Ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie

INSTITUT HUMANITAIRE ET TECHNOLOGIQUE DE BUZULUK (BRANCHE) DE L'INSTITUTION D'ÉDUCATION BUDGÉTAIRE DE L'ÉTAT FÉDÉRAL

ENSEIGNEMENT PROFESSIONNEL SUPÉRIEUR

"UNIVERSITÉ D'ÉTAT D'ORENBURG"

Faculté d'apprentissage à distance

Département de Physique, Informatique, Mathématiques

TRAVAIL DE COURS

dans la discipline "Infographie et modélisation"

L'histoire de l'émergence de l'infographie

Buzuluk 2012

annotation

Le travail de cours sur le thème "Histoire du développement des méthodes d'infographie" contient 32 pages, dont 15 figures, 20 sources de littérature.

La première section décrit l'histoire de l'émergence de l'infographie.

La deuxième section décrit les types de graphiques et l'utilisation des graphiques dans divers domaines de l'activité humaine.

introduction

L'histoire du développement des technologies de l'information est caractérisée par une évolution rapide des concepts conceptuels, des moyens techniques, des méthodes et des domaines d'application. Dans les réalités modernes, la capacité d'utiliser les technologies de l'information industrielle est devenue très pertinente pour la plupart des gens. La pénétration des ordinateurs dans toutes les sphères de la vie sociale convainc que la culture de la communication avec un ordinateur devient une culture commune d'une personne.

Le but de ce travail est d'étudier l'histoire de l'émergence de l'infographie.

L'objet d'étude est l'infographie.

Sujet d'étude : l'histoire de l'émergence de l'infographie.

Objectifs du cours :

) étudier et analyser la littérature sur ce sujet ;

) donner le concept des principaux types d'infographie;

) envisager les possibilités de l'infographie.

1. L'histoire du développement de l'infographie

1.1 L'émergence de l'infographie (machine) graphique

L'infographie n'a pas plus d'une décennie dans son développement, et encore moins pour des applications commerciales. Andriesvan Dam est considéré comme l'un des pères de l'infographie, et ses livres sont des manuels fondamentaux sur l'ensemble du spectre des technologies sous-jacentes à l'infographie. On connaît également dans ce domaine Ivan Sutherland, dont la thèse de doctorat était la base théorique de l'infographie.

Jusqu'à récemment, l'expérimentation de la puissance de l'infographie interactive n'était le privilège que d'un petit nombre de professionnels, principalement des scientifiques et des ingénieurs impliqués dans l'automatisation de la conception, l'analyse de données et la modélisation mathématique. Maintenant, l'étude des mondes réels et imaginaires à travers le "prisme" des ordinateurs est devenue accessible à un cercle beaucoup plus large de personnes.

Plusieurs raisons expliquent ce changement de situation. Tout d'abord, en raison d'une amélioration spectaculaire du rapport coût/performance de certains composants du matériel informatique. De plus, les logiciels graphiques standard de haut niveau sont devenus largement disponibles, ce qui facilite l'écriture de nouveaux programmes d'application qui sont portables d'un type d'ordinateur à un autre.

La raison suivante est due à l'influence que les écrans ont sur la qualité de l'interface - le moyen de communication entre l'homme et la machine - pour offrir la meilleure expérience utilisateur. De nouveaux systèmes conviviaux reposent principalement sur l'approche WYSIWYG (abréviation de l'expression anglaise « Whatyouseeiswhatyouget » - « What you see is what you have »), selon laquelle l'image à l'écran doit être aussi proche que possible de celui qui en conséquence imprimé.

La plupart des applications graphiques informatiques traditionnelles sont bidimensionnelles. Récemment, il y a eu un intérêt commercial croissant pour les applications 3D. Il est motivé par des progrès significatifs dans la résolution de deux problèmes interdépendants : la modélisation de scènes tridimensionnelles et le rendu aussi réaliste que possible. Par exemple, les simulateurs de vol mettent l'accent sur les temps de réponse aux commandes du pilote et de l'instructeur. Pour créer l'illusion d'un mouvement fluide, le simulateur doit générer une image extrêmement réaliste d'un "monde" changeant dynamiquement à une vitesse d'au moins 30 images par seconde. En revanche, les images utilisées dans la publicité et l'industrie du divertissement sont calculées de manière autonome, souvent au fil des heures, afin d'atteindre un réalisme maximal ou de faire forte impression.

Le développement de l'infographie, surtout à ses débuts, est principalement associé au développement des moyens techniques, et notamment des affichages :

balayage de faisceau arbitraire ;

balayage par faisceau de trames ;

tubes de stockage;

panneau plasma;

indicateurs à cristaux liquides;

indicateurs électroluminescents;

affichages d'émission de champ.

Balayage de faisceau arbitraire. Les graphiques d'affichage sont apparus comme une tentative d'utiliser des tubes à rayons cathodiques (CRT) à balayage aléatoire pour produire une image à partir d'un ordinateur. Comme l'écrit Newman, apparemment, la première machine où un tube cathodique a été utilisé comme périphérique de sortie était l'ordinateur Whirlwind-I (Hurricane-I), fabriqué en 1950. au Massachusetts Institute of Technology. Cette expérience a commencé la phase de développement des affichages vectoriels (affichages avec balayage de faisceau arbitraire, affichages calligraphiques). Dans le jargon professionnel, un vecteur est un segment de droite. C'est de là que vient le nom "affichage vectoriel".

Lorsque le faisceau se déplace à travers l'écran au point d'impact du faisceau, la lueur du phosphore de l'écran est excitée. Cette lueur s'arrête assez rapidement lorsque le faisceau est déplacé vers une autre position (le temps de persistance habituel est inférieur à 0,1 s). Par conséquent, pour que l'image soit constamment visible, il est nécessaire de re-sortir (régénérer l'image) 50 ou 25 fois par seconde. La nécessité de réémettre une image nécessite de stocker sa description dans une mémoire spécialement allouée appelée mémoire de rafraîchissement. La description de l'image elle-même est appelée un fichier d'affichage. On comprend qu'un tel affichage nécessite un processeur suffisamment rapide pour traiter le fichier d'affichage et contrôler le déplacement du faisceau à travers l'écran.

Habituellement, les affichages vectoriels en série ne réussissaient à créer qu'environ 3000 à 4000 segments 50 fois par seconde. Avec un plus grand nombre de segments, l'image commence à scintiller, car les segments construits au début du cycle suivant disparaissent complètement au moment où les derniers sont dessinés.

Un autre inconvénient des écrans vectoriels est le petit nombre de gradations de luminosité (généralement 2 à 4). Des tubes cathodiques à deux ou trois couleurs ont été développés, mais n'ont pas été largement utilisés, ce qui a également fourni plusieurs gradations de luminosité.

Dans les affichages vectoriels, il est facile d'effacer n'importe quel élément de l'image - il suffit de supprimer l'élément effacé du fichier d'affichage lors du prochain cycle de construction.

Le dialogue de texte est pris en charge à l'aide d'un clavier alphanumérique. Le dialogue graphique indirect, comme dans tous les autres affichages, s'effectue en déplaçant le réticule (curseur) sur l'écran à l'aide de diverses commandes en forme de réticule - roues de coordonnées, levier de commande (joystick), boule de commande (poignée à bille), tablette, etc. Une particularité des affichages vectoriels est la possibilité d'un dialogue graphique direct, qui consiste en une simple indication des objets sur l'écran (lignes, symboles, etc.) à l'aide d'un crayon lumineux. Pour ce faire, il suffit de déterminer le moment du dessin à l'aide d'une photodiode et, par conséquent, le début de la lueur du phosphore de n'importe quelle partie de l'élément requis.

Les premiers écrans vectoriels en série sont apparus à l'étranger à la fin des années 60.

Balayage raster du faisceau.

Les progrès de la technologie microélectronique ont conduit à l'utilisation massive des affichages à balayage à faisceau raster depuis le milieu des années 1970.

Tubes à mémoire.

A la fin des années 60, un CRT de stockage est apparu, capable de stocker l'image construite directement sur l'écran pendant un temps assez long (jusqu'à une heure). Par conséquent, aucune mémoire de rafraîchissement n'est nécessaire et aucun processeur rapide n'est nécessaire pour effectuer le rafraîchissement de l'image. L'effacement sur un tel affichage n'est possible que pour l'ensemble de l'image. La complexité de l'image est pratiquement illimitée. La résolution obtenue sur les écrans à tube de stockage est la même que sur les écrans vectoriels ou supérieure - jusqu'à 4096 points.

