Компьютерная графика лекция. Компьютерная графика русс лекц. Тема Введение. Знакомство с программой Corel Draw. Запуск интерфейса. Знакомство с трехмерной сценой
 Скачать 0.66 Mb.
|
Тема 1. Введение. Знакомство с программой Corel Draw. Запуск интерфейса. Знакомство с трехмерной сценой.Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, приме- нявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический спо- соб отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляюще- го числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является обязательным элементом для про- граммного обеспечения разных классов, начиная с операционных систем. Компьютерная графика – это область информатики, занимающаяся про- блемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мульти- пликации) на компьютере. Работа с компьютерной графикой - одно из самых популярных направле- ний использования персонального компьютера, причем занимаются этой ра- ботой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агентствам, но часто обходятся собственными силами и доступными программными средствами. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах чело- веческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томо- графия), научные исследования, моделирование тканей и одежды, опытно- конструкторские разработки, цифровое фото и видео. В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную. От- дельным предметом считается трехмерная (3D) графика: построение объем- ных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютер- ная полиграфия и прочие. На стыке компьютерных, телевизионных и кино технологий образовалась область компьютерной графики и анимации. В компьютерной графике можно выделить несколько основных направ- лений. Научная графика. Первые компьютеры использовались лишь для реше- ния научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диа- граммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов. Геометрическое проектирование и моделирование. Это направление компьютерной графики связано с решением задач начертательной геометрии – построением чертежей, эскизов, объемных изображений с по- мощью программных систем, получивших название CAD-системы (от ан- глийского Computer - Aided Design), например, AutoCAD. Существует большое количество специализированных CAD-систем в машинострое- нии, архитектуре и т. д. Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Пла- новые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объ- екты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц. Распознавание образов. Способность человека распознавать абстрактные образы считают одним из важнейших факторов, определившим развитие его мыслительных способностей и выделившим его из животного мира. Решение задачи распознавания и классификации графической информации является одной из ключевых и при создании искусственного интеллекта. Уже в наши дни компьютеры распознают образы повсеместно: обработка результатов те- стирования абитуриентов путем сканирования и распознавания тестовых листов, системы идентификации футбольных хулиганов у входа на стадион; анализ аэро- и космических фотоснимков; системы сортировки, наведения и т. д. Возможно, самый известный пример распознавания образов - сканирование и перевод "фотографии" текста в набор отдельных символов, формирующих слова. Программное обеспечение многих современных сканеров позволяет выполнить такую операцию. Кроме того, существуют специализированные программы распознавания текста, например, FineReader. Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к приклад- ному программному обеспечению общего назначения. Простейшие про- граммные средства иллюстративной графики называются графическими ре- дакторами. Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ро- лики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок". Получение рисунков 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 - это получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начального и конечно- го положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчи- тывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на мате- матическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводи- мые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распростра- нение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развле- чений. Виртуальная реальность. Реальность, даже виртуальная, подразумевает воздействия на всю совокупность органов чувств человека, но в первую оче- редь на его зрение. К компьютерной графике можно отнести задачи модели- рования внешнего мира в различных приложениях: от компьютерных игр до тренажеров. Заметное место в компьютерной графике отведено развлечени- ям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представле- ния данных (Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совер- шенствования графики и анимации. Цифровое видео. Все более широкое распространение получают аними- рованные изображения, записанные в цифровом формате. Это прежде всего фильмы, а также видеодиски Digital Video Disk (DVD), цифровое кабельное и спутниковое телевидение. Различают три вида компьютерной графики. Это растровая графика, век- торная графика и фрактальная графика. Они отличаются принципами форми- рования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге. В растровой графике изображение представляется в виде набора закра- шенных точек. Такой метод представления изображения называют растро- вым. Растровую графику применяют при разработке электронных (мультиме- дийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средства- ми растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют отсканированные иллю- страции, подготовленные художниками, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изобра- жений, сколько на их обработку. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации. Векторный метод – это метод представления изображения в виде сово- купности отрезков и дуг и т. д. В данном случае вектор - это набор данных, характеризующих какой-либо объект. Программные средства для работы с векторной графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их об- работки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизай- нерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики много проще. Фрактальная графика, как и векторная - вычисляемая, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображе- ние строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, мож- но получить совершенно другую картину. Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации не- обычных иллюстраций. Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначе- ны для автоматической генерации изображений путем математических рас- четов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в ри- совании или оформлении, а в программировании. Контрольные вопросы: Что такое компьютерная графика? Назовите области применения компьютерной графики. Отличие интерактивной компьютерной графики от обычной. В каком году была создана машина, где использовалась электроннолучевые трубки? История развития компьютерной графикиОтправной точкой развития компьютерной графики можно считать 1930 год, когда в США нашим соотечественником Владимиром Зворыкиным (рис.1.), работавшим в компании “Вестингхаус” (Westinghouse), была изобре- тена электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), впервые позволяющая получать изображения на экране без использования механических движущихся частей. Началом эры собственно компьютерной графики можно считать декабрь 1951 года, когда в Массачусеттском технологическом институте (МТИ) для системы противовоздушной обороны военно-морского флота США был раз- работан первый дисплей для компьютера “Вихрь” (рис.2). Изобретателем этого дисплея был инженер из МТИ Джей Форрестер.
