История компьютерной графики кратко. Компьютерная графика история развития компьютерной графики компьютерная. Основные этапы в истории развития

История развития компьютерной графики началось уже в 20 веке и продолжается сегодня. Не секрет то, что именно графика способствовала быстрому росту быстродействию компьютеров.

1940-1970гг. – время больших компьютеров (эра до персональных компьютеров). Графикой занимались только при выводе на принтер. В этот период заложены математические основы.

Особенности: пользователь не имел доступа к монитору, графика развивалась на математическом уровне и выводилась в виде текста, напоминающего на большом расстоянии изображение. Графопостроители появились в конце 60-х годов и практически были не известны.

1971-1985гг. – появились персональные компьютеры, т.е. появился доступ пользователя к дисплеям. Роль графики резко возросла, но наблюдалось очень низкое быстродействие компьютера. Программы писались на ассемблере. Появилось цветное изображение (256).

Особенности: этот период характеризовался зарождением реальной графики.

1986-1990гг. – появление технологии Multimedia (Мультимедиа). К графике добавились обработка звука и видеоизображения, общение пользователя с компьютером расширилось.

Особенности: появление диалога пользователя с персональным компьютером; появление анимации и возможности выводить цветное изображение.

1991-2008гг. – появление графики нашего дня Virtual Reality. Появились датчики перемещения, благодаря которым компьютер меняет изображения при помощи сигналов посылаемых на него. Появление стереоочков (монитор на каждый глаз), благодаря высокому быстродействию которых, производится имитация реального мира. Замедление развития этой технологии из-за опасения медиков, т.к. благодаря Virtual Reality можно очень сильно нарушить психику человека, благодаря мощному воздействию цвета на неё.

Следствие использования графики

Совершенно изменилась архитектура программ. Если раньше отец программирования Вирт говорил, что любая программа это алгоритм + структура данных, то с появлением компьютерной графики на персональном компьютере программа – это алгоритм + структура данных + интерфейс пользователя (графический).

Программирование называют теперь визуальным программированием, т.е. компилятор дает большое количество диалоговых окон, где вводятся координаты и виден прообраз результата, и можно менять прообраз программы.

В 90-х годах появился стандарт изображения схем алгоритмов UML, его используют все учебники. Он учитывает объектно-ориентированные программы и способен изображать многозадачность. Имеется возможность схемы алгоритма рисовать самому из готовых стандартных форм. Т.к. все программы используют графику (меню, товарные знаки, всякие вспомогательные изображения) их можно делать в современных компиляторах, не выходя из компилятора. UML рассматривается как международный стандарт. В нем 12 групп символов (каждая из групп с определением определенной специфики) и способов взаимосвязи между ними.

Переход к графическому интерфейсу был вынужден тем фактом, что человек воспринимает 80% данных через картинку, и лишь 20% - через ум, чувства и т.д.

Ежегодно 3 декабря отмечается Всемирный день компьютерной графики. Дата выбрана не просто так: этот день в англоязычном варианте - 3 December, то есть получается единственное в своем роде ключевое сочетание - 3December, или 3D.

Предложение о создании праздника поступило в 1998 году от американской компании Alias Systems (поглощена Autodesk), разработчика Maya, пакета трехмерного моделирования и анимации. Затем к событию подключились такие гиганты, как Adobe Systems, NVIDIA, Wacom и пр.

Вначале праздник отмечали только те, кто напрямую связан с созданием трехмерных изображений, чуть позже примкнули все прочие сферы, имеющие отношение к компьютерной графике в целом. Русскоязычное сообщество называет событие по-своему - "День 3D-шника".

Крупные отраслевые игроки всю первую декаду декабря отдают проведению всевозможных мероприятий, презентаций, семинаров и мастер-классов. Мы в свою очередь попробуем обрисовать общую картину становления и развития компьютерной графики. На полноту описания истории претендовать нет смысла, но обозначить основные вехи, предоставив поверхностный взгляд, все же можно.

1950-е годы: от текстовых изображений к графической консоли

В середине прошлого века компьютеры были не просто большими, а огромными, и драгоценное машинное время мейнфреймов использовалось исключительно для военных и промышленных нужд. Однако кому-то из заскучавших программистов пришла в голову идея эксплуатации печатающих устройств для вывода картинок и фотографий. Все просто: разница в плотности алфавитно-цифровых знаков вполне пригодна для создания изображений на бумаге - пусть даже они и получаются мозаичными, но вполне себе приемлемы для восприятия зрением на расстоянии.

ASCII-графика известна с конца XIX в., когда машинистки соревновались за лучший рисунок, выполненный на печатной машинке.
Иллюстрация: jackbrummet.blogspot.com.

В 1950 году Бенджамин Лапоски (Ben Laposky), математик, художник и чертежник, начал экспериментировать с рисованием на осциллографе. Танец света создавался сложнейшими настройками на этом электронно-лучевом приборе. Для запечатления изображений применялись высокоскоростная фотография и особые объективы, позже были добавлены пигментированные фильтры, наполнявшие снимки цветом.

Бен Лапоски рядом с осциллографом, которому он нашел необычное применение.
Иллюстрация: Sanford Museum.

Позже "осциллоны" стали цветными благодаря использованию светофильтров.
Иллюстрация: Sanford Museum.

"Визуальные ритмы и гармонии электронного абстрактного искусства" Лапоски прекрасно сочетались с аудиорядами, синтезированными Робертом Мугом (Robert Moog), пионером электронной музыки.

В 1951 году в Массачусетском технологическом институте (МТИ) для Военно-воздушных сил США было завершено строительство Whirlwind , первого компьютера с видеотерминалом (фактически осциллографом), выводящим данные в реальном масштабе времени.

Компьютер Whirlwind: память на магнитных сердечниках (слева) и операторская консоль.
Иллюстрация: Wikimedia.

В 1952 году появилась первая наглядная компьютерная игра - OXO , или крестики-нолики, разработанная Александром Дугласом (Alexander Douglas) для компьютера EDSAC в рамках кандидатской диссертации как пример взаимодействия человека с машиной. Ввод данных осуществлялся дисковым номеронабирателем, вывод выполнялся матричной электронно-лучевой трубкой.

