovat prosinec 1951, kdy byl na Massachusetts Institute of Technology (MIT) vyvinut první displej pro počítač Whirlwind pro systém protivzdušné obrany amerického námořnictva. Vynálezcem tohoto displeje byl inženýr MIT Jay Forrester.
Za jednoho ze zakladatelů počítačové grafiky je považován Ivan Sotherland, který v roce 1962 na stejném MIT vytvořil počítačový grafický program s názvem „Poznámkový blok“ (Sketchpad). Tento program uměl kreslit poměrně jednoduché tvary (body, čáry, oblouky). kruhy), mohl otáčet postavy na obrazovce.
Pod vedením T. Moffetta a N. Taylora vyvinul Itek digitální elektronický kreslící stroj. V roce 1964 představila společnost General Motors počítačově podporovaný konstrukční systém DAC-1 vyvinutý ve spolupráci s IBM.
V roce 1965 IBM uvedla na trh první komerční grafický terminál s názvem IBM-2250 (obr. 5).
V roce 1968 vytvořila skupina vedená N. N. Konstantinovem počítačový matematický model kočičího pohybu. Stroj BESM-4, provádějící psaný program pro řešení diferenciálních rovnic, nakreslil kreslený film „Kitty“ (obr. 7), který byl ve své době průlomový. Pro vizualizaci byla použita alfanumerická tiskárna.
V roce 1977 vydal Commodore svůj PET (Personal Electronic Record Keeper) a Apple vytvořil Apple II. Vzhled těchto zařízení vyvolal smíšené pocity: grafika byla hrozná a procesory pomalé. Počítače však podnítily vývoj periferních zařízení: levných plotrů a grafických tabletů.
Koncem 80. let byl software dostupný pro všechny oblasti použití: od řídicích systémů po systémy DTP. Na konci osmdesátých let se objevil nový směr trhu pro vývoj hardwarových a softwarových skenovacích systémů a automatické digitalizace. Původním impulsem pro takové systémy měl být magický stroj Ozalid, který by skenoval a automaticky vektorizoval kresbu na papíře a převáděl ji do standardních CAD/CAM formátů. Důraz se však přesunul směrem ke zpracování, ukládání a přenosu naskenovaných pixelů.
V 90. letech byly smazány rozdíly mezi CG a zpracováním obrazu. Počítačová grafika se často zabývá vektorovými daty a základem pro zpracování obrazu je informace o pixelech.
Ještě před několika lety vyžadoval každý uživatel pracovní stanici s jedinečnou architekturou, ale nyní jsou procesory pracovních stanic dostatečně rychlé, aby zvládly jak vektorové, tak rastrové informace. Navíc je možné pracovat s videem. Přidejte zvukové možnosti a máte multimediální prostředí počítače.
Všechny oblasti použití - ať už je to umění, inženýrství a věda, obchod/zábava - jsou rozsahem použití KG. Rostoucí potenciál počítačů a jejich obrovský počet zajišťuje stálý růst odvětví v tomto odvětví.
Utváření obecných pojmů o počítačové grafice
Vědecká grafika
První počítače sloužily pouze k řešení vědeckých a průmyslových problémů. Pro lepší pochopení či prezentaci získaných výsledků byly zpracovány graficky (byly sestaveny grafy, schémata, výkresy vypočtených konstrukcí). První grafika na stroji byla získána v režimu symbolického tisku.
Obchodní grafika
Obchodní grafika je obor počítačové grafiky navržený tak, aby vizuálně reprezentoval různé výkonnostní ukazatele institucí. Plánované ukazatele, dokumentace výkaznictví, statistické výkazy – to jsou objekty, pro které jsou pomocí business grafiky vytvářeny ilustrační materiály. Firemní grafický software je součástí tabulek.
Stavební grafika
Používá se v práci konstruktérů, architektů a vynálezců nových technologií. Tento typ počítačové grafiky je povinným prvkem CAD (systémy automatizace návrhu). Pomocí designové grafiky můžete získat jak ploché obrazy (projekce, řezy), tak prostorové trojrozměrné obrazy. Tento typ počítačové grafiky je povinným prvkem CAD.
Ilustrativní grafika
Zdarma kreslení a skicování pomocí počítače. Ilustrativní grafické balíčky jsou univerzální aplikační software. Nejjednodušší softwarové nástroje pro ilustrační grafiku se nazývají grafické editory.
Populární se stala především díky televizi. Reklamy, kreslené filmy, počítačové hry, videonávody, videoprezentace atd. jsou vytvářeny pomocí počítače. Grafické balíčky pro tyto účely vyžadují velké počítačové zdroje z hlediska rychlosti a paměti. Charakteristickým rysem těchto grafických balíčků je schopnost vytvářet realistické obrázky a „pohyblivé obrázky“.
Získávání výkresů trojrozměrných objektů, jejich otáčení, aproximace, odstraňování, deformace je spojeno s velkým množstvím výpočtů. Přenos osvětlení objektu v závislosti na poloze zdroje světla, umístění stínů a textuře povrchu vyžaduje výpočty, které berou v úvahu zákony optiky.
Počítačová animace
Příjem pohyblivého obrazu na obrazovce. Existuje mnoho softwarových produktů, ve kterých umělec vytváří na obrazovce nákresy počáteční a konečné polohy pohybujících se objektů, všechny mezistavy jsou počítány a zobrazovány počítačem, přičemž provádí výpočty založené na matematickém popisu tohoto typu pohybu. Výsledné vzory, zobrazené postupně na obrazovce při určité frekvenci, vytvářejí iluzi pohybu.
Multimédia- jedná se o kombinaci vysoce kvalitního obrazu na obrazovce monitoru se zvukem. Multimediální systémy jsou nejrozšířenější v oblasti vzdělávání, reklamy, kina, zábavy atd.
Grafika pro internet
Vznik globálního internetu vedl k tomu, že počítačová grafika se stala jeho nedílnou součástí. Metody přenosu vizuálních informací se stále více zdokonalují, vyvíjejí se pokročilejší grafické formáty a je citelná touha využívat trojrozměrnou grafiku, animace a celou škálu multimédií.
Historie vývoje počítačové grafiky
Historicky se uvažuje o prvních interaktivních systémech počítačově podporované konstrukční systémy (CAD). Příklad: AutoCAD, KOMPAS atd.
Nyní stále populárnější geografické informační systémy (GIS). Jedná se o relativně nový typ interaktivního počítačového grafického systému pro masové uživatele.
Typické pro jakýkoli GIS jsou následující operace - zadávání a editace objektů s přihlédnutím k jejich umístění na zemském povrchu, generování různých digitálních modelů, záznam do databází, provádění různých dotazů do databází. Důležitou operací je analýza zohledňující prostorové, topologické vztahy mnoha objektů nacházejících se na určitém území.
Typy počítačové grafiky
Počítačová grafika je obor informatiky, který studuje prostředky a metody vytváření a zpracování grafických obrazů pomocí výpočetní techniky. Přestože existuje mnoho tříd softwaru pro práci s počítačovou grafikou, existují čtyři typy počítačové grafiky. Jedná se o rastrovou grafiku, vektorovou grafiku, trojrozměrnou a fraktální grafiku. Liší se principy tvorby obrazu při zobrazení na obrazovce monitoru nebo při tisku na papír.
