Виды компьютерной графики и области ее применения

Основные данные о работе

Версия шаблона	1.1
Филиал	Великие Луки
Вид работы	Творческая работа
Название дисциплины	Компьютерная графика
Тема	Виды компьютерной графики  и области ее применения
Фамилия студента	Кузнецов
Имя студента	Евгений
Отчество студента	Александрович
№ контракта	01900130601001

 

Содержание

Основная часть	3
	3

 

Основная часть

Глава основной части

 

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 («Spacewar!») 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»^[1], 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.

Компьютерная  графика охватывает все виды и  формы представления изображений, доступные для человеческого  восприятия на экране монитора или  в виде копии на внешнем носителе (бумага, ткань, кинопленка и т.д.). Вместе с тем компьютерная графика является специальной областью информатики, изучающей методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов.

Визуальное  представление данных находит свое применение в различных сферах человеческой деятельности: в медицине (компьютерная томография), в научных исследованиях (визуализация строения веществ, векторных полей и других данных), проектировании (автоматизации проектно-расчетных работ и конструкторских разработок) и т.д.

Результатами расчетов на первых компьютерах являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге.

После этого человек вручную  производил графическую обработку  результатов: чертил графики, диаграммы, чертежи. В таком виде результаты становились более понятными.

Возникла идея поручить графическую  обработку самой машине.

Можно рассмотреть следующие области  применения компьютерной графики.

Научная графика

Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и  производственных задач. Чтобы лучше  понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, 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.

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

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.

Иллюстративная графика

Иллюстративная  графика — это произвольное рисование  и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся  к прикладному программному обеспечению  общего назначения. Простейшие программные  средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная  графика

Художественная и рекламная графика — ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, 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.

 

Одним из первых известных фильмов  был фильм «Звездные войны». Он был создан с помощью суперкомпьютера  Сгау. Этапы дальнейшего развития компьютерного кинематографа можно  проследить по таким фильмам, как  «Терминатор-2», «Вавилон 5», и др. До недавнего времени технологии компьютерной графики использовались для спецэффектов, создания изображений экзотических чудовищ, имитации стихийных бедствий и других элементов, которые являлись лишь фоном для игры живых актеров. В 2001 году вышел на экраны полнометражный кинофильм «Финальная фантазия», в котором все, включая изображения людей, синтезировано компьютером — живые актеры только озвучили роли за кадром.

 

Компьютерная  анимация

Компьютерная анимация — это  получение движущихся изображений  на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке 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 компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

 

Графика для  Интернета

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

Виды компьютерной графики

Различают три вида компьютерной графики. Это растровая графика, векторная графика и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге. 
В растровой графике изображение представляется в виде набора окрашенных точек. Такой метод представления изображения называют растровым.

Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют отсканированные иллюстрации, 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 изображений, сколько на их обработку. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации.

Растровая графика, используемых при  разработке электронных (мультимедийных) и печатных изданий. Иллюстрации  сделаны с поддержкой растровой графики, редко создают вручную с поддержкой компьютерных программ. Для этого отсканированные изображения, производится художником на бумаге, либо фотографии. В последнее время ввод растровых изображений в компьютер обширно применяются цифровые фотоаппараты и видеокамеры. В Интернете, в то время используются только растровые изображения. В растровой графике, тоже существуют линии, но они рассматриваются как комбинации точек. Для всей точки линии в растровой графике отводится одна либо больше оперативной памяти (чем огромнее цветов могут иметь точки, тем огромнее клеток она стоит). Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем огромнее памяти она занимает.

 

Векторный метод - это метод представления изображения в виде совокупности 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 обработки. Такие средства широко используют в рекламных агенствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики много проще. Программные средства для работы с векторной графикой предуготовлены для создания иллюстраций и в меньшей степени, для их лечения. Такие средства обширно применяются в рекламных агентств, дизайн-бюро, редакциях и издательствах. Проектные работы, основанные на применении шрифтов и примитивных геометрических элементов, решаются с помощью векторной графики гораздо проще. Существуют примеры высокохудожественных произведений, сделанных с помощью векторной графики, но они скорее исключение, чем правило. В изображение векторной графики  является ключевым элементом линии, это не имеет значения, линия является линией либо косой. В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, от того что линия представляется в виде формулы, а вернее, в виде нескольких параметров. Что бы ни делали с этой линией, только изменить ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Число клеток остается непоколебимым для всяких линий. Линия - это элементарный объект векторной графики. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в больше трудные, скажем, объект может рассматриваться как четырехугольник четырех взаимосвязанных линий, а объект куб еще больше труден: его дозволено рассматривать либо как двенадцать связанных линий, либо как шесть связанных прямоугольников . В связи с этим подход зачастую называют векторную графику, объектно-ориентированная графика. Векторной графики хранятся в памяти в виде комплекта параметров, но мы обязаны помнить, что все изображения  на экране по - бывшему отображаются в виде точек. Перед отображением всего объекта, программа вычисляет координаты экрана в пикселях на изображении объекта, следственно векторную графику изредка называют, как компьютерная графика. Сходственные расчеты, сделанные при итоге объектов на принтер.

Сравнение растровой  и векторной графики
Критерий сравнения	Растровая графика	Векторная графика
Способ представления изображения	Растровое изображение строится из множества пикселей.	Векторное изображение описывается  в виде последовательности команд.
Представление объектов реального  мира	Растровые рисунки эффективно используются для представления реальных образов.	Векторная графика не позволяет  получать изображения фотографического качества.
Качество редактирования изображения	При масштабировании и вращении растровых картинок возникают искажения.	Векторные изображения могут быть легко преобразованы без потери качества.
Особенности печати изображения	Растровые рисунки могут быть легко  напечатаны на принтерах.	Векторные рисунки иногда не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы.

 

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.  Фрактальная графика, как и векторная - вычисляемая, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину.  Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций. Фрактальная графика, а также вектор, учрежденный на математических расчетах. Тем не менее, основным элементом  фрактальной графики является сама математическая формула, то есть ни один объект в памяти не хранится и изображение  экстраординарно на основе уравнений. Таким образом, возвести примитивную регулярную конструкцию, и трудные изображения, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты. Программные средства для работы с  фрактальной графикой предуготовлены для механической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной композиции искусство не рисовать либо проектирование, и программирование. Фрактальная графика применяется почаще в развлекательных программах.