Крестики-нолики OXO в эмуляторе EDSAC для Mac OS X.
Иллюстрация: Wikimedia.

В 1955 году родилось световое перо . На кончике пера находится фотоэлемент, испускающий электронные импульсы и одновременно реагирующий на пиковое свечение, соответствующее моменту прохода электронного луча. Достаточно синхронизировать импульс с положением электронной пушки, чтобы определить, куда именно указывает перо.

Световые перья вовсю использовались в вычислительных терминалах образца 1960-х годов.

IBM 2250. Световое перо на тот момент выступало аналогом компьютерной мыши.
Иллюстрация: Wikimedia.

В 1957 году для компьютера SEAC образца 1950-го при Национальном бюро стандартов США команда под руководством Расселла Керша (Russell Kirsch) разработала барабанный сканер, при помощи которого была получена первая в мире цифровая фотография. Изображение, на котором запечатлен трехмесячный сын ученого, получилась размером 5×5 см в разрешении 176×176 точек. Компьютер самостоятельно вычленил контуры, сосчитал объекты, распознал символы и отобразил цифровое изображение на экране осциллографа.

В 1958 году в МТИ запущен компьютер Lincoln TX-2 , впервые использующий графическую консоль. С этого момента компьютерная графика обретает настоящее приложение методик и наработок - векторный дисплей.

Рабочее место TX-2.
Иллюстрация: МТИ.

Приблизительно в это же время Джон Уитни (John Whitney), пионер компьютерной мультипликации, экспериментировал с механическим аналоговым компьютером, созданным им же самим из прибора управления зенитным огнем - предиктора Керрисона . Результатом совместной работы с дизайнером Солом Бассом (Saul Bass) стала спирографическая заставка к фильму "Головокружение" Альфреда Хичкока образца 1958 года.

Внимание! У вас отключен JavaScript, ваш браузер не поддерживает HTML5, или установлена старая версия проигрывателя Adobe Flash Player.

1960-е годы: от "Альбома" к мультипликации

Считается, что термин "компьютерная графика" придумал в 1960 году Уильям Феттер (William Fetter), дизайнер из Boeing Aircraft, хотя сам он утверждает, будто авторство принадлежит его коллеге Верну Хадсону (Verne Hudson). На тот момент возникла нужда в средствах описания строения человеческого тела, причем одновременно с высокой точностью и в пригодном для изменения виде. Для решения поставленной задачи компьютерная графика подходила идеально.

"Человек Боинга" (Boeing Man). Компьютерная графика помогала здорово экономить время и силы в проектировании самолетов.
Иллюстрация: Boeing.

И хотя первые компьютерные игры уже были реализованы, первой настоящей видеоигрой следует считать "Звездные войны" (Spacewar!). Игрушку воплотил в 1962 году студент МТИ Стив Рассел (Steve Russel) вместе с коллегами, и она запускалась на компьютере DEC PDP-1 , используя пресловутый осциллограф в качестве дисплея.

В 1963 году Айвен Сазерленд (Ivan Sutherland), другой учащийся МТИ, написал для TX-2 компьютерную программу "Альбом" (Sketchpad). Она, на тот момент по праву революционная, дала машинной графике огромный толчок вперед, послужила прообразом для систем автоматизированного проектирования (САПР), впервые описала элементы современных пользовательских интерфейсов и объектно ориентированных языков программирования.

"Альбом" посредством светового пера позволял рисовать на дисплее векторные фигуры, сохранять их, обращаться к готовым примитивам. Ключевым моментом было использование концепции "объектов" и "экземпляров": эталонный чертеж можно было многократно копировать, меняя каждый из эскизов по своему вкусу, и, если вносились правки в исходный чертеж, соответствующим образом перестраивались его дубликаты.

Айвен Сазерленд демонстрирует "Альбом" на графической консоли TX-2. За свою программу он в 1988 году получил премию имени Алана Тьюринга, которая в компьютерном мире по значимости сравнима с Нобелевской.
Иллюстрация: МТИ.

Еще одним важным изобретением "Альбома" были инструменты автоматического рисования геометрических фигур: достаточно указать местоположение и размеры, к примеру, квадрата, чтобы он был нарисован - заботиться о точных прямых углах не приходилось.

Тогда же Эдвард Зейджек (Edward Zajac), ученый из Bell Telephone Laboratories, подготовил на мейнфрейме IBM 7090 анимационный фильм "Моделирование двухгироскопной гравитационной управляющей системы", в котором показал пространственное перемещение спутника, вращающегося на орбите Земли.

Внимание! У вас отключен JavaScript, ваш браузер не поддерживает HTML5, или установлена старая версия проигрывателя Adobe Flash Player.

Параллельно Кен Ноултон (Ken Knowlton), сотрудник той же компании, придумал BeFlix (от Bell Flicks), первый специализированный язык компьютерной анимации на основе Фортрана. Он, работая с "графическими примитивами" вроде рисования линии, копирования области, заполнения зоны, масштабирования и пр., позволял создавать изображения с восемью полутонами и разрешением 252×184 точек.

В период 1965-1971 годов на основе BeFlix режиссером-экспериментатором Стэном Вандербиком (Stan VanDerBeek) была создана серия мультипликаций Evans & Sutherland . Ее сформировали нам уже известный Айвен Сазерленд и Дэвид Эванс (David Evans), вплотную изучающий аспекты визуального взаимодействия компьютера с человеком.

Техническое оснащение созданной лаборатории, всесторонне сфокусировавшейся на вопросах создаваемых компьютерами изображений (CGI) - в том числе оборудования реального времени, ускорения трехмерной графики и создания принтерных языков, было достаточно мощным, чтобы привлечь целую когорту перспективных специалистов.

Так, среди примкнувших оказались Эдвин Кэтмелл (Edwin Catmull), который понял, что мультипликацию следует переложить на плечи компьютеров, Джон Уорнок (John Warnock), сооснователь Adobe Systems и разработчик концепции революционного в издательском деле языка описания страниц PostScript, Джеймс Кларк (James Clark), совместно основавший Silicon Graphics и Netscape Communications.

