Computergrafik ist die Geschichte der Entwicklung der Computergrafik. Geschichte der Entwicklung der Computergrafik Kurze Vektorbilder
Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation
BUZULUK GEISTESWIRTSCHAFTLICHES UND TECHNOLOGISCHES INSTITUT (ZWEIG) DER BILDUNGSEINRICHTUNG DES BUNDESLANDHAUSHALTS
Höhere Berufsausbildung
„STAATLICHE UNIVERSITÄT ORENBURG“
Fakultät für Korrespondenzstudien
Fachbereich Physik, Informatik, Mathematik
KURSARBEIT
in der Disziplin „Computergrafik und Modellierung“
Geschichte der Computergrafik
Busuluk 2012
Anmerkung
Die Kursarbeit zum Thema „Geschichte der Entwicklung computergrafischer Methoden“ umfasst 32 Seiten, darunter 15 Zeichnungen, 20 Literaturquellen.
Der erste Abschnitt beschreibt die Geschichte der Computergrafik.
Der zweite Abschnitt beschreibt die Arten von Grafiken und die Verwendung von Grafiken in verschiedenen Bereichen menschlichen Handelns.
Einführung
Die Entwicklungsgeschichte der Informationstechnologien ist geprägt von raschen Veränderungen konzeptioneller Ideen, technischer Mittel, Methoden und Anwendungsgebiete. In der modernen Realität ist die Fähigkeit, industrielle Informationstechnologien zu nutzen, für die meisten Menschen sehr relevant geworden. Das Eindringen von Computern in alle Bereiche des gesellschaftlichen Lebens überzeugt uns davon, dass die Kultur der Kommunikation mit einem Computer zu einer gemeinsamen menschlichen Kultur wird.
Der Zweck der Arbeit besteht darin, die Geschichte der Computergrafik zu studieren.
Gegenstand des Studiums ist Computergrafik.
Studienfach: Geschichte der Computergrafik.
Studienziele:
) Literatur zu diesem Thema studieren und analysieren;
) geben das Konzept der wichtigsten Arten der Computergrafik an;
) betrachten die Möglichkeiten der Computergrafik.
1. Geschichte der Entwicklung der Computergrafik
1.1 Die Entstehung der Computer-(Maschinen-)Grafik
Die Entwicklung der Computergrafik ist erst zehn Jahre alt, ihre kommerziellen Anwendungen sogar noch jünger. Andriesvan Dam gilt als einer der Väter der Computergrafik, und seine Bücher sind grundlegende Lehrbücher über das gesamte Spektrum der der Computergrafik zugrunde liegenden Technologien. In diesem Bereich ist auch Ivan Sutherland bekannt, dessen Doktorarbeit die theoretischen Grundlagen der Computergrafik darstellte.
Bis vor Kurzem war das Experimentieren mit den Fähigkeiten interaktiver Computergrafiken nur einer kleinen Anzahl von Spezialisten vorbehalten, vor allem Wissenschaftlern und Ingenieuren, die sich mit Entwurfsautomatisierung, Datenanalyse und mathematischer Modellierung beschäftigten. Mittlerweile ist das Studium realer und imaginärer Welten durch das „Prisma“ von Computern einem viel größeren Kreis von Menschen zugänglich geworden.
Diese Veränderung der Situation hat mehrere Gründe. Erstens aufgrund einer deutlichen Verbesserung des Kosten-Leistungs-Verhältnisses bei einigen Computer-Hardwarekomponenten. Darüber hinaus ist standardmäßige High-Level-Grafiksoftware weit verbreitet, wodurch es einfacher wird, neue Anwendungen zu schreiben, die von einem Computertyp auf einen anderen portierbar sind.
Der nächste Grund liegt in der Auswirkung von Displays auf die Qualität der Schnittstelle – dem Kommunikationsmittel zwischen Mensch und Maschine – und bietet dem Benutzer maximalen Komfort. Neue, benutzerfreundliche Systeme basieren weitgehend auf einem WYSIWYG-Ansatz (What you see is what you get), bei dem das, was Sie auf dem Bildschirm sehen, dem, was Sie am Ende erhalten, so ähnlich wie möglich sein sollte.
Die meisten herkömmlichen Computergrafikanwendungen sind zweidimensional. In letzter Zeit besteht ein zunehmendes kommerzielles Interesse an 3D-Anwendungen. Es basiert auf erheblichen Fortschritten bei der Lösung zweier miteinander verbundener Probleme: der Modellierung von 3D-Szenen und der Erstellung möglichst realistischer Bilder. Beispielsweise legen Flugsimulatoren besonderen Wert auf die Reaktionszeit auf die vom Piloten und Ausbilder eingegebenen Befehle. Um die Illusion einer reibungslosen Bewegung zu erzeugen, muss der Simulator ein äußerst realistisches Bild einer sich dynamisch verändernden „Welt“ mit einer Geschwindigkeit von mindestens 30 Bildern pro Sekunde erzeugen. Im Gegensatz dazu werden Bilder für Werbung und Unterhaltung oft innerhalb von Stunden autonom berechnet, um ein Höchstmaß an Realismus zu erreichen oder einen starken Eindruck zu hinterlassen.
Die Entwicklung der Computergrafik, insbesondere in ihren Anfangsstadien, ist in erster Linie mit der Entwicklung technischer Mittel und insbesondere von Displays verbunden:
Zufallsstrahlscannen;
Rasterstrahlscannen;
Aufbewahrungsröhren;
Plasma-Panel;
Flüssigkristallindikatoren;
Elektrolumineszenzindikatoren;
Feldemissionsanzeigen.
Zufälliges Strahlscannen. Anzeigegrafiken entstanden als Versuch, zufällig gescannte Kathodenstrahlröhren (CRTs) zur Ausgabe von Bildern von einem Computer zu verwenden. Wie Newman schreibt, war offenbar der 1950 hergestellte Whirlwind-I-Computer (Hurricane-I) das erste Gerät, bei dem ein CRT als Ausgabegerät verwendet wurde. am Massachusetts Institute of Technology. Mit diesem Experiment begann die Entwicklungsphase von Vektoranzeigen (Anzeigen mit zufälliger Strahlabtastung, kalligrafische Anzeigen). Im Fachjargon ist ein Vektor ein Liniensegment. Daher kommt auch der Name „Vektordarstellung“.
Wenn sich der Strahl an der Stelle, an der er auftrifft, über den Bildschirm bewegt, wird das Leuchten des Leuchtstoffs des Bildschirms angeregt. Dieses Leuchten hört recht schnell auf, wenn der Strahl an eine andere Position bewegt wird (übliche Nachleuchtzeit beträgt weniger als 0,1 s). Damit das Bild ständig sichtbar ist, ist es daher notwendig, es 50 oder 25 Mal pro Sekunde neu auszugeben (das Bild neu zu generieren). Die Notwendigkeit, ein Bild erneut auszugeben, erfordert das Speichern seiner Beschreibung in einem speziell zugewiesenen Speicher, dem sogenannten Regenerationsspeicher. Die Bildbeschreibung selbst wird als Anzeigedatei bezeichnet. Es ist klar, dass eine solche Anzeige einen ziemlich schnellen Prozessor erfordert, um die Anzeigedatei zu verarbeiten und die Bewegung des Strahls über den Bildschirm zu steuern.
Typischerweise gelang es seriellen Vektoranzeigen, 50 Mal pro Sekunde nur etwa 3000–4000 Segmente zu konstruieren. Bei einer größeren Anzahl von Segmenten beginnt das Bild zu flackern, da die zu Beginn des nächsten Zyklus erstellten Segmente bis zur Erstellung der letzten vollständig ausgeblendet sind.
Ein weiterer Nachteil von Vektordisplays ist die geringe Anzahl an Helligkeitsabstufungen (meist 2-4). Zwei- oder dreifarbige CRTs, die ebenfalls mehrere Helligkeitsabstufungen ermöglichten, wurden entwickelt, fanden jedoch keine breite Anwendung.
Bei Vektoranzeigen ist es einfach, jedes Element des Bildes zu löschen – es reicht aus, das gelöschte Element während des nächsten Konstruktionszyklus aus der Anzeigedatei zu löschen.
Der Textdialog wird über eine alphanumerische Tastatur unterstützt. Der indirekte grafische Dialog erfolgt wie bei allen anderen Anzeigen durch Bewegen des Fadenkreuzes (Cursors) über den Bildschirm mithilfe bestimmter Fadenkreuzsteuerungen – Koordinatenräder, Steuerhebel (Joystick), Trackball (Kugelgriff), Tablet usw. Eine Besonderheit von Vektoranzeigen ist die Möglichkeit des direkten grafischen Dialogs, der darin besteht, Objekte auf dem Bildschirm (Linien, Symbole usw.) einfach mit einem Lichtstift anzuzeigen. Dazu reicht es aus, mit einer Fotodiode den Moment des Zeichnens und damit den Beginn des Leuchtens des Leuchtstoffs eines beliebigen Teils des erforderlichen Elements zu bestimmen.
Die ersten seriellen Vektordisplays erschienen Ende der 60er Jahre im Ausland.
Rasterstrahlscannen.
Fortschritte in der Mikroelektronik-Technologie haben dazu geführt, dass seit Mitte der 70er Jahre Displays mit Rasterstrahlabtastung eine überwältigende Verbreitung gefunden haben.
Speicherröhren.
Ende der 60er Jahre erschien eine Speicher-CRT, die ein konstruiertes Bild über einen längeren Zeitraum (bis zu einer Stunde) direkt auf dem Bildschirm speichern konnte. Daher ist kein Aktualisierungsspeicher erforderlich und es ist kein schneller Prozessor erforderlich, um die Bildaktualisierung durchzuführen. Das Löschen auf einem solchen Display ist nur für das gesamte Bild als Ganzes möglich. Die Komplexität des Bildes ist praktisch unbegrenzt. Die auf Speicherröhrendisplays erreichte Auflösung ist die gleiche wie auf Vektordisplays oder höher – bis zu 4096 Punkte.
Der Textdialog wird über eine alphanumerische Tastatur unterstützt, der indirekte grafische Dialog erfolgt durch Bewegen des Fadenkreuzes über den Bildschirm, meist mit Koordinatenrädern.
Das Aufkommen solcher Displays trug einerseits zur weiten Verbreitung von Computergrafiken bei, andererseits stellte es einen gewissen Rückschritt dar, da relativ minderwertige und langsame, wenig interaktive Grafiken verbreitet wurden.
Plasma-Panel.
Im Jahr 1966 Es wurde ein Plasmapanel erfunden, das man sich einfach als eine Matrix aus kleinen mehrfarbigen Neonbirnen vorstellen kann, die sich jeweils unabhängig voneinander einschalten und mit einstellbarer Helligkeit leuchten können. Es ist klar, dass ein Ablenksystem nicht erforderlich ist, und ein Regenerationsspeicher ist auch nicht erforderlich, da Sie anhand der Spannung an der Glühbirne jederzeit erkennen können, ob sie eingeschaltet ist oder nicht, d. H. ob an einem bestimmten Punkt ein Bild vorhanden ist. In gewisser Weise vereinen diese Displays viele der nützlichen Eigenschaften von Vektor- und Rastergeräten. Zu den Nachteilen zählen hohe Kosten, eine unzureichend hohe Auflösung und eine hohe Versorgungsspannung. Im Allgemeinen sind diese Displays nicht weit verbreitet.
Flüssigkristallindikatoren. LCD-Displays funktionieren ähnlich wie Indikatoren in Digitaluhren, allerdings besteht das Bild natürlich nicht aus mehreren Segmenten, sondern aus einer Vielzahl separat ansteuerbarer Punkte. Diese Displays haben die kleinsten Abmessungen und den geringsten Stromverbrauch und werden daher trotz der geringeren Auflösung, des geringeren Kontrasts und des deutlich höheren Preises als bei CRT-Rasterdisplays häufig in Laptop-Computern verwendet.
Elektrolumineszenzindikatoren. Auf Elektrolumineszenzindikatoren basierende Displays weisen die höchste Helligkeit, den höchsten Kontrast, den höchsten Betriebstemperaturbereich und die höchste Haltbarkeit auf. Dank technologischer Fortschritte können sie nicht nur in teuren High-End-Systemen, sondern auch in allgemeinen Industriesystemen eingesetzt werden. Der Betrieb solcher Anzeigen basiert auf dem Leuchten eines Leuchtstoffs unter dem Einfluss einer relativ hohen Wechselspannung, die an zueinander senkrechten Elektrodensätzen angelegt wird, zwischen denen sich der Leuchtstoff befindet.
Feldemissionsanzeigen. Kathodenstrahlröhren-Displays sind trotz ihrer relativen Kostengünstigkeit und weit verbreiteten Verwendung mechanisch fragil, benötigen eine hohe Versorgungsspannung, verbrauchen viel Strom, haben große Abmessungen und eine begrenzte Lebensdauer aufgrund des Emissionsverlusts der Kathoden. Eine Möglichkeit, diese Mängel zu beseitigen, besteht darin, flache Displays mit Feldemission von Kaltkathoden in Form hochgeschärfter Mikronadeln herzustellen.
So hat sich die Computergrafik seit ihren Anfängen im Jahr 1950 von exotischen Experimenten zu einem der wichtigsten und allgegenwärtigsten Werkzeuge der modernen Zivilisation entwickelt und reicht von der wissenschaftlichen Forschung über Design- und Fertigungsautomatisierung bis hin zu Wirtschaft, Medizin, Ökologie, Medien und Freizeit Haushaltsausstattung.
2. Computergrafik
Der Anwendungsbereich der Computergrafik beschränkt sich nicht nur auf künstlerische Effekte. In allen Bereichen der Wissenschaft, Technik, Medizin, in kaufmännischen und betriebswirtschaftlichen Tätigkeiten werden computergenerierte Diagramme, Grafiken und Diagramme zur visuellen Darstellung verschiedener Informationen verwendet. Designer verwenden bei der Entwicklung neuer Auto- und Flugzeugmodelle dreidimensionale grafische Objekte, um das endgültige Erscheinungsbild des Produkts darzustellen. Architekten erstellen auf einem Monitor ein dreidimensionales Bild des Gebäudes und können so sehen, wie es sich in die Landschaft einfügt.
Folgende Anwendungsbereiche der Computergrafik kommen in Betracht.
Wissenschaftliche Grafiken.
