Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

BUZULUK INSTITUTUL UMANITAR ȘI TEHNOLOGIC (FINALIA) INSTITUȚIEI DE ÎNVĂȚĂMÂNT BUGETARE DE STAT FEDERALĂ

ÎNVĂŢĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR

„UNIVERSITATEA DE STAT ORENBURG”

Facultatea de Învățare la Distanță

Catedra Fizică, Informatică, Matematică

LUCRARE DE CURS

la disciplina „Grafică și modelare pe computer”

Istoria apariției graficii pe computer

Buzuluk 2012

adnotare

Lucrarea de curs pe tema „Istoria dezvoltării metodelor de grafică pe computer” conține 32 de pagini, inclusiv 15 figuri, 20 de surse de literatură.

Prima secțiune descrie istoria apariției graficii pe computer.

A doua secțiune descrie tipurile de grafică și utilizarea grafică în diferite domenii ale activității umane.

Introducere

Istoria dezvoltării tehnologiei informației se caracterizează printr-o schimbare rapidă a conceptelor conceptuale, mijloacelor tehnice, metodelor și domeniilor de aplicare a acestora. În realitățile moderne, capacitatea de a utiliza tehnologiile informaționale industriale a devenit foarte relevantă pentru majoritatea oamenilor. Pătrunderea computerelor în toate sferele vieții sociale convinge că cultura comunicării cu un computer devine o cultură comună a unei persoane.

Scopul acestei lucrări este de a studia istoria apariției graficii pe computer.

Obiectul de studiu este grafica computerizată.

Subiect de studiu: istoria apariției graficii pe computer.

Obiectivele cursului:

) studiază și analizează literatura de specialitate pe această temă;

) oferă conceptul principalelor tipuri de grafică pe computer;

) iau în considerare posibilitățile graficii pe computer.

1. Istoria dezvoltării graficii pe computer

1.1 Apariția graficii pe computer (mașini).

Grafica pe computer nu are mai mult de un deceniu în dezvoltare, iar aplicațiile lor comerciale sunt și mai puține. Andriesvan Dam este considerat unul dintre părinții graficii pe computer, iar cărțile sale sunt manuale fundamentale pe întregul spectru de tehnologii care stau la baza graficii pe computer. În acest domeniu este cunoscut și Ivan Sutherland, a cărui teză de doctorat a constituit baza teoretică pentru grafica pe computer.

Până de curând, experimentarea cu puterea graficii interactive pe computer a fost privilegiul unui număr mic de profesioniști, în principal oameni de știință și ingineri implicați în automatizarea designului, analiza datelor și modelarea matematică. Acum studiul lumilor reale și imaginare prin „prisma” computerelor a devenit disponibil unui cerc mult mai larg de oameni.

Există mai multe motive pentru această schimbare a situației. În primul rând, ca urmare a unei îmbunătățiri dramatice a raportului cost/performanță pentru unele componente ale hardware-ului computerului. În plus, software-ul standard de grafică de nivel înalt a devenit disponibil pe scară largă, facilitând scrierea de noi programe de aplicație care sunt portabile de la un tip de computer la altul.

Următorul motiv se datorează influenței pe care display-urile o au asupra calității interfeței - mijloacele de comunicare dintre om și mașină - pentru a oferi cea mai bună experiență de utilizare. Sistemele noi, ușor de utilizat, sunt construite în mare parte pe abordarea WYSIWYG (o abreviere a expresiei în limba engleză „Whatyouseeiswhatyouget” - „What you see is what you have”), conform căreia imaginea de pe ecran ar trebui să fie cât mai asemănătoare cu cel care ca urmare a tipărit.

Majoritatea aplicațiilor tradiționale de grafică pe computer sunt bidimensionale. Recent, a existat un interes comercial tot mai mare pentru aplicațiile 3D. Este condus de progrese semnificative în rezolvarea a două probleme interdependente: modelarea scenelor tridimensionale și redarea cât mai realistă posibil. De exemplu, simulatoarele de zbor pun accent pe timpii de răspuns la comenzile de la pilot și instructor. Pentru a crea iluzia de mișcare lină, simulatorul trebuie să genereze o imagine extrem de realistă a unei „lumi” în schimbare dinamică, cu o rată de cel puțin 30 de cadre pe secundă. În schimb, imaginile folosite în publicitate și industria divertismentului sunt calculate autonom, de multe ori pe parcursul a ore, pentru a obține un realism maxim sau pentru a face o impresie puternică.

Dezvoltarea graficii pe computer, în special în stadiile sale inițiale, este asociată în primul rând cu dezvoltarea mijloacelor tehnice și în special a afișajelor:

scanare cu fascicul arbitrar;

scanarea fasciculului raster;

tuburi de depozitare;

panou cu plasmă;

indicatori cu cristale lichide;

indicatoare electroluminiscente;

afișează emisiile de câmp.

Scanare cu fascicul arbitrar. Grafica de afișare a apărut ca o încercare de a utiliza tuburi cu raze catodice (CRT) scanate aleatoriu pentru a scoate o imagine de pe un computer. Potrivit lui Newman, se pare că prima mașină în care au fost folosite CRT-urile ca dispozitiv de ieșire a fost computerul Whirlwind-I (Hurricane-I), fabricat în 1950. la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Acest experiment a început etapa de dezvoltare a afișajelor vectoriale (afișaje cu scanare cu fascicul arbitrar, afișaje caligrafice). În jargonul profesional, un vector este un segment de linie dreaptă. De aici provine numele „afișare vectorială”.

Când fasciculul se mișcă pe ecran în punctul în care lovește fasciculul, strălucirea fosforului ecranului este excitată. Această strălucire se oprește destul de repede atunci când fasciculul este mutat într-o altă poziție (timpul obișnuit de persistență este mai mic de 0,1 s). Prin urmare, pentru ca imaginea să fie vizibilă în mod constant, trebuie reemisă (regenerată) de 50 sau 25 de ori pe secundă. Necesitatea de a reemite o imagine necesită stocarea descrierii acesteia într-o memorie special alocată numită memorie de reîmprospătare. Descrierea imaginii în sine se numește fișier de afișare. Se înțelege că un astfel de afișaj necesită un procesor suficient de rapid pentru a procesa fișierul de afișare și a controla mișcarea fasciculului pe ecran.

De obicei, afișajele vectoriale seriale au reușit să construiască doar aproximativ 3000-4000 de segmente de 50 de ori pe secundă. Cu un număr mai mare de segmente, imaginea începe să pâlpâie, deoarece segmentele construite la începutul următorului ciclu dispar complet până când sunt desenate ultimele.

Un alt dezavantaj al afișajelor vectoriale este numărul mic de gradații ale luminozității (de obicei 2-4). Au fost dezvoltate CRT-uri cu două-trei culori, dar nu au găsit o utilizare pe scară largă, care au oferit și mai multe gradații de luminozitate.

În afișajele vectoriale, este ușor să ștergeți orice element al imaginii - este suficient să ștergeți elementul șters din fișierul de afișare în timpul următorului ciclu de construcție.

Dialogul text este acceptat folosind o tastatură alfanumerică. Dialogul grafic indirect, ca și în toate celelalte afișaje, se realizează prin deplasarea reticulei (cursorul) de-a lungul ecranului folosind diferite comenzi în reticulă - roți de coordonate, pârghie de control (joystick), trackball (mâner cu bile), tabletă etc. O caracteristică distinctivă a afișajelor vectoriale este posibilitatea unui dialog grafic direct, care constă într-o simplă indicare a obiectelor de pe ecran (linii, simboluri etc.) cu ajutorul unui stilou luminos. Pentru a face acest lucru, este suficient să determinați momentul desenării cu ajutorul unei fotodiode și, prin urmare, începutul strălucirii fosforului oricărei părți a elementului necesar.

Primele afișaje vectoriale în serie au apărut în străinătate la sfârșitul anilor 60.

Scanare raster cu raze.

Progresele în tehnologia microelectronică au condus la utilizarea copleșitoare a afișajelor de scanare raster de la mijlocul anilor 1970.

Tuburi de memorie.

La sfârșitul anilor 60, a apărut un CRT de stocare, care este capabil să stocheze imaginea construită direct pe ecran pentru un timp destul de lung (până la o oră). Prin urmare, nu este necesară nicio memorie de reîmprospătare și nici un procesor rapid pentru a efectua reîmprospătarea imaginii. Ștergerea pe un astfel de afișaj este posibilă numai pentru întreaga imagine în ansamblu. Complexitatea imaginii este practic nelimitată. Rezoluția obținută pe afișajele tubului de stocare este aceeași ca și pe afișajele vectoriale sau mai mare - până la 4096 de puncte.

Dialogul text este acceptat cu ajutorul unei tastaturi alfanumerice, un dialog grafic indirect este realizat prin deplasarea crossharul pe ecran, de obicei folosind roțile de coordonate.