Эд Кэтмелл, его считают отцом компьютерной мультипликации. Сейчас он занимает пост президента Walt Disney и Pixar, мирового лидера по практическому внедрению компьютерной графики в киноиндустрию.
Иллюстрация: Flickr/Jeff Heusser.

В 1968 году в СССР снят мультфильм "Кошечка" , ставший первым, в котором появился анимированный компьютером персонаж.

Группа специалистов под руководством математика Николая Константинова обратилась к вычислительной машине БЭСМ-4 , которая с достаточной степенью реализма моделировала движения кошки через систему дифференциальных уравнений второго порядка. Каждый кадр выводился на печатающее устройство, затем все они были объединены в ленту.

Внимание! У вас отключен JavaScript, ваш браузер не поддерживает HTML5, или установлена старая версия проигрывателя Adobe Flash Player.

Во второй части погружения в историю компьютерной графики мы разберем вопросы алгоритмов.!

История развития компьютерной
графики

Компьютерная графика (КГ)

Это область деятельности, в которой
компьютеры используются как инструмент
для синтеза (создания) изображений, так и
для обработки визуальной информации,
полученной из реального мира.
Также компьютерной графикой называют
результат такой деятельности.

Первые шаги: КГ и военные

«Мы живем во времена механических и электронных чудес.
Одно из них создано в Массачусетском технологическом
институте для военно-морского флота»
В декабре 1951 года американские телезрители в одной
из телепередач увидели представление (презентацию)
электронного компьютера Whirlwind ("Вихрь-1").
Вел передачу обозреватель Эдвард Мюрроу, который
общался напрямую с компьютерной лабораторией MIT
(Массачусетского технологического института).
Зрители увидели на экране нечто похожее на слова,
составленные из огней иллюминации: “ХЕЛЛО, М-Р
МЮРРОУ”.
На самом деле никаких лампочек не было - это
светились яркие точки на экране дисплея, на ЭЛТ.

Электронный компьютер «Вихрь»

Требовалось
рассчитать
расход
топлива,
траекторию
полета
и
скорость ракеты «Викинг»
(для Пентагона).
Телезрители увидели, как
на
экране
«Вихря»
появились графики, пути,
скорости и расхода топлива
ракеты для типичного
полета (составлены из
светящихся точек)
Джей У.Форрест

Назначение «Вихря»

Для управления летным тренажером (40-е гг.)
«Вихрь» - первый цифровой компьютер,
работающий в реальном времени –
универсальная машина для различных систем.
Для
совершенствования
системы
противовоздушной обороны (ВВС США):
– управление огнем,
– противолодочная оборона,
– управление воздушным движением
Преимущества
графического
отображения

«Вихрь» - основа для 1 серийной модели компьютера со средствами интерактивной графики

Вихрь
телефонные линии
Хэнском-Филде (близь Бостона)
радиолокационная
станция
в
Инструкции программистов для обработки серийных чисел:
компьютер получал экранные координаты
преобразовывал их в графическую форму
рисовал на экране подобие карты
Для работы оператора был создан световой пистолет:
для получения подробной информации о самолете
оператор прикасался стволом пистолета к отметке на
экране,
от пистолета в компьютер передавался импульс,
программа выводила на экран данные о самолете.

КГ в инженерном проектировании

Айвен Сазерленд - пионер компьютерной
графики, создал первый интерактивный
графический пакет «Sketchpad», прообраз
будущих САПР.
Он продемонстрировал, что компьютерная
графика может быть использована как для
художественного и технического применения,
в дополнение к демонстрации нового (для
того времени) способа взаимодействия
человека и компьютера.
В качестве манипулятора использовалось
световой перо, пришедшее на смену
световому пистолету.
Айвен Сазерленд
Сазерленд прикоснулся кончиком светового пера к центру экрана монитора, где
светилось слово «чернила», от чего оно превратилось в маленький крестик. Затем,
нажав одну из кнопок, Сазерленд начал двигать световое перо. На экране возникла
ярко-зеленая линия, тянувшаяся от центра крестика к точке, в которой находилось
перо. И куда бы оно ни перемещалось, линия следовала за ним. Нажав другую кнопку,
Сазерленд оставил линию на экране и убрал световое перо.

Световое перо

Содержит фотоэлемент непосредственно в своем
корпусе или вне его.
Принцип работы:
по световоду из стеклянных нитей или проводам
сигнал передается в корпус терминала.
перо, направленное на экран, воспринимает
световой сигнал в момент, когда электронный луч
высветил какую-либо деталь изображения перед
острием пера.
данный сигнал электронная схема фиксирует и
опознает, какую деталь указали.
Для «рисования» пером:
1 способ: При нажатии на кнопку или корпус пера электронная схема генерирует на экране
луч, пробегающий по экрану строками. Экран «вспыхивает» в данный момент. В некотором
месте некоторой строки перо воспринимает сигнал, обработав его, схема определяет
положение пера.
2 способ: на экран дополнительно выводится маркер – группа точек или маленьких штрихов.
Перо наводится на маркер, и тут начинает работать система слежения: маркер «движется» за
пером (схема отслеживает какие точки маркера засвечивают перо, а какие нет). Координаты
центра маркера передаются в программу и могут быть использованы.

ТХ-2 и «Блокнот» (1961-1962 гг.)

Состав ТХ-2:
– световое перо,
– экран на электронно-лучевой трубке,
– «гигантская» память (286000 байт),
– кнопочный блок.
Подпрограммы «Блокнота»:
перемещение крестика за пером по экрану,
запоминание координат крестика в момент нажатия кнопки,
вычисление координат новых точек, лежащих на прямой между
первоначально заданной и текущей точкой,
занесение нового отрезка в часть памяти компьютера, называемую буфером
регенерации изображения,
рисование дуги и полной окружности, части окружностей,
сцепления, позволяющие строить объекты с заданными свойствами.
Объект в «Блокноте» - точки, отрезки и дуги, соединенные между собой.
1963 г. – снят фильм о работе «Блокнота». КГ стала применятся как средство проведения
инженерных и конструкторских разработок в промышленности.