La boîte de dialogue de texte est prise en charge à l'aide d'un clavier alphanumérique, une boîte de dialogue graphique indirecte est effectuée en déplaçant le réticule sur l'écran, généralement à l'aide des roues de coordonnées.

L'apparition de tels affichages, d'une part, a contribué à la généralisation de l'utilisation de l'infographie, d'autre part, elle a représenté une certaine régression, car des graphiques de qualité relativement faible et à faible vitesse, peu interactifs, se sont répandus.

Panneau plasma.

En 1966. un panneau plasma a été inventé, qui peut simplement être représenté comme une matrice de petites lampes au néon multicolores, dont chacune est allumée indépendamment et peut briller avec une luminosité réglable. Il est clair que le système de déviation n'est pas nécessaire, et la mémoire de régénération n'est pas non plus nécessaire, car par la tension sur l'ampoule, il est toujours possible de déterminer si elle est allumée ou éteinte, c'est-à-dire s'il y a ou non une image à ce stade. Dans un sens, ces affichages combinent de nombreuses propriétés utiles des périphériques vectoriels et raster. Les inconvénients comprennent un coût élevé, une résolution insuffisante et une tension d'alimentation élevée. En général, ces écrans ne sont pas largement utilisés.

Indicateurs à cristaux liquides. Les affichages sur les indicateurs à cristaux liquides fonctionnent de la même manière que les indicateurs des montres électroniques, mais, bien sûr, l'image ne se compose pas de plusieurs segments, mais d'un grand nombre de points contrôlables séparément. Ces écrans ont les dimensions et la consommation d'énergie les plus petites, ils sont donc largement utilisés dans les ordinateurs portables, malgré la résolution inférieure, le contraste inférieur et un prix sensiblement plus élevé que pour les écrans CRT raster.

Indicateurs électroluminescents. Les affichages sur les indicateurs électroluminescents ont la luminosité, le contraste, la plage de température de fonctionnement et la durabilité les plus élevés. Les progrès technologiques les ont rendus disponibles pour une utilisation non seulement dans des systèmes haut de gamme coûteux, mais également dans des systèmes industriels généraux. Le fonctionnement de tels affichages est basé sur la lueur d'un phosphore sous l'influence d'une tension alternative relativement élevée appliquée à des ensembles d'électrodes mutuellement perpendiculaires, entre lesquels le phosphore est situé.

Afficheurs avec émission de champ. Les écrans sur tubes cathodiques, malgré leur relative bon marché et leur utilisation généralisée, sont mécaniquement fragiles, nécessitent une tension d'alimentation élevée, consomment beaucoup d'énergie, ont de grandes dimensions et ont une durée de vie limitée liée à la perte d'émission des cathodes. L'une des méthodes pour éliminer ces inconvénients est la création d'écrans plats à émission de champ à partir de cathodes froides sous la forme de micro-aiguilles très affûtées.

Ainsi, à partir de 1950, l'infographie est maintenant passée d'expériences exotiques à l'un des outils les plus importants et omniprésents de la civilisation moderne, allant de la recherche scientifique à l'automatisation de la conception et de la fabrication, aux affaires, à la médecine, à l'écologie, aux médias, aux loisirs et à la fin. avec des équipements ménagers.

2. Infographie

Le champ d'application de l'infographie ne se limite pas aux seuls effets artistiques. Dans toutes les branches de la science, de la technologie, de la médecine, des activités commerciales et de gestion, des schémas informatiques, des graphiques et des diagrammes sont utilisés, conçus pour afficher visuellement une variété d'informations. Les concepteurs, lorsqu'ils développent de nouveaux modèles de voitures et d'avions, utilisent des graphiques 3D pour représenter l'apparence finale du produit. Les architectes créent une image tridimensionnelle du bâtiment sur l'écran du moniteur, ce qui leur permet de voir comment il s'intégrera dans le paysage.

Vous pouvez envisager les domaines d'application suivants de l'infographie.

Graphiques scientifiques.

Les premiers ordinateurs n'étaient utilisés que pour résoudre des problèmes scientifiques et industriels. Pour mieux comprendre les résultats obtenus, ils ont été traités graphiquement, construits des graphes, des schémas, des dessins des structures calculées. Les premiers graphiques sur la machine ont été obtenus en mode d'impression symbolique. Ensuite, des dispositifs spéciaux sont apparus - des traceurs (traceurs) pour dessiner des dessins et des graphiques avec un stylo à encre sur papier. L'infographie scientifique moderne permet de réaliser des expériences informatiques avec une présentation visuelle de leurs résultats.

Graphiques d'entreprise.

L'infographie commerciale est un domaine de l'infographie conçu pour visualiser divers indicateurs de performance des institutions. Indicateurs planifiés, documents de rapport, résumés statistiques - ce sont les objets pour lesquels des supports d'illustration sont créés à l'aide de graphiques commerciaux. Un logiciel de graphisme d'entreprise est inclus dans les feuilles de calcul.

Concevoir des graphiques.

Les graphiques de conception sont utilisés dans le travail des ingénieurs de conception, des architectes, des inventeurs de nouvelles technologies. Ce type d'infographie est un élément indispensable de la CAO (systèmes d'automatisation de la conception). Grâce au graphisme de conception, il est possible d'obtenir à la fois des images planes (projections, coupes) et des images spatiales en trois dimensions.

Graphiques illustratifs.

Les graphiques illustratifs sont des dessins à main levée et des tracés sur un écran d'ordinateur. Les packages d'illustrations graphiques sont des logiciels d'application à usage général. Le logiciel graphique d'illustration le plus simple s'appelle les éditeurs graphiques.

Graphismes artistiques et publicitaires - devenus populaires en grande partie grâce à la télévision. À l'aide d'un ordinateur, des publicités, des dessins animés, des jeux informatiques, des didacticiels vidéo, des présentations vidéo sont créés. Les progiciels graphiques à ces fins nécessitent des ressources informatiques importantes en termes de vitesse et de mémoire. Une caractéristique distinctive de ces packages graphiques est la possibilité de créer des images réalistes et des "images animées". L'obtention de dessins d'objets en trois dimensions, leurs rotations, leur rapprochement, leur suppression, leur déformation est associée à une grande quantité de calcul. Le transfert de l'éclairement d'un objet en fonction de la position de la source lumineuse, de l'emplacement des ombres, de la texture de surface, nécessite des calculs qui prennent en compte les lois de l'optique.

L'un des premiers films connus était Star Wars. Il a été créé à l'aide du supercalculateur Sgau. Les étapes du développement ultérieur du cinéma informatique peuvent être retracées dans des films tels que "Terminator 2", "Babylon 5", etc. Jusqu'à récemment, les technologies d'infographie étaient utilisées pour des effets spéciaux, créant des images de monstres exotiques, simulant des catastrophes naturelles et d'autres éléments qui n'étaient qu'un arrière-plan pour le jeu des acteurs en direct. En 2001, le long métrage "Final Fantasy" est sorti, dans lequel tout, y compris les images de personnes, était synthétisé par un ordinateur - les acteurs en direct n'exprimaient que les rôles dans les coulisses.

Animation par ordinateur.

L'animation par ordinateur est l'acquisition d'images animées sur un écran d'affichage. L'artiste crée à l'écran un dessin de la position initiale et finale des objets en mouvement, tous les états intermédiaires sont calculés et affichés par l'ordinateur, effectuant des calculs basés sur la description mathématique de ce type de mouvement. Les dessins qui en résultent, affichés séquentiellement sur l'écran avec une certaine fréquence, créent l'illusion du mouvement.

Graphiques pour le Web.

Types d'infographie.

Il existe trois types d'infographie. Ce sont des graphiques raster, des graphiques vectoriels et des graphiques fractals. Ils diffèrent par les principes de formation de l'image lorsqu'ils sont affichés sur un écran de contrôle ou lorsqu'ils sont imprimés sur papier.

Méthode raster - l'image est représentée comme un ensemble de points colorés. Les graphiques matriciels sont utilisés dans le développement de publications électroniques (multimédias) et imprimées. Les illustrations bitmap sont rarement créées à la main à l'aide de programmes informatiques. Le plus souvent, des illustrations numérisées préparées par des artistes ou des photographies sont utilisées à cette fin. Récemment, les appareils photo numériques et les caméras vidéo ont été largement utilisés pour saisir des images tramées dans un ordinateur.

Le pixel est l'élément principal des bitmaps. C'est à partir de tels éléments qu'une image bitmap est composée.