Rastrová grafika se využívá při vývoji elektronických (multimediálních) a tištěných publikací. Ilustrace vytvořené pomocí rastrové grafiky jsou zřídka vytvářeny ručně pomocí počítačových programů. Nejčastěji se k tomuto účelu používají naskenované ilustrace připravené umělcem na papíře nebo fotografie. V poslední době našly digitální fotoaparáty a videokamery široké použití pro vkládání rastrových obrázků do počítače. V souladu s tím se většina grafických editorů určených pro práci s rastrovými ilustracemi nezaměřuje ani tak na vytváření obrázků, ale na jejich zpracování. Na internetu se rastrové ilustrace používají v případech, kdy je potřeba zprostředkovat celou škálu odstínů barevného obrázku.
Softwarové nástroje pro práci s vektorovou grafikou jsou naopak určeny především pro tvorbu ilustrací a v menší míře i pro jejich zpracování. Takové nástroje jsou široce používány v reklamních agenturách, designových kancelářích, redakcích a vydavatelstvích. Designérské práce založené na použití písem a jednoduchých geometrických prvků je mnohem jednodušší řešit pomocí vektorové grafiky. Existují příklady vysoce uměleckých děl vytvořených pomocí vektorové grafiky, ale jsou spíše výjimkou než pravidlem, protože umělecká příprava ilustrací pomocí vektorové grafiky je extrémně složitá.
Trojrozměrná grafika je široce používána v inženýrském programování, počítačovém modelování fyzických objektů a procesů, animaci, kinematografii a počítačových hrách.
Softwarové nástroje pro práci s fraktálovou grafikou jsou navrženy tak, aby automaticky generovaly obrázky pomocí matematických výpočtů. Vytvoření fraktální umělecké kompozice není o kreslení nebo designu, ale o programování. Fraktální grafika se zřídka používá k vytváření tištěných nebo elektronických dokumentů, ale často se používá v zábavních programech.
Rastrová grafika
Hlavním (nejmenším) prvkem rastrového obrázku je bod. Pokud je obraz na obrazovce, pak se tento bod nazývá pixel. Každý pixel v rastrovém obrázku má vlastnosti: umístění a barvu. Čím vyšší je počet pixelů a čím menší jsou jejich velikosti, tím lépe obrázek vypadá. Velké množství dat je velkou výzvou při použití rastrových obrázků. Aktivní práce s velkými ilustracemi, jako jsou například pásy časopisů, vyžaduje počítače s výjimečně velkým množstvím paměti RAM (128 MB nebo více). Takové počítače musí mít samozřejmě i vysoce výkonné procesory. Druhou nevýhodou rastrových obrázků je, že je nelze zvětšit pro zobrazení detailů. Vzhledem k tomu, že se obrázek skládá z bodů, zvětšení obrázku pouze způsobí, že se body zvětší a budou připomínat mozaiku. Při zvětšování rastrového obrázku nejsou vidět žádné další detaily. Zvětšení rastrových bodů navíc vizuálně deformuje ilustraci a dělá ji hrubou. Tento efekt se nazývá pixelace.
Vektorová grafika
Stejně jako v rastrové grafice je hlavním prvkem obrázku bod, tak ve vektorové grafice je hlavním prvkem obrázku čára (je jedno, zda je to přímka nebo křivka). V rastrové grafice jsou samozřejmě také čáry, ale tam jsou považovány za kombinace bodů. Pro každý bod čáry v rastrové grafice je přidělena jedna nebo více paměťových buněk (čím více barev body mohou mít, tím více buněk jim je přiděleno). Podle toho, čím delší je rastrový řádek, tím více paměti zabírá. Ve vektorové grafice množství paměti obsazené čárou nezávisí na velikosti čáry, protože čára je reprezentována jako vzorec nebo přesněji ve formě několika parametrů. Ať s touto linkou uděláme cokoli, změní se pouze její parametry uložené v paměťových buňkách. Počet buněk zůstává nezměněn pro jakýkoli řádek.
Čára je elementární objekt vektorové grafiky. Vše ve vektorové ilustraci se skládá z čar. Nejjednodušší objekty se spojují do složitějších, například čtyřúhelníkový objekt si lze představit jako čtyři spojené úsečky a objekt krychle je ještě složitější: lze ho považovat buď za dvanáct spojených úseček, nebo za šest spojených čtyřúhelníků. Kvůli tomuto přístupu se vektorová grafika často nazývá objektově orientovaná grafika. Řekli jsme si, že vektorové grafické objekty se ukládají do paměti jako sada parametrů, ale nesmíme zapomenout, že všechny obrázky se na obrazovce stále zobrazují ve formě bodů (prostě proto, že je obrazovka tak navržena). Před zobrazením každého objektu na obrazovce program vypočítá souřadnice bodů obrazovky v obrazu objektu, proto se vektorová grafika někdy nazývá vypočítaná grafika. Podobné výpočty se provádějí při výstupu objektů na tiskárnu. Jako všechny objekty mají i čáry vlastnosti. Mezi tyto vlastnosti patří: tvar čáry, její tloušťka, barva, charakter čáry (plná, tečkovaná atd.). Uzavřené čáry mají vlastnost vyplňování. Vnitřní oblast uzavřené smyčky může být vyplněna barvou, texturou nebo mapou. Nejjednodušší čára, pokud není uzavřená, má dva vrcholy, které se nazývají uzly. Uzly mají také vlastnosti, které určují, jak vypadá horní část čáry a jak se dvě čáry navzájem spojují.
Za výchozí bod rozvoje počítačové grafiky lze považovat rok 1930, kdy v USA náš krajan Vladimir Zvorykin (obr. 1), který pracoval ve firmě Westinghouse, vynalezl katodovou trubici (CRT), která jako první čas umožnil získat obraz na obrazovce bez použití mechanických pohyblivých částí.
Za začátek éry vlastní počítačové grafiky lze považovat prosinec 1951, kdy byl na Massachusetts Institute of Technology (MIT) vyvinut první displej pro počítač Whirlwind pro systém protivzdušné obrany amerického námořnictva (obr. 2). Vynálezcem tohoto displeje byl inženýr MIT Jay Forrester.
Za jednoho ze zakladatelů počítačové grafiky je považován Ivan Sotherland, který v roce 1962 na stejném MIT vytvořil počítačový grafický program s názvem „Poznámkový blok“ (Sketchpad) (obr. 3). Tento program mohl kreslit poměrně jednoduché tvary (body, rovné čáry, kruhové oblouky) a mohl otáčet tvary na obrazovce.
Pod vedením T. Moffetta a N. Taylora vyvinul Itek digitální elektronický kreslící stroj. V roce 1964 představil General Motors počítačově podporovaný konstrukční systém DAC-1 (obr. 4), vyvinutý společně s IBM.
V roce 1965 IBM uvedla na trh první komerční grafický terminál s názvem IBM-2250 (obr. 5).
