Реферат по компьютерной Графике

      Комментарии к записи Реферат по компьютерной Графике отключены

Уважаемый гость, на данной странице Вам доступен материал по теме: Реферат по компьютерной Графике. Скачивание возможно на компьютер и телефон через торрент, а также сервер загрузок по ссылке ниже. Рекомендуем также другие статьи из категории «Учебники».

Реферат по компьютерной Графике.rar
Закачек 3379
Средняя скорость 6883 Kb/s
Скачать

Компью́терная гра́фика (также маши́нная гра́фика) — 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 вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе матрицы ламп, можно было получать узоры.

В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры («Космические войны») заняло около 200 человеко-часов. Игра была создана на машине PDP-1.

В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере. Также программу можно назвать первым графическим интерфейсом, причём она являлась таковой ещё до появления самого термина.

В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину. В 1964 году General Motors представила систему автоматизированного проектирования DAC-1, разработанную совместно с IBM.

В 1968 году группой под руководством Н. Н. Константинова была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.

Существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее, электронно-лучевой трубке.

2. Текущее состояние

2.1. Основные области применения

Разработки в области компьютерной графики сначала двигались лишь академическим интересом и шли в научных учреждениях. Постепенно компьютерная графика прочно вошла в повседневную жизнь, стало возможным вести коммерчески успешные проекты в этой области. К основным сферам применения технологий компьютерной графики относятся:

  • Графический интерфейс пользователя;
  • Спецэффекты, Визуальные эффекты (VFX), цифровая кинематография;
  • Цифровое телевидение, Всемирная паутина, видеоконференции;
  • Цифровая фотография и существенно возросшие возможности по обработке фотографий;
  • Цифровая живопись;
  • Визуализация научных и деловых данных;
  • Компьютерные игры, системы виртуальной реальности (например, тренажёры управления самолётом);
  • Системы автоматизированного проектирования;
  • Компьютерная томография.
  • Компьютерная графика для кино и телевидения
  • Лазерная графика.

2.2. Научная работа

Компьютерная графика является также одной из областей научной деятельности. В области компьютерной графики защищаются диссертации, а также проводятся различные конференции:

  • конференция Siggraph, проводится в США
  • конференция Графикон, проводится в России
  • CG-событие, проводится в России
  • CG Wave, проводится в России

На факультете ВМиК МГУ существует лаборатория компьютерной графики.

3. Техническая сторона

По способам задания изображений графику можно разделить на категории:

3.1. Двумерная графика (2D)

Двумерная (2D — от англ. two dimensions — «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

3.1.1. Векторная графика

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, сплайны некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования. Изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов. При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении), или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop (билинейная и бикубическая интерполяция).

Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.

3.1.2. Растровая графика

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Без особых потерь растровые изображения можно только лишь уменьшать, хотя некоторые детали изображения тогда исчезнут навсегда, что иначе в векторном представлении. Увеличение же растровых изображений оборачивается «красивым» видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были пикселями.

В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

3.1.3. Фрактальная графика

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

3.2. Трёхмерная графика (3D)

Трёхмерная графика (3D — от англ. three dimensions — «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

В трёхмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы в линейной алгебре). В компьютерной графике используется три вида матриц:

  • матрица поворота
  • матрица сдвига
  • матрица масштабирования

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.

Ежегодно проходят конкурсы трехмерной графики, такие как Magick next-gen или Dominance War.

3.3. CGI графика

3.4. Представление цветов в компьютере

Для передачи и хранения цвета в компьютерной графике используются различные формы его представления. В общем случае цвет представляет собой набор чисел, координат в некоторой цветовой системе.

Стандартные способы хранения и обработки цвета в компьютере обусловлены свойствами человеческого зрения. Наиболее распространены системы RGB для дисплеев и CMYK для работы в типографском деле.

Иногда используется система с большим, чем три, числом компонент. Кодируется спектр отражения или испускания источника, что позволяет более точно описать физические свойства цвета. Такие схемы используются в фотореалистичном трёхмерном рендеринге.