КГ: от единичных образов к признанию

«General Motors» заключила соглашение с корпорацией IBM на разработку
компьютерной системы DAC-1 (Design Augmented by Computers) для
конструирования автомобилей (1964 г.).
DAC-1:
+ позволяла проводить плавные кривые, которые нельзя описать
простыми математическими формулами,
- не имела средств для прямого рисования на экране (поэтому
конструктор описывал очертания машины в программе или вводил в
память компьютера обычный чертеж, переводя его при помощи
специальной камеры в цифровую форму).
+ оператор мог манипулировать отдельными частями чертежа с
помощью электронного планшета.

Единичные образы

Интерес к применению новых, графических «способностей» компьютеров
проявили:
«LOCKHEED-GEORGIA» - компьютерные системы для конструирования
самолетов;
Нефтяные компании – компьютерные системы для составления карт по
данным сейсмической разведки.
Но все они создавались в единичном экземпляре для определенных целей!

Графические терминалы

1965 г. - компания IBM выпустила первый графический терминал IBM-2250 для работы
с компьютерами серии «System-360».
- быстродействие программы недостаточно велико, чтобы можно было оперировать
сложными изображениями,
- операция вращения занимает много процессорного времени.
1968 г. - «Evans and Sutherland» создание новой системы LDS-1:
возможность менять
+ сократилось время регенерации изображения,
изображение с невиданной
+ число линий, выводимых на экран без мерцания возросло
скоростью
не менее чем в 100 раз
- очень высокая стоимость (250000$, вдвое дороже IBM-2250)
«Тetroniks» - создание запоминающей электронно-лучевой трубки (ЗЭЛТ),
встраиваемой в терминал:
+ дешевая стоимость (4000$),
- возможность работы только с плоскими изображениями,
- медленный процесс построения изображения,
- размытое, бледное изображение,
- отсутствие возможности выборочного стирания частей изображения и вращения.
Тем не менее изображения напоминали чертежи, о реалистичном изображении не было и речи

Расширение графических возможностей

Растровые мониторы:
+ реалистичное изображение
- высокие требования к памяти
высокая стоимость, т.к.:
до 60-х гг. ЗУ компьютера строились преимущественно на
дорогостоящих магнитных сердечниках (500000$ за миллион бит),
с середины 60-х гг. стали применять магнитный барабан (~ 30000$),
который мог хранить данные для 10 кадров изображения.
Растровые системы применяли на крупных электростанциях, в центрах
управления метрополитеном и в научных лабораториях.
НАСА для изучения поверхности Марса (1969-1972 гг.).

Интегральные схемы (начало 70-х гг.)

Появились кадровые буферы на сдвиговых регистрах, выполненных в
виде интегральных схем:
+ работают быстрее механических буферов на магнитных барабанах,
- латентность (задержка между вводом информации и появлением ее
на экране).
ИС – это небольшой монокристалл кремния, содержащий множество
электронных компонентов.

Запоминающие устройства с произвольным доступом (ЗУПД)

1968 г. – память ЗУПД = 256 бит, стоимость – 1$ за бит,
конец 70-х гг. - память ЗУПД = 1024 бит,
1973 г. - память ЗУПД = 4 Кб,
1975 г. - память ЗУПД = 16 Кб,
1980 г. - память ЗУПД = 64 Кб,
1983 г. - память ЗУПД = 256 Кб,
1984 г. - память ЗУПД = 1024 Кб=1 Мб!
«… если бы стоимость автомобилей падала так же быстро, как цена
ИС памяти, сегодня “роллс-ройс” можно было бы купить за 1$»
Карл Макговер

1974 г.

Работа над проблемой повышения качества изображений,
получаемых со спутников, которые ведут наблюдение за с/х и
лесными угодьями, минеральными ресурсами и т.д.
Для этого разработчики снизили требования к памяти, используя для
каждого изображения всего лишь несколько сотен цветов, т.е. создали
таблицы выбора цветов, быстро приспособленных для многих
областей применения машинной графики.
Кадровый буфер хранит не саму информацию о цветах, а указатели на адреса
памяти, где она записана. Так, кадровый буфер, в котором каждый пиксел
описывается 8 битами, может дать только 256 сочетаний красного, зеленого и
синего лучей ЭЛТ. Если же 8 бит задают адреса, то цвета можно выбирать из
почти неограниченного набора оттенков, интенсивности и насыщенности.
Более того, таблицу выбора можно перепрограммировать для определенных
типов изображений.
Т.о. ограниченная палитра позволяет получать плавные тени и хорошо
различимые оттенки для каждого изображения.

КГ: взаимодействие человека и компьютера

«Художники пишут картины, нанося краски на холст. Те, кто связан с
компьютерной
графикой,
создают
свои
творения,
придумывая
математические функции, графики которых похожи на предметы».
Джеймс Блинн
К середине 80-х г. даже самые дешевые домашние компьютеры начали
оснащать интегральными схемами, выполняющими основные графические
функции.
70-80-е гг. – КГ все глубже проникает в повседневную жизнь.

КГ: массовое применение

«Xerox» - выпустила 2000 компьютеров Alto, проводила стажировку для
инженеров в области КГ.
«Apple» (С.Джобс, С.Возняк) + «Xerox» = создали первый для серийного
выпуска ПК «Лиза», обладающего широкими графическими возможностями и
оснащенного манипулятором «мышь».
«Apple» выпустила ПК Macintosh - «дружественной» машины по отношению к
пользователям.
В к. 80-х гг.:
появляется оконный графический интерфейс,
ПК оснащаться «мышью»,
развивается система WYSIWYG (What You See What You Get - что ты видишь,
то ты и получишь),
создаются первые настольные издательские системы (1986 г.),
появляются программы для профессиональных художников и дизайнеров
(1986 г.)