Apariția unor astfel de afișaje, pe de o parte, a contribuit la utilizarea pe scară largă a graficii computerizate, pe de altă parte, a reprezentat o anumită regresie, deoarece se răspândeau grafica de calitate relativ scăzută și de viteză redusă, nu foarte interactivă.

Panou cu plasma.

În 1966. a fost inventat un panou cu plasmă, care poate fi pur și simplu reprezentat ca o matrice de becuri mici de neon multicolore, fiecare dintre ele pornit independent și poate străluci cu luminozitate reglabilă. Este clar că sistemul de deviere nu este necesar și nici memoria de regenerare nu este necesară, deoarece tensiunea de pe bec poate determina întotdeauna dacă este aprins sau stins, adică. indiferent dacă există sau nu o imagine în acest moment. Într-un fel, aceste afișaje combină multe dintre proprietățile utile ale dispozitivelor vectoriale și raster. Dezavantajele includ costul ridicat, rezoluția insuficientă și tensiunea de alimentare ridicată. În general, aceste afișaje nu sunt utilizate pe scară largă.

Indicatori cu cristale lichide. Afișajele indicatoarelor cu cristale lichide funcționează similar cu indicatoarele din ceasurile electronice, dar, desigur, imaginea nu constă din mai multe segmente, ci dintr-un număr mare de puncte controlabile separat. Aceste display-uri au cele mai mici dimensiuni și consum de energie, prin urmare sunt utilizate pe scară largă în computerele laptop, în ciuda rezoluției mai mici, a contrastului mai mic și a prețului vizibil mai mare decât pentru afișajele CRT raster.

Indicatoare electroluminiscente. Afișajele de pe indicatoarele electroluminiscente au cea mai mare luminozitate, contrast, interval de temperatură de funcționare și durabilitate. Progresele tehnologice le-au făcut disponibile pentru utilizare nu numai în sisteme scumpe de ultimă generație, ci și în sistemele industriale generale. Funcționarea unor astfel de afișaje se bazează pe strălucirea unui fosfor sub influența unei tensiuni alternative relativ ridicate aplicate seturilor reciproc perpendiculare de electrozi, între care se află fosforul.

Afișaje cu emisie de câmp. Afișajele de pe tuburile catodice, în ciuda faptului că sunt relativ ieftine și a utilizării pe scară largă, sunt fragile din punct de vedere mecanic, necesită o tensiune mare de alimentare, consumă multă energie, au dimensiuni mari și au o durată de viață limitată asociată cu pierderea emisiilor de la catozi. Una dintre metodele de eliminare a acestor dezavantaje este crearea de afișaje plate cu emisie de câmp din catozii reci sub formă de microace foarte ascuțite.

Astfel, începând cu 1950, grafica computerizată a trecut acum de la experimente exotice la unul dintre cele mai importante instrumente atot-penetrante ale civilizației moderne, variind de la cercetare științifică, proiectare și automatizare a producției, afaceri, medicină, ecologie, mass-media, timp liber și sfârșit. cu echipamente de uz casnic.

2. Grafică pe computer

Domeniul de aplicare al graficii pe computer nu se limitează doar la efectele artistice. În toate ramurile științei, tehnologiei, medicinei, în activitățile comerciale și de management, se folosesc scheme computerizate, grafice, diagrame, concepute pentru a afișa vizual o varietate de informații. Designerii, atunci când dezvoltă noi modele de mașini și avioane, folosesc grafica 3D pentru a reprezenta aspectul final al produsului. Arhitecții creează o imagine tridimensională a clădirii pe ecranul monitorului, iar acest lucru le permite să vadă cum se va potrivi în peisaj.

Puteți lua în considerare următoarele domenii de aplicare a graficii pe computer.

Grafică științifică.

Primele calculatoare au fost folosite doar pentru rezolvarea problemelor științifice și industriale. Pentru a înțelege mai bine rezultatele obținute, acestea au fost prelucrate grafic, construite grafice, diagrame, desene ale structurilor calculate. Primele grafice pe mașină au fost obținute în modul de imprimare simbolică. Apoi au apărut dispozitive speciale - plottere (plottere) pentru desenarea desenelor și graficelor cu un stilou cu cerneală pe hârtie. Grafica științifică modernă pe computer face posibilă efectuarea de experimente de calcul cu o prezentare vizuală a rezultatelor acestora.

Grafica de afaceri.

Grafica de afaceri este o zonă de grafică pe computer concepută pentru a vizualiza diverși indicatori de performanță ai instituțiilor. Indicatori planificați, documente de raportare, rezumate statistice - acestea sunt obiectele pentru care sunt create materiale ilustrative folosind grafica de afaceri. Software-ul de grafică pentru afaceri este inclus în foile de calcul.

Proiectare grafică.

Grafica de design este folosită în munca inginerilor de proiectare, arhitecților, inventatorilor de noi tehnologii. Acest tip de grafică pe computer este un element indispensabil al CAD-ului (sisteme de automatizare a proiectării). Prin intermediul graficelor de proiectare se pot obține atât imagini plate (proiecții, secțiuni), cât și imagini spațiale tridimensionale.

Grafică ilustrativă.

Grafica ilustrativă este desenarea și trasarea cu mână liberă pe ecranul unui computer. Pachetele grafice ilustrative sunt aplicații software de uz general. Cel mai simplu software de grafică ilustrativă se numește editori grafici.

Grafică artistică și publicitară - popularizată în mare măsură datorită televiziunii. Cu ajutorul calculatorului se creează reclame, desene animate, jocuri pe calculator, tutoriale video, prezentări video. Pachetele grafice pentru aceste scopuri necesită resurse mari de calculator în ceea ce privește viteza și memoria. O caracteristică distinctivă a acestor pachete grafice este capacitatea de a crea imagini realiste și „imagini în mișcare”. Obținerea de desene ale obiectelor tridimensionale, rotațiile lor, aproximarea, îndepărtarea, deformarea este asociată cu o cantitate mare de calcul. Transferul iluminării unui obiect în funcție de poziția sursei de lumină, de localizarea umbrelor, de textura suprafeței, necesită calcule care țin cont de legile opticii.

Unul dintre cele mai vechi filme cunoscute a fost Războiul Stelelor. A fost creat cu ajutorul supercomputerului Sgau. Etapele dezvoltării ulterioare a cinematografiei pe computer pot fi urmărite în filme precum „Terminator 2”, „Babylon 5”, etc. Până de curând, tehnologiile de grafică pe computer erau folosite pentru efecte speciale, creând imagini cu monștri exotici, simulând dezastre naturale și alte elemente care au fost doar un fundal pentru piesa actorilor în direct. În 2001, a fost lansat filmul de lungă durată „Final Fantasy”, în care totul, inclusiv imaginile oamenilor, a fost sintetizat de un computer - actorii în direct au exprimat doar rolurile din culise.

Animatie pe calculator.

Animația computerizată este achiziționarea de imagini în mișcare pe un ecran de afișare. Artistul realizează pe ecran un desen al poziției inițiale și finale a obiectelor în mișcare, toate stările intermediare sunt calculate și afișate de computer, efectuând calcule pe baza descrierii matematice a acestui tip de mișcare. Desenele rezultate, afișate secvențial pe ecran cu o anumită frecvență, creează iluzia de mișcare.

Grafică pentru web.

Tipuri de grafică pe computer.

Există trei tipuri de grafică pe computer. Acestea sunt grafice raster, grafice vectoriale și grafice fractale. Ele diferă în principiile formării imaginii atunci când sunt afișate pe un ecran de monitor sau când sunt imprimate pe hârtie.

Metoda raster - imaginea este reprezentată ca un set de puncte colorate. Grafica raster este utilizată în dezvoltarea publicațiilor electronice (multimedia) și tipărite. Ilustrațiile bitmap sunt rareori create manual folosind programe de calculator. Cel mai adesea, în acest scop sunt folosite ilustrații scanate pregătite de artiști sau fotografii. Recent, camerele digitale și camerele video au fost utilizate pe scară largă pentru a introduce imagini raster într-un computer.

Pixel este elementul principal al bitmaps-urilor. Acestea sunt elementele care compun bitmap-ul.

O imagine digitală este o colecție de pixeli. Fiecare pixel al unei imagini raster este caracterizat de coordonatele x și y și de luminozitatea V (x, y) (pentru imagini alb-negru). Deoarece pixelii sunt discreti, coordonatele lor sunt cantități discrete, de obicei numere întregi sau numere raționale. În cazul unei imagini color, fiecare pixel este caracterizat de coordonatele x și y și de trei luminanțe: luminanță roșie, luminanță albastră și luminanță verde (VR, VB, VG). Combinând aceste trei culori, puteți obține un număr mare de nuanțe diferite.

Rețineți că, dacă cel puțin una dintre caracteristicile imaginii nu este un număr, atunci imaginea aparține tipului de analog. Exemple de imagini analogice sunt hologramele și fotografiile. Există metode speciale de lucru cu astfel de imagini, în special transformări optice. În unele cazuri, imaginile analogice sunt convertite în formă digitală. Această sarcină este efectuată de ImageProcessing.

