Історія комп'ютерної графіки. Історія комп'ютерної графіки в росії 1 історія розвитку комп'ютерної графіки

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

Бузулукський гуманітарно-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ (ФІЛІЯ) ФЕДЕРАЛЬНОГО ДЕРЖАВНОГО БЮДЖЕТНОГО ОСВІТНЬОГО УСТАНОВИ

ВИЩОЇ ОСВІТИ

«Оренбурзька ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Факультет заочного навчання

Кафедра фізики, інформатики, математики

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни «Комп'ютерна графіка та моделювання»

Історія виникнення комп'ютерної графіки

Бузулук 2012

анотація

Курсова робота на тему «Історія розвитку методів комп'ютерної графіки» містить з 32 сторінок, в тому числі 15 малюнків, 20 джерел літератури.

У першому розділі описується історія виникнення комп'ютерної графіки.

У другому розділі описуються види графіки та використання графіки в різних сферах діяльності людини.

Вступ

Історія розвитку інформаційних технологій характеризується швидкою зміною концептуальних уявлень, технічних засобів, методів і сфер їх застосування. У сучасних реаліях вельми актуальним для більшості людей стало вміння користуватися промисловими інформаційними технологіями. Проникнення комп'ютерів в усі сфери життя суспільства переконує в тому, що культура спілкування з комп'ютером стає загальною культурою людини.

Мета роботи - вивчити історію виникнення комп'ютерної графіки.

Об'єктом вивчення є комп'ютерна графіка.

Предмет вивчення: історія виникнення комп'ютерної графіки.

Завдання курсової роботи:

) Вивчити і проаналізувати літератури з даної теми;

) Дати поняття основних видів комп'ютерної графіки;

) Розглянути можливості комп'ютерної графіки.

1. Історія розвитку комп'ютерної графіки

1.1 Виникнення комп'ютерної (машинної) графіки

Комп'ютерна графіка нараховує в своєму розвитку не більше десятка років, а її комерційних додатків - і того менше. Андріесван Дам вважається одним з батьків комп'ютерної графіки, а його книги - фундаментальними підручниками з усього спектру технологій, покладених в основу машинної графіки. Також в цій області відомий Айвен Сазерленд, чия докторська дисертація стала теоретичною основою машинної графіки.

До недавнього часу експериментування з використання можливостей інтерактивної машинної графіки було привілеєм лише невеликій кількості фахівців, в основному вчені та інженери, які займаються питаннями автоматизації проектування, аналізу даних і математичного моделювання. Тепер же дослідження реальних і уявних світів через «призму» комп'ютерів стало доступно набагато ширшому колу людей.

Така зміна ситуації обумовлено декількома причинами. Перш за все, в результаті різкого поліпшення співвідношення вартість / продуктивність для деяких компонент апаратури комп'ютерів. Крім того, стандартне програмне забезпечення високого рівня для графіки стало широкодоступним, що спрощує написання нових прикладних програм, які переносяться з комп'ютерів одного типу на інші.

Наступна причина обумовлена впливом, яке дисплеї надають на якість інтерфейсу - кошти спілкування між людиною і машиною, - забезпечуючи максимальні зручності для користувача. Нові, зручні для користувача системи побудовані в основному на підході WYSIWYG (абревіатура від англійського виразу «Whatyouseeiswhatyouget» - «Що бачите, те й маєте»), відповідно до якого зображення на екрані має бути якомога більш схожим на те, яке в результаті друкується.

Більшість традиційних додатків машинної графіки є двовимірними. Останнім часом відзначається зростаючий комерційний інтерес до тривимірних додатків. Він викликаний значним прогресом у вирішенні двох взаємопов'язаних проблем: моделювання тривимірних сцен і побудови якомога більш реалістичного зображення. Наприклад, в імітаторах польоту особливе значення надається часу реакції на команди, що вводяться пілотом і інструктором. Щоб створювалася ілюзія плавного руху, імітатор повинен породжувати надзвичайно реалістичну картину динамічно змінюється «світу» з частотою як мінімум 30 кадрів в секунду. На противагу цьому зображення, що застосовуються в рекламі та індустрії розваг, обчислюють автономно, нерідко протягом годин, з метою досягти максимального реалізму або справити сильне враження.