Аппаратные платформы КГ

1. Компьютеры Apple Macintosh применяются преимущественно
художниками и дизайнерами-графиками, а также в полиграфии;
2. Компьютеры
Silicon
Graphics
являются
инструментом
профессиональных
аниматоров,
а
также
конструкторовпроектировщиков в силу ряда технических характеристик.
3. Компьютеры РС применяются в графическом дизайне, полиграфии и
даже анимации.

История развития КГ

1940-1970гг. – время больших компьютеров (эра до персональных
компьютеров).
Графикой занимались только при выводе на принтер. В этот период заложены
математические основы.
Особенности: пользователь не имел доступа к монитору, графика
развивалась на математическом уровне и выводилась в виде текста,
напоминающего на большом расстоянии изображение. Графопостроители
появились в конце 60-х годов и практически были не известны.
1971-1985гг. – появились персональные компьютеры, т.е. появился доступ
пользователя к дисплеям. Роль графики резко возросла, но наблюдалось
очень низкое быстродействие компьютера. Программы писались на
ассемблере. Появилось цветное изображение (256).
Особенности: этот период характеризовался зарождением реальной
графики.

История развития КГ

1986-1990гг. – появление технологии Multimedia (Мультимедиа).
К графике добавились обработка звука и видеоизображения, общение
пользователя с компьютером расширилось.
Особенности:
– появление диалога пользователя с персональным компьютером;
– появление анимации и возможности выводить цветное изображение.
1991-2008гг. – появление графики нашего дня Virtual Reality.
Появились датчики перемещения, благодаря которым компьютер меняет
изображения при помощи сигналов посылаемых на него.
Появление стереоочков (монитор на каждый глаз), благодаря высокому
быстродействию которых, производится имитация реального мира.
Замедление развития этой технологии из-за опасения медиков, т.к. благодаря
Virtual Reality можно очень сильно нарушить психику человека, благодаря
мощному воздействию цвета на неё.

История компьютерной графики в России

История компьютерной графики в СССР
началась практически одновременно с её
рождением в США.

1964 - Первая компьютерная визуализация

В Институте прикладной математики (ИПМ), г.Москва,
Ю.М.Баяковским и Т.А.Сушкевич продемонстрирован
первый опыт практического применения машинной
графики при выводе на характрон последовательности
кадров, образующих короткий фильм с визуализацией
обтекания цилиндра плазмой.

1968

Первый отечественный растровый дисплей
В ВЦ АН СССР, на машине БЭСМ-6 установлен первый отечественный
растровый дисплей, с видеопамятью на магнитном барабане весом
400 кг.
Первая
дипломная
работа
по
машинной
графике
в
Московском университете
Фолкер Хаймер. Транслятор и интерпретатор для программного языка
L^6. Рассматривается реализация языка L^6, предложенного
Кеннетом Ноултоном для решения некоторых задач анимации.
Первый в мире мультфильм, нарисованный компьютером.
Сделан из последовательности распечаток, выполненных на
перфоленте с помощью машины БЭСМ-4. Этот мультфильм в своё
время был большим прорывом в области компьютерного
моделирования, ибо картинка не просто нарисована, а получена
решением уравнений, задающих движение кошки.

«Кошечка» - первый нарисованный на компьютере мультфильм

«Кошечка»

Кадры фильма формировались путём печати символов БЭСМ-4 на бумаге с помощью
АЦПУ-128, затем их готовил к «плёнке» профессиональный художник-мультипликатор.
Именно ему принадлежат кадры (следующие за титрами), когда кошка строит рожицы и
выгибает спину.
Движение кошки моделировалось системой дифференциальных уравнений второго порядка.
Вероятно, это первая компьютерная анимация, где использовался такой приём. Уравнения
выводил Виктор Минахин. Так как добиться выполнения определенных движений от
животного было тяжело, в основу уравнений легли его собственные движения: он ходил на
четвереньках и отмечал последовательность работы мышц при этом.
Другим важным техническим нововведением мультфильма было представление трехмерного
анимируемого объекта в виде иерархической структуры данных, напоминающей октодерево.
На западе подобные техники анимации были переоткрыты только в 80-х годах XX века, хотя
в биомеханике такие расчёты движения велись и раньше - с начала 1970-х гг.
Уравнения
мультфильма
не
выводились
исходя
из
физических
моделей мышц и суставов животного, они составлены «на глазок», чтобы воспроизводить
типичную походку кошки. Тем не менее авторам удалось достигнуть реализма движений,
который отметил, к примеру профессор Университета Огайо Рик Парент, автор
фундаментальной книги «Компьютерная анимация: алгоритмы и технология».

История создания «Кошечки»

Мультфильм
был
начат
в
лаборатории
Александра
Кронрода института теоретической и экспериментальной физики
(ИТЭФ), но после того, как лаборатория была закрыта, Константинов,
вместе с коллективом создателей мультфильма перенесли работу
сначала в Институт проблем управления (ИПУ), а затем в
Педагогический институт им. Ленина.
Перевод полученных при расчёте бумажных распечаток в форму
мультфильма вёлся на кафедре научной кинематографии МГУ, которая
и значится в титрах.
При просчёте мультфильма на разных экземплярах БЭСМ-4 в разных
институтах создателям пришлось столкнуться с проблемой
несовместимости некоторых машинных кодов для них, из-за чего
программу приходилось поправлять на ходу.
Первый показ мультфильма состоялся в МГУ. Затем автор
неоднократно демонстрировал его на своих лекциях для школьников.
Спустя 6 лет в журнале «Проблемы кибернетики» была опубликована
статья, подробно описывающая технику создания мультфильма.

1970

Выпущен первый обзор по машинной
графике, представленный затем как доклад
на Вторую Всесоюзную конференцию по
программированию (ВКП-2).
Штаркман В.С., Баяковский Ю.М. Машинная
графика. Препринт ИПМ АН СССР, 1970.
Первая публикация на русском языке, в
которой появилось
словосочетание машинная графика.