Culoarea oricărui pixel dintr-un bitmap este stocată folosind o combinație de biți. Cu cât se folosesc mai multe biți pentru aceasta, cu atât se pot obține mai multe nuanțe de culoare. Gradația luminozității este de obicei alocată 1 octet (256 gradații), cu 0 fiind negru și 255 fiind alb (intensitate maximă). În cazul unei imagini color, i se alocă un octet gradării luminozității tuturor celor trei culori. Este posibil să codificați gradațiile de luminozitate cu un număr diferit de biți (4 sau 12), dar ochiul uman este capabil să distingă doar 8 biți de gradație pe culoare. Culorile pe 24 de biți oferă peste 16 milioane de culori disponibile și sunt adesea denumite culori naturale.

În paletele de culori, fiecare pixel este descris printr-un cod. Legătura dintre acest cod și un tabel de culori de 256 de celule este menținută. Capacitatea de biți a fiecărei celule este de 24 de biți. Ieșirea fiecărei celule este de 8 biți pentru roșu, verde și albastru.

Spațiul de culoare format din intensitățile de roșu, verde și albastru este reprezentat ca un cub de culoare (vezi Fig. 1.).

Figura 1- Cubul de culoare

Vârfurile cubului A, B, C sunt intensitățile maxime de verde, albastru și respectiv roșu, iar triunghiul pe care îl formează se numește triunghiul lui Pascal. Perimetrul acestui triunghi corespunde celor mai saturate culori. Culoarea de saturație maximă conține întotdeauna doar două componente. Segmentul OD conține nuanțe de gri, cu curentul O corespunzând negru, iar punctul D cu alb.

Tipuri de raster.

Un raster este ordinea în care sunt aranjate punctele (elementele raster). Figura 2 prezintă un raster, ale cărui elemente sunt pătrate, un astfel de raster se numește dreptunghiular, acestea sunt cele mai des utilizate.

Figura 2 - Raster cu elemente pătrate

Deși este posibil să folosiți o altă formă ca element raster: un triunghi, un hexagon; îndeplinirea următoarelor cerințe:

- toate cifrele trebuie să fie aceleași;

- trebuie să acopere complet avionul fără ciocniri și găuri.

Deci, ca element raster, este posibil să folosiți un triunghi echilateral (vezi Fig. 3), un hexagon regulat (hexaedru) (vezi Fig. 4) Puteți construi rastere folosind poligoane neregulate, dar nu există un sens practic în astfel de rastere.

Figura 3- Raster triunghiular

Să luăm în considerare modalitățile de trasare a liniilor în rasteruri dreptunghiulare și hexagonale.

Figura 4 - „Raster hexagonal”

Într-un raster dreptunghiular, o linie este trasată în două moduri:

) Rezultatul este o linie cu opt conexiuni. Pixelii adiacenți ai liniei pot fi în una dintre cele opt poziții posibile (vezi Fig.5a).

) Rezultatul este o linie cu patru conexiuni. Pixelii adiacenți ai liniei pot fi în una dintre cele patru poziții posibile (vezi Fig. 5b). Dezavantajul este o linie excesiv de groasă la un unghi de 45 °.

Figura 5 - Construirea unei linii într-un raster dreptunghiular

Într-un raster hexagonal, liniile sunt conectate în șase (vezi Fig. 6), astfel de linii sunt mai stabile în lățime; varianța lățimii liniei este mai mică decât într-un raster pătrat.

Figura 6 - Construirea unei linii într-un raster hexagonal

Una dintre metodele de evaluare a unui raster este transmiterea printr-un canal de comunicare a unei imagini codificate, ținând cont de rasterul utilizat, cu restabilirea ulterioară și analiza vizuală a calității obținute.

Modelarea unui raster hexagonal. Este posibil să construiți un raster hexagonal pe baza unui raster pătrat. Pentru aceasta, hexagonul este reprezentat ca dreptunghi.

Grafică vectorială.

Grafica vectorială descrie imagini folosind linii drepte și curbe numite vectori, precum și parametri care descriu culorile și pozițiile. De exemplu, o imagine a unei frunze de copac (vezi Fig. 7.) este descrisă de punctele prin care trece linia, creând astfel conturul frunzei. Culoarea frunzei este stabilită de culoarea conturului și de zona din acel contur.

Figura 7 - Exemplu de grafică vectorială

Spre deosebire de grafica raster în grafica vectorială, imaginea este construită folosind descrieri matematice ale obiectelor, cercuri și linii. Deși acest lucru poate părea mai complicat la prima vedere decât utilizarea matricelor bitmap, pentru unele tipuri de imagini, utilizarea descrierilor matematice este mai ușoară.

Cheia pentru grafica vectorială este că folosește o combinație de instrucțiuni de calculator și formule matematice pentru un obiect. Acest lucru permite dispozitivelor de calcul să calculeze și să plaseze puncte reale în locația dorită atunci când desenează aceste obiecte. Această caracteristică a graficii vectoriale îi oferă o serie de avantaje față de grafica raster, dar în același timp este motivul dezavantajelor sale.

Grafica vectorială este adesea denumită grafică orientată pe obiecte sau grafică de desenare. Obiectele simple precum cercuri, linii, sfere, cuburi și altele asemenea sunt numite primitive și sunt folosite pentru a crea obiecte mai complexe. În grafica vectorială, obiectele sunt create prin combinarea diferitelor obiecte.

Pentru a crea desene vectoriale, trebuie să utilizați unul dintre numeroasele pachete de ilustrații. Avantajul graficii vectoriale este că descrierea este simplă și ocupă puțină memorie de calculator. Cu toate acestea, dezavantajul este că obiectul vector detaliat poate fi prea complex, poate să nu fie tipărit așa cum se aștepta de către utilizator sau să nu fie imprimat deloc dacă imprimanta interpretează greșit sau nu înțelege comenzile vectoriale.

La editarea elementelor de grafică vectorială, parametrii liniilor drepte și curbe care descriu forma acestor elemente sunt modificați. Puteți muta elemente, le puteți modifica dimensiunea, forma și culoarea, dar acest lucru nu va afecta calitatea prezentării lor vizuale. Grafica vectorială este independentă de rezoluție, adică poate fi afișat într-o varietate de dispozitive de ieșire la rezoluții diferite fără pierderea calității.

Reprezentarea vectorială constă în descrierea elementelor imaginii prin curbe matematice, indicând culorile și ocuparea acestora.

Un alt avantaj este scalarea de înaltă calitate în orice direcție. O creștere sau descreștere a obiectelor se realizează prin creșterea sau scăderea coeficienților corespunzători în formulele matematice. Din păcate, formatul vectorial devine dezavantajos atunci când se transferă imagini cu multe nuanțe sau detalii mici (de exemplu, fotografii). La urma urmei, fiecare cea mai mică strălucire în acest caz nu va fi reprezentată de un set de puncte cu o singură culoare, ci de o formulă matematică complexă sau de un set de primitive grafice, fiecare dintre acestea fiind o formulă. Acest lucru face fișierul mai greu. În plus, conversia unei imagini dintr-un format raster într-un format vectorial (de exemplu, folosind programul AdobeStrimeLine sau Corel OCR-TRACE) duce la moștenirea acestuia din urmă a imposibilității de a scala corect în sus. Creșterea dimensiunilor liniare nu crește numărul de detalii sau nuanțe pe unitatea de suprafață. Această limitare este impusă de rezoluția dispozitivelor de intrare (scanere, camere digitale etc.).

Conceptul de fractal și istoria apariției graficelor fractale.

Probabil că ați văzut deseori imagini destul de inteligente în care nu este clar ce este reprezentat, dar totuși neobișnuința formelor lor fascinează și atrage atenția. De regulă, acestea sunt forme ingenioase care nu se pretează, s-ar părea, nici unei descrieri matematice. De exemplu, ați văzut modele pe sticlă după îngheț sau, de exemplu, pete ingenioase lăsate pe o foaie cu un stilou cu cerneală, așa că așa ceva poate fi scris sub forma unui algoritm și, prin urmare, este ușor să comunica cu un computer. Astfel de mulțimi se numesc fractal. Fractalii nu sunt asemănători cu figurile cu care suntem familiarizați, cunoscute din geometrie, și sunt construite după anumiți algoritmi, iar acești algoritmi pot fi reprezentați pe ecran folosind un computer. În general, dacă simplificați puțin totul, atunci fractalii sunt un fel de transformare care a fost aplicată în mod repetat figurii originale.

Primele idei de geometrie fractală au apărut în secolul al XIX-lea. Cantor, folosind o procedură recursivă simplă (repetitivă), a transformat linia într-un set de puncte neconectate (așa-numitul Praf al lui Cantor). A luat linia și a îndepărtat treimea centrală și apoi a repetat același lucru cu segmentele rămase. Peano a trasat un tip special de linie (vezi Figura 8). Pentru a-l desena, Peano a folosit următorul algoritm.