Une image numérique est un ensemble de pixels. Chaque pixel d'une image raster est caractérisé par les coordonnées x et y et la luminosité V (x, y) (pour les images en noir et blanc). Puisque les pixels sont discrets, leurs coordonnées sont des quantités discrètes, généralement des nombres entiers ou des nombres rationnels. Dans le cas d'une image couleur, chaque pixel est caractérisé par des coordonnées x et y, et trois luminances : luminance rouge, luminance bleue et luminance verte (VR, VB, VG). En combinant ces trois couleurs, vous pouvez obtenir un grand nombre de nuances différentes.

A noter que si au moins une des caractéristiques de l'image n'est pas un nombre, alors l'image appartient au type d'analogique. Des exemples d'images analogiques sont les hologrammes et les photographies. Il existe des méthodes spéciales pour travailler avec de telles images, en particulier des transformations optiques. Dans certains cas, les images analogiques sont converties sous forme numérique. Cette tâche est effectuée par ImageProcessing.

La couleur de n'importe quel pixel d'un bitmap est stockée à l'aide d'une combinaison de bits. Plus on utilise de bits pour cela, plus on peut obtenir de nuances de couleurs. La gradation de luminosité est généralement attribuée à 1 octet (256 gradations), 0 étant le noir et 255 étant le blanc (intensité maximale). Dans le cas d'une image en couleur, un octet est attribué à la gradation de luminosité des trois couleurs. Il est possible d'encoder les gradations de luminosité avec un nombre de bits différent (4 ou 12), mais l'œil humain n'est capable de distinguer que 8 bits de gradation par couleur. Les couleurs 24 bits fournissent plus de 16 millions de couleurs disponibles et sont souvent appelées couleurs naturelles.

Dans les palettes de couleurs, chaque pixel est décrit par un code. Le lien entre ce code et la table des couleurs de 256 cellules est maintenu. La capacité en bits de chaque cellule est de 24 bits. La sortie de chaque cellule est de 8 bits pour le rouge, le vert et le bleu.

L'espace colorimétrique formé par les intensités du rouge, du vert et du bleu est représenté par un cube de couleur (voir Fig. 1.).

Figure 1- Cube de couleur

Les sommets du cube A, B, C sont respectivement les intensités maximales du vert, du bleu et du rouge, et le triangle qu'ils forment est appelé triangle de Pascal. Le périmètre de ce triangle correspond aux couleurs les plus saturées. La couleur de saturation maximale ne contient toujours que deux composants. Le segment OD contient des nuances de gris, le courant O correspondant au noir et le point D au blanc.

Types de rasters.

Un raster est l'ordre dans lequel les points (éléments raster) sont disposés. La figure 2 montre un raster dont les éléments sont des carrés, un tel raster est dit rectangulaire, ce sont ces rasters qui sont le plus souvent utilisés.

Figure 2 - Raster avec éléments carrés

Bien qu'il soit possible d'utiliser une autre forme comme élément raster : un triangle, un hexagone ; répondant aux exigences suivantes :

- tous les chiffres doivent être identiques ;

- doit recouvrir complètement l'avion sans collision ni trous.

Ainsi, en tant qu'élément raster, il est possible d'utiliser un triangle équilatéral (voir Fig. 3), un hexagone régulier (hexaèdre) (voir Fig. 4) Vous pouvez construire des rasters en utilisant des polygones irréguliers, mais cela n'a aucun sens pratique dans un tel rasters.

Figure 3- Raster triangulaire

Considérons les manières de tracer des lignes dans des rasters rectangulaires et hexagonaux.

Figure 4 - "Raster hexagonal"

Dans un raster rectangulaire, une ligne est tracée de deux manières :

) Le résultat est une ligne à huit connexions. Les pixels adjacents de la ligne peuvent être dans l'une des huit positions possibles (voir Fig.5a)

) Le résultat est une ligne à quatre connexions. Les pixels adjacents de la ligne peuvent être dans l'une des quatre positions possibles (voir la figure 5b). L'inconvénient est une ligne trop épaisse à un angle de 45 °.

Figure 5 - Construction d'une ligne dans un raster rectangulaire

Dans un raster hexagonal, les lignes sont connectées par six (voir Fig. 6), ces lignes sont plus stables en largeur; la variance de largeur de ligne est inférieure à celle d'un raster carré.

Figure 6 - Construction d'une ligne dans un raster hexagonal

L'une des méthodes d'évaluation d'une trame est la transmission sur un canal de communication d'une image codée, en tenant compte de la trame utilisée, avec restauration ultérieure et analyse visuelle de la qualité obtenue.

Modélisation d'un raster hexagonal. Il est possible de construire un raster hexagonal sur la base d'un carré. Pour cela, l'hexagone est représenté par un rectangle.

Graphiques vectoriels.

Les graphiques vectoriels décrivent des images à l'aide de lignes droites et courbes, appelées vecteurs, et de paramètres décrivant les couleurs et les positions. Par exemple, l'image d'une feuille d'arbre (voir Fig. 7.) est décrite par les points par lesquels passe la ligne, créant ainsi le contour de la feuille. La couleur de la feuille est définie par la couleur du contour et la zone à l'intérieur de ce contour.

Figure 7 - Exemple de graphiques vectoriels

Contrairement aux graphiques raster dans les graphiques vectoriels, l'image est construite à l'aide de descriptions mathématiques d'objets, de cercles et de lignes. Bien que cela puisse sembler plus compliqué à première vue que l'utilisation de tableaux raster, pour certains types d'images, l'utilisation de descriptions mathématiques est plus facile.

La clé des graphiques vectoriels est qu'ils utilisent une combinaison d'instructions informatiques et de formules mathématiques pour un objet. Cela permet aux appareils informatiques de calculer et de placer des points réels à l'emplacement souhaité lors du dessin de ces objets. Cette caractéristique des graphiques vectoriels lui confère un certain nombre d'avantages par rapport aux graphiques raster, mais est en même temps la raison de ses inconvénients.

Les graphiques vectoriels sont souvent appelés graphiques orientés objet ou graphiques de dessin. Les objets simples tels que les cercles, les lignes, les sphères, les cubes et autres sont appelés primitives et sont utilisés pour créer des objets plus complexes. Dans les graphiques vectoriels, les objets sont créés en combinant différents objets.

Pour créer des dessins vectoriels, vous devez utiliser l'un des nombreux packages d'illustration. L'avantage des graphiques vectoriels est que la description est simple et prend peu de mémoire informatique. Cependant, l'inconvénient est que l'objet vectoriel détaillé peut être trop complexe, il peut ne pas être imprimé comme prévu par l'utilisateur, ou ne pas être imprimé du tout si l'imprimante interprète mal ou ne comprend pas les commandes vectorielles.

Lors de l'édition d'éléments graphiques vectoriels, les paramètres des lignes droites et courbes qui décrivent la forme de ces éléments sont modifiés. Vous pouvez déplacer des éléments, modifier leur taille, leur forme et leur couleur, mais cela n'affectera pas la qualité de leur présentation visuelle. Les graphiques vectoriels sont indépendants de la résolution, c'est-à-dire peut être affiché dans une variété de périphériques de sortie à différentes résolutions sans perte de qualité.

La représentation vectorielle consiste en la description des éléments de l'image par des courbes mathématiques indiquant leurs couleurs et leur occupation.

Un autre avantage est la mise à l'échelle de haute qualité dans toutes les directions. Une augmentation ou une diminution des objets est effectuée en augmentant ou en diminuant les coefficients correspondants dans les formules mathématiques. Malheureusement, le format vectoriel devient désavantageux lors du transfert d'images avec beaucoup de nuances ou de petits détails (par exemple, des photographies). Après tout, chaque plus petit éclat dans ce cas ne sera pas représenté par une collection de points unicolores, mais par une formule mathématique complexe ou une collection de primitives graphiques, dont chacune est une formule. Cela alourdit le fichier. De plus, la traduction d'une image d'un raster vers un format vectoriel (par exemple, par le programme AdobeStrimeLine ou Corel OCR-TRACE) conduit à l'héritage de ce dernier dans l'impossibilité d'une mise à l'échelle correcte vers le haut. L'augmentation des dimensions linéaires n'augmente pas le nombre de détails ou de nuances par unité de surface. Cette limitation est imposée par la résolution des périphériques d'entrée (scanners, appareils photo numériques, etc.).

Le concept d'une fractale et l'histoire de l'apparition des graphiques fractals.