V roce 1968 vytvořila skupina vedená N. N. Konstantinovem počítačový matematický model kočičího pohybu. Stroj BESM-4 (obr. 6), provádějící psaný program pro řešení diferenciálních rovnic, nakreslil kreslený film „Kitty“ (obr. 7), který byl na svou dobu průlomový. Pro vizualizaci byla použita alfanumerická tiskárna.
V roce 1977 vydal Commodore svůj PET (obr. 8.) (Personal Electronic Record Keeper) a Apple vytvořil Apple-II (obr. 9). Vzhled těchto zařízení vyvolal smíšené pocity: grafika byla hrozná a procesory pomalé. Počítače však podnítily vývoj periferních zařízení: levných plotrů a grafických tabletů.
Na konci 70. let se pro raketoplán objevily letecké simulátory založené na počítačové grafice.
V roce 1982 byl na plátna kin uveden film „Tron“ (obr. 10), ve kterém byly poprvé použity snímky syntetizované na počítači.
V roce 1984 vyšel první Macintosh, jehož název vzešel z odrůdy Macintosh apple (obr. 11) s grafickým uživatelským rozhraním. Původní použití PC nebylo pro grafické aplikace, ale pro textové procesory a tabulkové procesory, ale jeho schopnosti jako grafického zařízení podnítily vývoj relativně levných programů jak v CAD, tak v obecnějších oblastech obchodu a umění.
Koncem 80. let byl software dostupný pro všechny oblasti použití: od řídicích systémů po systémy DTP. Na konci osmdesátých let se objevil nový směr trhu pro vývoj hardwarových a softwarových skenovacích systémů a automatické digitalizace. Původním impulsem pro takové systémy měl být magický stroj Ozalid, který by skenoval a automaticky vektorizoval kresbu na papíře a převáděl ji do standardních CAD/CAM formátů. Důraz se však přesunul směrem ke zpracování, ukládání a přenosu naskenovaných pixelů
V 90. letech byly smazány rozdíly mezi CG a zpracováním obrazu. Počítačová grafika se často zabývá vektorovými daty a základem pro zpracování obrazu je informace o pixelech. Ještě před několika lety vyžadoval každý uživatel pracovní stanici s jedinečnou architekturou, ale nyní jsou procesory pracovních stanic dostatečně rychlé, aby zvládly jak vektorové, tak rastrové informace. Navíc je možné pracovat s videem. Přidejte zvukové možnosti a máte multimediální prostředí počítače.
Všechny oblasti použití - ať už je to umění, inženýrství a věda, obchod/zábava - jsou rozsahem použití KG. Rostoucí potenciál počítačů a jejich obrovský počet zajišťuje stálý růst odvětví v tomto odvětví.
Film "Tron", "Shrek"/
Utváření obecných pojmů o počítačové grafice
Ale v současné době existují:
Rastrová grafika.
Vektorová grafika.
3D grafika.
Fraktální grafika.
Grafika postav
Počítačová grafika (podíváme se na různé definice pojmu „počítačová grafika“)
obor informatiky, který se zabývá problematikou získávání různých obrázků (kreseb, kreseb, animací) na počítači;
nový obor znalostí, který na jedné straně představuje komplex hardwaru a softwaru sloužícího ke generování, transformaci a zobrazování informací ve vizuální podobě na počítačových zobrazovacích zařízeních;
soubor metod a technik pro převod dat do grafické reprezentace pomocí počítače;
druh umění.
Očekávané výsledky:
Studenti získají přehled o typech grafiky.
Seznamte se s oblastmi použití
Naučte se rozpoznávat typy grafiky
Získají praktické dovednosti při aplikaci získaných znalostí pomocí různých druhů grafiky.
Typy grafiky
Prezentace dat na počítači v grafické podobě byla poprvé realizována v polovině 50. let. Nejprve se grafika používala pro vědecké a vojenské účely.
Typy počítačové grafiky rozumíme způsob ukládání obrázků na rovinu monitoru.
Počítačová grafika je nyní plně formována jako věda. K dispozici je hardware a software pro vytváření různých obrázků, od jednoduchých kreseb až po realistické obrázky přírodních objektů. Počítačová grafika se používá téměř ve všech vědeckých a technických oborech k vizualizaci vnímání a přenosu informací. Znalost jeho základů je v naší době nezbytná pro každého vědce nebo inženýra. Počítačová grafika mocně napadá obchod, lékařství, reklamu a zábavní průmysl. Používání demonstračních snímků připravených pomocí metod počítačové grafiky a dalších nástrojů pro automatizaci kanceláře při obchodních jednáních se považuje za normu. V medicíně se stává běžnou záležitostí získávat trojrozměrné obrazy vnitřních orgánů ze skenů počítačové tomografie. V dnešní době se televizní a jiné reklamní společnosti často uchylují ke službám počítačové grafiky a počítačové animace. Využití počítačové grafiky v zábavním průmyslu pokrývá tak různorodá pole, jako jsou videohry a celovečerní filmy.
V závislosti na způsobu tvorby obrazu se počítačová grafika dělí na:
Prezentační prezentace „Vektorový rastr“
Rastrová grafika.
Vektorová grafika.
3D grafika.
Fraktální grafika.
Grafika postav(zastaralé a dnes prakticky nepoužívané, takže o tom nebudeme uvažovat)
Rastrový obrázek
Rastrový obrázek je tvořeno nejmenšími tečkami (pixely) – barevnými čtverečky stejné velikosti. Rastrový obrázek je jako mozaika – při přiblížení (přiblížení) vidíte jednotlivé pixely a při oddálení (oddálení) se pixely spojí.
Počítač ukládá parametry každého obrazového bodu (jeho barvu, souřadnice). Navíc je každý bod reprezentován určitým počtem bitů (v závislosti na barevné hloubce). Při otevírání souboru program vykreslí takový obrázek jako mozaiku - jako posloupnost bodů v poli. Barevná hloubka – kolik bitů je přiděleno pro uložení barvy každého bodu:
- černobíle - 1 bit
- půltón - 8 bitů
- barevně - 24 (32) bitů pro každý pixel.
Rastrové soubory jsou relativně velké, protože... počítač ukládá parametry všech obrazových bodů.
Velikost souboru tedy závisí na parametrech bodů a jejich počtu:
na velikosti obrázku (větší velikosti pojme více bodů),
na rozlišení obrázku (při vyšším rozlišení je více pixelů na jednotku plochy obrázku).
Chcete-li obrázek zmenšit, musíte přeměnit několik sousedních bodů na jeden nebo zahodit body navíc. V důsledku toho je obraz zkreslený: jeho malé detaily jsou nečitelné (nebo mohou zcela zmizet) a obraz ztrácí jasnost.
Původní obrázek
Zvětšený fragment obrázku
Myslíte si, že je rastrový obrázek zmenšen se ztrátou kvality nebo ne? (Bitmapa je zmenšena se ztrátou kvality)
Bitmapový obrázek nelze rozložit. Je „odlitá“ a skládá se z řady teček. Proto programy pro zpracování rastrové grafiky poskytují řadu nástrojů pro ruční výběr prvků.