1971

Первые кинофильмы с использованием
компьютера

1972

Первая библиотека графических программ
Графор

Защищена первая диссертация в СССР по машинной графике

Защищена первая диссертация в СССР по
машинной графике
Список нескольких диссертаций приводится ниже:
Карлов Александр Андреевич
Вопросы математического обеспечения дисплея со световым карандашом и его использование в
задачах экспериментальной физики
Дубна, 1972
Грин Виктор Михайлович
Программное обеспечение для работы с трехмерными объектами на графических терминалах
Новосибирск, 1973
Баяковский Юрий Матвеевич
Анализ методов разработки графического обеспечения ЭВМ
Москва, 1974
Злотник Евгений Матвеевич
Разработка и исследование комплекса технических средств и методики проектирования
оперативной графической системы
Минск, 1974
Лысый Семен Тимофеевич
G1 - Геометрическая система программного обеспечения ЭВМ
Кишинев, 1976
Пигузов Сергей Юрьевич
Разработка и исследование средств графического взаимодействия геофизика с ЭВМ при обработке
данных сейсморазведки
Москва, 1976

1976

На русском языке издана книга У.Ньюмена,
Р.Спрулла
«Основы
интерактивной
машинной графики» (под редакцией
В.А.Львова).

1977

Первая встреча графиков - «региональная
конференция», но собралось достаточно
представительное сообщество, получилась
Всесоюзная.

1979

Первая всесоюзная конференция по машинной графике прошла
в Новосибирске в сентябре.
Список следующих конференций:

Новосибирск, 1981 г.
Всесоюзная конференция по проблемам машинной графики
и цифровой обработки изображений
Владивосток, 24-26 сентября 1985 г.
IV Всесоюзная конференция по машинной графике
Протвино, 9-11 сентября 1987 г.
V Всесоюзная конференция по машинной графике "Машинная
графика 89"
Новосибирск, 31 октября-2 ноября 1989 г.

1979

Первый полутоновой цветной растровый дисплей Гамма-1
Первую пригодную к активному использованию в кино и
телевидении дисплейную станцию «Гамма» создали в
Институте прикладной физики в новосибирском академ.
городке Владимир Сизых, Петр Вельтмандер, Алексей Бучнев,
Владимир Минаев и др.
Разрешение первой станции было 256×256×6 бит, и затем
непрерывно увеличивалось.
Дисплейная станция Гамма 7.1 обеспечивала разрешение
1024*768 для прогрессивной развертки монитора 50Гц и имела
объём видеопамяти 1Мб.
Во второй половине 1980-х гг.
«Гамма», выпускавшаяся
серийно, поставлялась и успешно эксплуатировалась
государственными телецентрами страны.

1981

Выход графического пакета Атом
Разработка пакета была инициирована
Ю.М.Баяковским.
За основу была взята
пропагандируемая им тогда
Core System (Каминский,
Клименко, Кочин).

1983

Первый спецкурс по машинной графике
Ю.М. Баяковский начал читать годовой
спецкурс по машинной графике для
студентов факультета Вычислительной
математики и кибернетики Московского
государственного университета.
С 1990 г. курс читается как обязательный
для студентов второго года обучения.

1985

Первый доклад принят на Eurographics 1985
«Пробили окно в графическую Европу» первый доклад из СССР принят на
конференцию Eurographics 1985.
Однако, поскольку Перестройка ещё не
началась, то докладчикам не разрешили
выехать из СССР, и первый раз советская
делегация посетила конференцию только в
1988 году.

1986

Пакет Атом-85 выходит в ЦЕРН
Графический пакет Атом-85 выпущен в
ЦЕРН, где активно использовался (наравне
с Графором) для задач иллюстративной
графики (Клименко, Кочин, Самарин).

Граница 80-х и 90-х годов

Спрос на исследования и разработки на
внутрироссийском рынке упал практически до
нуля, и вместе с тем исчезли традиционные
(советские) возможности финансирования.
Но открылись возможности международного
сотрудничества.
Это привело к кардинальному изменению
тематики и условий работы, а также
требований к научно-исследовательским и
опытно-конструкторским работам (НИОКР).

1990

Организована первая российская компания
компьютерной графики «Драйв»
В 1989 году, Александр Пекарь, Сергей
Тимофеев и Владимир Соколов организовали
студию компьютерной графики на ВПТО
«Видеофильм», которая спустя год стала
первой
самостоятельной
компанией
компьютерной графики, переместившись изпод крыла «Видеофильма» в Центральный
павильон ВДНХ.

1991

В феврале в Москве прошла первая международная конференция по
компьютерной графике и зрению ГрафиКон"91
Организована Академией наук СССР в лице Института прикладной
математики имени М.В. Келдыша АН СССР, Союзом Архитекторов
СССР и некоторыми другими организациями при содействии и
поддержке международной ассоциации ACM Siggraph (США).
Американские гости:
Эд Кэтмулл (президент компании «Pixar», сделавший с Джорджем
Лукасом Звездные войны)
Джон Ласситер («Pixar», автор фильма «Tin Toy»)
Джим Кларк (создатель компании «Silicon Graphics», законодатель
мод в области профессиональных графических станций)
Первым российским лауреатом на международном конкурсе PRIX
ARS ELECTRONICA в номинации Computer Animation стал коллектив
из Новосибирска.

1993

Проведен первый фестиваль компьютерной графики и анимации
АНИГРАФ"93
В 1992 году Владимиром Лошкарёвым, руководителем фирмы «Joy
Company», занимающейся продвижением на российский рынок
пакетов графических программ и оборудования, была организована
первая научно-практическая конференция по компьютерной графике.
Тогда и пришла идея фестиваля, сочетающего в себе и техническую
сторону, и коммерцию, и чистое творчество.
Фестиваля АНИГРАФ был организован при участии ВГИКа,
сопредседателем оргкомитета стал Сергей Лазарук (проректор по
научной и творческой работе ВГИКа).
На выставке были представлены все крупнейшие производители
графических станций. На творческом конкурсе было представлено
более 50 работ.
К сожалению, до десятилетнего юбилея фестиваль не дожил, и был
закрыт как коммерчески несостоятельный.