Vous avez probablement vu souvent des images assez intelligentes dans lesquelles ce qui est représenté n'est pas clair, mais le caractère inhabituel de leurs formes fascine et attire l'attention. En règle générale, ce sont des formes ingénieuses qui ne se prêtent, semble-t-il, à aucune description mathématique. Vous avez, par exemple, vu des motifs sur du verre après le gel ou, par exemple, des taches ingénieuses laissées sur une feuille avec un stylo à encre, donc quelque chose comme ça peut être écrit sous la forme d'un algorithme, et, par conséquent, il est facile de expliquer avec un ordinateur. De tels ensembles sont appelés fractals. Les fractales ne sont pas comme les figures que nous connaissons, connues de la géométrie, et elles sont construites selon certains algorithmes, et ces algorithmes peuvent être affichés à l'écran à l'aide d'un ordinateur. En général, si vous simplifiez un peu tout, les fractales sont une sorte de transformation qui a été appliquée à plusieurs reprises à la figure d'origine.

Les premières idées de géométrie fractale ont émergé au 19ème siècle. Cantor, en utilisant une simple procédure récursive (répétitive), a transformé la ligne en un ensemble de points non connectés (la poussière de Cantor). Il a pris la ligne et a retiré le tiers central, puis a répété la même chose avec les segments restants. Peano a tracé un type particulier de ligne (voir Figure 8). Pour le dessiner, Peano a utilisé l'algorithme suivant.

Figure 8- Algorithme de dessin

À la première étape, il a pris une ligne droite et l'a remplacée par 9 segments 3 fois plus courts que la longueur de la ligne d'origine (partie 1 et 2 de la figure 1). Puis il fit de même avec chaque segment de la ligne résultante. Et ainsi de suite à l'infini. Sa particularité est qu'il remplit tout le plan. Il est prouvé que pour chaque point du plan, on peut trouver un point appartenant à la droite de Peano. La courbe de Peano et la poussière de Cantor allaient au-delà des objets géométriques ordinaires. Ils n'avaient pas une dimension claire. La poussière de Cantor semblait être construite sur la base d'une ligne droite à une dimension, mais se composait de points, et la courbe de Peano a été construite sur la base d'une ligne à une dimension, et le résultat était un plan. Dans de nombreux autres domaines de la science, des problèmes sont apparus, dont la solution a conduit à des résultats étranges, comme ceux décrits (mouvement brownien, cours des actions).

Jusqu'au 20ème siècle, il y avait une accumulation de données sur des objets aussi étranges, sans aucune tentative de les systématiser. C'était jusqu'à ce que Benoit Mandelbrot, le père de la géométrie fractale moderne et du mot fractale, s'en charge. Tout en travaillant pour IBM en tant qu'analyste mathématique, il a étudié le bruit dans les circuits électroniques qui ne pouvait pas être décrit à l'aide de statistiques. Comparant progressivement les faits, il est venu à la découverte d'une nouvelle direction en mathématiques - la géométrie fractale.

Mandelbrot lui-même a dérivé le mot fractale du mot latin fractus, qui signifie brisé (divisé en parties). Et l'une des définitions d'une fractale est une figure géométrique composée de parties et qui peut être divisée en parties, dont chacune représentera une copie réduite de l'ensemble (au moins approximativement).

Dès que Mandelbrot a découvert le concept de fractale, il s'est avéré que nous en sommes littéralement entourés. Lingots fractals de métal et de roches, disposition fractale de branches, motifs de feuilles, système capillaire de plantes; systèmes circulatoire, nerveux, lymphatique chez les organismes animaux, bassins fluviaux fractals, surfaces nuageuses, lignes de côtes maritimes, relief montagneux ...

Pour imaginer une fractale, prenons l'exemple donné dans le livre de B. Mandelbrot « La géométrie fractale de la nature » qui est devenu un classique - « Quelle est la longueur de la côte de Bretagne ? La réponse à cette question n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Tout dépend de la longueur de l'outil que nous utiliserons. En mesurant le rivage avec une règle kilométrique, on obtient une certaine longueur. Cependant, nous sauterons de nombreuses petites baies et péninsules beaucoup plus petites que notre souverain. En réduisant la taille de la règle à, disons, 1 mètre, nous prendrons en compte ces détails du paysage et, par conséquent, la longueur de la côte deviendra plus grande. Allons-y et mesurons la longueur de la côte à l'aide d'une règle millimétrique, ici nous prendrons en compte des détails qui font plus d'un millimètre, la longueur sera encore plus grande. En conséquence, la réponse à une question aussi simple peut dérouter n'importe qui - la longueur de la côte britannique est infinie.

La principale propriété des fractales est l'auto-similitude. Tout fragment microscopique d'une fractale reproduit d'une manière ou d'une autre sa structure globale. Dans le cas le plus simple, une partie d'une fractale est simplement une fractale entière réduite.

D'où la recette de base pour construire des fractales : prendre un motif simple et le répéter, en diminuant constamment de taille. Finalement, une structure émergera qui reproduira ce motif à toutes les échelles. (fig. 9)

Figure 9 - Le motif de la répétition de la fractale

Nous prenons un segment et brisons son tiers médian à un angle de 60 degrés. Ensuite, nous répétons cette opération avec chacune des parties de la ligne brisée résultante - et ainsi de suite à l'infini. En conséquence, nous obtenons la fractale la plus simple - la courbe triade, découverte en 1904 par la mathématicienne Helga von Koch.

Si, à chaque étape, vous réduisez non seulement le motif principal, mais que vous le déplacez et le faites également pivoter, vous pouvez obtenir des formations plus intéressantes et plus réalistes, par exemple une feuille de fougère ou même leurs fourrés entiers. Ou vous pouvez construire un terrain fractal très plausible et le recouvrir d'une très belle forêt. Dans 3D StudioMax, par exemple, un algorithme fractal est utilisé pour générer des arbres. Et cela ne fait pas exception - la plupart des textures de terrain dans les jeux informatiques modernes sont des fractales. Les montagnes, la forêt et les nuages ​​sur la photo sont des fractales.

Les fichiers d'images fractales ont l'extension fif. Habituellement, les fichiers Fif sont légèrement plus petits que les fichiers jpg, mais cela se produit également l'inverse. Le plaisir commence lorsque vous regardez des images avec un grossissement croissant. Les fichiers au format jpg démontrent presque immédiatement leur nature discrète - l'échelle notoire apparaît. Mais les fichiers FIF, comme il sied aux fractales, avec un grossissement croissant, montrent un nouveau niveau de détail de la structure, préservant l'esthétique de l'image.

Fractales géométriques.

C'est avec eux que commence l'histoire des fractales. Ce type de fractale est obtenu par des constructions géométriques simples. Habituellement, lors de la construction de ces fractales, on fait ce qui suit : une "graine" est prise - un axiome - un ensemble de segments, sur la base desquels la fractale sera construite. Ensuite, un ensemble de règles est appliqué à cette "graine", qui la transforme en une sorte de figure géométrique. Ensuite, le même ensemble de règles est appliqué à chaque partie de cette figure. A chaque pas, la figure deviendra de plus en plus complexe, et si nous effectuons un nombre infini de transformations, nous obtiendrons une fractale géométrique.

La courbe de Peano considérée précédemment est une fractale géométrique. La figure 10 montre d'autres exemples de fractales géométriques (Koch Snowflake, Liszt, Sierpinski Triangle).

Figure 10- Flocon de neige Koch

Figure 11-Feuille

Figure 12 - Triangle de Sierpinski

Parmi ces fractales géométriques, le flocon de Koch est très intéressant et assez célèbre. Il est construit sur la base d'un triangle équilatéral. Chaque ligne est remplacée par 4 lignes chacune 1/3 de l'originale. Ainsi, à chaque itération, la longueur de la courbe augmente d'un tiers. Et si nous faisons un nombre infini d'itérations, nous obtenons une fractale - un flocon de Koch de longueur infinie. Il s'avère que notre courbe infinie couvre une zone limitée.

La dimension d'un flocon de neige de Koch (quand un flocon de neige grandit 3 fois, sa longueur augmente 4 fois) D = log (4) / log (3) = 1,2619 ...

Les systèmes L sont bien adaptés à la construction de fractales géométriques. L'essence de ces systèmes est qu'il existe un ensemble spécifique de symboles système, dont chacun désigne une action spécifique et un ensemble de règles pour la conversion des caractères.

Fractales algébriques.