Například ve Photoshopu jsou to nástroje „Magic Wand“, Laso, režim masky atd.
Původní zvětšený fragment pro zobrazení pole bodů 
Blízkými analogy jsou malba, fotografie
Programy pro práci s rastrovou grafikou:
Microsoft Photo Editor
Adobe Photo Shop
Malíř fraktálového designu
Micrografx Picture Publisher
Aplikace:
pro zpracování obrazu, které vyžaduje vysokou přesnost přenosu barevných odstínů a plynulý tok polotónů. Například pro:
retuše, restaurování fotografií;
tvorba a zpracování fotomontáží, koláží;
použití různých speciálních efektů na obrázky;
po skenování jsou obrázky získány v rastrové formě
Pokud je v rastrové grafice základním prvkem obrázku bod, pak ve vektorové grafice ano čára.Čára je matematicky popsána jako jeden objekt, a proto je množství dat pro zobrazení objektu pomocí vektorové grafiky výrazně menší než u rastrové grafiky. Linie – elementární objekt vektorová grafika. Jako každý objekt má čára vlastnosti: tvar (rovná, křivka), tloušťka, barva, styl (plná, tečkovaná). Uzavřené linky získávají majetek plnicí. Prostor, který pokrývají, lze vyplnit jinými předměty (textury, mapy) nebo zvolenou barvu. Nejjednodušší otevřená čára je ohraničena dvěma body tzv uzly. Uzly, jejichž parametry ovlivňují tvar konce úsečky a charakter spojení s jinými objekty. Všechny ostatní objekty vektorové grafiky jsou tvořeny čarami. Například krychle může být složena ze šesti spojených obdélníků, z nichž každý je zase tvořen čtyřmi spojenými čarami. Krychli si lze představit jako dvanáct spojených čar tvořících hrany.
Počítač ukládá obrazové prvky (čáry, křivky, tvary) ve formě matematických vzorců. Když otevřete soubor, program nakreslí prvky obrázku podle jejich matematických vzorců (rovnic).
Tečka. Tento objekt na rovině je reprezentován dvěma čísly (x, y), označující jeho polohu vzhledem k počátku.
Přímka. Odpovídá to rovnici y= kx+ b. Specifikace parametrů k A b, Vždy můžete zobrazit nekonečnou přímku ve známém souřadnicovém systému, to znamená, že k určení přímky stačí dva parametry. Přímý segment. Liší se tím, že k popisu vyžaduje další dva parametry – například souřadnice X 1 a X 2 začátky a konce segmentu. Křivka druhého řádu. Tato třída křivek zahrnuje paraboly, hyperboly, elipsy, kružnice, tedy všechny přímky, jejichž rovnice neobsahují stupně vyšší než dva. Křivka druhého řádu nemá žádné inflexní body. Přímky jsou jen speciálním případem křivek druhého řádu. Obecný vzorec pro křivku druhého řádu může vypadat takto:
x2+a1y2+a2xy+a3x+a4y+a5=0.
Křivka třetího řádu.
Rozdíl mezi těmito křivkami a křivkami druhého řádu je možná přítomnost inflexního bodu. Například graf funkce na = X 3 má inflexní bod v počátku. Právě tato funkce umožňuje vytvořit z křivek třetího řádu základ pro zobrazování přírodních objektů ve vektorové grafice. Například linie ohybu lidského těla jsou velmi blízké křivkám třetího řádu. Všechny křivky druhého řádu, stejně jako přímky, jsou speciálními případy křivek třetího řádu. 
Obecně lze rovnici křivky třetího řádu zapsat takto:
x3+a1y3+a2x2y+a3xy2+a4x2+a5y2+a6xy+a7x+a8y+a9=0.
Křivka třetího řádu je tedy popsána devíti parametry. Popis jeho segmentu bude vyžadovat další dva parametry.
Křivka třetího řádu (vlevo) a Bezierova křivka (vpravo)
Bezierovy křivky. Jedná se o speciální, zjednodušený typ křivek třetího řádu pro konstrukci Bezierovy křivky. (Bezier) je založen na použití dvojice tečen nakreslených k úsečce na jejích koncích. Segmenty Bézierovy křivky jsou popsány osmi parametry, takže je pohodlnější s nimi pracovat. Tvar úsečky je ovlivněn úhlem tečny a délkou jejího segmentu. Tečny tedy hrají roli virtuálních „páček“, pomocí kterých je křivka řízena.
Vektorový obrázek je škálován bez ztráty kvality: obrázek je škálován pomocí matematických operací: parametry primitiv se jednoduše vynásobí faktorem měřítka.
Obrázek lze převést do libovolné velikosti
(od loga na vizitce po stánek na ulici) a jeho kvalita se nezmění.
Vektorový obrázek lze rozdělit na jednotlivé prvky (čáry nebo tvary) a každý lze nezávisle upravovat a transformovat.
Vektorové soubory jsou relativně malé velikosti, protože... počítač si pamatuje pouze počáteční a konečné souřadnice obrazových prvků - to stačí k popisu prvků ve formě matematických vzorců. Velikost souboru zpravidla nezávisí na velikosti zobrazených objektů, ale závisí na složitosti obrázku: počtu objektů na jednom obrázku (při větším počtu musí počítač uložit více vzorců pro jejich konstrukci ), povaha výplně – monochromatická nebo přechodová) atd. Pojem „rozlišení“ » nelze použít pro vektorové obrázky.
Vektorové obrázky: více schematické, méně realistické než rastrové obrázky, „ne fotografické“.
Blízkou analogií jsou kreslené snímky a prezentace matematických funkcí v grafu.
Programy pro práci s vektorovou grafikou:
Adobe Illustrator
Fraktální Design Expression
Macromedia od ruky
Aplikace:
pro vytváření značek, štítků, log, emblémů a jiných symbolických obrázků;
pro konstrukci výkresů, diagramů, grafů, diagramů;
pro ručně kreslené obrázky s jasnými obrysy, které nemají širokou škálu barevných odstínů;
pro modelování obrazových objektů;
vytvářet 3-rozměrné obrázky;
Porovnání rastrových a vektorových obrázků.
Počítačový rastrový obrázek je reprezentován jako obdélníková matice, jejíž každá buňka je barevným bodem. Tito. Hlavním prvkem rastrového obrázku je tečka. Pokud je obraz na obrazovce, pak se tento bod nazývá pixel.
3D grafika
Pro vytvoření realistického modelu předmětu se používají geometrická primitiva (obdélník, krychle, koule, kužel atd.) a hladké, tzv. spline plochy. Vzhled povrchu je určen mřížkou referenčních bodů umístěných v prostoru. Každému bodu je přiřazen koeficient, jehož hodnota určuje míru jeho vlivu na část plochy procházející v blízkosti bodu. Tvar a „hladkost“ povrchu jako celku závisí na vzájemné poloze bodů a velikosti koeficientů.