Figura 8- Algoritm de desen

La primul pas, a luat o linie dreaptă și a înlocuit-o cu 9 segmente de 3 ori mai scurte decât lungimea liniei inițiale (Partea 1 și 2 din Figura 1). Apoi a făcut același lucru cu fiecare segment al liniei rezultate. Și așa mai departe la infinit. Unicitatea sa este că umple întregul plan. Se dovedește că pentru fiecare punct al planului se poate găsi un punct aparținând dreptei Peano. Curba lui Peano și praful lui Cantor au mers dincolo de obiectele geometrice obișnuite. Nu aveau o dimensiune clară. Praful lui Cantor părea să fie construit pe baza unei linii drepte unidimensionale, dar consta din puncte, iar curba Peano a fost construită pe baza unei linii unidimensionale, iar rezultatul a fost un plan. În multe alte domenii ale științei au apărut probleme, a căror rezolvare a dus la rezultate ciudate, precum cele descrise (mișcarea browniană, prețurile acțiunilor).

Până în secolul al XX-lea, a existat o acumulare de date despre astfel de obiecte ciudate, fără nicio încercare de sistematizare a acestora. Asta până când Benoit Mandelbrot, părintele geometriei fractale moderne și al cuvântului fractal, i-a preluat. În timp ce lucra pentru IBM ca analist matematic, a studiat zgomotul din circuitele electronice care nu puteau fi descrise folosind statistici. Comparând treptat faptele, a ajuns la descoperirea unei noi direcții în matematică - geometria fractală.

Mandelbrot însuși a derivat cuvântul fractal din cuvântul latin fractus, care înseamnă rupt (împărțit în părți). Iar una dintre definițiile unui fractal este o figură geometrică formată din părți și care poate fi împărțită în părți, fiecare dintre ele va reprezenta o copie redusă a întregului (cel puțin aproximativ).

De îndată ce Mandelbrot a descoperit conceptul de fractal, s-a dovedit că suntem literalmente înconjurați de ei. Lingouri fractale de metal și roci, aranjament fractal de ramuri, modele de frunze, sistem capilar al plantelor; circulator, nervos, sisteme limfatice în organismele animale, bazine fluviale fractale, suprafețe de nori, linii ale coastelor mării, relief montan ...

Pentru a vă imagina un fractal, luați în considerare exemplul dat în cartea lui B. Mandelbrot „The Fractal Geometry of Nature” care a devenit un clasic – „Care este lungimea coastei Marii Britanii?” Răspunsul la această întrebare nu este atât de simplu pe cât pare. Totul depinde de lungimea instrumentului pe care îl vom folosi. După ce am măsurat coasta cu o riglă kilometrică, obținem o lungime. Cu toate acestea, vom sări peste multe golfuri și peninsule mici, care sunt mult mai mici decât domnitorul nostru. Prin reducerea dimensiunii riglei la, să zicem, 1 metru, vom ține cont de aceste detalii ale peisajului și, în consecință, lungimea coastei va deveni mai mare. Să mergem mai departe și să măsurăm lungimea coastei folosind o riglă milimetrică, aici vom ține cont de detalii care sunt mai mari de un milimetru, lungimea va fi și mai mare. Drept urmare, răspunsul la o astfel de întrebare aparent simplă poate deruta pe oricine - lungimea coastei Marii Britanii este infinită.

Principala proprietate a fractalilor este auto-asemănarea. Orice fragment microscopic al unui fractal reproduce într-un fel sau altul structura sa globală. În cel mai simplu caz, o parte a unui fractal este pur și simplu un întreg fractal redus.

De aici rețeta de bază pentru construirea fractalilor: luați un motiv simplu și repetați-l, scăzând constant în dimensiune. În cele din urmă, va apărea o structură care reproduce acest motiv la toate scările. (fig. 9)

Figura 9 - Motivul repetarii fractalului

Luăm un segment și îi spargem treimea mijlocie la un unghi de 60 de grade. Apoi repetăm ​​această operație cu fiecare dintre părțile liniei întrerupte rezultate - și așa mai departe la infinit. Ca rezultat, obținem cel mai simplu fractal - curba triadei, care a fost descoperită în 1904 de matematicianul Helga von Koch.

Dacă la fiecare pas nu numai că reduceți motivul principal, ci și îl deplasați și îl rotiți, puteți obține formațiuni mai interesante și mai realiste, de exemplu, o frunză de ferigă sau chiar întregul lor desiș. Sau puteți construi un teren fractal foarte plauzibil și îl acoperiți cu o pădure foarte frumoasă. În 3D StudioMax, de exemplu, un algoritm fractal este folosit pentru a genera arbori. Și aceasta nu face excepție - majoritatea texturilor de teren din jocurile moderne pe computer sunt fractali. Munții, pădurea și norii din imagine sunt fractali.

Fișierele imagine fractale au extensia cinci. De obicei, cinci fișiere sunt puțin mai mici decât fișierele jpg, dar se întâmplă și invers. Distracția începe când te uiți la imagini cu mărire crescândă. Fișierele în format jpg demonstrează aproape imediat natura lor discretă - apare scara notorie. Dar cinci fișiere, așa cum se potrivește fractalilor, cu mărirea crescândă arată un nou nivel de detaliere a structurii, păstrând estetica imaginii.

Fractali geometrici.

Cu ei a început istoria fractalilor. Acest tip de fractal se obține prin construcții geometrice simple. De obicei, la construirea acestor fractali, se face următoarele: se ia o „sămânță” - o axiomă - un set de segmente, pe baza cărora va fi construit fractalul. Apoi se aplică un set de reguli acestei „sămânțe”, care o transformă într-un fel de figură geometrică. În continuare, se aplică același set de reguli pentru fiecare parte a acestei figuri. Cu fiecare pas, figura va deveni din ce în ce mai complexă, iar dacă efectuăm un număr infinit de transformări, vom obține un fractal geometric.

Curba Peano considerată anterior este un fractal geometric. Figura 10 prezintă alte exemple de fractali geometrici (Koch Snowflake, Liszt, Sierpinski Triangle).

Figura 10- Fulgul lui Koch

Figura 11-Foaie

Figura 12 - Triunghiul Sierpinski

Dintre acești fractali geometrici, fulgul de zăpadă Koch este foarte interesant și destul de faimos. Este construit pe baza unui triunghi echilateral. Fiecare linie este înlocuită cu 4 rânduri fiecare 1/3 lungime din original. Astfel, cu fiecare iterație, lungimea curbei crește cu o treime. Și dacă facem un număr infinit de iterații, obținem un fractal - un fulg de zăpadă Koch de lungime infinită. Se pare că curba noastră infinită acoperă o zonă limitată.

Dimensiunea unui fulg de zăpadă Koch (când un fulg de zăpadă crește de 3 ori, lungimea lui crește de 4 ori) D = log (4) / log (3) = 1,2619 ...

Așa-numitele sisteme L sunt potrivite pentru construirea de fractali geometrici. Esența acestor sisteme este că există un set specific de simboluri de sistem, fiecare dintre ele denotă o acțiune specifică și un set de reguli pentru conversia caracterelor.

Fractali algebrici.

Al doilea grup mare de fractali este algebric. Și-au primit numele pentru că sunt construite pe baza unor formule algebrice care sunt uneori foarte simple. Există mai multe metode de obținere a fractalilor algebrici. Una dintre metode este un calcul multiplu (iterativ) al funcției Zn + 1 = f (Zn), unde Z este un număr complex și f este o funcție. Calculul acestei funcții continuă până când este îndeplinită o anumită condiție. Și când această condiție este îndeplinită, pe ecran este afișat un punct. În acest caz, valorile funcției pentru diferite puncte ale planului complex pot avea un comportament diferit:

- tinde spre infinit în decursul timpului;

- tinde spre 0;

- ia mai multe valori fixe și nu depășește ele;

−comportamentul este haotic, fără tendințe.

Pentru a ilustra fractalii algebrici, să ne întoarcem la clasici - mulțimea Mandelbrot.

Figura 13 - Multul Mandelbrot

Pentru a-l construi, avem nevoie de numere complexe. Un număr complex este un număr format din două părți - real și imaginar și se notează a + bi. Partea reală a este numărul obișnuit în reprezentarea noastră, iar bi este partea imaginară. i se numește o unitate imaginară, deoarece dacă pătratăm i, obținem -1.

Numerele complexe pot fi adăugate, scăzute, înmulțite, împărțite, ridicate la putere și rădăcină, nu le puteți compara pur și simplu. Un număr complex poate fi reprezentat ca un punct pe un plan, unde coordonata X este partea reală a lui a, iar Y este coeficientul părții imaginare a lui b.

Din punct de vedere funcțional, mulțimea Mandelbrot este definită ca

1 = Zn * Zn + C.