Le deuxième grand groupe de fractales est algébrique. Ils tirent leur nom du fait qu'ils sont construits sur la base de formules algébriques parfois très simples. Il existe plusieurs méthodes pour obtenir des fractales algébriques. L'une des méthodes est un calcul multiple (itératif) de la fonction Zn + 1 = f (Zn), où Z est un nombre complexe et f est une fonction. Le calcul de cette fonction se poursuit jusqu'à ce qu'une certaine condition soit remplie. Et lorsque cette condition est remplie, un point s'affiche à l'écran. Dans ce cas, les valeurs de la fonction pour différents points du plan complexe peuvent avoir un comportement différent :

- tend vers l'infini au cours du temps ;

- tend vers 0 ;

- prend plusieurs valeurs fixes et ne les dépasse pas ;

−le comportement est chaotique, sans aucune tendance.

Pour illustrer les fractales algébriques, tournons-nous vers les classiques - l'ensemble de Mandelbrot.

Figure 13 - Ensemble de Mandelbrot

Pour le construire, nous avons besoin de nombres complexes. Un nombre complexe est un nombre composé de deux parties - réel et imaginaire, et il est noté a + bi. La partie réelle a est le nombre habituel dans notre représentation, et bi est la partie imaginaire. i est appelé l'unité imaginaire, car si nous cadrons i, nous obtenons -1.

Les nombres complexes peuvent être additionnés, soustraits, multipliés, divisés, élevés à une puissance et à une racine, vous ne pouvez pas simplement les comparer. Un nombre complexe peut être représenté comme un point sur un plan où la coordonnée X est la partie réelle de a, et Y est le coefficient de la partie imaginaire de b.

Fonctionnellement, l'ensemble de Mandelbrot est défini comme

1 = Zn * Zn + C.

Pour construire l'ensemble de Mandelbrot, nous utiliserons l'algorithme BASIC A = -2 à 2 "pour tout réel a de -2 à 2b = -2 à 2" pour tout b imaginaire de -2 à 2

" Appartient à l'ensemble Mandelbrot = Vrai

"Répétez 255 fois (pour le mode 256 couleurs)

Pour l'itération = 1 à 255 = Z0 * Z0 + C

"Contrôlé - abs non possédé (Zn)> 2 puis Lake = False: Quitter For0 = Zn

"Dessiné un point noir appartenant au "lac" de Mandelbrot.

Si Lac = Vrai Alors PutPixel (a, b, NOIR)

"A dessiné un point qui n'appartient pas à l'ensemble ou se trouve sur la frontière.

Sinon PutPixel (a, b, itération)

Décrivons maintenant le programme avec des mots. Pour tous les points du plan complexe compris entre -2 + 2i et 2 + 2i, effectuez un assez grand nombre de fois Zn = Z0 * Z0 + C, en vérifiant à chaque fois la valeur absolue de Zn. Si cette valeur est supérieure à 2, on dessine un point de couleur égale au nombre d'itérations auquel la valeur absolue dépasse 2, sinon on dessine un point noir. L'ensemble de Mandelbrot est en pleine gloire sous nos yeux.

La couleur noire au milieu montre qu'à ces points la fonction tend vers zéro - c'est l'ensemble de Mandelbrot. En dehors de cet ensemble, la fonction tend vers l'infini. Et le plus intéressant, ce sont les limites de l'ensemble. Ils sont alors fractals. Aux limites de cet ensemble, la fonction se comporte de manière imprévisible - chaotique.

En changeant la fonction, les conditions de sortie du cycle, on peut obtenir d'autres fractales. Par exemple, en prenant au lieu de l'expression С = a + bi l'expression Z0 = a + bi, et en attribuant des valeurs arbitraires à С, on obtient l'ensemble de Julia, également une belle fractale.

Pour l'ensemble de Mandelbrot, l'auto-similarité se manifeste également.

Fractales stochastiques

Un représentant typique de cette classe de fractales "Plasma".

Figure14-Plasma

Pour le construire, prenez un rectangle et définissez une couleur pour chaque coin. Ensuite, nous trouvons le point central du rectangle et le peignons dans une couleur égale à la moyenne arithmétique des couleurs aux coins du rectangle plus un nombre aléatoire. Plus le nombre aléatoire est grand, plus le dessin sera "déchiqueté". Si, par exemple, nous disons que la couleur d'un point est la hauteur au-dessus du niveau de la mer, alors nous obtenons à la place du plasma - une chaîne de montagnes. C'est sur ce principe que les montagnes sont modélisées dans la plupart des programmes. À l'aide d'un algorithme similaire au plasma, une carte de hauteur est construite, divers filtres y sont appliqués et une texture est appliquée.

animation vectorielle d'infographie

Conclusion

Dans ce travail de cours, une question telle que l'histoire du développement de l'infographie a été étudiée, des concepts ont été donnés aux principaux types d'infographie et les possibilités de l'infographie ont été considérées.

Après avoir étudié la littérature sur ce sujet, nous pouvons conclure que l'histoire du graphisme ne s'arrête pas, mais se développe rapidement.

À l'avenir, vous pourrez examiner plus en détail les types d'infographie et les programmes de travail en infographie.

Le champ d'application de l'infographie ne se limite pas aux seuls effets artistiques. Toutes les branches de la gestion commerciale utilisent des diagrammes, des graphiques et des diagrammes générés par ordinateur.

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Le point de départ du développement de l'infographie peut être considéré comme 1930, lorsqu'aux États-Unis notre compatriote Vladimir Zvorykin, qui travaillait à Westinghouse, inventa un tube cathodique (CRT), qui permet pour la première fois d'obtenir des images sur un écran sans utiliser de pièces mécaniques mobiles.

Le début de l'ère de l'infographie appropriée peut être considéré en décembre 1951, lorsque le premier écran pour l'ordinateur "Whirlwind" a été développé au Massachusetts Institute of Technology (MIT) pour le système de défense aérienne de l'US Navy. L'inventeur de cet écran était l'ingénieur du MIT Jay Forrester.

L'un des pères fondateurs de l'infographie est Ivan Sotherland, qui en 1962, au même MIT, a créé un programme d'infographie appelé Sketchpad.Ce programme pouvait dessiner des formes assez simples (points, lignes, arcs de cercle), faire tourner des figures sur le filtrer.

Sous la direction de T. Mofett et N. Taylor, Itek a développé une machine à dessiner électronique numérique. En 1964, General Motors a introduit le système de conception assistée par ordinateur DAC-1, développé en collaboration avec IBM.

En 1965, IBM a lancé le premier terminal graphique commercial appelé IBM-2250 (Figure 5).

En 1968, un groupe dirigé par N. N. Konstantinov a créé un modèle mathématique informatique du mouvement d'un chat. La machine BESM-4, exécutant le programme écrit pour résoudre les équations différentielles, a dessiné le dessin animé "Kitty" (Fig. 7), qui était une percée pour l'époque. Une imprimante alphanumérique a été utilisée pour la visualisation.

En 1977, Commodore sort son PET (Personal Electronic Recorder) et Apple crée l'Apple II. L'avènement de ces appareils a suscité des sentiments mitigés : les graphismes étaient terribles et les processeurs étaient lents. Cependant, les PC ont stimulé le développement de périphériques : traceurs et tablettes graphiques bon marché.

À la fin des années 1980, des logiciels étaient disponibles pour tous les domaines d'application, des systèmes de contrôle aux systèmes de publication assistée par ordinateur. À la fin des années quatre-vingt, une nouvelle orientation du marché est apparue pour le développement de systèmes de numérisation matériels et logiciels, la numérisation automatique. L'impulsion originale dans de tels systèmes était de créer la machine magique Ozalid, qui numériserait et vectoriserait automatiquement le dessin sur papier, le convertissant en formats CAO / FAO standard. Cependant, l'accent s'est déplacé vers le traitement, le stockage et la transmission des pixels numérisés.

Dans les années 90, la distinction entre CG et traitement d'image s'est effacée. L'infographie traite souvent des données vectorielles, et les informations sur les pixels constituent la base du traitement d'image.

Jusqu'à il y a quelques années, chaque utilisateur avait besoin d'un poste de travail avec une architecture unique, et maintenant les processeurs du poste de travail sont suffisamment rapides pour gérer à la fois les informations vectorielles et raster. De plus, il devient possible de travailler en vidéo. Ajoutez des capacités audio et vous obtenez un environnement informatique multimédia.

Tous les domaines d'application - qu'il s'agisse de l'art, de l'ingénierie et de la science, des affaires / du divertissement et - sont du ressort de KG. Le potentiel croissant des PC et leur grand nombre - assure la croissance régulière de l'industrie dans cette industrie.