Die ersten Computer wurden nur zur Lösung wissenschaftlicher und industrieller Probleme eingesetzt. Um die erhaltenen Ergebnisse besser zu verstehen, wurden diese grafisch aufbereitet, Grafiken, Diagramme und Zeichnungen der berechneten Strukturen erstellt. Die ersten Grafiken auf der Maschine wurden im symbolischen Druckmodus erstellt. Dann erschienen spezielle Geräte - Plotter (Plotter) zum Zeichnen von Zeichnungen und Grafiken mit einem Tintenstift auf Papier. Moderne wissenschaftliche Computergrafik ermöglicht die Durchführung von Computerexperimenten mit einer visuellen Darstellung ihrer Ergebnisse.
Geschäftsgrafiken.
Unter Unternehmensgrafik versteht man einen Bereich der Computergrafik, der dazu dient, verschiedene Leistungsindikatoren von Institutionen visuell darzustellen. Geplante Indikatoren, Berichtsdokumentation, statistische Berichte – das sind die Objekte, für die anhand von Geschäftsgrafiken Anschauungsmaterialien erstellt werden. Geschäftsgrafiksoftware ist in Tabellenkalkulationen enthalten.
Designgrafiken.
Designgrafiken werden in der Arbeit von Konstrukteuren, Architekten und Erfindern neuer Technologien verwendet. Diese Art von Computergrafik ist ein obligatorischer Bestandteil von CAD (Design-Automatisierungssystemen). Mittels Designgrafiken können Sie sowohl flächige Bilder (Projektionen, Schnitte) als auch räumliche dreidimensionale Bilder erhalten.
Illustrative Grafiken.
Illustrative Grafiken sind Freiformzeichnungen und Skizzen auf einem Computerbildschirm. Illustrative Grafikpakete sind allgemeine Anwendungssoftware. Die einfachsten Softwaretools für illustrative Grafiken heißen Grafikeditoren.
Künstlerische und Werbegrafiken – die vor allem dank des Fernsehens populär wurden. Am Computer werden Werbespots, Cartoons, Computerspiele, Video-Tutorials und Videopräsentationen erstellt. Grafikpakete für diese Zwecke erfordern große Computerressourcen in Bezug auf Geschwindigkeit und Speicher. Eine Besonderheit dieser Grafikpakete ist die Möglichkeit, realistische Bilder und „Bewegtbilder“ zu erstellen. Das Erhalten von Zeichnungen dreidimensionaler Objekte, deren Drehung, Annäherung, Entfernung und Verformung ist mit einem großen Berechnungsaufwand verbunden. Die Übertragung der Beleuchtung eines Objekts in Abhängigkeit von der Position der Lichtquelle, der Lage von Schatten und der Beschaffenheit der Oberfläche erfordert Berechnungen, die die Gesetze der Optik berücksichtigen.
Einer der ersten berühmten Filme war der Film „Star Wars“. Es wurde mit Hilfe des Supercomputers Sgau erstellt. Die Stadien der weiteren Entwicklung des Computerkinos lassen sich in Filmen wie „Terminator 2“, „Babylon 5“ usw. verfolgen. Bis vor Kurzem wurden Computergrafiktechnologien für Spezialeffekte, die Erstellung von Bildern exotischer Monster, die Simulation von Naturkatastrophen und andere eingesetzt Elemente, die nur als Hintergrund für das Spiel der Live-Schauspieler dienten. Im Jahr 2001 erschien der abendfüllende Film „Final Fantasy“, in dem alles, einschließlich der Bilder von Menschen, von einem Computer synthetisiert wurde – Live-Schauspieler äußerten nur hinter den Kulissen Rollen.
Computeranimation.
Unter Computeranimation versteht man die Erzeugung bewegter Bilder auf einem Bildschirm. Der Künstler erstellt auf dem Bildschirm eine Zeichnung der Anfangs- und Endpositionen bewegter Objekte; alle Zwischenzustände werden vom Computer berechnet und dargestellt, wobei er Berechnungen auf der Grundlage einer mathematischen Beschreibung dieser Art von Bewegung durchführt. Die resultierenden Muster, die nacheinander in einer bestimmten Frequenz auf dem Bildschirm angezeigt werden, erzeugen die Illusion von Bewegung.
Grafiken für das Internet.
Arten von Computergrafiken.
Es gibt drei Arten von Computergrafiken. Dabei handelt es sich um Rastergrafiken, Vektorgrafiken und fraktale Grafiken. Sie unterscheiden sich in den Prinzipien der Bilderzeugung bei der Anzeige auf einem Bildschirm oder beim Ausdruck auf Papier.
Rastermethode – das Bild wird als eine Reihe farbiger Punkte dargestellt. Rastergrafiken werden bei der Entwicklung elektronischer (multimedialer) und gedruckter Publikationen verwendet. Mit Rastergrafiken erstellte Illustrationen werden selten manuell mit Computerprogrammen erstellt. Am häufigsten werden hierfür von Künstlern angefertigte gescannte Illustrationen oder Fotografien verwendet. In jüngster Zeit werden digitale Foto- und Videokameras häufig zur Eingabe von Rasterbildern in einen Computer verwendet.
Pixel sind das Hauptelement von Rasterbildern. Dies sind die Elemente, aus denen ein Rasterbild besteht.
Ein digitales Bild ist eine Ansammlung von Pixeln. Jedes Pixel eines Rasterbildes wird durch x- und y-Koordinaten und die Helligkeit V(x,y) (für Schwarz-Weiß-Bilder) gekennzeichnet. Da Pixel von Natur aus diskret sind, sind ihre Koordinaten diskrete Größen, normalerweise ganze Zahlen oder rationale Zahlen. Bei einem Farbbild wird jedes Pixel durch x- und y-Koordinaten und drei Helligkeiten charakterisiert: rote Helligkeit, blaue Helligkeit und grüne Helligkeit (VR, VB, VG). Durch die Kombination dieser drei Farben können Sie eine Vielzahl unterschiedlicher Farbtöne erhalten.
Beachten Sie, dass das Bild als analog klassifiziert wird, wenn mindestens eines der Merkmale des Bildes keine Zahl ist. Beispiele für analoge Bilder sind Hologramme und Fotografien. Um mit solchen Bildern zu arbeiten, gibt es spezielle Methoden, insbesondere optische Transformationen. In einigen Fällen werden analoge Bilder in digitale Form umgewandelt. Diese Aufgabe wird von ImageProcessing übernommen.
Die Farbe jedes Pixels in einem Rasterbild wird mithilfe einer Bitkombination gespeichert. Je mehr Bits hierfür verwendet werden, desto mehr Farbnuancen können erzielt werden. Normalerweise wird 1 Byte für die Helligkeitsabstufung (256 Abstufungen) zugewiesen, wobei 0 für Schwarz und 255 für Weiß (maximale Intensität) steht. Bei einem Farbbild wird ein Byte für die Helligkeitsabstufung aller drei Farben reserviert. Es ist möglich, Abstufungen in einer anderen Anzahl von Bits (4 oder 12) zu kodieren, das menschliche Auge kann jedoch nur 8 Abstufungsbits pro Farbe unterscheiden. In 24 Bit beschriebene Farben bieten mehr als 16 Millionen verfügbare Farben und werden oft als natürliche Farben bezeichnet.
In Farbpaletten wird jedes Pixel durch einen Code beschrieben. Die Verbindung dieses Codes mit einer Farbtabelle bestehend aus 256 Zellen wird unterstützt. Die Kapazität jeder Zelle beträgt 24 Bit. Die Ausgabe jeder Zelle beträgt 8 Bit für Rot, Grün und Blau.
Der durch die Intensitäten von Rot, Grün und Blau gebildete Farbraum wird in Form eines Farbwürfels dargestellt (siehe Abb. 1).
Abbildung 1 – Farbwürfel
Die Eckpunkte des Würfels A, B, C sind die maximalen Intensitäten von Grün, Blau und Rot, und das Dreieck, das sie bilden, wird Pascal-Dreieck genannt. Der Umfang dieses Dreiecks entspricht den gesättigtsten Farben. Die Farbe maximaler Sättigung enthält immer nur zwei Komponenten. Auf dem Segment OD gibt es Grautöne, wobei das aktuelle O Schwarz und der Punkt D Weiß entspricht.
Arten von Rastern.
Raster ist die Reihenfolge der Anordnung von Punkten (Rasterelementen). Abbildung 2 zeigt ein Raster, dessen Elemente Quadrate sind. Ein solches Raster wird als rechteckig bezeichnet.
Abbildung 2 – Raster mit quadratischen Elementen
Obwohl es möglich ist, eine Figur mit einer anderen Form als Rasterelement zu verwenden: Dreieck, Sechseck; die folgenden Anforderungen erfüllen:
− alle Zahlen müssen gleich sein;
− muss die Fläche vollständig abdecken, ohne Überläufe oder Löcher.
Als Rasterelement ist es also möglich, ein gleichseitiges Dreieck (siehe Abb. 3) oder ein regelmäßiges Sechseck (Hexaeder) (siehe Abb. 4) zu verwenden. Sie können Raster aus unregelmäßigen Polygonen erstellen, aber es gibt keine praktische Bedeutung solche Raster.
Abbildung 3 – Dreieckiges Raster
Schauen wir uns Möglichkeiten an, Linien in einem rechteckigen und sechseckigen Raster zu konstruieren.
Abbildung 4 – „Sechseckiges Raster“
In einem rechteckigen Raster erfolgt die Linienkonstruktion auf zwei Arten:
) Das Ergebnis ist eine achtfach zusammenhängende Linie. Benachbarte Pixel einer Zeile können sich an einer von acht möglichen (siehe Abb. 5a) Positionen befinden
) Das Ergebnis ist eine vierfach zusammenhängende Linie. Benachbarte Pixel einer Zeile können sich an einer von vier möglichen (siehe Abb. 5b) Positionen befinden. Nachteil – zu dicke Linie im 45°-Winkel.
Abbildung 5 – Zeichnen einer Linie in einem rechteckigen Raster
In einem hexagonalen Raster sind die Linien sechsfach verbunden (siehe Abb. 6), solche Linien sind stabiler in der Breite, d.h. Die Streuung der Linienbreite ist geringer als bei einem quadratischen Raster.
Abbildung 6 – Zeichnen einer Linie in einem sechseckigen Raster
Eine Möglichkeit zur Bewertung eines Rasters besteht darin, ein unter Berücksichtigung des verwendeten Rasters kodiertes Bild über einen Kommunikationskanal zu übertragen und anschließend die erreichte Qualität wiederherzustellen und visuell zu analysieren.
Modellierung eines sechseckigen Rasters. Es ist möglich, auf der Grundlage eines quadratischen Rasters ein sechseckiges Raster zu konstruieren. Dazu wird ein Sechseck als Rechteck dargestellt.
Vektorgrafiken.
Vektorgrafiken beschreiben Bilder mithilfe von geraden und gekrümmten Linien, sogenannten Vektoren, sowie Parametern, die Farben und Layout beschreiben. Beispielsweise wird das Bild eines Baumblattes (siehe Abb. 7.) durch Punkte beschrieben, durch die eine Linie verläuft, wodurch der Umriss des Blattes entsteht. Die Blattfarbe wird durch die Farbe des Umrisses und der Fläche innerhalb dieses Umrisses bestimmt.
Abbildung 7 – Beispiel einer Vektorgrafik
Im Gegensatz zu Rastergrafiken wird bei Vektorgrafiken ein Bild anhand mathematischer Beschreibungen von Objekten, Kreisen und Linien erstellt. Obwohl dies auf den ersten Blick komplizierter erscheinen mag als die Verwendung von Rasterarrays, ist die Verwendung mathematischer Beschreibungen für einige Bildtypen eine einfachere Methode.
Der Schlüssel zu Vektorgrafiken liegt darin, dass sie eine Kombination aus Computerbefehlen und mathematischen Formeln für ein Objekt verwenden. Dadurch können Computergeräte beim Zeichnen dieser Objekte reale Punkte berechnen und platzieren. Diese Eigenschaft von Vektorgrafiken bietet gegenüber Rastergrafiken eine Reihe von Vorteilen, ist aber gleichzeitig auch der Grund für ihre Nachteile.
Vektorgrafiken werden oft als objektorientierte Grafiken oder Zeichengrafiken bezeichnet. Einfache Objekte wie Kreise, Linien, Kugeln, Würfel und dergleichen werden als Grundelemente bezeichnet und zur Erstellung komplexerer Objekte verwendet. In Vektorgrafiken entstehen Objekte durch die Kombination verschiedener Objekte.
Um Vektorzeichnungen zu erstellen, müssen Sie eines der vielen Illustrationspakete verwenden. Der Vorteil von Vektorgrafiken besteht darin, dass die Beschreibung einfach ist und wenig Computerspeicher beansprucht. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass ein detailliertes Vektorobjekt möglicherweise zu komplex ist und möglicherweise nicht wie vom Benutzer erwartet oder überhaupt nicht gedruckt wird, wenn der Drucker die Vektorbefehle nicht richtig interpretiert oder versteht.
Beim Bearbeiten von Vektorgrafikelementen ändern sich die Parameter von geraden und gekrümmten Linien, die die Form dieser Elemente beschreiben. Sie können Elemente verschieben, ihre Größe, Form und Farbe ändern, dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Qualität ihrer visuellen Darstellung. Vektorgrafiken sind unabhängig von der Auflösung, d.h. können ohne Qualitätsverlust auf einer Vielzahl von Ausgabegeräten mit unterschiedlichen Auflösungen dargestellt werden.
Die Vektordarstellung besteht darin, Bildelemente mit mathematischen Kurven zu beschreiben und deren Farben und Belegung anzugeben.
Ein weiterer Vorteil ist die hochwertige Skalierung in jede Richtung. Das Erhöhen oder Verringern von Objekten erfolgt durch Erhöhen oder Verringern der entsprechenden Koeffizienten in mathematischen Formeln. Leider ist das Vektorformat bei der Übertragung von Bildern mit vielen Schattierungen oder feinen Details (z. B. Fotos) von Nachteil. Schließlich wird in diesem Fall jedes kleinste Highlight nicht durch eine Ansammlung einfarbiger Punkte dargestellt, sondern durch eine komplexe mathematische Formel oder eine Ansammlung grafischer Grundelemente, von denen jedes eine Formel ist. Dadurch wird die Datei schwerer. Darüber hinaus führt die Konvertierung eines Bildes von einem Raster- in ein Vektorformat (z. B. mit AdobeStrimeLine oder Corel OCR-TRACE) dazu, dass letzteres nicht mehr korrekt skaliert werden kann. Mit zunehmenden linearen Abmessungen nimmt die Anzahl der Details oder Schattierungen pro Flächeneinheit nicht zu. Diese Einschränkung wird durch die Auflösung von Eingabegeräten (Scanner, Digitalkameras usw.) verursacht.