Ve zjednodušené formě prostorové modelování objektu vyžaduje:
navrhnout a vytvořit virtuální rám (“kostru”) předmětu, který nejvíce odpovídá jeho skutečnému tvaru;
Navrhujte a vytvářejte virtuální materiály, které jsou svými vlastnostmi fyzické vizualizace podobné skutečným materiálům; přiřaďte materiály k různým částem povrchu objektu (v odborném žargonu - „projektové textury na objekt“);
Nastavit fyzikální parametry prostoru, ve kterém bude objekt působit - nastavit osvětlení, gravitaci, vlastnosti atmosféry, vlastnosti interagujících objektů a povrchů;
Nastavte trajektorie objektů;
aplikovat povrchové efekty na finální animované video.
Programy pro práci s 3D grafikou:
3D Studio MAX 5, AutoCAD, Kompas
Aplikace:
vědecké výpočty,
inženýrský design,
počítačové modelování fyzických objektů
výrobky ve strojírenství,
videa,
architektura,
Ve strojírenských výrobcích se obrazy modelují a pohybují v prostoru.
Fraktální grafika je jedním z rychle se rozvíjejících a slibných typů počítačové grafiky. Matematickým základem je fraktální geometrie. Fraktál je struktura skládající se z částí podobných celku. Jednou z hlavních vlastností je sebepodobnost. Fractus - skládající se z fragmentů)
O objektech se říká, že jsou sobě podobné, když zvětšené části objektu připomínají samotný objekt. Malá část fraktálu obsahuje informace o celém fraktálu.
Ve středu je nejjednodušší prvek - rovnostranný trojúhelník, který se nazývá fraktál.
Na středním segmentu stran jsou sestrojeny rovnostranné trojúhelníky se stranou = 1/3a od strany původního fraktálního trojúhelníku
Na středních segmentech stran, které jsou objekty první generace, jsou zase postaveny trojúhelníky druhé generace 1/9a od strany původního trojúhelníku.
Malé objekty tedy opakují vlastnosti celého objektu. Proces dědění může pokračovat neomezeně dlouho.
Výsledný objekt se nazývá - fraktál postavy.
Abstraktní kompozice lze přirovnat ke sněhové vločce nebo krystalu.
Fraktální grafika je založena na matematických výpočtech. Základním prvkem fraktální grafiky je samotný matematický vzorec, to znamená, že v paměti počítače nejsou uloženy žádné objekty a obraz je konstruován výhradně pomocí rovnic.
Program pro práci s fraktálovou grafikou:
Fractalová planeta Fractal Universe 4.0
Aplikovat:
matematici,
Umělci
Je nutné podrobně zvážit formáty grafických souborů.
Srovnávací charakteristiky
| Rastrové obraz | Vektor obraz | trojrozměrný obraz | Fraktál obraz |
|
| Kódování obrázku: | je tvořeno nejmenšími pixelovými body) - barevnými čtverečky stejné velikosti. | sestává z obrysů prvků (rovné, zakřivené čáry, geometrické tvary), |
Počítačová grafika (CG) Jedná se o oblast činnosti, ve které jsou počítače využívány jednak jako nástroj pro syntézu (vytváření) obrazů, jednak pro zpracování vizuálních informací získaných z reálného světa. Počítačová grafika se také nazývá výsledkem takové činnosti.
První kroky: KG a armáda „Žijeme v době mechanických a elektronických zázraků. Jeden z nich byl vytvořen na Massachusettském technologickém institutu pro námořnictvo.“ V prosinci 1951 viděli američtí televizní diváci v jednom z televizních programů prezentaci (prezentaci) elektronického počítače Whirlwind („Whirlwind-1“). Program moderoval publicista Edward Murrow, který komunikoval přímo s počítačovou laboratoří MIT (Massachusetts Institute of Technology). Diváci viděli na obrazovce něco podobného slovům složeným z osvětlovacích světel: „HELLO, MR MURROW“. Ve skutečnosti tam nebyly žádné žárovky - byly to jasné body na obrazovce displeje, na CRT.
Elektronický počítač „Whirlwind“ Bylo nutné vypočítat spotřebu paliva, dráhu letu a rychlost střely Viking (pro Pentagon). Televizní diváci viděli na obrazovce Vortexu grafy ukazující dráhu, rychlost a spotřebu paliva rakety pro typický let (složený ze světelných bodů) Jay W. Forrest
Účel „Vikhr“ Pro ovládání leteckého simulátoru (40. léta) „Vikhr“ je první digitální počítač pracující v reálném čase - univerzální stroj pro různé systémy. Pro zlepšení systému protivzdušné obrany (US Air Force): - řízení palby, - protiponorkový boj, - řízení letového provozu Výhody grafického zobrazení
“Whirlwind” - základ pro 1. sériový model počítače s interaktivními grafickými nástroji Telefonní linky Whirlwind Radarová stanice Fylde (nedaleko Bostonu) v Hanscomu - Pokyny pro programátory pro zpracování sériových čísel: počítač přijal souřadnice obrazovky, převedl je do grafické podoby , nakreslil na obrazovku něco jako mapu Pro operátora práce byla vytvořena lehká pistole: pro získání podrobných informací o letadle se operátor dotkl hlavní pistole značky na obrazovce, impuls byl přenášen ze zbraně na počítač a program zobrazil na obrazovce data o letadle.
KG v inženýrském designu Ivan Sutherland - průkopník počítačové grafiky, vytvořil první interaktivní grafický balíček "Sketchpad", prototyp budoucích CAD systémů. Ukázal, že počítačová grafika může být použita pro umělecké i technické aplikace, kromě toho, že demonstruje nový (na tu dobu) způsob interakce člověk-počítač. Jako manipulátor bylo použito světelné pero, které nahradilo světelnou pistoli. Ivan Sutherland se špičkou světelného pera dotkl středu obrazovky monitoru, kde se rozzářilo slovo „inkoust“, což způsobilo, že se změnilo na malý kříž. Potom stisknutím jednoho z tlačítek začal Sutherland pohybovat světelným perem. Na obrazovce se objevila jasně zelená čára táhnoucí se od středu kříže k bodu, kde se nacházelo pero. A kamkoli se pohnul, linie ho následovala. Stisknutím dalšího tlačítka nechal Sutherland na obrazovce čáru a vyndal světelné pero.
Světelné pero Obsahuje fotobuňku přímo uvnitř nebo vně pouzdra. Princip činnosti: signál je přenášen světlovodem ze skleněných nití nebo drátů do těla terminálu. pero namířené na obrazovku vnímá světelný signál v okamžiku, kdy elektronový paprsek osvětlí jakýkoli detail obrazu před hrotem pera. Elektronický obvod zaznamená tento signál a identifikuje, která část je indikována. Jak „kreslit“ perem: Metoda 1: Když stisknete tlačítko nebo tělo pera, elektronický obvod generuje paprsek na obrazovce, který prochází po obrazovce v řádcích. Obrazovka aktuálně bliká. V určitém bodě na určitém řádku pero zaznamená signál a po jeho zpracování obvod určí polohu pera. Metoda 2: na obrazovce se navíc zobrazí značka - skupina teček nebo malých tahů. Pero je namířeno na značku a poté začne fungovat sledovací systém: značka se „pohybuje“ za perem (obvod sleduje, které body značky osvětlují pero a které ne). Souřadnice středu značky se přenesou do programu a lze je použít.