Formation des concepts généraux de l'infographie

La Journée mondiale de l'infographie est célébrée chaque année le 3 décembre. La date a été choisie pour une raison: ce jour dans la version anglaise est le 3 décembre, c'est-à-dire qu'une combinaison de touches de ce type est obtenue - 3D décembre ou 3D.

La proposition de créer un séjour est venue en 1998 de la société américaine Alias ​​​​Systems (rachetée par Autodesk), le développeur de Maya, un package de modélisation et d'animation 3D. Puis des géants comme Adobe Systems, NVIDIA, Wacom, etc. se sont joints à l'événement.

Au début, la fête n'était célébrée que par ceux qui sont directement liés à la création d'images en trois dimensions, un peu plus tard toutes les autres sphères liées à l'infographie en général se sont jointes. La communauté russophone appelle l'événement à sa manière - "Jour du 3D-Schnick".

Les principaux acteurs de l'industrie passent toute la première décennie de décembre à organiser toutes sortes d'événements, de présentations, de séminaires et de master classes. À notre tour, nous essaierons de brosser un tableau général de la formation et du développement de l'infographie. Il ne sert à rien de prétendre être complet dans la description de l'histoire, mais il est toujours possible d'en esquisser les principaux jalons en donnant un coup d'œil superficiel.

Années 50 : des images textuelles à une console graphique

Au milieu du siècle dernier, les ordinateurs n'étaient pas seulement gros, mais aussi énormes et le temps précieux de la machine centrale était utilisé exclusivement pour les besoins militaires et industriels. Cependant, l'un des programmeurs ennuyés a eu l'idée d'utiliser des appareils d'impression pour afficher des images et des photographies. C'est simple : la différence de densité des caractères alphanumériques est tout à fait adaptée pour créer des images sur papier - même si elles sont en mosaïque, elles sont tout à fait acceptables pour la perception à vue à distance.

Les graphiques ASCII existent depuis la fin du XIXe siècle, lorsque les dactylos se disputaient le meilleur dessin sur une machine à écrire.
Illustration : jackbrummet.blogspot.com.

En 1950, Ben Laposky, mathématicien, peintre et dessinateur, a commencé à expérimenter le dessin sur un oscilloscope. La danse de la lumière a été créée avec les réglages les plus complexes sur cet appareil à rayons cathodiques. La photographie à grande vitesse et des objectifs spéciaux ont été utilisés pour capturer les images, des filtres pigmentés ont ensuite été ajoutés pour remplir les images de couleur.

Ben Laposki à côté d'un oscilloscope, pour lequel il a trouvé une utilisation inhabituelle.
Illustration : Musée de Sanford.

Plus tard, les "oscillons" se sont colorés grâce à l'utilisation de filtres lumineux.
Illustration : Musée de Sanford.

Les "Rythmes visuels et harmonies de l'art abstrait électronique" de Laposki correspondaient parfaitement à l'audio synthétisé par Robert Moog, le pionnier de la musique électronique.

En 1951, le Massachusetts Institute of Technology (MIT) a terminé le Whirlwind pour l'armée de l'air des États-Unis, le premier ordinateur avec un terminal vidéo (en fait un oscilloscope) pour produire des données en temps réel.

Ordinateur Whirlwind : mémoire à noyau magnétique (à gauche) et console de l'opérateur.
Illustration : Wikimédia.

En 1952, le premier jeu visuel sur ordinateur est apparu - OXO, ou tic-tac-toe, développé par Alexander Douglas pour l'ordinateur EDSAC dans le cadre de sa thèse de doctorat en tant qu'exemple d'interaction homme-machine. Les données ont été saisies à l'aide d'un composeur à disque et la sortie a été effectuée par un tube à rayons cathodiques matriciel.

OXO Tic Tac Toe dans l'émulateur EDSAC pour Mac OS X.
Illustration : Wikimédia.

En 1955, le stylo optique est né. Au bout du stylo se trouve une cellule photoélectrique qui émet des impulsions électroniques et répond simultanément au pic de lueur correspondant à l'instant de passage du faisceau d'électrons. Il suffit de synchroniser l'impulsion avec la position du canon à électrons pour déterminer exactement où pointe le stylo.

Les stylos lumineux ont été largement utilisés dans les terminaux informatiques à partir des années 1960.

IBM 2250. Le stylo optique à cette époque agissait comme un analogue d'une souris d'ordinateur.
Illustration : Wikimédia.

En 1957, une équipe dirigée par Russell Kirsch a développé un scanner à tambour pour l'ordinateur SEAC de 1950 au National Bureau of Standards des États-Unis, qui a produit la première photographie numérique au monde. L'image, qui capture le fils de trois mois du scientifique, s'est avérée être de 5 × 5 cm avec une résolution de 176 × 176 pixels. L'ordinateur isole indépendamment les contours, compte les objets, reconnaît les symboles et affiche une image numérique sur l'écran de l'oscilloscope.

En 1958, le MIT a lancé l'ordinateur Lincoln TX-2, le premier à utiliser une console graphique. A partir de ce moment, l'infographie acquiert une véritable application des techniques et des développements - un affichage vectoriel.

Poste de travail TX-2.
Illustration : MIT.

À cette époque, John Whitney, un pionnier de l'animation par ordinateur, expérimentait un ordinateur analogique mécanique qu'il avait lui-même créé à partir du dispositif de conduite de tir anti-aérien - le prédicteur de Kerrison. La collaboration avec le designer Saul Bass a été l'écran de démarrage spirographique du film Vertigo d'Alfred Hitchcock en 1958.

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Années 60 : de l'« Album » à l'animation

On pense que le terme "infographie" a été inventé en 1960 par William Fetter, un designer chez Boeing Aircraft, bien qu'il prétende lui-même que la paternité appartient à son collègue Verne Hudson. À cette époque, il y avait un besoin pour un moyen de décrire la structure du corps humain, et en même temps avec une grande précision et sous une forme adaptée au changement. L'infographie était parfaite pour résoudre ce problème.

L'homme Boeing. L'infographie a beaucoup aidé à économiser du temps et des efforts dans la conception des avions.
Illustration : Boeing.

Bien que les premiers jeux informatiques aient déjà été implémentés, le premier vrai jeu vidéo doit être considéré comme "Star Wars" (Spacewar !). Le jouet a été incarné en 1962 par l'étudiant du MIT Steve Russel et ses collègues, et il a été exécuté sur un ordinateur DEC PDP-1 en utilisant le célèbre oscilloscope comme écran.

En 1963, Ivan Sutherland, un autre étudiant du MIT, a écrit un programme informatique appelé Sketchpad pour le TX-2. Il, à l'époque à juste titre révolutionnaire, a donné un énorme coup de pouce au graphisme des machines, a servi de prototype pour les systèmes de conception assistée par ordinateur (CAO) et a pour la première fois décrit des éléments d'interfaces utilisateur modernes et de langages de programmation orientés objet.

L'"Album" au moyen d'un crayon lumineux permettait de dessiner des formes vectorielles sur l'écran, de les enregistrer et d'accéder à des primitives prêtes à l'emploi. La clé était l'utilisation du concept d'"objets" et d'"instances": le dessin principal pouvait être copié plusieurs fois, en modifiant chacun des croquis à votre guise, et si des modifications étaient apportées au dessin d'origine, ses doublons étaient reconstruits en conséquence .

Ivan Sutherland présente "The Album" sur la console graphique TX-2. Pour son programme, en 1988, il a reçu le prix Alan Turing, qui dans le monde informatique est comparable en importance au prix Nobel.
Illustration : MIT.

Une autre invention importante de "l'Album" était des outils pour le dessin automatique de formes géométriques: il suffit d'indiquer l'emplacement et les dimensions d'un carré, par exemple, pour qu'il puisse être dessiné - il n'y avait pas besoin de se soucier des angles droits exacts .

Au même moment, Edward Zajac, un scientifique des laboratoires Bell Telephone, préparait un film d'animation "Simulation d'un système de contrôle gravitationnel à deux gyroscopes" sur l'ordinateur central IBM 7090, dans lequel il montrait le mouvement spatial d'un satellite en orbite autour de la Terre.

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En parallèle, Ken Knowlton, un employé de la même entreprise, a imaginé BeFlix (de Bell Flicks), le premier langage d'animation informatique dédié basé sur Fortran. Lui, travaillant avec des "primitives graphiques" comme tracer une ligne, copier une zone, remplir une zone, mettre à l'échelle, etc., a permis de créer des images avec huit demi-teintes et une résolution de 252 × 184 pixels.