Das Konzept eines Fraktals und die Entstehungsgeschichte fraktaler Grafiken.
Sie haben wahrscheinlich schon oft ziemlich geniale Gemälde gesehen, bei denen unklar ist, was dargestellt wird, die aber dennoch durch die Ungewöhnlichkeit ihrer Formen faszinieren und Aufmerksamkeit erregen. In der Regel handelt es sich dabei um geniale Formen, die sich für keine mathematische Beschreibung zu eignen scheinen. Sie haben zum Beispiel Muster auf Glas nach dem Frost gesehen oder zum Beispiel clevere Flecken, die mit einem Tintenstift auf einem Blatt zurückgeblieben sind, also kann so etwas in Form einer Art Algorithmus niedergeschrieben werden und ist es daher einem Computer leicht erklärt werden. Solche Mengen werden Fraktale genannt. Fraktale ähneln nicht den Figuren, die wir aus der Geometrie kennen, sondern sind nach bestimmten Algorithmen aufgebaut, und diese Algorithmen können mit einem Computer auf dem Bildschirm dargestellt werden. Wenn wir alles ein wenig vereinfachen, sind Fraktale im Allgemeinen eine Art Transformation, die wiederholt auf die ursprüngliche Figur angewendet wird.
Die ersten Ideen der fraktalen Geometrie entstanden im 19. Jahrhundert. Mithilfe eines einfachen rekursiven (wiederholenden) Verfahrens verwandelte Cantor die Linie in eine Ansammlung unverbundener Punkte (den sogenannten Cantor-Staub). Er nahm eine Linie, entfernte das mittlere Drittel und wiederholte das Gleiche dann mit den übrigen Abschnitten. Peano hat eine Linie besonderer Art gezogen (siehe Abb. 8). Um es zu zeichnen, verwendete Peano den folgenden Algorithmus.
Abbildung 8 – Zeichenalgorithmus
Im ersten Schritt nahm er eine gerade Linie und ersetzte sie durch 9 Segmente, die dreimal kürzer als die Länge der ursprünglichen Linie waren (Teil 1 und 2 von Abbildung 1). Dann machte er dasselbe mit jedem Segment der resultierenden Linie. Und so weiter bis ins Unendliche. Seine Einzigartigkeit besteht darin, dass es die gesamte Ebene ausfüllt. Es ist bewiesen, dass man für jeden Punkt der Ebene einen Punkt finden kann, der zur Peano-Linie gehört. Peanos Kurve und Cantors Staub gingen über gewöhnliche geometrische Objekte hinaus. Sie hatten keine klare Dimension. Cantors Staub schien auf der Grundlage einer eindimensionalen Linie aufgebaut zu sein, bestand jedoch aus Punkten, und die Peano-Kurve wurde auf der Grundlage einer eindimensionalen Linie aufgebaut, und das Ergebnis war eine Ebene. In vielen anderen Bereichen der Wissenschaft traten Probleme auf, deren Lösung zu seltsamen Ergebnissen ähnlich den beschriebenen führte (Brownsche Bewegung, Aktienkurse).
Bis zum 20. Jahrhundert wurden Daten über solche seltsamen Objekte gesammelt, ohne dass der Versuch unternommen wurde, sie zu systematisieren. Das war, bis Benoit Mandelbrot, der Vater der modernen fraktalen Geometrie und des Wortes „Fraktal“, sie aufgriff. Während seiner Tätigkeit als mathematischer Analyst bei IBM untersuchte er Rauschen in elektronischen Schaltkreisen, das nicht mithilfe von Statistiken beschrieben werden konnte. Nach und nach verglich er die Fakten und entdeckte eine neue Richtung in der Mathematik – die fraktale Geometrie.
Mandelbrot selbst leitete das Wort Fraktal vom lateinischen Wort fractus ab, was gebrochen (in Teile geteilt) bedeutet. Und eine der Definitionen eines Fraktals ist eine geometrische Figur, die aus Teilen besteht und in Teile geteilt werden kann, von denen jeder (zumindest annähernd) eine kleinere Kopie des Ganzen darstellt.
Als Mandelbrot das Konzept der Fraktale entdeckte, stellte sich heraus, dass wir buchstäblich von ihnen umgeben sind. Metallbarren und Steine sind fraktal, die Anordnung der Zweige, Blattmuster und das Kapillarsystem von Pflanzen sind fraktal; Kreislauf-, Nerven- und Lymphsysteme in tierischen Organismen, fraktale Flussbecken, Wolkenoberflächen, Meeresküstenlinien, bergiges Gelände ...
Um sich ein Fraktal vorzustellen, betrachten Sie ein Beispiel aus B. Mandelbrots Buch „Fractal Geometry of Nature“, das zu einem Klassiker geworden ist: „Wie lang ist die Küste Großbritanniens?“ Die Antwort auf diese Frage ist nicht so einfach, wie es scheint. Es hängt alles von der Länge des Werkzeugs ab, das wir verwenden werden. Indem wir das Ufer mit einem Kilometermaßstab messen, erhalten wir eine gewisse Länge. Allerdings werden wir viele kleine Buchten und Halbinseln vermissen, die deutlich kleiner sind als unsere Linie. Indem wir die Größe des Lineals auf beispielsweise 1 Meter reduzieren, berücksichtigen wir diese Details der Landschaft und dementsprechend wird die Länge der Küste größer. Gehen wir noch einen Schritt weiter und messen die Länge des Ufers mit einem Millimeterlineal. Dabei berücksichtigen wir Details, die größer als ein Millimeter sind, die Länge wird noch größer. Daher kann die Antwort auf eine scheinbar einfache Frage jeden verwirren – die Länge der Küste Großbritanniens ist endlos.
Die Haupteigenschaft von Fraktalen ist Selbstähnlichkeit. Jedes mikroskopische Fragment eines Fraktals reproduziert auf die eine oder andere Weise seine globale Struktur. Im einfachsten Fall ist ein Teil eines Fraktals einfach ein kleineres ganzes Fraktal.
Daher das Grundrezept für die Konstruktion von Fraktalen: Nehmen Sie ein einfaches Motiv und wiederholen Sie es, wobei Sie die Größe ständig verkleinern. Irgendwann entsteht eine Struktur, die dieses Motiv in allen Maßstäben reproduziert. (Abb.9)
Abbildung 9 – Fraktales Wiederholungsmotiv
Wir nehmen ein Segment und brechen sein mittleres Drittel in einem Winkel von 60 Grad. Dann wiederholen wir diesen Vorgang mit jedem Teil der resultierenden gestrichelten Linie – und so weiter bis ins Unendliche. Als Ergebnis erhalten wir das einfachste Fraktal – eine triadische Kurve, die 1904 von der Mathematikerin Helga von Koch entdeckt wurde.
Wenn Sie bei jedem Schritt das Hauptmotiv nicht nur verkleinern, sondern auch verschieben und drehen, können Sie interessantere und realistischere Formationen erhalten, zum Beispiel ein Farnblatt oder sogar ganze Dickichte davon. Oder Sie können ein sehr glaubwürdiges fraktales Gelände bauen und es mit einem sehr schönen Wald bedecken. In 3D StudioMax wird beispielsweise ein fraktaler Algorithmus zur Generierung von Bäumen verwendet. Und das ist keine Ausnahme – die meisten Geländetexturen in modernen Computerspielen stellen Fraktale dar. Die Berge, der Wald und die Wolken im Bild sind Fraktale.
Fraktale Bilddateien haben die Erweiterung fif. Typischerweise sind Dateien im FIF-Format etwas kleiner als Dateien im JPG-Format, es kann aber auch das Gegenteil passieren. Das Interessanteste beginnt, wenn man die Bilder mit zunehmender Vergrößerung betrachtet. JPG-Dateien zeigen fast sofort ihre diskrete Natur – die sprichwörtliche Leiter erscheint. Aber FIF-Dateien zeigen, wie es sich für Fraktale gehört, mit zunehmender Vergrößerung eine neue Detailebene in der Struktur, wobei die Ästhetik des Bildes erhalten bleibt.
Geometrische Fraktale.
Hier begann die Geschichte der Fraktale. Diese Art von Fraktal wird durch einfache geometrische Konstruktionen erhalten. Normalerweise gehen sie beim Konstruieren dieser Fraktale folgendermaßen vor: Sie nehmen einen „Samen“ – ein Axiom – eine Reihe von Segmenten, auf deren Grundlage das Fraktal erstellt wird. Anschließend wird auf diesen „Samen“ eine Reihe von Regeln angewendet, die ihn in eine Art geometrische Figur umwandeln. Anschließend werden die gleichen Regeln erneut auf jeden Teil dieser Figur angewendet. Mit jedem Schritt wird die Figur immer komplexer und wenn wir unendlich viele Transformationen durchführen, erhalten wir ein geometrisches Fraktal.
Die zuvor diskutierte Peano-Kurve ist ein geometrisches Fraktal. Abbildung 10 zeigt weitere Beispiele geometrischer Fraktale (Kochs Schneeflocke, Liszt, Sierpinski-Dreieck).
Abbildung 10 – Kochs Schneeflocke
Abbildung 11 – Blatt
Abbildung 12 – Sierpinski-Dreieck
Von diesen geometrischen Fraktalen ist die Koch-Schneeflocke ein sehr interessantes und ziemlich berühmtes. Es ist auf der Grundlage eines gleichseitigen Dreiecks aufgebaut. Jede Zeile davon wird durch 4 Zeilen ersetzt, jeweils 1/3 der ursprünglichen Länge. Somit erhöht sich die Länge der Kurve mit jeder Iteration um ein Drittel. Und wenn wir unendlich viele Iterationen durchführen, erhalten wir ein Fraktal – eine Koch-Schneeflocke von unendlicher Länge. Es stellt sich heraus, dass unsere unendliche Kurve einen begrenzten Bereich abdeckt.
Die Dimension einer Koch-Schneeflocke (wenn eine Schneeflocke um das Dreifache zunimmt, erhöht sich ihre Länge um das Vierfache) D=log(4)/log(3)=1,2619...
Die sogenannten L-Systeme eignen sich gut zur Konstruktion geometrischer Fraktale. Der Kern dieser Systeme besteht darin, dass es einen bestimmten Satz von Systemsymbolen gibt, von denen jedes eine bestimmte Aktion bezeichnet, und einen Satz von Symbolkonvertierungsregeln.
Algebraische Fraktale.
Die zweite große Gruppe von Fraktalen sind algebraische. Sie haben ihren Namen erhalten, weil sie auf der Grundlage algebraischer, teilweise sehr einfacher Formeln aufgebaut sind. Es gibt verschiedene Methoden, um algebraische Fraktale zu erhalten. Eine der Methoden ist eine wiederholte (iterative) Berechnung der Funktion Zn+1=f(Zn), wobei Z eine komplexe Zahl und f eine bestimmte Funktion ist. Die Berechnung dieser Funktion wird fortgesetzt, bis eine bestimmte Bedingung erfüllt ist. Und wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird ein Punkt auf dem Bildschirm angezeigt. Dabei können sich die Funktionswerte für verschiedene Punkte der komplexen Ebene unterschiedlich verhalten:
− tendiert im Laufe der Zeit zur Unendlichkeit;
− tendiert gegen 0;
−nimmt mehrere feste Werte an und geht nicht darüber hinaus;
− Verhalten ist chaotisch, ohne Trends.
Um algebraische Fraktale zu veranschaulichen, wenden wir uns den Klassikern zu – der Mandelbrot-Menge.
Abbildung 13 – Mandelbrot-Menge
Um es zu konstruieren, benötigen wir komplexe Zahlen. Eine komplexe Zahl ist eine Zahl, die aus zwei Teilen besteht – einem realen und einem imaginären – und wird mit a+bi bezeichnet. Der Realteil a ist in unserer Darstellung eine gewöhnliche Zahl und bi ist der Imaginärteil. i wird als imaginäre Einheit bezeichnet, denn wenn wir i quadrieren, erhalten wir -1.
Komplexe Zahlen lassen sich addieren, subtrahieren, multiplizieren, dividieren, potenzieren und wurzeln, aber nicht vergleichen. Eine komplexe Zahl kann als Punkt auf der Ebene dargestellt werden, dessen Koordinate X der Realteil a und Y der Koeffizient des Imaginärteils b ist.
Funktionell ist die Mandelbrot-Menge definiert als
1=Zn*Zn+C.
Um die Mandelbrot-Menge zu konstruieren, verwenden wir den Algorithmus in BASIC.a=-2 bis 2 „für alle reellen a von -2 bis 2b=-2 bis 2“ für alle imaginären b von -2 bis 2
„Gehört zur Mandelbrot-Menge=Wahr
„255 Mal wiederholen (für 256-Farben-Modus)
Für Iteration=1 bis 255=Z0*Z0+C
„Geprüft – gehört nicht zuabs(Zn)>2, dann Lake=False: Exit For0=Zn
„Sie zeichneten einen schwarzen Punkt, der zu Mandelbrots „See“ gehört.
Wenn Lake=True, dann PutPixel(a,b,BLACK)
„Zeichne einen Punkt, der nicht zur Menge gehört oder auf der Grenze liegt.
Else PutPixel(a, b, iteration)
Beschreiben wir nun das Programm in Worten. Für alle Punkte auf der komplexen Ebene im Intervall von -2+2i bis 2+2i führen wir Zn=Z0*Z0+C ausreichend oft durch und überprüfen dabei jedes Mal den Absolutwert von Zn. Wenn dieser Wert größer als 2 ist, zeichnen wir einen Punkt mit einer Farbe, die der Iterationsnummer entspricht, bei der der Absolutwert 2 überschreitet, andernfalls zeichnen wir einen schwarzen Punkt. Die gesamte Mandelbrot-Menge liegt in voller Pracht vor unseren Augen.