1994

Первая компьютерная графика в
отечественном кино
В фильме «Утомленные солнцем» эпизод с
шаровой молнией был подготовлен
компанией «Render Club».

1996

Первые попытки собрать и систематизировать
исторические факты
Timour Paltashev. Russia: Computer Graphics -Between the Past and the Future. Computer Graphics,
vol.30, No. 2, May 1996. Special issue: Computer
Graphics Around the World.
Yuri Bayakovsky. Russia: Computer Graphics Education
Takes Off in the 1990"s. Computer Graphics, Vol. 30,
No. 3, August 1996. Special issue:Computer Graphics
Education -- Worldwide Effort

2000-2001 гг.

2000 г. - Спецвыпуск журнала
Computer&Graphics Vol.24 «Computer Graphics
in Russia».
2001 г. - Появление виртуальной реальности
в России.
В Протвино прошла первая конференция из
серии VEonPC с демонстрацией созданной
группой Станислава Клименко в кооперации с
Мартином Гебелем (ИМК, С.Августин) первой в
России установки виртуальной реальности.

2003

Первая
конференция
разработчиков
КРИ-2003
компьютерных
игр
21 и 22 марта 2003 года в Московском Государственном Университете
состоялась первая международная Конференция Разработчиков
компьютерных Игр (КРИ) в России, организованная DEV.DTF.RU ведущим специализированным ресурсом в Рунете для игровых
разработчиков и издателей.
КРИ 2003 впервые в истории российской игровой индустрии собрала
для обмена опытом и обсуждения самых различных проблем
практически всех профессионалов отрасли.
В КРИ 2003 приняло участие около 40 компаний из России, а также
ближнего и дальнего зарубежья, действующих как в сфере
разработки, так и издания игрового ПО, а общее число посетителей
конференции, по различным оценкам, составило от 1000 до 1500
человек.

2006

Первая практическая конференция по
компьютерной графике и анимации CG Event-2006
Вдохновленные конференцией SIGGRAPH, автором
книги «Понимая Maya» Сергей Цыпцын и
создателем сайта cgtalk.ru Александр Костин была
организована первая практическая конференция по
компьютерной графике CG Event, ставшая идейной
наследницей фестиваля АНИГРАФ.
В первой же CG Event участвовало более 500
человек, и в последующем количество участников
только росло.
История компьютерной графики

История развития компьютерной графики началось уже в 20 веке и продолжается сегодня. Не секрет то, что именно графика способствовала быстрому росту быстродействию компьютеров.

1940-1970гг. – время больших компьютеров (эра до персональных компьютеров). Графикой занимались только при выводе на принтер. В этот период заложены математические основы.

Особенности: пользователь не имел доступа к монитору, графика развивалась на математическом уровне и выводилась в виде текста, напоминающего на большом расстоянии изображение. Графопостроители появились в конце 60-х годов и практически были не известны.

1971-1985гг. – появились персональные компьютеры, т.е. появился доступ пользователя к дисплеям. Роль графики резко возросла, но наблюдалось очень низкое быстродействие компьютера. Программы писались на ассемблере. Появилось цветное изображение (256).

Особенности: этот период характеризовался зарождением реальной графики.

1986-1990гг. – появление технологии Multimedia (Мультимедиа). К графике добавились обработка звука и видеоизображения, общение пользователя с компьютером расширилось.

Особенности: появление диалога пользователя с персональным компьютером; появление анимации и возможности выводить цветное изображение.

1991-2008гг. – появление графики нашего дня Virtual Reality. Появились датчики перемещения, благодаря которым компьютер меняет изображения при помощи сигналов посылаемых на него. Появление стереоочков (монитор на каждый глаз), благодаря высокому быстродействию которых, производится имитация реального мира. Замедление развития этой технологии из-за опасения медиков, т.к. благодаря Virtual Reality можно очень сильно нарушить психику человека, благодаря мощному воздействию цвета на неё.

Следствие использования графики

Совершенно изменилась архитектура программ. Если раньше отец программирования Вирт говорил, что любая программа это алгоритм + структура данных, то с появлением компьютерной графики на персональном компьютере программа – это алгоритм + структура данных + интерфейс пользователя (графический).

Программирование называют теперь визуальным программированием, т.е. компилятор дает большое количество диалоговых окон, где вводятся координаты и виден прообраз результата, и можно менять прообраз программы.

В 90-х годах появился стандарт изображения схем алгоритмов UML, его используют все учебники. Он учитывает объектно- ориентированные программы и способен изображать многозадачность. Имеется возможность схемы алгоритма рисовать самому из готовых стандартных форм. Т.к. все программы используют графику (меню, товарные знаки, всякие вспомогательные изображения) их можно делать в современных компиляторах, не выходя из компилятора. UML рассматривается как международный стандарт. В нем 12 групп символов (каждая из групп с определением определенной специфики) и способов взаимосвязи между ними.

Переход к графическому интерфейсу был вынужден тем фактом, что человек воспринимает 80% данных через картинку, и лишь 20% - через ум, чувства и т.д.

ВВЕДЕНИЕ

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом “де-факто” для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных систем.

Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие.

На стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.

Заметное место в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных (Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.

Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это замечание справедливо как для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компьютере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает “локомотивом”, тянущим за собой всю компьютерную индустрию.

ВИДЫ ГРАФИКИ

Фрактальная графика

Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

Трехмерная графика

Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов (рис. 3). В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования – создание подвижного изображения реального физического тела.

В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:

Спроектировать и создать виртуальный каркас (“скелет”) объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;

Спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;

Присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне – “спроектировать текстуры на объект”);

Настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;

Задать траектории движения объектов;

Наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.

Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. В последнем случае применяют чаще всего метод бикубических рациональных В-сплайнов на неравномерной сетке (NURBS). Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и “гладкость” поверхности в целом.

Растровая графика

Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. При этом следует различать:

Разрешение оригинала;

Разрешение экранного изображения;

Разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки и создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требование к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешение оригинала и масштаб отображения.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 20–21 дюйм (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640х480, 800х600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1200, 1600х1280, 1920х1200, 1920х1600 точек. Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22–0,25 мм.