Entre 1965 et 1971, la série d'animation Evans & Sutherland a été créée sur la base de BeFlix par le réalisateur expérimental Stan VanDerBeek. Il a été formé par les célèbres Ivan Sutherland et David Evans, qui étudient de près les aspects de l'interaction visuelle d'un ordinateur avec une personne.

Le laboratoire était doté d'une concentration globale sur l'imagerie générée par ordinateur (CGI) - y compris le matériel en temps réel, l'accélération 3D et les langages d'impression - et était suffisamment puissant pour attirer une cohorte de talents prometteurs.

Ainsi, parmi ceux qui ont rejoint Edwin Catmull, qui a réalisé que l'animation devrait être déplacée vers les ordinateurs, John Warnock, co-fondateur d'Adobe Systems et développeur du concept du langage révolutionnaire de description de page PostScript dans l'édition, James Clark), co- fondateur de Silicon Graphics et de Netscape Communications.

Ed Catmell, il est considéré comme le père de l'animation par ordinateur. Il est aujourd'hui président de Walt Disney et de Pixar, un leader mondial dans la mise en œuvre pratique de l'infographie dans l'industrie cinématographique.
Image reproduite avec l'aimable autorisation de Flickr / Jeff Heusser.

En 1968, le dessin animé "Cat" a été tourné en URSS, qui est devenu le premier dans lequel un personnage animé par ordinateur est apparu.

Un groupe de spécialistes dirigé par le mathématicien Nikolai Konstantinov s'est tourné vers l'ordinateur BESM-4, qui, avec un degré de réalisme suffisant, simulait les mouvements d'un chat grâce à un système d'équations différentielles du second ordre. Chaque image était sortie vers une imprimante, puis elles étaient toutes combinées en une bande.

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Dans la deuxième partie de notre immersion dans l'histoire de l'infographie, nous analyserons les questions d'algorithmes.!

Les premiers ordinateurs n'avaient pas de moyens séparés pour travailler avec des graphiques, mais ils étaient déjà utilisés pour obtenir et traiter des images. En programmant la mémoire des premières machines électroniques, construites sur la base d'une matrice de lampes, il était possible d'obtenir des motifs.

En 1961, le programmeur S. Russell a dirigé le projet de créer le premier jeu informatique avec des graphiques. La création du jeu ("Spacewar!") A pris environ 200 heures-homme. Le jeu a été créé sur une machine PDP-1.

En 1963, le scientifique américain Ivan Sutherland a créé le complexe logiciel et matériel Sketchpad, qui lui a permis de dessiner des points, des lignes et des cercles sur un tube avec un stylo numérique. Les actions basiques avec des primitives étaient supportées : déplacement, copie, etc. En fait, c'était le premier éditeur de vecteurs implémenté sur un ordinateur. En outre, le programme peut être appelé la première interface graphique, et c'était le cas avant même l'apparition du terme lui-même.

Au milieu des années 60. il y avait des développements dans les applications industrielles de l'infographie. Ainsi, sous la houlette de T. Mofett et N. Taylor, Itek a développé une machine à dessiner électronique numérique. En 1964, General Motors a introduit le système de conception assistée par ordinateur DAC-1, développé en collaboration avec IBM.

En 1964, un groupe dirigé par N.N.Konstantinov a créé un modèle mathématique informatique du mouvement d'un chat. La machine BESM-4, exécutant le programme écrit pour résoudre les équations différentielles, a dessiné le dessin animé "Kitty", qui était une percée pour l'époque. Une imprimante alphanumérique a été utilisée pour la visualisation.

En 1968, l'infographie a connu des progrès importants avec l'émergence de la capacité de mémoriser des images et de les afficher sur un écran d'ordinateur, un tube cathodique.

À la fin des années 60 et au début des années 70, de nouvelles entreprises ont commencé à travailler dans le domaine de l'infographie. Si auparavant, pour effectuer tout travail, les clients devaient installer un équipement unique et développer de nouveaux logiciels, alors avec l'avènement de divers progiciels facilitant le processus de création d'images, de dessins et d'interfaces, la situation a considérablement changé.

Au cours de la décennie, les systèmes sont devenus si sophistiqués qu'ils ont presque complètement isolé l'utilisateur des problèmes logiciels.

À la fin des années 70, des changements importants ont eu lieu dans l'infographie. Il est désormais possible de créer des affichages raster qui présentent de nombreux avantages : affichage de grandes quantités de données, image stable et scintillante, travail avec la couleur. Pour la première fois, il est devenu possible d'obtenir une gamme de couleurs. La technologie raster est devenue clairement dominante à la fin des années 1970. L'événement le plus marquant dans le domaine de l'infographie fut la création de l'ordinateur personnel à la fin des années 70. En 1977, Apple a créé l'Apple II. L'introduction de cet appareil a suscité des sentiments mitigés : les graphismes étaient terribles et les processeurs étaient lents. Cependant, les ordinateurs personnels ont stimulé le développement de périphériques. Bien sûr, les ordinateurs personnels ont évolué en tant que partie importante de l'infographie, en particulier avec l'introduction en 1984 du Macintosh d'Apple avec son interface utilisateur graphique.

Le domaine d'application d'origine de l'ordinateur personnel n'était pas les applications graphiques, mais le travail avec des traitements de texte et des feuilles de calcul, mais ses capacités en tant que périphérique graphique ont incité le développement de programmes relativement peu coûteux dans le domaine de la CAO / FAO et plus généralement domaines des affaires et de l'art. À la fin des années 1980, les logiciels étaient disponibles pour tout, des systèmes de contrôle à la publication assistée par ordinateur. À la fin des années 80, une nouvelle orientation du marché est apparue pour le développement de systèmes de numérisation matériels et logiciels, la numérisation automatique. L'impulsion originale dans de tels systèmes était de créer la machine magique Ozalid, qui numériserait et vectoriserait automatiquement le dessin sur papier, le convertissant en formats standard.

Cependant, l'accent s'est déplacé vers le traitement, le stockage et la transmission d'images de pixels numérisés.

Dans les années 90, la distinction entre infographie et traitement d'image s'est effacée. L'infographie traite souvent des données vectorielles, et les informations sur les pixels constituent la base du traitement d'image. Jusqu'à il y a quelques années, chaque utilisateur avait besoin d'un poste de travail avec une architecture unique, et maintenant les processeurs du poste de travail sont suffisamment rapides pour gérer à la fois les informations vectorielles et raster.

De plus, il devient possible de travailler en vidéo. Ajoutez des capacités audio et vous obtenez un environnement multimédia PC. Le potentiel croissant des ordinateurs personnels et leur nombre énorme - environ 100 millions - assure la croissance régulière de l'industrie dans l'industrie. Les graphiques pénètrent de plus en plus dans les affaires - aujourd'hui, il n'y a pratiquement aucun document créé sans l'utilisation d'un élément graphique.

Graphiques scientifiques

Les premiers ordinateurs n'étaient utilisés que pour résoudre des problèmes scientifiques et industriels. Afin de mieux comprendre ou présenter les résultats obtenus, ils ont été traités graphiquement (ils ont construit des graphes, des schémas, des dessins des structures calculées). Les premiers graphiques sur la machine ont été obtenus en mode d'impression symbolique.

Graphiques d'entreprise

L'infographie commerciale est un domaine de l'infographie conçu pour visualiser divers indicateurs de performance des institutions. Indicateurs planifiés, documents de rapport, résumés statistiques - ce sont les objets pour lesquels des supports d'illustration sont créés à l'aide de graphiques commerciaux. Un logiciel de graphisme d'entreprise est inclus dans les feuilles de calcul.

Conception graphique

Utilisé dans le travail des ingénieurs concepteurs, architectes, inventeurs de nouvelles technologies. Ce type d'infographie est un élément indispensable de la CAO (systèmes d'automatisation de la conception). Grâce au graphisme de conception, il est possible d'obtenir à la fois des images planes (projections, coupes) et des images spatiales en trois dimensions. Ce type d'infographie est un élément de CAO indispensable.

Graphiques illustratifs

Dessin à main levée et dessin avec un ordinateur. Les packages d'illustrations graphiques sont des logiciels d'application à usage général. Le logiciel graphique d'illustration le plus simple s'appelle les éditeurs graphiques.

Il est devenu populaire en grande partie grâce à la télévision. À l'aide d'un ordinateur, des publicités, des dessins animés, des jeux informatiques, des didacticiels vidéo, des présentations vidéo, etc. sont créés. Les progiciels graphiques à ces fins nécessitent des ressources informatiques importantes en termes de vitesse et de mémoire. Une caractéristique distinctive de ces packages graphiques est la possibilité de créer des images réalistes et des "images animées".