3.5. Реальная сторона графики

Любое изображение на мониторе, в силу его плоскости, становится растровым, так как монитор это матрица, он состоит из столбцов и строк. Трёхмерная графика существует лишь в нашем воображении, так как то, что мы видим на мониторе — это проекция трёхмерной фигуры, а уже создаём пространство мы сами. Таким образом, визуализация графики бывает только растровая и векторная, а способ визуализации это только растр (набор пикселей), а от количества этих пикселей зависит способ задания изображения.

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ И ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Основные задачи компьютерной графики.

Виды графических систем. Основные достоинства и недостатки.

Графические системы с векторным сканированием.

Растровые графические системы. Основные характеристики растра.

Растровые графические системы. Построчная и чересстрочная развертки растра.

Форматы графических файлов.

Векторные форматы графических файлов. Основные достоинства и недостатки.

Растровые форматы графических файлов. Основные достоинства и недостатки.

Методы сжатия растровых файлов.

Векторные и растровые прикладные графические редакторы. Области применения.

Аддитивная цветовая модель RGB.

Субтрактивная цветовая модель CMY, CMYK.

Цветовая модель HSB.

Базовые растровые алгоритмы. Основные решаемые задачи. Понятие связности.

Растровое представление отрезка. Алгоритм Брезенхэма.

Устранение ступенчатого эффекта в растровых изображениях.

Заполнение области (закрашивание).

Закрашивание многоугольников, заданных своими вершинами.

Отсечение многоугольников относительно видимого окна.

Аффинные преобразования на плоскости. Основные частные случаи. Применение однородных координат для матричной формы записи уравнений аффинных преобразований.

Аффинные преобразования в пространстве. Основные частные случаи. Композиция преобразований.

Проецирование. Виды плоских геометрических проекций.

Виды параллельных проекций. Искажения объекта при параллельном проецировании.

Перспективные (центральные) проекции.

Системы координат в компьютерной графике. Переход от мировых к экранным координатам.

Основные геометрические модели трехмерных объектов.

Каркасная и граневая геометрические модели трехмерных объектов. Достоинства и недостатки, область применения.

Граневая геометрическая модель трехмерных объектов. Полигональная сетка, параметрические бикубические куски.

Объемно-параметрическая геометрическая модель трехмерных объектов.

Кинематическая геометрическая модель трехмерных объектов.

Способы визуализации трехмерных изображений.

Способы задания полигональной сетки. Основные достоинства и недостатки.

Основные способы математического описания кривых и поверхностей. Достоинства параметрического способа описания.

Форма Эрмита для задания параметрической кубической кривой. Основные достоинства и недостатки. Условия непрерывности.

Форма Безье для задания параметрической кубической кривой. Область применения. Условия непрерывности.

Форма В-сплайнов для задания параметрической кубической кривой. Область применения.

Форма Эрмита для задания параметрической бикубической поверхности. Условия непрерывности.

Форма Безье для задания параметрической бикубической поверхности. Условия непрерывности.

Форма В-сплайнов для задания параметрической бикубической поверхности. Область применения.

Аффинные преобразования параметрических кривых и поверхностей.

Удаление скрытых ребер и поверхностей. Сортировка граней по глубине.

Удаление скрытых ребер и поверхностей. Метод плавающего горизонта.

Удаление скрытых ребер и поверхностей. Метод z-буфера.

Удаление скрытых ребер и поверхностей. Методы оптимизации. Метод порталов.

Модели отражения и преломления цвета. Определение цвета закрашивания.

Методы закрашивания поверхностей: плоское закрашивание, закрашивание методами Гуро, Фонга.Тени.

Методы закрашивания поверхностей: трассировка лучей, метод анализа излучательности.

Детализация поверхностей цветом и фактурой.

Моделирование микрорельефа поверхности.

Применение эффекта «затуманивания» для передачи глубины пространства.

Построение трехмерных сцен. Граф сцены. Форматы файлов трехмерной графики.

Понятие интерфейса прикладного программирования (API).


Статьи по теме