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150–200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200–300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch – Ipi) и называется линиатурой.
Векторная графика

Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике. Линия – элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом. Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно, представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.
Представление данных графики
Форматы графических данных

В компьютерной графике применяют по меньшей мере три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом “де-факто” и применяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовместимые форматы имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотя существуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Многие приложения ориентированы на собственные “специфические” форматы, перенос их файлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры или экспортировать изображения в “стандартный” формат.

TIFF (Tagged Image File Format). Формат предназначен для хранения растровых изображений высокого качества (расширение имени файла.TIF). Относится к числу широко распространенных, отличается переносимостью между платформами (IBM PC и Apple Macintosh), обеспечен поддержкой со стороны большинства графических, верстальных и дизайнерских программ. Предусматривает широкий диапазон цветового охвата – от монохромного черно-белого до 32-разрядной модели цветоделения CMYK. Начиная с версии 6.0 в формате TIFF можно хранить сведения о масках (контурах обтравки) изображений. Для уменьшения размера файла применяется встроенный алгоритм сжатия LZW.
и т.д.................

Научная графика

Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять или представить полученные результаты, производили их графическую обработку (строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций). Первые графики на машине получали в режиме символьной печати.

Деловая графика

Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Конструкторская графика

Используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР.

Иллюстративная графика

Произвольное рисование и черчение с помощью компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Стала популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации и т.д. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок".

Получение рисунков трехмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объемом вычислений. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчетов, учитывающих законы оптики.

Компьютерная анимация

Получение движущегося изображения на экране дисплея. Есть много программных продуктов, в которых художник создает на экране рисунки начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения.

Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране монитора со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, кино, развлечений и т.д.

Графика для Интернета

Появление глобальной сети Интернет привело к тому, что компьютерная графика стала неотъемлемой частью в ней. Все больше совершенствуются способы передачи визуальной информации, разрабатываются более совершенные графические форматы, ощутимо желание использовать трехмерную графику, анимацию, весь спектр мультимедиа.

История развития компьютерной графики

Исторически первыми интерактивными системами считаются системы автоматизированного проектирования (САПР) . Пример: AutoCAD, КОМПАС и т.п.
Сейчас становятся все более популярными геоинформационные системы (ГИС) . Это относительно новая для массовых пользователей разновидность систем интерактивной компьютерной графики.
Типичными для любой ГИС являются такие операции - ввод и редактирование объектов с учетом их расположения на поверхности Земли, формирование разнообразных цифровых моделей, запись в базы данных, выполнение разнообразных запросов к базам данных. Важной операцией является анализ с учетом пространственных, топологических отношений множества объектов, расположенных на некоторой территории.

Виды компьютерной графики

Компьютерная графика - раздел информатики, который изучает средства и способы создания и обработки графических изображений при помощт компьютерной техники. Несмотря на то, что для работы с компьютерной графикой существует множество классов программного обеспечения, различают четыре вида компьютерной графики. Это растровая графика, векторная графика, трёхмерная и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете применяют растровые иллюстрации в тех случаях, когда надо передать полную гамму оттенклв цветного изображения.

Программные средства для работы с векторной графикой наоборот предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики намного проще. Существуют примеры высокохудожественных произведений, созданных средствами векторной графики, но они скорее исключение, чем правило, поскольку художественная подготовка иллюстраций средствами векторной графики чрезвычайно сложна.

Трёхмерная графика широко используется в инженерном программировании, компьютерном моделировании физических объектов и процессов, в мультипликации, кинемотографии и компьютерных играх.

Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику редко применяют для создания печатных или электронных документов, но ее часто используют в развлекательных программах.

Растровая графика

Основным (наименьшим) элементом растрового изображения является точка. Если изображение экранное, то эта точка называется пикселом. Каждый пиксел растрового изображения имеет свойства: размещение и цвет. Чем больше количество пикселей и чем меньше их размеры, тем лучше выглядит изображение. Большие объемы данных - это основная проблема при использовании растровых изображений. Для активных работ с большеразмерными иллюстрациями типа журнальной полосы требуются компьютеры с исключительно большими размерами оперативной памяти (128 Мбайт и более). Разумеется, такие компьютеры должны иметь и высокопроизводительные процессоры. Второй недостаток растровых изображений связан с невозможностью их увеличения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее и напоминают мозаику. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой. Этот эффект называется пикселизацией.

Векторная графика

Как в растровой графике основным элементом изображения является точка, так в векторной графике основным элементом изображения является линия (при этом не важно, прямая это линия или кривая). Разумеется, в растровой графике тоже существуют линии, но там они рассматриваются как комбинации точек. Для каждой точки линии в растровой графике отводится одна или несколько ячеек памяти (чем больше цветов могут иметь точки, тем больше ячеек им выделяется). Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти она занимает. В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку линия представляется в виде формулы, а точнее говоря, в виде нескольких параметров. Что бы мы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии.

Линия - это элементарный объект векторной графики. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в более сложные, например объект четырехугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а объект куб еще более сложен: его можно рассматривать либо как двенадцать связанных линий, либо как шесть связанных четырехугольников. Из-за такого подхода векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой. Мы сказали, что объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров, но не надо забывать и о том, что на экран все изображения все равно выводятся в виде точек (просто потому, что экран так устроен). Перед выводом на экран каждого объекта программа производит вычисления координат экранных точек в изображении объекта, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой. Аналогичные вычисления производятся и при выводе объектов на принтер. Как и все объекты, линии имеют свойства. К этим свойствам относятся: форма линии, ее толщина, цвет, характер линии (сплошная, пунктирная и т.п.). Замкнутые линии имеют свойство заполнения. Внутренняя область замкнутого контура может быть заполнена цветом, текстурой, картой. Простейшая линия, если она не замкнута, имеет две вершины, которые называются узлами. Узлы тоже имеют свойстьа, от которых зависит, как выглядит вершина линии и как две линии сопрягаются между собой.