L'obtention de dessins d'objets en trois dimensions, leurs rotations, leur rapprochement, leur suppression, leur déformation est associée à une grande quantité de calcul. Le transfert de l'éclairement d'un objet en fonction de la position de la source lumineuse, de l'emplacement des ombres, de la texture de surface, nécessite des calculs qui prennent en compte les lois de l'optique.

Animation par ordinateur

Capturez une image en mouvement sur l'écran d'affichage. Il existe de nombreux logiciels dans lesquels l'artiste crée à l'écran des dessins de la position initiale et finale des objets en mouvement, tous les états intermédiaires sont calculés et affichés par l'ordinateur, effectuant des calculs basés sur la description mathématique de ce type de mouvement. Les dessins qui en résultent, affichés séquentiellement sur l'écran avec une certaine fréquence, créent l'illusion du mouvement.

Multimédia- il s'agit d'une combinaison d'images de haute qualité sur l'écran du moniteur avec du son. Les systèmes multimédias les plus utilisés sont dans le domaine de l'éducation, de la publicité, du cinéma, du divertissement, etc.

Graphiques pour le Web

L'émergence de l'Internet mondial a conduit au fait que l'infographie en est devenue une partie intégrante. De plus en plus de méthodes de transmission d'informations visuelles sont améliorées, des formats graphiques plus avancés sont développés, il y a un désir palpable d'utiliser des graphiques en trois dimensions, l'animation, toute la gamme du multimédia.

L'histoire du développement de l'infographie

Historiquement, les premiers systèmes interactifs sont considérés systèmes de conception assistée par ordinateur (CAO)... Exemple : AutoCAD, KOMPAS, etc.
Sont de plus en plus populaires maintenant systèmes d'information géographique (SIG)... Il s'agit d'un type relativement nouveau de systèmes d'infographie interactifs pour les utilisateurs de masse.
De telles opérations sont typiques de tout SIG - saisie et édition d'objets, prise en compte de leur emplacement sur la surface de la Terre, formation de divers modèles numériques, écriture dans des bases de données, exécution de diverses requêtes dans des bases de données. Une opération importante est l'analyse, prenant en compte les relations spatiales et topologiques d'un ensemble d'objets situés sur un certain territoire.

Types d'infographie

L'infographie est une branche de l'informatique qui étudie les moyens et les méthodes de création et de traitement d'images graphiques à l'aide de la technologie informatique. Malgré le fait qu'il existe de nombreuses classes de logiciels pour travailler avec l'infographie, il existe quatre types d'infographie. Ce sont des graphiques raster, des graphiques vectoriels, des graphiques 3D et des graphiques fractals. Ils diffèrent par les principes de formation de l'image lorsqu'ils sont affichés sur un écran de contrôle ou lorsqu'ils sont imprimés sur papier.

Les graphiques matriciels sont utilisés dans le développement de publications électroniques (multimédias) et imprimées. Les illustrations bitmap sont rarement créées à la main à l'aide de programmes informatiques. Le plus souvent, des illustrations numérisées préparées par l'artiste sur papier ou des photographies sont utilisées à cette fin. Récemment, les appareils photo numériques et les caméras vidéo ont été largement utilisés pour saisir des images tramées dans un ordinateur. En conséquence, la plupart des éditeurs graphiques conçus pour travailler avec des illustrations raster ne se concentrent pas tant sur la création d'images que sur leur traitement. Sur Internet, les illustrations raster sont utilisées dans les cas où il est nécessaire de transmettre toute la gamme de nuances d'une image en couleur.

Au contraire, les outils logiciels de travail avec des graphiques vectoriels sont principalement destinés à la création d'illustrations et, dans une moindre mesure, à leur traitement. Ces outils sont largement utilisés dans les agences de publicité, les bureaux d'études, les rédactions et les maisons d'édition. Le travail de conception basé sur l'utilisation de polices et les éléments géométriques les plus simples est beaucoup plus facile à résoudre à l'aide de graphiques vectoriels. Il existe des exemples d'œuvres hautement artistiques créées avec des graphiques vectoriels, mais ils sont l'exception plutôt que la règle, car la préparation artistique d'illustrations utilisant des graphiques vectoriels est extrêmement difficile.

Les graphiques tridimensionnels sont largement utilisés dans la programmation technique, la modélisation informatique d'objets et de processus physiques, dans l'animation, la cinématographie et les jeux informatiques.

Le logiciel graphique fractal est conçu pour générer automatiquement des images à l'aide de calculs mathématiques. Créer une composition d'art fractal ne concerne pas la peinture ou la décoration, mais la programmation. Les graphiques fractals sont rarement utilisés pour créer des documents imprimés ou électroniques, mais ils sont souvent utilisés dans des programmes de divertissement.

Graphiques raster

L'élément principal (le plus petit) du bitmap est un point. Si l'image est à l'écran, ce point est appelé un pixel. Chaque pixel d'un bitmap a des propriétés : emplacement et couleur. Plus le nombre de pixels est grand et plus leurs dimensions sont petites, meilleure est l'image. Les grandes quantités de données sont un problème majeur lors de l'utilisation d'images raster. Pour un travail actif avec des illustrations de grande taille telles qu'une page de magazine, des ordinateurs dotés d'une mémoire RAM extrêmement grande (128 Mo ou plus) sont nécessaires. Bien entendu, ces ordinateurs doivent également disposer de processeurs hautes performances. Le deuxième inconvénient des images raster est lié à l'impossibilité de les agrandir pour visualiser les détails. Étant donné que l'image est constituée de points, l'agrandissement de l'image ne fait que grossir ces points et ressembler à une mosaïque. Aucun détail supplémentaire n'est visible lorsque le bitmap est agrandi. De plus, l'agrandissement des pixels raster déforme visuellement l'illustration et la rend rugueuse. Cet effet est appelé pixellisation.

Graphiques vectoriels

Comme dans les graphiques raster, l'élément principal de l'image est un point, donc dans les graphiques vectoriels, l'élément principal de l'image est une ligne (peu importe qu'il s'agisse d'une ligne droite ou d'une courbe). Bien sûr, les lignes existent également dans les graphiques raster, mais là, elles sont traitées comme des combinaisons de points. Pour chaque point d'une ligne dans les graphiques raster, une ou plusieurs cellules mémoire sont allouées (plus les points peuvent avoir de couleurs, plus il leur est alloué de cellules). Par conséquent, plus la ligne raster est longue, plus elle occupe de mémoire. En graphisme vectoriel, la quantité de mémoire occupée par une ligne ne dépend pas de la taille de la ligne, puisque la ligne est représentée sous la forme d'une formule, ou plutôt, sous la forme de plusieurs paramètres. Quoi que nous fassions avec cette ligne, seuls ses paramètres, stockés dans des cellules mémoire, changent. Le nombre de cellules reste inchangé pour n'importe quelle ligne.

Une ligne est un objet graphique vectoriel élémentaire. Tout dans une illustration vectorielle est composé de lignes. Les objets les plus simples sont combinés en des objets plus complexes, par exemple un objet quadrilatéral peut être considéré comme quatre lignes connectées, et un objet cube est encore plus complexe : il peut être considéré comme douze lignes connectées ou six quadrangles connectés. En raison de cette approche, les graphiques vectoriels sont souvent appelés graphiques orientés objet. Nous avons dit que les objets graphiques vectoriels sont stockés en mémoire comme un ensemble de paramètres, mais il ne faut pas oublier que toutes les images sont toujours affichées à l'écran sous forme de points (tout simplement parce que l'écran est conçu de cette façon). Avant d'afficher chaque objet à l'écran, le programme calcule les coordonnées des points d'écran dans l'image de l'objet, c'est pourquoi les graphiques vectoriels sont parfois appelés graphiques calculés. Des calculs similaires sont effectués lors de la sortie des objets vers l'imprimante. Comme tous les objets, les lignes ont des propriétés. Ces propriétés comprennent : la forme du trait, son épaisseur, sa couleur, la nature du trait (plein, pointillé, etc.). Les lignes fermées ont une propriété de remplissage. La zone intérieure d'un chemin fermé peut être remplie de couleur, de texture, de carte. La ligne la plus simple, si elle n'est pas fermée, a deux sommets, appelés nœuds. Les nœuds ont également des propriétés qui déterminent à quoi ressemble le haut de la ligne et comment deux lignes s'emboîtent.