TX-2 a „Notepad“ (1961 -1962) Složení TX-2: – světelné pero, – obrazovka na katodové trubici, – „obří“ paměť (286 000 bajtů), – tlačítkový blok. Podprogramy poznámkového bloku: přesunutí křížku za perem na obrazovce, zapamatování souřadnic křížku v okamžiku stisknutí tlačítka, výpočet souřadnic nových bodů ležících na přímce mezi původně zadaným a aktuálním bodem, zadání nového segment do části paměti počítače zvané vyrovnávací paměť pro regeneraci obrazu, kreslení oblouku a plných kružnic, částí kružnic, spojek, které umožňují stavět objekty s danými vlastnostmi. Objekt v poznámkovém bloku jsou body, segmenty a oblouky, které jsou vzájemně propojené. 1963 – byl natočen film o práci „Poznámkový blok“. CG se začalo používat jako prostředek pro provádění inženýrského a konstrukčního vývoje v průmyslu.
KG: od jednotlivých obrázků k rozpoznání Společnost General Motors uzavřela dohodu s IBM Corporation o vývoji počítačového systému DAC-1 (Design Augmented by Computers) pro navrhování automobilů (1964). DAC-1: + umožňoval kreslit hladké křivky, které nelze popsat jednoduchými matematickými vzorci, - neměl prostředky pro přímé kreslení na obrazovku (proto konstruktér popsal obrysy stroje v programu nebo zadal běžné kreslení do paměti počítače, převod do digitální podoby pomocí speciálního formuláře fotoaparátu). + obsluha mohla manipulovat s jednotlivými částmi výkresu pomocí elektronického tabletu.
Jednotlivé obrázky Zájem o využití nových, grafických „schopností“ počítačů projevily: „LOCKHEED-GEORGIA“ - počítačové systémy pro projektování letadel; Ropné společnosti - počítačové systémy pro sestavování map ze seismických dat. Ale všechny byly vytvořeny v jediné kopii pro konkrétní účely!
Grafické terminály 1965 – IBM vydala první grafický terminál IBM-2250 pro práci s počítači řady System-360. - rychlost programu není dostatečně vysoká pro zpracování složitých obrázků - operace otáčení zabírá hodně času procesoru; 1968 – „Evans and Sutherland“ vytvoření nového systému LDS-1: schopnost měnit + doba regenerace obrazu byla zkrácena, obraz s bezprecedentním + počet řádků zobrazených na obrazovce bez blikání se zvýšil o u nejméně 100krát - velmi vysoká cena (250 000 $, dvakrát dražší než IBM-2250) "Tetroniks" - vytvoření úložné katodové trubice (CRT) zabudované do terminálu: + levná cena (4 000 $), - schopnost pracovat pouze u plochých snímků, - pomalý proces konstrukce obrazu, - rozmazaný, bledý obraz, - nedostatek schopnosti selektivně mazat části obrazu a otáčet. Přesto obrazy připomínaly kresby, o realistickém obrazu nemohla být řeč
Rozšíření grafických možností Rastrové monitory: + realistický obraz - vysoké nároky na paměť vysoké náklady, protože: do 60. let. Počítačové paměti byly od poloviny 60. let stavěny především na drahých magnetických jádrech (500 000 USD za milion bitů). Začali používat magnetický buben (~ 30 000 $), který dokázal uložit data pro 10 snímků. Rastrové systémy se používaly ve velkých elektrárnách, řídících centrech metra a vědeckých laboratořích. NASA ke studiu povrchu Marsu (1969 -1972).
Integrované obvody (počátek 70. let) Na posuvných registrech vyrobených ve formě integrovaných obvodů se objevily Frame buffery: + pracují rychleji než mechanické buffery na magnetických bubnech, - latence (zpoždění mezi zadáním informace a jejím zobrazením na obrazovce). IC je malý monokrystal křemíku obsahující mnoho elektronických součástek.
Paměťová zařízení s náhodným přístupem (RAMD) 1968 – paměť RAMD = 256 bitů, cena – 1 USD za bit, konec 70. let. - Paměť RAM = 1024 bitů, 1973 - Paměť RAM = 4 KB, 1975 - Paměť RAM = 16 KB, 1980 - Paměť RAM = 64 KB, 1983 - Paměť RAM = 256 KB, 1984 - Paměť RAM = 1024 KB = 1 MB! "...kdyby cena aut klesala tak rychle jako cena paměťových integrovaných obvodů, mohli byste si dnes koupit Rolls-Royce za 1 dolar."
1974 Práce na problému zlepšení kvality snímků přijímaných ze satelitů, které monitorují zemědělskou a lesní půdu, nerostné zdroje atd. Za tímto účelem vývojáři snížili požadavky na paměť a pro každý snímek použili pouze několik stovek barev, tzn. vytvořili tabulky pro výběr barev, které se rychle přizpůsobily mnoha aplikacím počítačové grafiky. Rámcová vyrovnávací paměť sama o sobě neukládá informace o barvě, ale ukazuje na adresy paměti, kde jsou zapsány. Rámcová vyrovnávací paměť, ve které je každý pixel popsán 8 bity, tedy může produkovat pouze 256 kombinací červených, zelených a modrých CRT paprsků. Pokud 8 bitů určuje adresy, lze barvy vybírat z téměř neomezené sady odstínů, intenzity a sytosti. Kromě toho lze výběrovou tabulku přeprogramovat pro konkrétní typy obrázků. Že. Omezená paleta umožňuje hladké stíny a vysoce viditelné tóny v každém obrázku.
KG: interakce člověk-počítač „Umělci malují obrazy nanášením barvy na plátno. Ti, kteří se zabývají počítačovou grafikou, vytvářejí své výtvory vymýšlením matematických funkcí, jejichž grafy připomínají objekty.“ James Blinn V polovině 80. let začaly být i nejlevnější domácí počítače vybaveny integrovanými obvody, které vykonávaly základní grafické funkce. 70-80 léta – CG proniká stále hlouběji do každodenního života.
KG: hromadná aplikace „Xerox“ - vydáno 2000 počítačů Alto, vedené stáže pro inženýry v oboru KG. “Apple” (S. Jobs, S. Wozniak) + “Xerox” = vytvořil první PC “Lisa” pro sériovou výrobu, který má rozsáhlé grafické možnosti a je vybaven manipulátorem myši. Apple vydal Macintosh PC, uživatelsky přívětivý stroj. V 80. letech 20. století : objeví se grafické rozhraní v okně, PC jsou vybaveny „myší“, je vyvinut systém WYSIWYG (What You See What You Get), vznikají první systémy DTP (1986), objevují se programy pro profesionální umělce a designéry (1986 )
Hardwarové platformy KG 1. Počítače Apple Macintosh využívají především umělci a grafici a také tisk; 2. Počítače Silicon Graphics jsou díky řadě technických vlastností nástrojem pro profesionální animátory, ale i designéry. 3. Počítače PC se používají v grafickém designu, tisku a dokonce animaci.