Die schwarze Farbe in der Mitte zeigt, dass die Funktion an diesen Punkten gegen Null geht – das ist die Mandelbrot-Menge. Außerhalb dieser Menge strebt die Funktion gegen Unendlich. Und das Interessanteste sind die Grenzen des Sets. Sie sind fraktal. An den Grenzen dieser Menge verhält sich die Funktion unvorhersehbar – chaotisch.
Durch Ändern der Funktion und der Bedingungen zum Verlassen des Zyklus können Sie andere Fraktale erhalten. Wenn wir beispielsweise anstelle des Ausdrucks C=a+bi den Ausdruck Z0=a+bi nehmen und C beliebige Werte zuweisen, erhalten wir die Julia-Menge, ebenfalls ein wunderschönes Fraktal.
Selbstähnlichkeit tritt auch für die Mandelbrot-Menge auf.
Stochastische Fraktale
Ein typischer Vertreter dieser Klasse von Fraktalen ist „Plasma“.
Abbildung 14 – Plasma
Um es zu konstruieren, nehmen Sie ein Rechteck und definieren Sie eine Farbe für jede seiner Ecken. Als nächstes suchen wir den Mittelpunkt des Rechtecks und malen ihn mit einer Farbe, die dem arithmetischen Mittel der Farben an den Ecken des Rechtecks plus einer Zufallszahl entspricht. Je größer die Zufallszahl, desto „zerlumpter“ wird die Zeichnung. Wenn wir zum Beispiel sagen, dass die Farbe eines Punktes die Höhe über dem Meeresspiegel ist, dann erhalten wir anstelle von Plasma ein Gebirge. Nach diesem Prinzip werden Berge in den meisten Programmen modelliert. Mithilfe eines plasmaähnlichen Algorithmus wird eine Höhenkarte erstellt, verschiedene Filter darauf angewendet und eine Textur angewendet.
Computergrafik-Vektoranimation
Abschluss
In dieser Kursarbeit wurde ein Thema wie die Entwicklungsgeschichte der Computergrafik untersucht, Konzepte für die wichtigsten Arten der Computergrafik vermittelt und die Möglichkeiten der Computergrafik betrachtet.
Nach dem Studium der Literatur zu diesem Thema können wir den Schluss ziehen, dass die Geschichte der Grafik nicht stillsteht, sondern sich rasant weiterentwickelt.
In Zukunft können Sie sich die Arten von Computergrafiken genauer ansehen und Computergrafikprogramme in Betracht ziehen.
Der Anwendungsbereich der Computergrafik beschränkt sich nicht nur auf künstlerische Effekte. In allen Bereichen der kaufmännischen Unternehmensführung kommen computergenerierte Diagramme, Grafiken und Diagramme zum Einsatz.
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12 Microsoft Office 2003. Lehrbuch. Zulage.O.A. Meschenny. - M.: Dialektik, 2004. 368 S. ISBN 5-8459-0838-8.
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Gukin, D. Illustriertes Computerwörterbuch / D. Gukin, S.Kh. Gookin. - 4. Aufl., Moskau. Williams Publishing House, 2005. - 512 S. - ISBN 5-8459-0207-X, 0-7645-0732-X;
Als Ausgangspunkt für die Entwicklung der Computergrafik kann das Jahr 1930 angesehen werden, als unser Landsmann Vladimir Zvorykin, der bei der Firma Westinghouse arbeitete, in den USA die Kathodenstrahlröhre (CRT) erfand, die dies erstmals ermöglichte Erhalten Sie Bilder auf dem Bildschirm ohne den Einsatz mechanischer beweglicher Teile.
Als Beginn der eigentlichen Ära der Computergrafik gilt der Dezember 1951, als am Massachusetts Institute of Technology (MIT) das erste Display für den Whirlwind-Computer für das Luftverteidigungssystem der US Navy entwickelt wurde. Der Erfinder dieser Anzeige war der MIT-Ingenieur Jay Forrester.
Als einer der Gründerväter der Computergrafik gilt Ivan Sotherland, der 1962 am selben MIT ein Computergrafikprogramm namens „Notepad“ (Sketchpad) entwickelte. Dieses Programm konnte ziemlich einfache Formen (Punkte, Linien, Bögen) zeichnen Kreise) könnten Figuren auf dem Bildschirm drehen.
Unter der Leitung von T. Moffett und N. Taylor entwickelte Itek eine digitale elektronische Zeichenmaschine. Im Jahr 1964 stellte General Motors das computergestützte Designsystem DAC-1 vor, das gemeinsam mit IBM entwickelt wurde.
1965 brachte IBM das erste kommerzielle Grafikterminal namens IBM-2250 auf den Markt (Abb. 5).
Im Jahr 1968 erstellte eine Gruppe unter der Leitung von N. N. Konstantinov ein computergestütztes mathematisches Modell der Katzenbewegung. Die BESM-4-Maschine, die ein geschriebenes Programm zur Lösung von Differentialgleichungen ausführte, zeichnete den Cartoon „Kitty“ (Abb. 7), der für seine Zeit einen Durchbruch darstellte. Zur Visualisierung wurde ein alphanumerischer Drucker verwendet.
1977 brachte Commodore seinen PET (Personal Electronic Record Keeper) auf den Markt und Apple entwickelte den Apple II. Das Erscheinen dieser Geräte löste gemischte Gefühle aus: Die Grafik war schrecklich und die Prozessoren langsam. PCs stimulierten jedoch die Entwicklung von Peripheriegeräten: kostengünstige Plotter und Grafiktabletts.
Ende der 80er Jahre gab es Software für alle Anwendungsbereiche: von Steuerungssystemen bis hin zu Desktop-Publishing-Systemen. Ende der Achtzigerjahre entstand eine neue Marktrichtung für die Entwicklung von Hard- und Software-Scansystemen und der automatischen Digitalisierung. Der ursprüngliche Anstoß für solche Systeme war die magische Ozalid-Maschine, die eine Zeichnung auf Papier scannte, automatisch vektorisierte und sie in Standard-CAD/CAM-Formate umwandelte. Der Schwerpunkt hat sich jedoch auf die Verarbeitung, Speicherung und Übertragung gescannter Pixel verlagert.
In den 90er Jahren verschwanden die Unterschiede zwischen CG und Bildverarbeitung. In der Computergrafik werden häufig Vektordaten verarbeitet, und die Grundlage für die Bildverarbeitung sind Pixelinformationen.
Noch vor wenigen Jahren benötigte jeder Benutzer eine Workstation mit einer einzigartigen Architektur, doch heute sind die Prozessoren der Workstations schnell genug, um sowohl Vektor- als auch Rasterinformationen zu verwalten. Darüber hinaus wird es möglich, mit Video zu arbeiten. Fügen Sie Audiofunktionen hinzu und Sie verfügen über eine Computer-Multimedia-Umgebung.
Alle Anwendungsbereiche – sei es Kunst, Technik und Wissenschaft, Wirtschaft/Unterhaltung – fallen in den Anwendungsbereich von CG. Das zunehmende Potenzial von PCs und ihre große Anzahl sorgen für ein stetiges Wachstum der Branche in dieser Branche.
Bildung allgemeiner Konzepte zur Computergrafik
Wissenschaftliche Grafiken
Die ersten Computer wurden nur zur Lösung wissenschaftlicher und industrieller Probleme eingesetzt. Um die erzielten Ergebnisse besser zu verstehen bzw. darzustellen, wurden diese grafisch aufbereitet (Grafiken, Diagramme, Zeichnungen berechneter Strukturen wurden erstellt). Die ersten Grafiken auf der Maschine wurden im symbolischen Druckmodus erstellt.
Geschäftsgrafiken
Unter Unternehmensgrafik versteht man einen Bereich der Computergrafik, der dazu dient, verschiedene Leistungsindikatoren von Institutionen visuell darzustellen. Geplante Indikatoren, Berichtsdokumentation, statistische Berichte – das sind die Objekte, für die anhand von Geschäftsgrafiken Anschauungsmaterialien erstellt werden. Geschäftsgrafiksoftware ist in Tabellenkalkulationen enthalten.
Baugrafiken
Es wird in der Arbeit von Konstrukteuren, Architekten und Erfindern neuer Technologien eingesetzt. Diese Art von Computergrafik ist ein obligatorischer Bestandteil von CAD (Design-Automatisierungssystemen). Mittels Designgrafiken können Sie sowohl flächige Bilder (Projektionen, Schnitte) als auch räumliche dreidimensionale Bilder erhalten. Diese Art der Computergrafik ist ein obligatorischer Bestandteil von CAD.
Illustrative Grafiken
Kostenloses Zeichnen und Skizzieren am Computer. Illustrative Grafikpakete sind allgemeine Anwendungssoftware. Die einfachsten Softwaretools für illustrative Grafiken heißen Grafikeditoren.
Bekannt wurde sie vor allem durch das Fernsehen. Werbespots, Zeichentrickfilme, Computerspiele, Video-Tutorials, Videopräsentationen usw. werden mithilfe eines Computers erstellt. Grafikpakete für diese Zwecke erfordern große Computerressourcen in Bezug auf Geschwindigkeit und Speicher. Eine Besonderheit dieser Grafikpakete ist die Möglichkeit, realistische Bilder und „Bewegtbilder“ zu erstellen.
Das Erhalten von Zeichnungen dreidimensionaler Objekte, deren Drehung, Annäherung, Entfernung und Verformung ist mit einem großen Berechnungsaufwand verbunden. Die Übertragung der Beleuchtung eines Objekts in Abhängigkeit von der Position der Lichtquelle, der Lage von Schatten und der Beschaffenheit der Oberfläche erfordert Berechnungen, die die Gesetze der Optik berücksichtigen.
Computeranimation
Empfang eines bewegten Bildes auf dem Bildschirm. Es gibt viele Softwareprodukte, bei denen der Künstler auf dem Bildschirm Zeichnungen der Anfangs- und Endpositionen bewegter Objekte erstellt, alle Zwischenzustände vom Computer berechnet und dargestellt werden und Berechnungen auf der Grundlage einer mathematischen Beschreibung dieser Art von Bewegung durchführen. Die resultierenden Muster, die nacheinander in einer bestimmten Frequenz auf dem Bildschirm angezeigt werden, erzeugen die Illusion von Bewegung.
Multimedia- Dies ist die Kombination hochwertiger Bilder auf dem Monitorbildschirm mit Ton. Am weitesten verbreitet sind Multimediasysteme in den Bereichen Bildung, Werbung, Kino, Unterhaltung usw.
Grafiken für das Internet
Die Entstehung des globalen Internets hat dazu geführt, dass Computergrafiken zu einem integralen Bestandteil davon geworden sind. Die Methoden zur Übertragung visueller Informationen werden zunehmend verbessert, fortschrittlichere Grafikformate entwickelt und der Wunsch nach der Nutzung dreidimensionaler Grafiken, Animationen und des gesamten Multimedia-Bereichs ist spürbar.
Geschichte der Entwicklung der Computergrafik
Historisch betrachtet werden die ersten interaktiven Systeme betrachtet Computergestützte Konstruktionssysteme (CAD). Beispiel: AutoCAD, KOMPAS usw.
Wird mittlerweile immer beliebter Geoinformationssysteme (GIS). Dabei handelt es sich um eine relativ neue Art interaktiver Computergrafiksysteme für Massenanwender.
Typisch für jedes GIS sind die folgenden Vorgänge: Eingabe und Bearbeitung von Objekten unter Berücksichtigung ihrer Position auf der Erdoberfläche, Erstellung verschiedener digitaler Modelle, Aufzeichnung in Datenbanken, Durchführung verschiedener Datenbankabfragen. Eine wichtige Operation ist die Analyse unter Berücksichtigung der räumlichen, topologischen Beziehungen vieler Objekte, die sich in einem bestimmten Gebiet befinden.
Arten von Computergrafiken
Computergrafik ist ein Zweig der Informatik, der die Mittel und Methoden zur Erstellung und Verarbeitung grafischer Bilder mithilfe von Computertechnologie untersucht. Obwohl es viele Klassen von Software für die Arbeit mit Computergrafiken gibt, gibt es vier Arten von Computergrafiken. Dabei handelt es sich um Rastergrafiken, Vektorgrafiken, dreidimensionale und fraktale Grafiken. Sie unterscheiden sich in den Prinzipien der Bilderzeugung bei der Anzeige auf einem Bildschirm oder beim Ausdruck auf Papier.
Rastergrafiken werden bei der Entwicklung elektronischer (multimedialer) und gedruckter Publikationen verwendet. Mit Rastergrafiken erstellte Illustrationen werden selten manuell mit Computerprogrammen erstellt. Am häufigsten werden hierfür vom Künstler auf Papier angefertigte gescannte Illustrationen oder Fotos verwendet. In jüngster Zeit werden digitale Foto- und Videokameras häufig zur Eingabe von Rasterbildern in einen Computer verwendet. Dementsprechend konzentrieren sich die meisten Grafikeditoren, die für die Arbeit mit Rasterillustrationen entwickelt wurden, nicht so sehr auf die Erstellung von Bildern, sondern auf deren Verarbeitung. Im Internet werden Rasterillustrationen dort eingesetzt, wo es darum geht, die gesamte Farbpalette eines Farbbildes wiederzugeben.
Softwaretools für die Arbeit mit Vektorgrafiken hingegen sind in erster Linie für die Erstellung von Illustrationen und in geringerem Maße für deren Bearbeitung gedacht. Solche Tools werden häufig in Werbeagenturen, Designbüros, Redaktionen und Verlagen eingesetzt. Designarbeiten, die auf der Verwendung von Schriftarten und einfachen geometrischen Elementen basieren, lassen sich mithilfe von Vektorgrafiken viel einfacher lösen. Es gibt Beispiele für hochkünstlerische Arbeiten, die mithilfe von Vektorgrafiken erstellt wurden, diese sind jedoch eher die Ausnahme als die Regel, da die künstlerische Aufbereitung von Illustrationen mithilfe von Vektorgrafiken äußerst aufwändig ist.
Dreidimensionale Grafiken werden häufig in der technischen Programmierung, der Computermodellierung physischer Objekte und Prozesse, der Animation, der Kinematografie und in Computerspielen verwendet.
Softwaretools für die Arbeit mit fraktalen Grafiken sind darauf ausgelegt, Bilder durch mathematische Berechnungen automatisch zu generieren. Beim Erstellen einer fraktalen künstlerischen Komposition geht es nicht um Zeichnen oder Design, sondern um Programmieren. Fraktale Grafiken werden selten zur Erstellung gedruckter oder elektronischer Dokumente verwendet, werden jedoch häufig in Unterhaltungsprogrammen verwendet.