Pentru a construi mulțimea Mandelbrot, folosim algoritmul de BAZĂ. A = -2 la 2 "pentru toate a reale de la -2 la 2b = -2 la 2" pentru toate imaginaria b de la -2 la 2

„Aparține lui Mandelbrot set = Adevărat

„Repetați de 255 de ori (pentru modul 256 de culori)

Pentru iterație = 1 până la 255 = Z0 * Z0 + C

"Bifat - abs ne deținut (Zn)> 2 apoi Lake = Fals: Exit For0 = Zn

„Desenat un punct negru aparținând „lacului” lui Mandelbrot.

Dacă Lake = True, atunci PutPixel (a, b, BLACK)

„Desenați un punct care nu aparține setului sau se află la graniță.

Altfel PutPixel (a, b, iterație)

Acum să descriem programul în cuvinte. Pentru toate punctele din planul complex din intervalul de la -2 + 2i la 2 + 2i, efectuăm un număr destul de mare de ori Zn = Z0 * Z0 + C, verificând de fiecare dată valoarea absolută a lui Zn. Dacă această valoare este mai mare decât 2, desenăm un punct cu o culoare egală cu numărul de iterație la care valoarea absolută a depășit 2, altfel desenăm un punct negru. Întregul set de Mandelbrot este în plină glorie în fața ochilor noștri.

Culoarea neagră din mijloc arată că în aceste puncte funcția tinde spre zero - acesta este mulțimea Mandelbrot. În afara acestui set, funcția tinde spre infinit. Iar cel mai interesant lucru sunt limitele setului. Ele sunt apoi fractale. La limitele acestui set, funcția se comportă imprevizibil - haotic.

Schimbând funcția, condițiile de ieșire din ciclu, puteți obține alți fractali. De exemplu, luând în loc de expresia C = a + bi expresia Z0 = a + bi și atribuind valori arbitrare lui C, obținem mulțimea Julia, de asemenea, un frumos fractal.

Pentru setul Mandelbrot se manifestă și auto-asemănarea.

Fractali stocastici

Un reprezentant tipic al acestei clase de fractali „Plasma”.

Figura 14-Plasma

Pentru a-l construi, luați un dreptunghi și definiți o culoare pentru fiecare colț. Apoi, găsim punctul central al dreptunghiului și îl pictăm într-o culoare egală cu media aritmetică a culorilor de la colțurile dreptunghiului plus un număr aleatoriu. Cu cât numărul aleatoriu este mai mare, cu atât desenul va fi mai „zdrențuit”. Dacă, de exemplu, spunem că culoarea unui punct este înălțimea deasupra nivelului mării, atunci obținem în loc de plasmă - un lanț muntos. Pe acest principiu, munții sunt modelați în majoritatea programelor. Folosind un algoritm similar cu plasma, se construiește o hartă a înălțimii, i se aplică diverse filtre și se aplică o textură.

animație vectorială grafică pe computer

Concluzie

În această lucrare de curs a fost studiată o problemă precum istoria dezvoltării graficii pe computer, s-au dat concepte principalele tipuri de grafică pe computer și au fost luate în considerare posibilitățile graficii pe computer.

După ce am studiat literatura pe această temă, putem concluziona că istoria graficii nu stă pe loc, ci se dezvoltă rapid.

În viitor, puteți lua în considerare mai detaliat tipurile de grafică pe computer și puteți lua în considerare programele de lucru în grafică pe computer.

Domeniul de aplicare al graficii pe computer nu se limitează doar la efectele artistice. Toate ramurile managementului comercial folosesc diagrame, grafice și diagrame generate de computer.

Lista surselor utilizate

1 Dezvoltarea de publicații educaționale electronice. Crearea și utilizarea mijloacelor didactice informaționale: manual. manual / N.D. Izergin, [și alții]. - M .: Kolomna, 2006 .-- 160 p. - ISBN 5-89-5-89-655-8974-0.

Festivalul de Idei Pedagogice „Lecție deschisă”. Crearea unui manual electronic / ed. Tregubova O.P. - M .: Rusia. - Mod de acces: http://festival.1september.ru/articles/526252/. - 20.06.2011.

Ce ar trebui să fie un manual electronic. / V.B. Yasinsky // Jurnal electronic: CERCETATE ÎN RUSIA, 2000. - Mod de acces: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/011.pdf. - 21.06.2011.

Pankratova, LP.Controlul cunoștințelor în informatică: Teste, sarcini de control, întrebări de examen, proiecte informatice / E.N. Chelak. SPb.: BHV-Petersburg. 2004 .-- 448 p. - ISBN 5-94157-371-5.

Standardul Federației Ruse pentru învățământul profesional primar. Operator calculator. OST 9PO 02.1.9 2002.48 str.

Ugrinovich, N.D. Informatica si tehnologia informatiei. manual / N.D. Ugrinovich. Moscova ..: Editura BINOM. laborator. cunoștințe, 2005 .-- 512 p. - ISBN 5-94774-001-8.

Informatica: manual. manual / A.V. Mogilev. - Ed. a II-a, Șters. - Moscova ..: Academia, 2008 .-- 336 p. - ISBN 978-5-7695-4771-3.

Atelier de informatică: manual. manual / A.V. Mogilev. Moscova. Editura Academia, 2001. 608 p. ISBN 5-7695-2247-X.

Informatică. Manual / V.A. Ostreykovsky. Ed. a II-a, Șters. - M .: Mai sus. shk., 2004 .-- 511 p. - ISBN 5-06-003533-6.

11 Microsoft Office Word 2003. indemnizaţie / B. Hislop. Moscova. Dialectică, 2004.784 p. ISBN 5-8459-0646-6, 0-7645-3971-X.

12 Microsoft Office 2003. Manual. manual.O.A. Mezhenny. - M .: Dialectica, 2004.368 p. ISBN 5-8459-0838-8.

Lucrul la un computer personal (PC) la birou: curs de formare / O.S. Stepanenko. Moscova. Editura Williams. Ed. a 3-a, 2006. - 768 p. - ISBN 5-8459-0974-0.

Zakharova, L.A. Microsoft Word 2003. Seria de manuale practice „Pas cu pas” (+ CD-ROM) / L.А. Zaharova. - M.: SP ECOM, 2005 .-- 384 p. - ISBN 5-9790-0005-4.

Bedet, A. Glosar de termeni informatici / D. Burdhardt, A. Cumming, [și alții]. - Ed. a X-a, M .: Editura: Williams, 2002 .-- 432 p. - ISBN 5-8459-0363-7, 0-2017-7629-4.

Gukin, D. Dicționar informatic ilustrat / D. Gukin, S.Kh. Gukin. - Ed. a IV-a, Moscova. Editura Williams, 2005. - 512 p. - ISBN 5-8459-0207-X, 0-7645-0732-X;

Punctul de plecare pentru dezvoltarea graficii pe computer poate fi considerat 1930, când în Statele Unite ale Americii compatriotul nostru Vladimir Zvorykin, care lucra la Westinghouse, a inventat un tub catodic (CRT), care vă permite pentru prima dată să obțineți imagini pe un ecran fără a utiliza piese mecanice mobile.

Începutul erei graficii corecte pe computer poate fi considerat decembrie 1951, când primul afișaj de computer „Whirlwind” a fost dezvoltat la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) pentru sistemul de apărare aeriană al Marinei SUA. Inventatorul acestui display a fost inginerul MIT Jay Forrester.

Unul dintre părinții fondatori ai graficii pe computer este Ivan Sotherland, care în 1962, la același MIT, a creat un program de grafică pe computer numit Sketchpad, care putea desena forme destul de simple (puncte, linii, cercuri), ar putea roti figuri pe ecran.

Sub conducerea lui T. Mofett și N. Taylor, Itek a dezvoltat o mașină electronică digitală de desen. În 1964, General Motors a introdus sistemul de proiectare asistată de calculator DAC-1, dezvoltat în colaborare cu IBM.

În 1965, IBM a lansat primul terminal grafic comercial numit IBM-2250 (Figura 5).

În 1968, un grup condus de N. N. Konstantinov a creat un model matematic computerizat al mișcării unei pisici. Mașina BESM-4, care execută programul scris pentru rezolvarea ecuațiilor diferențiale, a desenat desenul animat „Kitty” (Fig. 7), care a reprezentat o descoperire pentru timpul său. Pentru vizualizare a fost folosită o imprimantă alfanumerică.

În 1977, Commodore și-a lansat PET (Personal Electronic Recorder), iar Apple a creat Apple II. Apariția acestor dispozitive a dat naștere unor sentimente amestecate: grafica era groaznică și procesoarele lente. Cu toate acestea, PC-urile au stimulat dezvoltarea dispozitivelor periferice: plotere și tablete grafice ieftine.

Până la sfârșitul anilor 1980, software-ul era disponibil pentru toate domeniile de aplicație, de la sistemele de control până la sistemele de desktop publishing. La sfârșitul anilor optzeci, a apărut o nouă direcție de piață pentru dezvoltarea sistemelor de scanare hardware și software, digitizare automată. Impulsul original în astfel de sisteme ar fi trebuit să fie creat de mașina magică Ozalid, care ar scana și vectoriza automat desenul pe hârtie, transformându-l în formate standard CAD/CAM. Cu toate acestea, accentul s-a mutat pe procesarea, stocarea și transmiterea pixelilor scanați.