Historie vývoje KG 1940 -1970. – doba velkých počítačů (doba před osobními počítači). Grafika byla řešena pouze při výstupu na tiskárnu. V tomto období byly položeny matematické základy. Vlastnosti: uživatel neměl přístup k monitoru, grafika se vyvíjela na matematické úrovni a zobrazovala se ve formě textu, který připomínal obrázek na velkou vzdálenost. Plottery se objevily na konci 60. let a byly prakticky neznámé. 1971-1985 – objevily se osobní počítače, tj. objevil se přístup uživatelů k displejům. Role grafiky prudce vzrostla, ale výkon počítače byl velmi nízký. Programy byly napsány v assembleru. Zobrazí se barevný snímek (256). Vlastnosti: toto období bylo charakteristické vznikem skutečné grafiky.
Historie vývoje KG 1986 -1990 – vznik multimediální technologie. Ke grafice přibylo zpracování zvuku a videa a rozšířila se interakce uživatele s počítačem. Vlastnosti: – vzhled uživatelského dialogu s osobním počítačem; – vzhled animace a schopnost zobrazovat barevné obrázky. 1991 -2008 – vznik grafiky naší doby, virtuální reality. Objevily se pohybové senzory, díky nimž počítač mění snímky pomocí signálů, které jsou mu posílány. Vznik stereo brýlí (monitor pro každé oko), díky jejichž vysoké rychlosti je imitován skutečný svět. Za zpomalením vývoje této technologie stojí strach lékařů, protože díky Virtuální realitě může být lidská psychika značně narušena kvůli mocnému vlivu barev na ni.
Historie počítačové grafiky v Rusku Historie počítačové grafiky v SSSR začala téměř současně s jejím zrodem v USA.
1964 – První počítačová vizualizace V Institutu aplikované matematiky (IPM) v Moskvě prokázali Yu M. Bayakovsky a T. A. Sushkevich první zkušenosti s praktickou aplikací počítačové grafiky při výstupu sekvence snímků na charaktertron a vytvořili krátký film. s vizualizací plazmy proudící kolem válce .
1968 První tuzemský rastrový displej Ve Výpočetním centru Akademie věd SSSR byl na stroji BESM-6 instalován první tuzemský rastrový displej s videopamětí na magnetickém bubnu o hmotnosti 400 kg. První práce o počítačové grafice na Moskevské univerzitě od Volkera Heimera. Překladač a tlumočník pro programovací jazyk L^6. Zvažuje se implementace jazyka L^6, který navrhl Kenneth Knowlton pro řešení některých problémů s animací. První počítačově kreslená karikatura na světě. Vyrobeno ze sekvence výtisků vytvořených na děrné pásce pomocí stroje BESM-4. Tato karikatura byla svého času velkým průlomem v oblasti počítačového modelování, protože obrázek nebyl jen nakreslen, ale byl získán řešením rovnic, které určují pohyb kočky.
„Kitty“ Filmové rámečky byly vytvořeny tiskem symbolů BESM-4 na papír pomocí ATsPU-128, poté byly připraveny pro „film“ profesionálním animátorem. Je to on, kdo vlastní záběry (po titulcích), když se kočka tváří a prohne záda. Pohyb kočky byl modelován systémem diferenciálních rovnic druhého řádu. Jedná se pravděpodobně o první počítačovou animaci využívající tuto techniku. Rovnice odvodil Viktor Minakhin. Protože bylo obtížné získat určité pohyby od zvířete, rovnice byly založeny na jeho vlastních pohybech: chodil po čtyřech a současně zaznamenával sled svalové práce. Další důležitou technickou inovací karikatury byla reprezentace trojrozměrného animovaného objektu jako hierarchická datová struktura, připomínající oktree. Na Západě byly podobné animační techniky znovuobjeveny až v 80. letech 20. století, i když v biomechanice se takové výpočty pohybu prováděly již dříve – od počátku 70. let. Rovnice karikatury nebyly odvozeny z fyzikálních modelů svalů a kloubů zvířete, byly sestaveny „od oka“, aby reprodukovaly typickou chůzi kočky. Přesto se autorům podařilo dosáhnout realističnosti pohybů, čehož si všiml například profesor Ohio University Rick Parent, autor zásadní knihy „Computer Animation: Algorithms and Technology“.
Historie vzniku „Kitty“ Karikatura byla zahájena v laboratoři Alexandra Kronroda z Institutu teoretické a experimentální fyziky (ITEP), ale po uzavření laboratoře Konstantinov spolu s týmem tvůrců kreslených filmů přesunul pracovat nejprve na Ústavu kontrolních problémů (ÚPV) a poté na Pedagogickém ústavu. Lenin. Překlad papírových výtisků získaných při výpočtu do podoby karikatury byl proveden na katedře vědecké kinematografie Moskevské státní univerzity, která je uvedena v titulcích. Při renderování karikatury na různých kopiích BESM-4 v různých ústavech museli tvůrci čelit problému nekompatibility některých strojových kódů pro ně, a proto bylo nutné program za běhu opravit. První promítání karikatury se konalo na Moskevské státní univerzitě. Poté to autor opakovaně demonstroval na svých přednáškách pro školáky. O 6 let později vyšel v časopise Problems of Cybernetics článek, který podrobně popisuje techniku tvorby karikatury.
1970 Byla publikována první recenze o počítačové grafice, poté prezentována jako zpráva na Druhé celosvazové konferenci o programování (VKP-2). Shtarkman V. S., Bayakovsky Yu M. Strojová grafika. Předtisk Ústavu problémů matematiky Akademie věd SSSR, 1970. První publikace v ruštině, ve které se objevilo slovní spojení strojová grafika.
První disertační práce v SSSR o počítačové grafice byla obhájena Seznam několika disertačních prací je uveden níže: Karlov Alexander Andreevich Otázky matematické podpory displeje se světlou tužkou a jeho použití v úlohách experimentální fyziky Dubna, 1972 Zelený Viktor Michajlovič Software. pro práci s trojrozměrnými objekty na grafických terminálech Novosibirsk, 1973 Bayakovsky Jurij Matveevič Analýza metod rozvoje počítačové grafické podpory Moskva, 1974 Zlotnik Evgeniy Matveevich Vývoj a výzkum komplexu technických prostředků a metod pro návrh operačního grafického systému Minsk, 1974 Lysyi Semyon Timofeevich G 1 - Geometrický systém počítačového softwaru Kišiněv, 1976 Piguzov Sergei Yurievich Vývojové a výzkumné prostředky grafické interakce mezi geofyzikem a počítačem při zpracování seismických dat Moskva, 1976
1976 V ruštině vyšla kniha „Základy interaktivní počítačové grafiky“ od W. Newmana a R. Sprulla (editoval V. A. Lvov).
1977 První setkání plánovačů byla „regionální konference“, ale sešla se poměrně reprezentativní komunita a ukázalo se, že jde o celosvazovou konferenci.