Rastergrafiken
Das wichtigste (kleinste) Element eines Rasterbildes ist ein Punkt. Wenn das Bild auf dem Bildschirm angezeigt wird, wird dieser Punkt als Pixel bezeichnet. Jedes Pixel in einem Rasterbild hat Eigenschaften: Platzierung und Farbe. Je höher die Anzahl der Pixel und je kleiner ihre Größe, desto besser sieht das Bild aus. Große Datenmengen stellen bei der Verwendung von Rasterbildern eine große Herausforderung dar. Für die aktive Arbeit mit großformatigen Illustrationen wie Zeitschriftenstreifen sind Computer mit außergewöhnlich viel RAM (128 MB oder mehr) erforderlich. Natürlich müssen solche Computer auch über leistungsstarke Prozessoren verfügen. Der zweite Nachteil von Rasterbildern besteht darin, dass sie nicht vergrößert werden können, um Details anzuzeigen. Da das Bild aus Punkten besteht, führt eine Vergrößerung des Bildes nur dazu, dass die Punkte größer werden und einem Mosaik ähneln. Beim Vergrößern des Rasterbildes sind keine weiteren Details erkennbar. Darüber hinaus wird die Darstellung durch die Vergrößerung der Rasterpunkte optisch verzerrt und grober. Dieser Effekt wird Pixelierung genannt.
Vektorgrafiken
So wie bei Rastergrafiken das Hauptelement des Bildes ein Punkt ist, ist bei Vektorgrafiken das Hauptelement des Bildes eine Linie (es spielt keine Rolle, ob es sich um eine gerade Linie oder eine Kurve handelt). Natürlich gibt es auch Linien in Rastergrafiken, dort werden sie jedoch als Kombinationen von Punkten betrachtet. Für jeden Linienpunkt in Rastergrafiken werden eine oder mehrere Speicherzellen zugewiesen (je mehr Farben die Punkte haben können, desto mehr Zellen werden ihnen zugewiesen). Je länger die Rasterzeile ist, desto mehr Speicher beansprucht sie. In Vektorgrafiken hängt die von einer Linie belegte Speichermenge nicht von der Größe der Linie ab, da die Linie als Formel, genauer gesagt in Form mehrerer Parameter, dargestellt wird. Was auch immer wir mit dieser Leitung machen, nur die in den Speicherzellen gespeicherten Parameter ändern sich. Die Anzahl der Zellen bleibt für jede Zeile unverändert.
Eine Linie ist ein elementares Vektorgrafikobjekt. Alles in einer Vektorillustration besteht aus Linien. Die einfachsten Objekte werden zu komplexeren Objekten kombiniert. Beispielsweise kann man sich ein viereckiges Objekt als vier verbundene Linien vorstellen, und ein Würfelobjekt ist noch komplexer: Es kann entweder als zwölf verbundene Linien oder als sechs verbundene Vierecke betrachtet werden. Aufgrund dieses Ansatzes werden Vektorgrafiken oft als objektorientierte Grafiken bezeichnet. Wir sagten, dass Vektorgrafikobjekte als Parametersatz im Speicher gespeichert werden, aber wir dürfen nicht vergessen, dass alle Bilder immer noch in Form von Punkten auf dem Bildschirm angezeigt werden (einfach weil der Bildschirm so gestaltet ist). Bevor jedes Objekt auf dem Bildschirm angezeigt wird, berechnet das Programm die Koordinaten der Bildschirmpunkte im Bild des Objekts, weshalb Vektorgrafiken manchmal auch als berechnete Grafiken bezeichnet werden. Ähnliche Berechnungen werden bei der Ausgabe von Objekten auf einen Drucker durchgeführt. Linien haben wie alle Objekte Eigenschaften. Zu diesen Eigenschaften gehören: die Form der Linie, ihre Dicke, Farbe, Charakter der Linie (durchgezogen, gepunktet usw.). Geschlossene Linien haben die Eigenschaft, sich zu füllen. Der innere Bereich der geschlossenen Schleife kann mit Farbe, Textur oder Karte gefüllt werden. Die einfachste Linie hat, wenn sie nicht geschlossen ist, zwei Eckpunkte, die Knoten genannt werden. Knoten verfügen außerdem über Eigenschaften, die bestimmen, wie der obere Teil einer Linie aussieht und wie zwei Linien miteinander verbunden werden.
Als Ausgangspunkt für die Entwicklung der Computergrafik kann das Jahr 1930 angesehen werden, als unser Landsmann Vladimir Zvorykin (Abb. 1), der bei der Firma Westinghouse arbeitete, in den USA die Kathodenstrahlröhre (CRT) erfand, die zum ersten Mal Die Zeit ermöglichte es, Bilder auf dem Bildschirm ohne den Einsatz mechanischer beweglicher Teile zu erhalten.
Als Beginn der eigentlichen Ära der Computergrafik gilt der Dezember 1951, als am Massachusetts Institute of Technology (MIT) das erste Display für den Whirlwind-Computer für das Luftverteidigungssystem der US Navy entwickelt wurde (Abb. 2). Der Erfinder dieser Anzeige war der MIT-Ingenieur Jay Forrester.
Als einer der Gründerväter der Computergrafik gilt Ivan Sotherland, der 1962 am selben MIT ein Computergrafikprogramm namens „Notepad“ (Sketchpad) entwickelte (Abb. 3). Dieses Programm konnte relativ einfache Formen zeichnen (Punkte, gerade Linien, Kreisbögen) und Formen auf dem Bildschirm drehen.
Unter der Leitung von T. Moffett und N. Taylor entwickelte Itek eine digitale elektronische Zeichenmaschine. 1964 führte General Motors das gemeinsam mit IBM entwickelte computergestützte Designsystem DAC-1 ein (Abb. 4).
1965 brachte IBM das erste kommerzielle Grafikterminal namens IBM-2250 auf den Markt (Abb. 5).
Im Jahr 1968 erstellte eine Gruppe unter der Leitung von N. N. Konstantinov ein computergestütztes mathematisches Modell der Katzenbewegung. Die BESM-4-Maschine (Abb. 6), die ein geschriebenes Programm zur Lösung von Differentialgleichungen ausführte, zeichnete den Cartoon „Kitty“ (Abb. 7), der für seine Zeit einen Durchbruch darstellte. Zur Visualisierung wurde ein alphanumerischer Drucker verwendet.
Im Jahr 1977 brachte Commodore seinen PET (Abb. 8) (Personal Electronic Record Keeper) auf den Markt und Apple entwickelte den Apple-II (Abb. 9). Das Erscheinen dieser Geräte löste gemischte Gefühle aus: Die Grafik war schrecklich und die Prozessoren langsam. PCs stimulierten jedoch die Entwicklung von Peripheriegeräten: kostengünstige Plotter und Grafiktabletts.
Ende der 70er Jahre erschienen auf Computergrafik basierende Flugsimulatoren für das Space Shuttle.
1982 kam der Film „Tron“ (Abb. 10) auf die Kinoleinwände, in dem erstmals am Computer synthetisierte Bilder zum Einsatz kamen.
1984 kam der erste Macintosh auf den Markt, dessen Name von der Apfelsorte Macintosh (Abb. 11) mit seiner grafischen Benutzeroberfläche abgeleitet ist. Der PC wurde ursprünglich nicht für Grafikanwendungen, sondern für Textverarbeitungs- und Tabellenkalkulationsanwendungen verwendet, aber seine Fähigkeiten als Grafikgerät förderten die Entwicklung relativ kostengünstiger Programme sowohl im CAD als auch in den allgemeineren Bereichen der Wirtschaft und Kunst.
Ende der 80er Jahre gab es Software für alle Anwendungsbereiche: von Steuerungssystemen bis hin zu Desktop-Publishing-Systemen. Ende der Achtzigerjahre entstand eine neue Marktrichtung für die Entwicklung von Hard- und Software-Scansystemen und der automatischen Digitalisierung. Der ursprüngliche Anstoß für solche Systeme war die magische Ozalid-Maschine, die eine Zeichnung auf Papier scannte, automatisch vektorisierte und sie in Standard-CAD/CAM-Formate umwandelte. Der Schwerpunkt hat sich jedoch auf die Verarbeitung, Speicherung und Übertragung gescannter Pixel verlagert
In den 90er Jahren verschwanden die Unterschiede zwischen CG und Bildverarbeitung. In der Computergrafik werden häufig Vektordaten verarbeitet, und die Grundlage für die Bildverarbeitung sind Pixelinformationen. Noch vor wenigen Jahren benötigte jeder Benutzer eine Workstation mit einer einzigartigen Architektur, doch heute sind die Prozessoren der Workstations schnell genug, um sowohl Vektor- als auch Rasterinformationen zu verwalten. Darüber hinaus wird es möglich, mit Video zu arbeiten. Fügen Sie Audiofunktionen hinzu und Sie verfügen über eine Computer-Multimedia-Umgebung.
Alle Anwendungsbereiche – sei es Kunst, Technik und Wissenschaft, Wirtschaft/Unterhaltung – fallen in den Anwendungsbereich von CG. Das zunehmende Potenzial von PCs und ihre große Anzahl sorgen für ein stetiges Wachstum der Branche in dieser Branche.
Film „Tron“, „Shrek“/
Bildung allgemeiner Konzepte zur Computergrafik
Aber aktuell gibt es:
Rastergrafiken.
Vektorgrafiken.
3D-Grafik.
Fraktale Grafiken.
Charaktergrafiken
Computergrafik (sehen wir uns verschiedene Definitionen des Begriffs „Computergrafik“ an)
ein Fachgebiet der Informatik, das sich mit den Problemen befasst, verschiedene Bilder (Zeichnungen, Zeichnungen, Animationen) auf einem Computer zu erhalten;
ein neuer Wissenszweig, der einerseits einen Komplex aus Hardware und Software darstellt, der zur Erzeugung, Umwandlung und Anzeige von Informationen in visueller Form auf Computeranzeigegeräten verwendet wird;
eine Reihe von Methoden und Techniken zum Konvertieren von Daten in eine grafische Darstellung mithilfe eines Computers;
Art der Kunst.
Erwartete Ergebnisse:
Die Studierenden erhalten ein Verständnis für die Arten von Grafiken.
Informieren Sie sich über Anwendungsbereiche
Lernen Sie, Grafiktypen zu erkennen
Sie erwerben praktische Fähigkeiten in der Anwendung des erworbenen Wissens anhand verschiedener Arten von Grafiken.
Arten von Grafiken
Die Darstellung von Daten auf einem Computer in grafischer Form wurde erstmals Mitte der 50er Jahre implementiert. Zunächst wurden Grafiken für wissenschaftliche und militärische Zwecke verwendet.
Mit Arten von Computergrafiken meinen wir eine Methode zum Speichern von Bildern auf der Monitorebene.
Die Computergrafik ist mittlerweile zu einer voll entwickelten Wissenschaft geworden. Es steht Hardware und Software zur Verfügung, um eine Vielzahl von Bildern zu erstellen, von einfachen Zeichnungen bis hin zu realistischen Bildern natürlicher Objekte. Computergrafiken werden in fast allen naturwissenschaftlichen und technischen Disziplinen eingesetzt, um die Wahrnehmung und Übertragung von Informationen zu visualisieren. Die Kenntnis ihrer Grundlagen ist in unserer Zeit für jeden Wissenschaftler oder Ingenieur notwendig. Computergrafiken dringen stark in die Wirtschaft, die Medizin, die Werbung und die Unterhaltungsindustrie ein. Die Verwendung von Demonstrationsfolien, die mit Computergrafikmethoden und anderen Büroautomatisierungstools erstellt wurden, bei Geschäftstreffen gilt als die Norm. In der Medizin wird es zunehmend üblich, mithilfe von Computertomographie-Scans dreidimensionale Bilder innerer Organe zu gewinnen. Heutzutage greifen Fernseh- und andere Werbeunternehmen häufig auf die Dienste von Computergrafik und Computeranimation zurück. Der Einsatz von Computergrafiken in der Unterhaltungsindustrie erstreckt sich über so unterschiedliche Bereiche wie Videospiele und abendfüllende Spielfilme.
Je nach Art der Bilderzeugung werden Computergrafiken unterteilt in:
Präsentationspräsentation „Vektor-Raster“
Rastergrafiken.
Vektorgrafiken.
3D-Grafik.
Fraktale Grafiken.
Charaktergrafiken(veraltet und heute praktisch nicht mehr verwendet, daher werden wir es nicht berücksichtigen)
Rasterbild
Rasterbild besteht aus kleinsten Punkten (Pixeln) – farbigen Quadraten gleicher Größe. Ein Rasterbild ist wie ein Mosaik: Wenn Sie hineinzoomen (herauszoomen), sehen Sie einzelne Pixel, und wenn Sie es herausziehen (herauszoomen), verschmelzen die Pixel.
Der Computer speichert die Parameter jedes Punkts im Bild (seine Farbe, Koordinaten). Darüber hinaus wird jeder Punkt durch eine bestimmte Anzahl von Bits repräsentiert (abhängig von der Farbtiefe). Beim Öffnen einer Datei zeichnet das Programm ein solches Bild als Mosaik – wie eine Abfolge von Punkten in einem Array. Farbtiefe – wie viele Bits werden zum Speichern der Farbe jedes Punkts zugewiesen:
- in Schwarzweiß - 1 Bit
- Halbton - 8 Bit
- in Farbe - 24 (32) Bit für jedes Pixel.
Rasterdateien sind relativ groß, weil... Der Computer speichert die Parameter aller Bildpunkte.
Daher hängt die Dateigröße von den Parametern der Punkte und deren Anzahl ab:
von der Bildgröße (größere Größen bieten mehr Punkte),
von der Bildauflösung (bei höherer Auflösung gibt es mehr Pixel pro Flächeneinheit des Bildes).
Um ein Bild zu verkleinern, müssen Sie mehrere benachbarte Punkte in einen umwandeln oder zusätzliche Punkte verwerfen. Dadurch wird das Bild verzerrt: Kleine Details werden unleserlich (oder verschwinden möglicherweise ganz) und das Bild verliert an Klarheit.