În anii 90, distincția dintre CG și procesarea imaginii a fost ștearsă. Grafica pe computer se ocupă adesea de date vectoriale, iar informațiile despre pixeli sunt baza pentru procesarea imaginilor.

Până acum câțiva ani, fiecare utilizator avea nevoie de o stație de lucru cu o arhitectură unică, iar acum procesoarele stațiilor de lucru sunt suficient de rapide pentru a gestiona atât informații vectoriale, cât și raster. În plus, devine posibil să lucrați cu video. Adăugați capabilități audio și aveți un mediu computer multimedia.

Toate domeniile de aplicare - fie că este vorba despre artă, inginerie și științifice, afaceri/divertisment și - fac obiectul CG. Potențialul în creștere al PC-urilor și numărul lor uriaș - asigură creșterea constantă a industriei în această industrie.

Formarea conceptelor generale de grafică pe computer

Ziua mondială a graficii pe computer este sărbătorită anual pe 3 decembrie. Data a fost aleasă dintr-un motiv: această zi în versiunea în limba engleză este 3 decembrie, adică se obține o combinație cheie de acest fel - 3D decembrie sau 3D.

Propunerea de a crea o vacanță a venit în 1998 de la compania americană Alias ​​​​Systems (achiziționată de Autodesk), dezvoltatorul Maya, un pachet de modelare și animație 3D. Apoi, giganți precum Adobe Systems, NVIDIA, Wacom etc. s-au alăturat evenimentului.

La început, sărbătoarea a fost sărbătorită doar de cei care au legătură directă cu crearea de imagini tridimensionale, puțin mai târziu s-au alăturat toate celelalte sfere legate de grafica computerizată în general. Comunitatea de limbă rusă numește evenimentul în felul său - „Ziua lui 3D-Schnick”.

Principalii jucători din industrie petrec toată prima decadă a lunii decembrie ținând tot felul de evenimente, prezentări, seminarii și cursuri de master. Noi, la rândul nostru, vom încerca să conturăm imaginea generală a formării și dezvoltării graficii pe computer. Nu are rost să ne pretindem a fi complet în descrierea istoriei, dar este totuși posibil să schițăm principalele repere oferind o privire superficială.

Anii 1950: de la imagini text la o consolă grafică

La mijlocul secolului trecut, computerele nu erau doar mari, ci uriașe, iar timpul prețios al mașinii mainframe era folosit exclusiv pentru nevoi militare și industriale. Cu toate acestea, unul dintre programatorii plictisiți a venit cu ideea de a folosi dispozitive de imprimare pentru a afișa imagini și fotografii. Este simplu: diferența de densitate a caracterelor alfanumerice este destul de potrivită pentru crearea imaginilor pe hârtie - chiar dacă se dovedesc a fi mozaic, sunt destul de acceptabile pentru percepția vizuală la distanță.

Grafica ASCII există încă de la sfârșitul secolului al XIX-lea, când dactilografele concurau pentru cel mai bun desen pe o mașină de scris.
Ilustrație: jackbrummet.blogspot.com.

În 1950, Ben Laposky, un matematician, pictor și desenator, a început să experimenteze desenul pe un osciloscop. Dansul luminii a fost creat cu cele mai complicate setări pe acest dispozitiv cu raze catodice. Fotografie de mare viteză și lentile speciale au fost folosite pentru a capta imaginile, ulterior au fost adăugate filtre pigmentate pentru a umple imaginile cu culoare.

Ben Laposki lângă un osciloscop, pentru care a găsit o utilizare neobișnuită.
Ilustrație: Muzeul Sanford.

Ulterior, „oscilonii” s-au colorat datorită folosirii filtrelor de lumină.
Ilustrație: Muzeul Sanford.

„Visual Rhythms and Harmonies of Electronic Abstract Art” de Laposki s-a potrivit perfect cu sunetul sintetizat de Robert Moog, pionierul muzicii electronice.

În 1951, Massachusetts Institute of Technology (MIT) a finalizat Whirlwind pentru Forțele Aeriene ale Statelor Unite, primul computer cu un terminal video (de fapt un osciloscop) pentru a scoate date în timp real.

Computer Whirlwind: memorie cu miez magnetic (stânga) și consola operator.
Ilustrație: Wikimedia.

În 1952, a apărut primul joc vizual pe calculator - OXO, sau tic-tac-toe, dezvoltat de Alexander Douglas pentru computerul EDSAC, ca parte a tezei sale de doctorat, ca exemplu de interacțiune om-mașină. Datele au fost introduse folosind un disc dialer, iar ieșirea a fost efectuată de un tub catodic cu matrice.

OXO Tic Tac Toe în emulator EDSAC pentru Mac OS X.
Ilustrație: Wikimedia.

În 1955 s-a născut stiloul luminos. În vârful stiloului se află o fotocelulă care emite impulsuri electronice și răspunde simultan la strălucirea maximă corespunzătoare momentului de trecere a fasciculului de electroni. Este suficient să sincronizați pulsul cu poziția pistolului cu electroni pentru a determina exact unde este îndreptat stiloul.

Pixurile luminoase au fost utilizate intens în terminalele de calcul din anii 1960.

IBM 2250. Pixul luminos la acea vreme acționa ca un analog al mouse-ului de calculator.
Ilustrație: Wikimedia.

În 1957, o echipă condusă de Russell Kirsch a dezvoltat un scanner cu tambur pentru computerul SEAC din 1950 la Biroul Național de Standarde al SUA, care a produs prima fotografie digitală din lume. Imaginea, care îl surprinde pe fiul de trei luni al omului de știință, s-a dovedit a avea dimensiunea de 5 × 5 cm, cu o rezoluție de 176 × 176 pixeli. Computerul a izolat în mod independent contururile, a numărat obiectele, a recunoscut simbolurile și a afișat o imagine digitală pe ecranul osciloscopului.

În 1958, MIT a lansat computerul Lincoln TX-2, primul care a folosit o consolă grafică. Din acel moment, grafica pe computer a dobândit o aplicație reală a tehnicilor și dezvoltărilor - un afișaj vectorial.

Stația de lucru TX-2.
Ilustrație: MIT.

În această perioadă, John Whitney, pionierul animației pe computer, a experimentat cu un computer analog mecanic pe care el însuși l-a creat din dispozitivul de control al focului antiaerian - predictorul Kerrison. Rezultatul unei colaborări cu designerul Saul Bass a fost ecranul spirografic pentru filmul Vertigo din 1958 de Alfred Hitchcock.

Atenţie! Aveți JavaScript dezactivat, browserul dvs. nu acceptă HTML5 sau aveți instalată o versiune veche de Adobe Flash Player.

Anii 1960: de la „Album” la animație

Se crede că termenul „grafică pe computer” a fost inventat în 1960 de William Fetter, designer la Boeing Aircraft, deși el însuși susține că autorul îi aparține colegei lui Verne Hudson. În acel moment, era nevoie de un mijloc de descriere a structurii corpului uman și, în același timp, cu mare precizie și într-o formă potrivită pentru schimbare. Grafica pe computer a fost perfectă pentru a rezolva această problemă.

Boeing Man. Grafica pe computer a ajutat foarte mult la economisirea de timp și efort în proiectarea aeronavelor.
Ilustrație: Boeing.

Deși primele jocuri pe calculator erau deja implementate, primul joc video real ar trebui considerat „Războiul Stelelor” (Spacewar!). Jucăria a fost întruchipată în 1962 de studentul MIT Steve Russel și colegii săi și a fost rulată pe un computer DEC PDP-1 folosind celebrul osciloscop ca afișaj.

În 1963, Ivan Sutherland, un alt student MIT, a scris un program de calculator numit Sketchpad pentru TX-2. Acesta, la acea vreme pe drept revoluționar, a oferit graficii mașinilor un impuls uriaș înainte, a servit ca prototip pentru sisteme de proiectare asistată de computer (CAD) și a descris pentru prima dată elemente ale interfețelor moderne de utilizator și ale limbajelor de programare orientate pe obiecte.

„Albumul” cu ajutorul unui stilou luminos permitea desenarea formelor vectoriale pe afișaj, salvarea acestora și accesarea primitivelor gata făcute. Cheia a fost utilizarea conceptului de „obiecte” și „instanțe”: desenul principal putea fi copiat de mai multe ori, schimbând fiecare dintre schițe după bunul plac, iar dacă s-au făcut modificări la desenul original, duplicatele acestuia erau reconstruite în consecință. .

Ivan Sutherland demonstrează „Albumul” pe consola grafică TX-2. Pentru programul său, în 1988, a primit Premiul Alan Turing, care în lumea computerelor este comparabil ca importanță cu Premiul Nobel.
Ilustrație: MIT.

O altă invenție importantă a „Albumului” au fost instrumentele pentru desenarea automată a formelor geometrice: este suficient să indicați locația și dimensiunile, de exemplu, a unui pătrat, astfel încât să poată fi desenat - nu a fost nevoie să vă faceți griji cu privire la unghiurile drepte exacte. .