Одним из отцов-основателей компьютерной графики считается Айвен Сазерленд (Ivan Sotherland), который в 1962 году все в том же МТИ создал программу компьютерной графики под названием “Блокнот” (Sketchpad) (рис.3). Эта программа могла рисовать достаточно простые фигуры (точки, прямые, дуги окружностей), могла вращать фигуры на экране. Под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертежную машину. В 1964 году General Motors представила систему автоматизированного проектирования DAC-1 (рис.4.), разработанную совместно с IBM. 
В 1965 году фирма IBM выпустила первый коммерческий графический терминал под названием IBM-2250 (рис.5). В 1968 году группой под руководством Н. Н. Константинова была создана компьютерная мате- матическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4 (рис.6), выпол-  няя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка» (рис.7), который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно- цифровой принтер.
В 1977 году Commodore выпустила свой РЕТ (рис.8.) (персональный электронный делопроизводитель), а компания Apple создала Apple-II (рис.9). Появление этих устройств вызывало смешанные чувства: графика была ужасной, а процессоры медленными, как улитки. Однако ПК стимулировали процесс разработки периферийных устройств: недорогих графопостроителей и графических планшетов.
В конце 70-х годов для космических кораблей “Шаттл” появи- лись летные тренажеры, основанные на компьютерной графике. В 1982 году на экраны кинотеатров вышел фильм “Трон” (рис.10) в ко- тором впервые использовались кадры, синтезированные на компьюте- ре. В 1984 году был выпущен первый Macintosh, название которого произошло от сорта яблок "Макинтош" (рис.11) с их графическим ин- терфейсом пользователя. Первоначально областью применения ПК были не графические приложения, а работа с текстовыми процессора- ми и электронными таблицами, но его возможности как графического устройства побуждали к разработке относительно недорогих про- грамм как в области САПР, так и в более общих областях бизнеса и искусства. 
К концу 80-х программное обеспечение имелось для всех сфер примене- ния: от комплексов управления до настольных издательских комплексов. В конце восьмидесятых возникло новое направление рынка на развитие аппа- ратных и программных систем сканирования, автоматической оцифровки. Оригинальный толчок в таких системах должна была создать магическая машина Ozalid, которая бы сканировала и автоматически векторизовала чер- теж на бумаге, преобразуя его в стандартные форматы CAD/CAM. Однако, акцент сдвинулся в сторону обработки, хранения и передачи сканируемых пиксельных В 90-х стираются отличия между КГ и обработкой изображения. Ма- шинная графика часто имеет дело с векторными данными, а основой для об- работки изображений является пиксельная информация. Еще несколько лет назад каждый пользователь требовал рабочую станцию с уникальной архи- тектурой, а сейчас процессоры рабочих станций имеют быстродействие, до- статочное для того, чтобы управлять как векторной, так и растровой инфор- мацией. Кроме того, появляется возможность работы с видео. Прибавьте аудиовозможности - и вы имеете компьютерную среду мультимедиа. Все об- ласти применения - будь то инженерная и научная, бизнес и искус- ство/развлечения - являются сферой применения КГ. Возрастающий потен- циал ПК и их громадное число - порядка 100 миллионов - обеспечивает устойчивый рост индустрии в данной отрасли. Основная литература:3[22-48], Дополнительная литература: 1 [33-51] Контрольные вопросы: Когда появились дисплеи с растровым сканированием луча? Назовите недостатки плазменной панели. Что такое компьютерная анимация? Что такое мультимедиа? |