Original Bild
Vergrößertes Bildfragment
Glauben Sie, dass ein Rasterbild mit Qualitätsverlust skaliert wird oder nicht? (Die Bitmap wird mit Qualitätsverlust skaliert)
Ein Bitmap-Bild kann nicht explodiert werden. Es ist „gegossen“ und besteht aus einer Reihe von Punkten. Daher bieten Raeine Reihe von Werkzeugen zur manuellen Auswahl von Elementen.
In Photoshop sind dies beispielsweise die Werkzeuge „Zauberstab“, Lasso, Maskenmodus usw.
Originales vergrößertes Fragment, um eine Reihe von Punkten anzuzeigen 
Enge Analogien sind Malerei und Fotografie
Programme zum Arbeiten mit Rastergrafiken:
Microsoft Photo Editor
Adobe Photoshop
Fraktaler Designmaler
Micrografx Picture Publisher
Anwendung:
für die Bildverarbeitung, die eine hohe Präzision bei der Übertragung von Farbtönen und einen gleichmäßigen Fluss von Halbtönen erfordert. Zum Beispiel für:
Retusche, Restaurierung von Fotografien;
Erstellen und Bearbeiten von Fotomontagen, Collagen;
Anwenden verschiedener Spezialeffekte auf Bilder;
Nach dem Scannen liegen die Bilder in Rasterform vor
Wenn in Rastergrafiken das Grundelement des Bildes ein Punkt ist, ist dies in Vektorgrafiken der Fall Linie. Eine Linie wird mathematisch als ein einzelnes Objekt beschrieben, und daher ist die Datenmenge zur Darstellung eines Objekts mithilfe von Vektorgrafiken deutlich geringer als bei Rastergrafiken. Linie – elementar ein Objekt Vektorgrafiken. Wie jedes Objekt hat eine Linie Eigenschaften: Form (gerade, Kurve), Dicke, Farbe, Stil (durchgezogen, gepunktet). Geschlossene Linien erwerben das Eigentum Füllung. Der von ihnen abgedeckte Raum kann mit anderen Gegenständen gefüllt werden (Texturen, Karten) oder die gewählte Farbe. Die einfachste offene Linie wird durch zwei Punkte begrenzt, die man nennt Knoten. Knoten, deren Parameter die Form des Linienendes und die Art der Verbindung mit anderen Objekten beeinflussen. Alle anderen Vektorgrafikobjekte bestehen aus Linien. Beispielsweise kann ein Würfel aus sechs verbundenen Rechtecken bestehen, die wiederum durch vier verbundene Linien gebildet werden. Man kann sich den Würfel als zwölf verbundene Linien vorstellen, die Kanten bilden.
Der Computer speichert Bildelemente (Linien, Kurven, Formen) in Form mathematischer Formeln. Wenn Sie eine Datei öffnen, zeichnet das Programm Bildelemente gemäß ihren mathematischen Formeln (Gleichungen).
Punkt. Dieses Objekt auf der Ebene wird durch zwei Zahlen dargestellt (x, y), Angabe seiner Position relativ zum Ursprung.
Gerade Linie. Es entspricht der Gleichung j= kx+ B. Angabe der Parameter k Und B, Sie können in einem bekannten Koordinatensystem immer eine unendliche Gerade anzeigen, d. h. zwei Parameter reichen aus, um eine Gerade anzugeben. Gerades Segment. Der Unterschied besteht darin, dass zur Beschreibung zwei weitere Parameter erforderlich sind – beispielsweise Koordinaten X 1 und X 2 Anfänge und Enden des Segments. Kurve zweiter Ordnung. Zu dieser Kurvenklasse gehören Parabeln, Hyperbeln, Ellipsen und Kreise, also alle Geraden, deren Gleichungen nicht höhere Grade als zwei enthalten. Eine Kurve zweiter Ordnung hat keine Wendepunkte. Gerade Linien sind nur ein Sonderfall von Kurven zweiter Ordnung. Die allgemeine Formel für eine Kurve zweiter Ordnung könnte wie folgt aussehen:
x2+a1y2+a2xy+a3x+a4y+a5=0.
Kurve dritter Ordnung.
Der Unterschied zwischen diesen Kurven und Kurven zweiter Ordnung besteht im möglichen Vorhandensein eines Wendepunkts. Zum Beispiel der Graph einer Funktion bei = X 3 hat einen Wendepunkt im Ursprung. Diese Funktion ermöglicht es, Kurven dritter Ordnung zur Grundlage für die Darstellung natürlicher Objekte in Vektorgrafiken zu machen. Beispielsweise ähneln die Biegelinien des menschlichen Körpers sehr stark den Kurven dritter Ordnung. Alle Kurven zweiter Ordnung sind wie Geraden Sonderfälle von Kurven dritter Ordnung. 
Im Allgemeinen kann die Gleichung einer Kurve dritter Ordnung wie folgt geschrieben werden:
x3+a1y3+a2x2y+a3xy2+a4x2+a5y2+a6xy+a7x+a8y+a9=0.
Somit wird eine Kurve dritter Ordnung durch neun Parameter beschrieben. Für die Beschreibung seines Segments sind zwei weitere Parameter erforderlich.
Kurve dritter Ordnung (links) und Bezier-Kurve (rechts)
Bezier-Kurven. Dies ist eine spezielle, vereinfachte Art von Kurven dritter Ordnung. Methode zur Konstruktion einer Bezier-Kurve. (Bézier) basiert auf der Verwendung eines Tangentenpaares, das an den Enden eines Liniensegments gezogen wird. Bezier-Kurvensegmente werden durch acht Parameter beschrieben, sodass es bequemer ist, mit ihnen zu arbeiten. Die Form der Linie wird durch den Winkel der Tangente und die Länge ihres Segments beeinflusst. Somit spielen die Tangenten die Rolle virtueller „Hebel“, mit denen die Kurve gesteuert wird.
Ein Vektorbild wird ohne Qualitätsverlust skaliert: Das Bild wird mithilfe mathematischer Operationen skaliert: Die Parameter der Grundelemente werden einfach mit dem Skalierungsfaktor multipliziert.
Das Bild kann in jede beliebige Größe konvertiert werden
(vom Logo auf einer Visitenkarte bis zum Stand auf der Straße) und seine Qualität wird sich nicht ändern.
Ein Vektorbild kann in einzelne Elemente (Linien oder Formen) unterteilt werden und jedes kann unabhängig voneinander bearbeitet und transformiert werden.
Vektordateien sind relativ klein, weil... Der Computer merkt sich nur die Anfangs- und Endkoordinaten der Bildelemente – das reicht aus, um die Elemente in Form mathematischer Formeln zu beschreiben. Die Dateigröße hängt in der Regel nicht von der Größe der abgebildeten Objekte ab, sondern von der Komplexität des Bildes: der Anzahl der Objekte in einem Bild (bei einer größeren Anzahl muss der Computer mehr Formeln für deren Konstruktion speichern). ), die Art der Füllung (monochromatisch oder mit Farbverlauf) usw. Das Konzept der „Auflösung“ » gilt nicht für Vektorbilder.
Vektorbilder: schematischer, weniger realistisch als Rasterbilder, „nicht fotografisch“.
Enge Analogien sind Cartoon-Folien und die Darstellung mathematischer Funktionen in einem Diagramm.
Programme zum Arbeiten mit Vektorgrafiken:
Adobe Illustrator
Fraktaler Design-Ausdruck
Macromedia Freihand
Anwendung:
zum Erstellen von Schildern, Etiketten, Logos, Emblemen und anderen symbolischen Bildern;
zum Erstellen von Zeichnungen, Diagrammen, Diagrammen, Diagrammen;
für handgezeichnete Bilder mit klaren Konturen, die keine große Farbpalette aufweisen;
zum Modellieren von Bildobjekten;
um dreidimensionale Bilder zu erstellen;
Vergleich von Raster- und Vektorbildern.
Ein Computer-Rasterbild wird als rechteckige Matrix dargestellt, in der jede Zelle ein farbiger Punkt ist. Diese. Das Hauptelement eines Rasterbildes ist ein Punkt. Wenn das Bild auf dem Bildschirm angezeigt wird, wird dieser Punkt als Pixel bezeichnet.
3D-Grafik
Um ein realistisches Modell eines Objekts zu erstellen, werden geometrische Grundelemente (Rechteck, Würfel, Kugel, Kegel usw.) und glatte, sogenannte Spline-Oberflächen verwendet. Das Erscheinungsbild der Oberfläche wird durch ein Raster aus im Raum befindlichen Referenzpunkten bestimmt. Jedem Punkt wird ein Koeffizient zugewiesen, dessen Wert den Grad seines Einflusses auf den Teil der Oberfläche bestimmt, der in der Nähe des Punktes verläuft. Die Form und „Glätte“ der Oberfläche als Ganzes hängt von der relativen Position der Punkte und der Größe der Koeffizienten ab.
In vereinfachter Form erfordert die räumliche Modellierung eines Objekts:
einen virtuellen Rahmen („Skelett“) eines Objekts entwerfen und erstellen, der seiner realen Form am nächsten kommt;
Entwerfen und erstellen Sie virtuelle Materialien, deren physische Visualisierungseigenschaften realen ähneln; Materialien verschiedenen Teilen der Oberfläche eines Objekts zuweisen (im Fachjargon: „Texturen auf ein Objekt projizieren“);
Richten Sie die physikalischen Parameter des Raums ein, in dem das Objekt betrieben wird – stellen Sie Beleuchtung, Schwerkraft, atmosphärische Eigenschaften, Eigenschaften interagierender Objekte und Oberflächen ein;
Legen Sie die Flugbahnen von Objekten fest.
Wenden Sie Oberflächeneffekte auf das endgültige Animationsvideo an.
Programme zum Arbeiten mit 3D-Grafiken:
3D Studio MAX 5, AutoCAD, Kompass
Anwendung:
wissenschaftliche Berechnungen,
Ingenieur-Design,
Computermodellierung physischer Objekte
Produkte im Maschinenbau,
Videos,
die Architektur,
Bei Maschinenbauprodukten werden Bilder modelliert und im Raum bewegt.
Fraktale Grafiken sind eine der schnell wachsenden und vielversprechenden Arten der Computergrafik. Die mathematische Grundlage ist die fraktale Geometrie. Ein Fraktal ist eine Struktur, die aus Teilen besteht, die dem Ganzen ähneln. Eine der Haupteigenschaften ist Selbstähnlichkeit. Fractus – bestehend aus Fragmenten)
Objekte werden als selbstähnlich bezeichnet, wenn vergrößerte Teile des Objekts dem Objekt selbst ähneln. Ein kleiner Teil eines Fraktals enthält Informationen über das gesamte Fraktal.
In der Mitte befindet sich das einfachste Element – ein gleichseitiges Dreieck, das Fraktal genannt wird.
Auf dem mittleren Segment der Seiten werden gleichseitige Dreiecke mit einer Seite = 1/3a von der Seite des ursprünglichen fraktalen Dreiecks konstruiert
Auf den mittleren Segmenten der Seiten, die Objekte der ersten Generation sind, werden wiederum Dreiecke der zweiten Generation im Verhältnis 1/9a von der Seite des ursprünglichen Dreiecks aufgebaut.
Somit wiederholen kleine Objekte die Eigenschaften des gesamten Objekts. Der Erbschaftsprozess kann auf unbestimmte Zeit fortgesetzt werden.
Das resultierende Objekt heißt - Fraktal Figuren.
Abstrakte Kompositionen können mit einer Schneeflocke oder einem Kristall verglichen werden.
Fraktale Grafiken basieren auf mathematischen Berechnungen. Das Grundelement fraktaler Grafiken ist die mathematische Formel selbst, d. h. es werden keine Objekte im Speicher des Computers gespeichert und das Bild wird ausschließlich mithilfe von Gleichungen konstruiert.
Programm zum Arbeiten mit fraktalen Grafiken:
Fraktales Universum 4.0 Frakplanet
Anwenden:
Mathematiker,
Künstler
Es ist notwendig, Grafikdateiformate im Detail zu betrachten.
Vergleichsmerkmale
| Raster Bild | Vektor Bild | dreidimensional Bild | Fraktal Bild |
|
| Bildkodierung: | besteht aus kleinsten Pixelpunkten) – farbige Quadrate gleicher Größe. | besteht aus Konturen von Elementen (gerade, geschwungene Linien, geometrische Formen), |
Computergrafik (CG) Hierbei handelt es sich um einen Tätigkeitsbereich, in dem Computer sowohl als Werkzeug zur Synthese (Erstellung) von Bildern als auch zur Verarbeitung visueller Informationen aus der realen Welt eingesetzt werden. Computergrafiken werden auch als Ergebnis einer solchen Aktivität bezeichnet.
Erste Schritte: KG und das Militär „Wir leben in einer Zeit mechanischer und elektronischer Wunder. Einer von ihnen wurde am Massachusetts Institute of Technology für die Marine entwickelt.“ Im Dezember 1951 sahen amerikanische Fernsehzuschauer in einer der Fernsehsendungen eine Präsentation (Präsentation) des elektronischen Computers Whirlwind (Whirlwind-1). Moderiert wurde das Programm vom Kolumnisten Edward Murrow, der direkt mit dem Computerlabor des MIT (Massachusetts Institute of Technology) kommunizierte. Die Zuschauer sahen auf dem Bildschirm etwas Ähnliches wie die aus Leuchtlichtern zusammengesetzten Worte: „HALLO, MR MURROW.“ Tatsächlich gab es keine Glühbirnen – es waren helle Punkte auf dem Bildschirm, auf dem CRT.
Elektronischer Computer „Whirlwind“ Es war notwendig, den Treibstoffverbrauch, die Flugbahn und die Geschwindigkeit der Viking-Rakete (für das Pentagon) zu berechnen. Fernsehzuschauer sahen auf dem Vortex-Bildschirm Diagramme, die den Weg, die Geschwindigkeit und den Treibstoffverbrauch einer Rakete für einen typischen Flug zeigten (bestehend aus leuchtenden Punkten) Jay W. Forrest
Zweck des „Vikhr“ Zur Steuerung eines Flugsimulators (40er Jahre) „Vikhr“ ist der erste digitale Computer, der in Echtzeit arbeitet – eine universelle Maschine für verschiedene Systeme. Zur Verbesserung des Luftverteidigungssystems (US Air Force): - Feuerkontrolle, - U-Boot-Abwehr, - Flugsicherung. Vorteile der grafischen Darstellung
„Whirlwind“ – die Basis für das 1. Serienmodell eines Computers mit interaktiven Grafiktools Whirlwind-Telefonleitungen Radarstation Fylde (nahe Boston) in Hanscom – Anleitung für Programmierer zur Verarbeitung von Seriennummern: Der Computer empfing Bildschirmkoordinaten und wandelte sie in grafische Form um , zeichnete so etwas wie eine Karte auf dem Bildschirm. Für die Arbeit des Bedieners wurde eine Lichtpistole erstellt: Um detaillierte Informationen über das Flugzeug zu erhalten, berührte der Bediener mit dem Lauf der Waffe eine Markierung auf dem Bildschirm, woraufhin ein Impuls von der Waffe übertragen wurde Der Computer und das Programm zeigten Daten über das Flugzeug auf dem Bildschirm an.