În același timp, Edward Zajac, om de știință la Bell Telephone Laboratories, a pregătit un film de animație „Simularea unui sistem de control gravitațional cu două giroscopii” pe mainframe IBM 7090, în care a arătat mișcarea spațială a unui satelit care orbitează Pământul.

Atenţie! Aveți JavaScript dezactivat, browserul dvs. nu acceptă HTML5 sau aveți instalată o versiune veche de Adobe Flash Player.

În paralel, Ken Knowlton, angajat al aceleiași companii, a venit cu BeFlix (de la Bell Flicks), primul limbaj dedicat de animație pe computer bazat pe Fortran. El, lucrând cu „primitive grafice” precum desenarea unei linii, copierea unei zone, umplerea unei zone, scalarea etc., a permis să creeze imagini cu opt semitonuri și o rezoluție de 252 × 184 pixeli.

Între 1965 și 1971, seria de animație Evans & Sutherland a fost creată pe baza BeFlix de regizorul experimental Stan VanDerBeek. A fost format de renumitii Ivan Sutherland și David Evans, care studiază îndeaproape aspectele interacțiunii vizuale a unui computer cu o persoană.

Laboratorul a fost echipat cu un accent cuprinzător asupra imaginilor generate de computer (CGI) - inclusiv hardware în timp real, accelerare 3D și limbaje de imprimantă - și a fost suficient de puternic pentru a atrage o cohortă de talente promițătoare.

Așadar, printre cei care s-au alăturat s-au numărat Edwin Catmull, care și-a dat seama că animația ar trebui mutată pe umerii computerelor, John Warnock, co-fondatorul Adobe Systems și dezvoltator al conceptului revoluționarului limbaj de descriere a paginilor PostScript în publicare, James Clark) , co-fondator al Silicon Graphics și Netscape Communications.

Ed Catmell, este considerat părintele animației pe computer. Acum este președintele Walt Disney și Pixar, un lider mondial în implementarea practică a graficii computerizate în industria filmului.
Imagine prin amabilitatea Flickr / Jeff Heusser.

În 1968, în URSS, a fost filmat desenul animat „Pisicuța”, care a devenit primul în care a apărut un personaj animat pe computer.

Un grup de specialiști condus de matematicianul Nikolai Konstantinov a apelat la computerul BESM-4, care, cu un grad suficient de realism, a simulat mișcările unei pisici printr-un sistem de ecuații diferențiale de ordinul doi. Fiecare cadru a fost scos la o imprimantă, apoi toate au fost combinate într-o bandă.

Atenţie! Aveți JavaScript dezactivat, browserul dvs. nu acceptă HTML5 sau aveți instalată o versiune veche de Adobe Flash Player.

În a doua parte a imersiunii noastre în istoria graficii pe computer, vom analiza întrebările algoritmilor.!

Primele calculatoare nu aveau mijloace separate de lucru cu grafica, dar erau deja folosite pentru obținerea și procesarea imaginilor. Prin programarea memoriei primelor mașini electronice, construite pe baza unei matrice de lămpi, s-au putut obține modele.

În 1961, programatorul S. Russell a condus proiectul de creare a primului joc de calculator cu grafică. Crearea jocului („Spacewar!”) a durat aproximativ 200 de ore-om. Jocul a fost creat pe o mașină PDP-1.

În 1963, omul de știință american Ivan Sutherland a creat complexul software și hardware Sketchpad, care i-a permis să deseneze puncte, linii și cercuri pe un tub cu un stilou digital. Au fost suportate acțiuni de bază cu primitive: mutare, copiere etc. De fapt, acesta a fost primul editor vectorial implementat pe un computer. De asemenea, programul poate fi numit prima interfață grafică și a fost așa chiar înainte de apariția termenului în sine.

La mijlocul anilor 1960. au existat dezvoltări în aplicaţiile industriale ale graficii pe computer. Deci, sub conducerea lui T. Mofett și N. Taylor, Itek a dezvoltat o mașină electronică digitală de desen. În 1964, General Motors a introdus sistemul de proiectare asistată de calculator DAC-1, dezvoltat în colaborare cu IBM.

În 1964, un grup condus de N.N.Konstantinov a creat un model matematic computerizat al mișcării unei pisici. Mașina BESM-4, care execută programul scris pentru rezolvarea ecuațiilor diferențiale, a desenat desenul animat „Kitty”, care a reprezentat o descoperire pentru timpul său. Pentru vizualizare a fost folosită o imprimantă alfanumerică.

În 1968, grafica pe computer a cunoscut progrese semnificative odată cu apariția capacității de a memora imagini și de a le afișa pe un ecran de computer, un tub catodic.

La sfârșitul anilor 60 - începutul anilor 70, noi companii au început să lucreze în domeniul graficii pe computer. Dacă mai devreme, pentru a efectua orice lucrare, clienții trebuiau să instaleze echipamente unice și să dezvolte software nou, atunci odată cu apariția diferitelor pachete software care facilitează procesul de creare a imaginilor, desenelor și interfețelor, situația s-a schimbat semnificativ.

De-a lungul deceniului, sistemele au devenit atât de sofisticate încât au izolat aproape complet utilizatorul de problemele software.

La sfârșitul anilor '70, au avut loc schimbări semnificative în grafica computerizată. Acum este posibil să creați afișaje raster care au multe avantaje: ieșire de matrice mari de date, imagine stabilă, fără pâlpâire, lucru cu culoare. Pentru prima dată, a devenit posibilă obținerea unei game de culori. Tehnologia raster a devenit în mod clar dominantă la sfârșitul anilor 1970. Cel mai semnificativ eveniment din domeniul graficii pe computer a fost crearea computerului personal la sfârșitul anilor 70. În 1977, Apple a creat Apple II. Introducerea acestui dispozitiv a dat naștere unor sentimente amestecate: grafica era groaznică și procesoarele lente. Cu toate acestea, computerele personale au stimulat dezvoltarea dispozitivelor periferice. Desigur, computerele personale au evoluat ca o parte importantă a graficii computerizate, în special odată cu introducerea în 1984 a Apple Macintosh cu interfața sa grafică cu utilizatorul.

Domeniul inițial de aplicare a computerului personal nu au fost aplicațiile grafice, ci lucrul cu procesoare de text și foi de calcul, dar capacitățile sale ca dispozitiv grafic au determinat dezvoltarea de programe relativ ieftine în domeniul CAD / CAM și în general. domenii de afaceri și artă. Până la sfârșitul anilor 1980, software-ul era disponibil pentru orice, de la sisteme de control până la publishing desktop. La sfârșitul anilor 80 a apărut o nouă direcție de piață pentru dezvoltarea sistemelor de scanare hardware și software, digitizare automată. Impulsul inițial în astfel de sisteme a fost crearea mașinii magice Ozalid, care ar scana și vectoriza automat desenul pe hârtie, transformându-l în formate standard.

Cu toate acestea, accentul s-a mutat către procesarea, stocarea și transmiterea imaginilor scanate de pixeli.

În anii 90, distincția dintre grafica pe computer și procesarea imaginilor a fost ștearsă. Grafica pe computer se ocupă adesea de date vectoriale, iar informațiile despre pixeli sunt baza pentru procesarea imaginilor. Până acum câțiva ani, fiecare utilizator avea nevoie de o stație de lucru cu o arhitectură unică, iar acum procesoarele stațiilor de lucru sunt suficient de rapide pentru a gestiona atât informații vectoriale, cât și raster.

În plus, devine posibil să lucrați cu video. Adăugați capabilități audio și aveți un mediu multimedia pentru computer. Potențialul în creștere al computerelor personale și numărul lor enorm - aproximativ 100 de milioane - asigură creșterea constantă a industriei în industrie. Grafica pătrunde din ce în ce mai mult în afaceri - astăzi practic nu există documente create fără utilizarea vreunui element grafic.

Grafică științifică

Primele calculatoare au fost folosite doar pentru rezolvarea problemelor științifice și industriale. Pentru a înțelege sau prezenta mai bine rezultatele obținute, acestea au fost prelucrate grafic (au construit grafice, diagrame, desene ale structurilor calculate). Primele grafice pe mașină au fost obținute în modul de imprimare simbolică.

Grafica de afaceri

Grafica de afaceri este o zonă de grafică pe computer concepută pentru a vizualiza diverși indicatori de performanță ai instituțiilor. Indicatori planificați, documente de raportare, rezumate statistice - acestea sunt obiectele pentru care sunt create materiale ilustrative folosind grafica de afaceri. Software-ul de grafică pentru afaceri este inclus în foile de calcul.

Proiectare grafică

Este folosit în munca inginerilor de proiectare, arhitecților, inventatorilor de noi tehnologii. Acest tip de grafică pe computer este un element indispensabil al CAD-ului (sisteme de automatizare a proiectării). Prin intermediul graficelor de proiectare se pot obține atât imagini plate (proiecții, secțiuni), cât și imagini spațiale tridimensionale. Acest tip de grafică pe computer este un element CAD obligatoriu.