1979 V září se v Novosibirsku konala první celounijní konference o počítačové grafice. Seznam následujících konferencí: Všesvazová konference o problémech počítačové grafiky Novosibirsk, 1981 Všesvazová konference o problémech počítačové grafiky a digitálního zpracování obrazu Vladivostok, 24. - 26. září 1985 IV Všesvazová konference o počítačové grafice Protvino, září 9-11, 1987 V All-Union Conference on Computer Graphics "Machine Graphics 89" Novosibirsk, 31. října - 2. listopadu 1989
1979 První půltónový barevný rastrový displej Gamma-1 V Institutu aplikované fyziky v Novosibirské akademii byla vytvořena první zobrazovací stanice „Gamma“ vhodná pro aktivní použití v kině a televizi. město Vladimir Sizykh, Peter Veltmander, Alexey Buchnev, Vladimir Minaev a další Rozlišení první stanice bylo 256 × 6 bitů a pak se průběžně zvyšovalo. Zobrazovací stanice Gamma 7.1 poskytovala rozlišení 1024*768 pro monitor s progresivním skenováním 50 Hz a měla kapacitu video paměti 1 MB. V druhé polovině 80. let 20. století. „Gamma“, která byla masově vyráběna, byla dodávána a úspěšně provozována státními televizními centry v zemi.
1981 Vydání grafického balíčku Atom Vývoj balíčku zahájil Yu. Za základ byl vzat Core System, který tehdy prosazoval (Kaminsky, Klimenko, Kochin).
1983 První speciální kurz počítačové grafiky Yu M. Bayakovsky začal vyučovat roční speciální kurz počítačové grafiky pro studenty Fakulty výpočetní matematiky a kybernetiky Moskevské státní univerzity. Od roku 1990 je předmět vyučován jako povinný pro studenty 2. ročníku.
1985 První zpráva byla přijata na Eurographics 1985 „Breaking a window into graphic Europe“ – první zpráva ze SSSR byla přijata na konferenci Eurographics 1985 Nicméně, protože perestrojka ještě nezačala, nesměli řečníci opustit SSSR , a poprvé se sovětská delegace zúčastnila konference až v roce 1988
1986 Vydání balíčku Atom-85 v CERNu Vydání grafického balíčku Atom-85 v CERNu, kde byl aktivně využíván (spolu s Graforem) pro ilustrativní grafické úlohy (Klimenko, Kochin, Samarin).
Hranice 80. a 90. let Poptávka po výzkumu a vývoji na domácím ruském trhu klesla téměř na nulu a zároveň zmizely tradiční (sovětské) možnosti financování. Ale otevřely se příležitosti pro mezinárodní spolupráci. To vedlo k radikální změně témat a pracovních podmínek i požadavků na výzkumnou a vývojovou práci (VaV).
1990 Vznikla první ruská počítačová grafická společnost "Drive" V roce 1989 zorganizovali Alexander Pekar, Sergey Timofeev a Vladimir Sokolov studio počítačové grafiky v All-Russian Technical Institution "Videofilm", které se o rok později stalo první nezávislou počítačovou grafikou. společnosti, přesouvající se z pod křídla „Videofilmu“ do Centrálního pavilonu VDNH.
1991 V únoru se v Moskvě konala první mezinárodní konference o počítačové grafice a vidění. Con "91 Pořádá Akademie věd SSSR zastoupená Institutem aplikované matematiky M. V. Keldyshe Akademie věd SSSR, Svazem architektů SSSR a některými dalšími organizacemi za asistence a podpory mezinárodní asociace ACM Siggraph (USA). Američtí hosté: Ed Catmull (prezident Pixaru, který natočil Star Wars s Georgem Lucasem) John Lassiter (Pixar, autor filmu "Plechová hračka") Jim Clark (tvůrce společnosti Silicon Graphics, trendsetter v oblasti tvorby). profesionální grafické stanice) První ruský laureát na mezinárodní soutěži PRIX ARS ELECTRONICA A tým z Novosibirsku získal nominaci Computer Animation.
1993 Konal se první festival počítačové grafiky a animace ANIGRAF"93. V roce 1992 uspořádal Vladimir Loshkarev, šéf společnosti Joy Company, která propaguje grafické softwarové balíčky a vybavení na ruský trh, první vědeckou a praktickou konferenci o počítačích grafika Pak přišel festival, spojující jak technickou stránku, tak komerci a čistou kreativitu Festival ANIGRAF byl organizován za účasti VGIK, spolupředsedou organizačního výboru byl Sergey Lazaruk (prorektor pro vědu a kreativu). Na výstavě byli zastoupeni všichni největší výrobci grafických stanic V kreativní soutěži se festival bohužel nedožil desátého výročí a byl uzavřen jako komerčně neudržitelný.
1994 První počítačová grafika v ruské kinematografii Ve filmu „Burnt by the Sun“ byla epizoda s kulovým bleskem připravena společností Render Club.
1996 První pokusy shromáždit a systematizovat historická fakta Timour Paltashev. Rusko: Počítačová grafika - Mezi minulostí a budoucností. Počítačová grafika, sv. 30, č. 2, květen 1996. Zvláštní vydání: Computer Graphics Around the World. Jurij Bayakovskij. Rusko: Vzdělávání počítačové grafiky začíná v 90. letech 20. století, svazek 30, č. 3, srpen 1996. Zvláštní vydání: Vzdělávání počítačové grafiky -- Worldwide Effort.
2000-2001 2000 - Speciální vydání časopisu Computer&Graphics Vol. 24 „Počítačová grafika v Rusku“. 2001 - Vznik virtuální reality v Rusku. První konference řady VEon se konala v Protvinu. PC s ukázkou první instalace virtuální reality v Rusku vytvořené skupinou Stanislava Klimenka ve spolupráci s Martinem Gebelem (IMC, S. Augustin).
2003 První konference vývojářů počítačových her KRI-2003 Ve dnech 21. a 22. března 2003 se na Moskevské státní univerzitě konala první mezinárodní konference vývojářů počítačových her (KRI) v Rusku, pořádaná DEV. DTF. RU je přední specializovaný zdroj na RuNet pro herní vývojáře a vydavatele. Poprvé v historii ruského herního průmyslu se na KRI 2003 sešli téměř všichni profesionálové z oboru, aby si vyměnili zkušenosti a diskutovali o různých problémech. KRI 2003 se zúčastnilo asi 40 společností z Ruska, ale i blízkého i vzdáleného zahraničí, působících jak v oblasti vývoje, tak i vydávání herního softwaru, a celkový počet návštěvníků konference se podle různých odhadů pohyboval od 1000 do 1500 lidí.
2006 První praktická konference o počítačové grafice a animaci CG Event-2006 Inspirováno konferencí SIGGRAPH, autor knihy „Understanding Maya“ Sergei Tsyptsyn a tvůrce webu cgtalk. ru Alexander Kostin uspořádal první praktickou konferenci o počítačové grafice CG Event, která se stala ideovým nástupcem festivalu ANIGRAF. Prvního CG Eventu se zúčastnilo více než 500 lidí a následně počet účastníků jen rostl.