KG im Ingenieurdesign Ivan Sutherland – ein Pionier der Computergrafik, erstellte das erste interaktive Grafikpaket „Sketchpad“, den Prototyp zukünftiger CAD-Systeme. Er demonstrierte, dass Computergrafiken sowohl für künstlerische als auch technische Anwendungen genutzt werden können, und demonstrierte darüber hinaus eine (für die damalige Zeit) neue Art der Mensch-Computer-Interaktion. Als Manipulator wurde ein Lichtstift verwendet, der die Lichtpistole ersetzte. Ivan Sutherland berührte mit der Spitze des Lichtstifts die Mitte des Monitorbildschirms, wo das Wort „Tinte“ aufleuchtete und sich in ein kleines Kreuz verwandelte. Dann drückte Sutherland einen der Knöpfe und begann, den Lichtstift zu bewegen. Auf dem Bildschirm erschien eine hellgrüne Linie, die sich von der Mitte des Kreuzes bis zu dem Punkt erstreckte, an dem sich der Stift befand. Und wohin auch immer es sich bewegte, die Linie folgte ihr. Sutherland drückte einen weiteren Knopf, hinterließ eine Linie auf dem Bildschirm und entfernte den Lichtstift.
Lichtstift Enthält eine Fotozelle direkt innerhalb oder außerhalb seines Gehäuses. Funktionsprinzip: Das Signal wird über einen Lichtleiter aus Glasfäden oder -drähten zum Klemmenkörper übertragen. Ein auf den Bildschirm gerichteter Stift nimmt ein Lichtsignal in dem Moment wahr, in dem der Elektronenstrahl ein Bilddetail vor der Stiftspitze beleuchtet. Die elektronische Schaltung zeichnet dieses Signal auf und erkennt, welches Teil angezeigt wird. Mit einem Stift „zeichnen“: Methode 1: Wenn Sie eine Taste oder den Körper des Stifts drücken, erzeugt eine elektronische Schaltung einen Strahl auf dem Bildschirm, der in Linien über den Bildschirm läuft. Der Bildschirm blinkt derzeit. Irgendwann auf einer bestimmten Linie nimmt der Stift ein Signal wahr und nach der Verarbeitung bestimmt die Schaltung die Position des Stifts. Methode 2: Auf dem Bildschirm wird zusätzlich eine Markierung angezeigt – eine Gruppe von Punkten oder kleinen Strichen. Der Stift wird auf den Marker gerichtet, und dann beginnt das Tracking-System zu arbeiten: Der Marker „bewegt“ sich hinter dem Stift (die Schaltung verfolgt, welche Punkte des Markers den Stift beleuchten und welche nicht). Die Koordinaten des Markierungszentrums werden an das Programm übergeben und können verwendet werden.
TX-2 und „Notepad“ (1961 -1962) Zusammensetzung von TX-2: – Lichtstift, – Bildschirm auf einer Kathodenstrahlröhre, – „riesiger“ Speicher (286.000 Bytes), – Tastenblock. Unterprogramme des Notizblocks: Bewegen des Kreuzes hinter dem Stift auf dem Bildschirm, Merken der Koordinaten des Kreuzes zum Zeitpunkt des Tastendrucks, Berechnen der Koordinaten neuer Punkte, die auf der geraden Linie zwischen dem ursprünglich angegebenen und dem aktuellen Punkt liegen, Eingeben eines neuen Segmentieren Sie in einen Teil des Computerspeichers, der als Bildregenerationspuffer bezeichnet wird, und zeichnen Sie einen Bogen und Vollkreise, Teile von Kreisen und Kopplungen, mit denen Sie Objekte mit bestimmten Eigenschaften erstellen können. Ein Objekt im Notepad besteht aus Punkten, Segmenten und Bögen, die miteinander verbunden sind. 1963 – über die Arbeit von „Notepad“ wurde ein Film gedreht. CG wurde zunehmend als Mittel zur Durchführung technischer und gestalterischer Entwicklungen in der Industrie eingesetzt.
KG: Vom Einzelbild zur Erkennung General Motors schloss mit der IBM Corporation eine Vereinbarung zur Entwicklung des Computersystems DAC-1 (Design Augmented by Computers) zur Konstruktion von Autos (1964). DAC-1: + ermöglichte das Zeichnen glatter Kurven, die nicht durch einfache mathematische Formeln beschrieben werden können, - verfügte nicht über die Möglichkeit, direkt auf dem Bildschirm zu zeichnen (daher beschrieb der Designer die Umrisse der Maschine im Programm oder gab a ein regelmäßiges Zeichnen in den Computerspeicher, Umwandlung in ein digitales Bild mit einer speziellen Kameraform). + Der Bediener konnte einzelne Teile der Zeichnung mithilfe eines elektronischen Tablets manipulieren.
Einzelbilder Interesse an der Nutzung neuer, grafischer „Fähigkeiten“ von Computern zeigten: „LOCKHEED-GEORGIA“ – Computersysteme zum Entwurf von Flugzeugen; Ölunternehmen – Computersysteme zur Erstellung von Karten aus seismischen Daten. Aber sie wurden alle in einer einzigen Kopie für bestimmte Zwecke erstellt!
Grafikterminals 1965 – IBM veröffentlicht das erste Grafikterminal, das IBM-2250, das mit Computern der System-360-Serie funktioniert. - Die Programmgeschwindigkeit ist nicht hoch genug, um komplexe Bilder zu verarbeiten. - Der Rotationsvorgang nimmt viel CPU-Zeit in Anspruch. 1968 – „Evans und Sutherland“ entwickeln ein neues LDS-1-System: Die Fähigkeit zum Ändern + die Zeit für die Bildregeneration wurde reduziert, ein Bild mit einer noch nie dagewesenen Qualität + die Anzahl der auf dem Bildschirm angezeigten Zeilen ohne Flimmern hat sich in der Geschwindigkeit um at erhöht mindestens 100 Mal - sehr hohe Kosten (250.000 $, doppelt so teuer wie der IBM-2250) „Tetroniks“ – Schaffung einer in das Terminal eingebauten Speicherkathodenstrahlröhre (CRT): + günstige Kosten (4.000 $), – Arbeitsfähigkeit nur bei flachen Bildern, - langsamer Prozess des Bildaufbaus, - verschwommenes, blasses Bild, - fehlende Möglichkeit, Teile des Bildes gezielt zu löschen und zu drehen. Dennoch ähnelten die Bilder Zeichnungen, von einer realistischen Abbildung konnte keine Rede sein
Erweiterung der grafischen Möglichkeiten Rastermonitore: + realistisches Bild - hoher Speicherbedarf hohe Kosten, da: bis in die 60er Jahre. Computerspeicher wurden seit Mitte der 60er Jahre hauptsächlich auf teuren Magnetkernen (500.000 US-Dollar pro Million Bits) aufgebaut. Sie begannen, eine Magnettrommel (ca. 30.000 US-Dollar) zu verwenden, die Daten für 10 Einzelbilder speichern konnte. Rastersysteme wurden in großen Kraftwerken, U-Bahn-Kontrollzentren und wissenschaftlichen Labors eingesetzt. NASA untersucht die Marsoberfläche (1969–1972).
Integrierte Schaltkreise (Anfang der 70er Jahre) Bildpuffer tauchten auf Schieberegistern auf, die in Form von integrierten Schaltkreisen hergestellt wurden: + arbeiten schneller als mechanische Puffer auf Magnettrommeln, - Latenz (Verzögerung zwischen der Eingabe von Informationen und ihrem Erscheinen auf dem Bildschirm). Ein IC ist ein kleiner Einkristall aus Silizium, der viele elektronische Komponenten enthält.
Speichergeräte mit wahlfreiem Zugriff (RAMD) 1968 – RAMD-Speicher = 256 Bit, Kosten – 1 $ pro Bit, Ende der 70er Jahre. - RAM-Speicher = 1024 Bit, 1973 - RAM-Speicher = 4 KB, 1975 - RAM-Speicher = 16 KB, 1980 - RAM-Speicher = 64 KB, 1983 - RAM-Speicher = 256 KB, 1984 - RAM-Speicher = 1024 KB = 1 MB! „...wenn die Kosten für Autos genauso schnell sinken würden wie die Preise für Speicher-ICs, könnte man heute einen Rolls-Royce für 1 Dollar kaufen.“
1974 Arbeiten an dem Problem der Verbesserung der Qualität von Bildern, die von Satelliten empfangen werden, die land- und forstwirtschaftliche Flächen, Bodenschätze usw. überwachen. Zu diesem Zweck reduzierten die Entwickler den Speicherbedarf, indem sie für jedes Bild nur wenige hundert Farben verwendeten, d. h. Sie erstellten Farbauswahltabellen, die schnell für viele Computergrafikanwendungen angepasst wurden. Der Bildpuffer speichert nicht die Farbinformationen selbst, sondern verweist auf die Speicheradressen, an denen sie gespeichert sind. Somit kann ein Bildpuffer, in dem jedes Pixel durch 8 Bits beschrieben wird, nur 256 Kombinationen von roten, grünen und blauen CRT-Strahlen erzeugen. Wenn 8 Bits Adressen angeben, können Farben aus einem nahezu unbegrenzten Satz an Schattierungen, Intensitäten und Sättigungen ausgewählt werden. Darüber hinaus kann die Auswahltabelle für bestimmte Bildtypen umprogrammiert werden. Das. Die begrenzte Palette ermöglicht weiche Schatten und gut sichtbare Farbtöne in jedem Bild.
KG: Mensch-Computer-Interaktion „Künstler malen Bilder, indem sie Farbe auf die Leinwand auftragen. Diejenigen, die sich mit Computergrafik befassen, schaffen ihre Kreationen, indem sie mathematische Funktionen erfinden, deren Graphen Objekten ähneln. James Blinn Mitte der 1980er Jahre wurden selbst die billigsten Heimcomputer mit integrierten Schaltkreisen ausgestattet, die grundlegende Grafikfunktionen ausführten. 70-80er Jahre – CG dringt immer tiefer in den Alltag ein.
KG: Massenanwendung „Xerox“ – veröffentlichte 2000 Alto-Computer, führte Praktika für Ingenieure im Bereich KG durch. „Apple“ (S. Jobs, S. Wozniak) + „Xerox“ = schuf den ersten PC „Lisa“ für die Serienproduktion, der über umfangreiche Grafikfähigkeiten verfügt und mit einem Mausmanipulator ausgestattet ist. Apple hat den Macintosh PC herausgebracht, ein benutzerfreundliches Gerät. In den 1980er Jahren : Es erscheint eine grafische Benutzeroberfläche mit Fenstern, PCs werden mit einer „Maus“ ausgestattet, das WYSIWYG-System (What You See What You Get) wird entwickelt, die ersten Desktop-Publishing-Systeme entstehen (1986), es erscheinen Programme für professionelle Künstler und Designer (1986). )
Hardware-Plattformen KG 1. Apple Macintosh-Computer werden vor allem von Künstlern und Grafikdesignern sowie in der Druckerei eingesetzt; 2. Silicon Graphics-Computer sind aufgrund einer Reihe technischer Eigenschaften ein Werkzeug für professionelle Animatoren und Designer. 3. PC-Computer werden für Grafikdesign, Druck und sogar Animation verwendet.
Entwicklungsgeschichte der KG 1940 -1970. – die Zeit der Großcomputer (die Ära vor Personalcomputern). Grafiken wurden nur bei der Ausgabe auf einen Drucker berücksichtigt. In dieser Zeit wurden die mathematischen Grundlagen gelegt. Merkmale: Der Benutzer hatte keinen Zugriff auf den Monitor, die Grafiken wurden auf mathematischem Niveau entwickelt und in Form von Text angezeigt, der aus großer Entfernung einem Bild ähnelte. Plotplotter tauchten Ende der 60er Jahre auf und waren praktisch unbekannt. 1971-1985 – Es erschienen Personalcomputer, d. h. der Benutzerzugriff auf Displays. Die Rolle der Grafik nahm stark zu, die Computerleistung war jedoch sehr gering. Die Programme wurden in Assembler geschrieben. Es erscheint ein Farbbild (256). Merkmale: Diese Zeit war durch die Entstehung echter Grafiken gekennzeichnet.
Entwicklungsgeschichte der KG 1986 -1990 – die Entstehung der Multimedia-Technologie. Den Grafiken wurden Ton- und Videoverarbeitung hinzugefügt und die Benutzerinteraktion mit dem Computer wurde erweitert. Merkmale: – Erscheinen eines Benutzerdialogs mit einem Personalcomputer; – das Erscheinungsbild von Animationen und die Möglichkeit, Farbbilder anzuzeigen. 1991-2008 – die Entstehung der Grafiken unserer Zeit, Virtual Reality. Es sind Bewegungssensoren aufgetaucht, dank derer der Computer Bilder mithilfe der an ihn gesendeten Signale ändert. Das Aufkommen von Stereobrillen (ein Monitor für jedes Auge), dank deren hoher Geschwindigkeit die reale Welt nachgeahmt wird. Die Verlangsamung der Entwicklung dieser Technologie ist auf die Angst der Ärzte zurückzuführen, denn dank der virtuellen Realität kann die menschliche Psyche durch die starke Wirkung von Farbe stark gestört werden.
Geschichte der Computergrafik in Russland Die Geschichte der Computergrafik in der UdSSR begann fast zeitgleich mit ihrer Geburt in den USA.
1964 – Erste Computervisualisierung Am Institut für Angewandte Mathematik (IPM) in Moskau demonstrierten Yu. M. Bayakovsky und T. A. Sushkevich ihre ersten Erfahrungen in der praktischen Anwendung von Computergrafiken, indem sie eine Folge von Bildern an das Charactertron ausgaben und einen Kurzfilm erstellten mit Visualisierung des um einen Zylinder strömenden Plasmas.