Grafică ilustrativă

Desenați și desenați cu mână liberă cu un computer. Pachetele grafice ilustrative sunt aplicații software de uz general. Cel mai simplu software de grafică ilustrativă se numește editori grafici.

A devenit populară în mare parte datorită televiziunii. Cu ajutorul calculatorului se creează reclame, desene animate, jocuri pe calculator, tutoriale video, prezentări video etc. Pachetele grafice pentru aceste scopuri necesită resurse mari de calculator în ceea ce privește viteza și memoria. O caracteristică distinctivă a acestor pachete grafice este capacitatea de a crea imagini realiste și „imagini în mișcare”.

Obținerea de desene ale obiectelor tridimensionale, rotațiile lor, aproximarea, îndepărtarea, deformarea este asociată cu o cantitate mare de calcul. Transferul iluminării unui obiect în funcție de poziția sursei de lumină, de localizarea umbrelor, de textura suprafeței, necesită calcule care țin cont de legile opticii.

Animatie pe calculator

Capturați o imagine în mișcare pe ecranul de afișare. Există multe produse software în care artistul realizează pe ecran desene ale poziției inițiale și finale a obiectelor în mișcare, toate stările intermediare sunt calculate și afișate de computer, efectuând calcule pe baza descrierii matematice a acestui tip de mișcare. Desenele rezultate, afișate secvențial pe ecran cu o anumită frecvență, creează iluzia de mișcare.

Multimedia- aceasta este o combinație de imagini de înaltă calitate pe ecranul monitorului cu sunet. Cele mai răspândite sisteme multimedia sunt în domeniul educației, reclamei, cinematografiei, divertismentului etc.

Grafică pentru web

Apariția internetului global a dus la faptul că grafica computerizată a devenit o parte integrantă a acestuia. Din ce în ce mai multe metode de transmitere a informațiilor vizuale sunt îmbunătățite, se dezvoltă formate grafice mai avansate, există o dorință palpabilă de a folosi grafica tridimensională, animația, întreaga gamă de multimedia.

Istoria dezvoltării graficii pe computer

Din punct de vedere istoric, sunt luate în considerare primele sisteme interactive sisteme de proiectare asistată de calculator (CAD).... Exemplu: AutoCAD, KOMPAS etc.
Devin din ce în ce mai populare acum sisteme informatice geografice (GIS)... Acesta este un tip relativ nou de sisteme interactive de grafică pe computer pentru utilizatorii de masă.
Tipice pentru orice GIS sunt astfel de operațiuni - introducerea și editarea obiectelor, ținând cont de locația lor pe suprafața Pământului, formarea diferitelor modele digitale, scrierea în baze de date, efectuarea diferitelor interogări în baze de date. O operație importantă este analiza, ținând cont de relațiile spațiale, topologice ale unui set de obiecte situate pe un anumit teritoriu.

Tipuri de grafică pe computer

Grafica pe computer este o ramură a informaticii care studiază mijloacele și metodele de creare și prelucrare a imaginilor grafice folosind tehnologia computerizată. În ciuda faptului că există multe clase de software pentru lucrul cu grafica pe computer, există patru tipuri de grafică pe computer. Acestea sunt grafice raster, grafică vectorială, grafică 3D și fractală. Ele diferă în principiile formării imaginii atunci când sunt afișate pe un ecran de monitor sau când sunt imprimate pe hârtie.

Grafica raster este utilizată în dezvoltarea publicațiilor electronice (multimedia) și tipărite. Ilustrațiile bitmap sunt rareori create manual folosind programe de calculator. Cel mai adesea, în acest scop sunt folosite ilustrații scanate pregătite de artist pe hârtie sau fotografii. Recent, camerele digitale și camerele video au fost utilizate pe scară largă pentru a introduce imagini raster într-un computer. În consecință, majoritatea editorilor grafici proiectați să lucreze cu ilustrații raster se concentrează nu atât pe crearea de imagini, cât pe procesarea acestora. Pe Internet, ilustrațiile raster sunt utilizate în cazurile în care este necesar să se transmită întreaga gamă de nuanțe ale unei imagini color.

Dimpotrivă, instrumentele software pentru lucrul cu grafica vectorială sunt destinate în primul rând pentru a crea ilustrații și, într-o măsură mai mică, pentru a le prelucra. Astfel de instrumente sunt utilizate pe scară largă în agenții de publicitate, birouri de proiectare, redacție și edituri. Lucrarea de proiectare bazată pe utilizarea fonturilor și a celor mai simple elemente geometrice este mult mai ușor de rezolvat folosind grafica vectorială. Există exemple de lucrări extrem de artistice create cu grafică vectorială, dar acestea sunt mai degrabă excepția decât regula, deoarece pregătirea artistică a ilustrațiilor folosind grafica vectorială este extrem de dificilă.

Grafica tridimensională este utilizată pe scară largă în programarea de inginerie, modelarea pe calculator a obiectelor și proceselor fizice, în animație, cinematografie și jocuri pe calculator.

Software-ul de grafică Fractal este conceput pentru a genera automat imagini folosind calcule matematice. Crearea unei compoziții de artă fractală nu înseamnă pictură sau decorare, ci programare. Grafica fractală este rar folosită pentru a crea documente tipărite sau electronice, dar sunt adesea folosite în programele de divertisment.

Grafică raster

Elementul principal (cel mai mic) al bitmap-ului este un punct. Dacă imaginea este pe ecran, atunci acest punct se numește pixel. Fiecare pixel al unui bitmap are proprietăți: locație și culoare. Cu cât numărul de pixeli este mai mare și cu cât dimensiunile acestora sunt mai mici, cu atât imaginea arată mai bine. Cantitățile mari de date reprezintă o problemă majoră atunci când se utilizează imagini raster. Pentru lucrul activ cu ilustrații de dimensiuni mari, cum ar fi o pagină de revistă, sunt necesare computere cu dimensiuni RAM extrem de mari (128 MB sau mai mult). Desigur, astfel de computere trebuie să aibă și procesoare performante. Al doilea dezavantaj al imaginilor raster este asociat cu imposibilitatea de a le mări pentru a vizualiza detalii. Deoarece imaginea este formată din puncte, mărirea imaginii face ca aceste puncte să devină mai mari și să semene cu un mozaic. Niciun detaliu suplimentar nu poate fi văzut când bitmap-ul este mărit. Mai mult, mărirea pixelilor raster distorsionează vizual ilustrația și o face aspră. Acest efect se numește pixelare.

Grafică vectorială

Ca și în grafica raster, elementul principal al imaginii este un punct, deci în grafica vectorială, elementul principal al imaginii este o linie (nu contează dacă este o linie dreaptă sau o curbă). Desigur, liniile există și în grafica raster, dar acolo sunt tratate ca combinații de puncte. Pentru fiecare punct al unei linii din grafica raster, sunt alocate una sau mai multe celule de memorie (cu cât punctele pot avea mai multe culori, cu atât le sunt alocate mai multe celule). În consecință, cu cât linia raster este mai lungă, cu atât ocupă mai multă memorie. În grafica vectorială, cantitatea de memorie ocupată de o linie nu depinde de dimensiunea liniei, deoarece linia este reprezentată sub forma unei formule sau, mai degrabă, sub forma mai multor parametri. Orice am face cu această linie, doar parametrii ei, stocați în celulele de memorie, se schimbă. Numărul de celule rămâne neschimbat pentru orice linie.

O linie este un obiect elementar de grafică vectorială. Totul într-o ilustrație vectorială este alcătuit din linii. Cele mai simple obiecte sunt combinate în altele mai complexe, de exemplu un obiect patrulater poate fi văzut ca patru linii conectate, iar un obiect cub este și mai complex: poate fi văzut fie ca douăsprezece linii conectate, fie ca șase patrulateruri conectate. Datorită acestei abordări, grafica vectorială este adesea denumită grafică orientată pe obiecte. Am spus că obiectele de grafică vectorială sunt stocate în memorie ca un set de parametri, dar nu trebuie să uităm că toate imaginile sunt încă afișate pe ecran sub formă de puncte (pur și simplu pentru că ecranul este astfel proiectat). Înainte de a afișa fiecare obiect pe ecran, programul calculează coordonatele punctelor ecranului din imaginea obiectului, prin urmare graficele vectoriale sunt uneori numite grafică calculată. Calcule similare sunt efectuate la scoaterea obiectelor către imprimantă. Ca toate obiectele, liniile au proprietăți. Aceste proprietăți includ: forma liniei, grosimea acesteia, culoarea, natura liniei (solid, punctat etc.). Liniile închise au o proprietate de umplere. Zona interioară a căii închise poate fi umplută cu culoare, textură, hartă. Cea mai simplă linie, dacă nu este închisă, are două vârfuri, care se numesc noduri. Nodurile au, de asemenea, proprietăți care determină cum arată partea de sus a liniei și cum se potrivesc două linii.