1968 Die erste inländische Rasteranzeige Im Rechenzentrum der Akademie der Wissenschaften der UdSSR wurde die erste inländische Rasteranzeige auf der BESM-6-Maschine mit Videospeicher auf einer 400 kg schweren Magnettrommel installiert. Volker Heimers erste Dissertation über Computergrafik an der Moskauer Universität. Übersetzer und Dolmetscher für die Programmiersprache L^6. Betrachtet wird die Implementierung der von Kenneth Knowlton zur Lösung einiger Animationsprobleme vorgeschlagenen Sprache L^6. Der weltweit erste computergezeichnete Cartoon. Hergestellt aus einer Folge von Ausdrucken, die mit einem BESM-4-Gerät auf Lochstreifen erstellt wurden. Dieser Cartoon stellte einst einen großen Durchbruch auf dem Gebiet der Computermodellierung dar, da das Bild nicht nur gezeichnet wurde, sondern durch Lösen der Gleichungen erhalten wurde, die die Bewegung der Katze bestimmen.
„Kitty“-Filmrahmen wurden durch Drucken von BESM-4-Symbolen auf Papier mit einem ATsPU-128 erstellt und dann von einem professionellen Animator für den „Film“ vorbereitet. Ihm gehören die Aufnahmen (nach dem Abspann), als die Katze Grimassen schneidet und den Rücken krümmt. Die Bewegung der Katze wurde durch ein System von Differentialgleichungen zweiter Ordnung modelliert. Dies ist wahrscheinlich die erste Computeranimation, die diese Technik verwendet. Die Gleichungen wurden von Viktor Minakhin abgeleitet. Da es schwierig war, einem Tier bestimmte Bewegungen nachzuempfinden, basierten die Gleichungen auf seinen eigenen Bewegungen: Er ging auf allen Vieren und notierte gleichzeitig den Ablauf der Muskelarbeit. Eine weitere wichtige technische Neuerung des Cartoons war die Darstellung eines dreidimensionalen animierten Objekts als hierarchische Datenstruktur, die an einen Octree erinnert. Im Westen wurden ähnliche Animationstechniken erst in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts wiederentdeckt, obwohl in der Biomechanik solche Bewegungsberechnungen schon früher durchgeführt wurden – seit den frühen 1970er Jahren. Die Gleichungen des Cartoons wurden nicht aus physikalischen Modellen der Muskeln und Gelenke des Tieres abgeleitet; sie wurden „nach Augenmaß“ zusammengestellt, um den typischen Gang einer Katze nachzubilden. Dennoch gelang es den Autoren, realistische Bewegungen zu erreichen, was beispielsweise Rick Parent, Professor an der Ohio University, Autor des grundlegenden Buches „Computer Animation: Algorithms and Technology“, feststellte.
Die Geschichte der Entstehung von „Kitty“ Der Cartoon wurde im Labor von Alexander Kronrod vom Institut für Theoretische und Experimentelle Physik (ITEP) begonnen, doch nach der Schließung des Labors verlegte Konstantinov zusammen mit dem Team der Cartoon-Ersteller den Arbeit zunächst am Institut für Kontrollprobleme (IPU) und dann am Pädagogischen Institut. Lenin. Die Übersetzung der bei der Berechnung erhaltenen Papierausdrucke in die Form eines Cartoons erfolgte an der Abteilung für wissenschaftliche Kinematographie der Moskauer Staatlichen Universität, die im Abspann aufgeführt ist. Beim Rendern des Cartoons auf verschiedenen Kopien von BESM-4 an verschiedenen Instituten standen die Ersteller vor dem Problem der Inkompatibilität einiger Maschinencodes für sie, weshalb das Programm im laufenden Betrieb korrigiert werden musste. Die erste Vorführung des Zeichentrickfilms fand an der Moskauer Staatsuniversität statt. Dann demonstrierte der Autor es immer wieder in seinen Vorlesungen für Schulkinder. 6 Jahre später wurde in der Zeitschrift Problems of Cybernetics ein Artikel veröffentlicht, in dem die Technik zur Erstellung eines Cartoons ausführlich beschrieben wurde.
1970 Der erste Bericht über Computergrafik wurde veröffentlicht und dann als Bericht auf der Zweiten All-Union-Konferenz über Programmierung (VKP-2) vorgestellt. Shtarkman V. S., Bayakovsky Yu. M. Maschinengrafiken. Vorabdruck des Instituts für Probleme der Mathematik der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, 1970. Die erste Veröffentlichung auf Russisch, in der der Ausdruck „Maschinengrafik“ vorkam.
Die erste Dissertation in der UdSSR über Computergrafiken wurde unten aufgeführt: Karlov Alexander Andreevich Fragen der mathematischen Unterstützung für eine Anzeige mit einem Lichtstift und ihre Verwendung in Problemen der Experimentalphysik Dubna, 1972 Green Viktor Mikhailovich Software für die Arbeit mit dreidimensionalen Objekten auf Grafikterminals Nowosibirsk, 1973 Bayakovsky Yuri Matveevich Analyse von Methoden zur Entwicklung computergrafischer Unterstützung Moskau, 1974 Zlotnik Evgeniy Matveevich Entwicklung und Erforschung eines Komplexes technischer Mittel und Methoden zum Entwurf eines betriebsbereiten Grafiksystems Minsk, 1974 Lysyi Semyon Timofeevich G 1 – Geometrisches System der Computersoftware Chisinau, 1976 Piguzov Sergei Yurievich Entwicklung und Erforschung von Mitteln zur grafischen Interaktion zwischen einem Geophysiker und einem Computer bei der Verarbeitung seismischer Daten Moskau, 1976
1976 Das Buch „Fundamentals of Interactive Computer Graphics“ von W. Newman und R. Sprull (herausgegeben von V. A. Lvov) wurde auf Russisch veröffentlicht.
1977 Das erste Treffen der Planer war eine „Regionalkonferenz“, aber es versammelte sich eine ziemlich repräsentative Gemeinschaft und es stellte sich heraus, dass es sich um eine All-Union-Konferenz handelte.
1979 Im September fand in Nowosibirsk die erste gewerkschaftsübergreifende Konferenz über Computergrafik statt. Liste der folgenden Konferenzen: All-Union-Konferenz über Probleme der Computergrafik Nowosibirsk, 1981 All-Union-Konferenz über Probleme der Computergrafik und digitalen Bildverarbeitung Wladiwostok, 24.-26. September 1985 IV All-Union-Konferenz über Computergrafik Protvino, September 9. - 11. 1987 V All-Union-Konferenz über Computergrafik „Machine Graphics 89“ Nowosibirsk, 31. Oktober – 2. November 1989
1979 Das erste Halbton-Farbrasterdisplay Gamma-1 Die erste für den aktiven Einsatz in Kino und Fernsehen geeignete Anzeigestation „Gamma“ wurde am Institut für Angewandte Physik der Nowosibirsker Akademie geschaffen. Stadt Vladimir Sizykh, Peter Veltmander, Alexey Buchnev, Vladimir Minaev und andere Die Auflösung der ersten Station betrug 256 × 6 Bit und wurde dann kontinuierlich erhöht. Die Gamma 7.1-Anzeigestation bot eine Auflösung von 1024 x 768 für einen Progressive-Scan-Monitor mit 50 Hz und verfügte über eine Videospeicherkapazität von 1 MB. In der zweiten Hälfte der 1980er Jahre. „Gamma“, das in Massenproduktion hergestellt wurde, wurde von den staatlichen Fernsehzentren des Landes geliefert und erfolgreich betrieben.
1981 Veröffentlichung des Atom-Grafikpakets. Die Entwicklung des Pakets wurde von Yu. Als Grundlage diente das von ihm damals propagierte Kernsystem (Kaminsky, Klimenko, Kochin).
1983 Der erste Spezialkurs über Computergrafik Yu. M. Bayakovsky begann, einen einjährigen Spezialkurs über Computergrafik für Studenten der Fakultät für Computermathematik und Kybernetik der Moskauer Staatlichen Universität zu unterrichten. Seit 1990 ist der Kurs Pflichtfach für Studierende im zweiten Studienjahr.
1985 Der erste Bericht wurde auf der Eurographics-Konferenz 1985 angenommen. „Breaking a window into Graphic Europe“ – der erste Bericht aus der UdSSR wurde auf der Eurographics-Konferenz 1985 angenommen. Da die Perestroika jedoch noch nicht begonnen hatte, durften die Redner die UdSSR nicht verlassen , und das erste Mal, dass die sowjetische Delegation erst 1988 an der Konferenz teilnahm
1986 Das Atom-85-Paket wird am CERN veröffentlicht. Das Atom-85-Grafikpaket wird am CERN veröffentlicht, wo es aktiv (zusammen mit Grafor) für illustrative Grafikaufgaben (Klimenko, Kochin, Samarin) verwendet wurde.
Grenze der 80er und 90er Jahre Die Nachfrage nach Forschung und Entwicklung auf dem heimischen russischen Markt ging auf nahezu Null zurück, gleichzeitig verschwanden traditionelle (sowjetische) Finanzierungsmöglichkeiten. Aber es haben sich Möglichkeiten für internationale Zusammenarbeit eröffnet. Dies führte zu einer radikalen Veränderung der Themen und Arbeitsbedingungen sowie der Anforderungen an Forschungs- und Entwicklungsarbeiten (F&E).
1990 wurde das erste russische Computergrafikunternehmen „Drive“ gegründet. 1989 gründeten Alexander Pekar, Sergey Timofeev und Vladimir Sokolov ein Computergrafikstudio an der Allrussischen Technischen Institution „Videofilm“, das ein Jahr später zum ersten unabhängigen Computergrafikstudio wurde Unternehmen, das unter der Fittiche von „Videofilm“ in den zentralen VDNH-Pavillon umzieht.
1991 Im Februar fand in Moskau die erste internationale Konferenz über Computergrafik und Vision statt. Con "91 Organisiert von der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, vertreten durch das M. V. Keldysh-Institut für Angewandte Mathematik der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, der Union der Architekten der UdSSR und einigen anderen Organisationen mit Unterstützung und Unterstützung der internationalen Vereinigung ACM Siggraph (USA). ). Amerikanische Gäste: Ed Catmull (Präsident von Pixar“, der Star Wars mit George Lucas gemacht hat) John Lassiter (Pixar, Autor des Films „Tin Toy“) Jim Clark (Gründer der Firma Silicon Graphics, Trendsetter im Bereich professionelle Grafikstationen) Der erste russische Preisträger beim internationalen Wettbewerb PRIX ARS ELECTRONICA Ein Team aus Nowosibirsk gewann die Nominierung für Computeranimation.
1993 fand das erste Festival für Computergrafik und Animation ANIGRAF"93 statt. 1992 organisierte Vladimir Loshkarev, der Leiter der Firma Joy Company, die Grafiksoftwarepakete und -geräte auf dem russischen Markt vertreibt, die erste wissenschaftliche und praktische Konferenz zum Thema Computer Dann kam die Idee zum Festival, das sowohl die technische als auch die kommerzielle Seite mit purer Kreativität kombinierte. Das ANIGRAF-Festival wurde unter Beteiligung von VGIK organisiert. Der Co-Vorsitzende des Organisationskomitees war Sergey Lazaruk (Vizerektor für Wissenschaft und Kreativität). Arbeiten von VGIK) Auf der Ausstellung waren mehr als 50 Werke vertreten. Leider wurde das Festival seinem zehnjährigen Jubiläum nicht gerecht und wurde als kommerziell unhaltbar geschlossen.
1994 Die erste Computergrafik im russischen Kino. Im Film „Burnt by the Sun“ wurde die Episode mit Kugelblitzen von der Firma Render Club vorbereitet.
1996 Erste Versuche, historische Fakten zu sammeln und zu systematisieren Timour Paltashev. Russland: Computergrafik – Zwischen Vergangenheit und Zukunft. Computergrafik, Bd. 30, Nr. 2, Mai 1996. Sonderausgabe: Computer Graphics Around the World. Juri Bayakowski. Russland: Computer Graphics Education Takes Off in the 1990s, Band 30, Nr. 3, August 1996. Sonderausgabe: Computer Graphics Education – Worldwide Effort
2000-2001 2000 – Sonderausgabe der Zeitschrift Computer&Graphics Vol. 24 „Computergrafik in Russland“. 2001 – Die Entstehung der virtuellen Realität in Russland. Die erste Konferenz der VEon-Reihe fand in Protvino statt. PC mit einer Demonstration der ersten Virtual-Reality-Installation in Russland, die von Stanislav Klimenkos Gruppe in Zusammenarbeit mit Martin Gebel (IMC, S. Augustin) erstellt wurde.
2003 Die erste Konferenz KRI-2003 der Computerspielentwickler Am 21. und 22. März 2003 fand an der Moskauer Staatsuniversität die erste internationale Konferenz der Computerspielentwickler (KRI) in Russland statt, die von DEV organisiert wurde. DTF. RU ist eine führende spezialisierte Ressource im RuNet für Spieleentwickler und -herausgeber. Zum ersten Mal in der Geschichte der russischen Glücksspielbranche brachte KRI 2003 fast alle Branchenexperten zusammen, um Erfahrungen auszutauschen und verschiedene Probleme zu diskutieren. An der KRI 2003 nahmen etwa 40 Unternehmen aus Russland sowie dem nahen und fernen Ausland teil, die sowohl im Bereich der Entwicklung als auch der Veröffentlichung von Gaming-Software tätig sind, und die Gesamtzahl der Konferenzbesucher lag nach verschiedenen Schätzungen zwischen 1000 und 1000 1500 Menschen.
2006 Erste praktische Konferenz zu Computergrafik und Animation CG Event-2006 Inspiriert von der SIGGRAPH-Konferenz, dem Autor des Buches „Understanding Maya“ Sergei Tsyptsyn und dem Schöpfer der cgtalk-Website. ru Alexander Kostin organisierte die erste praktische Konferenz zum Thema Computergrafik, CG Event, die zum ideologischen Nachfolger des ANIGRAF-Festivals wurde. Mehr als 500 Personen nahmen am ersten CG-Event teil und in der Folge wuchs die Teilnehmerzahl immer weiter.