Розвиток комп'ютерної графіки, особливо на її початкових етапах, в першу чергу пов'язано з розвитком технічних засобів і особливо дисплеїв:

довільне сканування променя;

растровое сканування променя;

запам'ятовують трубки;

плазмова панель;

рідкокристалічні індикатори;

Електролюмінісцентне індикатори;

дисплеї з емісією полем.

Довільний сканування променя. Дисплейна графіка з'явилася, як спроба використовувати електроннопроменеві трубки (ЕПТ) з довільним скануванням променя для виведення зображення з ЕОМ. Як пише Ньюменпо мабуть, першою машиною, де ЕПТ використовувалася в якості пристрою виводу була ЕОМ Whirlwind-I (Ураган-I), виготовлена в 1950р. в Массачусетському технологічному інституті. З цього експерименту почався етап розвитку векторних дисплеїв (дисплеїв з довільним скануванням променя, каліграфічних дисплеїв). На професійному жаргоні вектором називається відрізок прямої. Звідси і походить назва «векторний дисплей».

При переміщенні променя по екрану в точці, на яку потрапив промінь, збуджується світіння люмінофора екрану. Це свічення досить швидко припиняється при переміщенні променя в іншу позицію (звичайний час післясвітіння - менше 0.1 с). Тому, для того щоб зображення було постійно видимим, доводиться його перевидавать (регенерувати зображення) 50 або 25 разів в секунду. Необхідність перевидачі зображення вимагає збереження його опису в спеціально виділеній пам'яті, званої пам'яттю регенерації. Сам опис зображення називається дисплейним файлом. Зрозуміло, що такий дисплей вимагає досить швидкого процесора для обробки дисплейного файлу і управління переміщенням променя по екрану.

Зазвичай серійні векторні дисплеї встигали 50 раз в секунду будувати тільки близько 3000-4000 відрізків. При більшій кількості відрізків зображення починає мерехтіти, так як відрізки, побудовані на початку чергового циклу, повністю згасають до того моменту, коли будуть будуватися останні.

Іншим недоліком векторних дисплеїв є мале число градацій по яскравості (зазвичай 2-4). Були розроблені, але не знайшли широкого застосування двох-триколірні ЕЛТ, також забезпечували кілька градацій яскравості.

У векторних дисплеях легко стерти будь-який елемент зображення - досить при черговому циклі побудови видалити стирається елемент з дисплейного файлу.

Текстовий діалог підтримується за допомогою алфавітно-цифрової клавіатури. Непрямий графічний діалог, як і у всіх інших дисплеях, здійснюється переміщенням перехрестя (курсора) по екрану за допомогою тих чи інших засобів управління перехрестям - координатних коліс, керуючого важеля (джойстика), трекболу (кульовий рукоятки), планшета і т.д. Відмінною рисою векторних дисплеїв є можливість безпосереднього графічного діалогу, що полягає в простому вказівці за допомогою світлового пера об'єктів на екрані (ліній, символів і т.д.). Для цього достатньо за допомогою фотодіода визначити момент промальовування і, отже, почала світіння люмінофора будь-якій частині необхідного елемента.

Перші серійні векторні дисплеї за кордоном з'явилися в кінці 60-х років.

Растрове сканування променя.

Прогрес в технології мікроелектроніки привів до того, з середини 70-х років переважна поширення набули дисплеї з растровим скануванням променя.

Запам'ятовуючі трубки.

В кінці 60-х років з'явилася запам'ятовує ЕПТ, яка здатна досить тривалий час (до години) прямо на екрані зберігати побудоване зображення. Отже, не обов'язкова пам'ять регенерації і не потрібен швидкий процесор для виконання регенерації зображення. Стирання на такому дисплеї можливо тільки для всієї картинки в цілому. Складність зображення практично не обмежена. Дозвіл, досягнуте на дисплеях на пам'ятною трубці, таке ж, як і на векторних або вище - до 4096 точок.

Текстовий діалог підтримується за допомогою алфавітно-цифрової клавіатури, непрямий графічний діалог здійснюється переміщенням перехрестя по екрану зазвичай за допомогою координатних коліс.

Поява таких дисплеїв з одного боку сприяло широкому поширенню комп'ютерної графіки, з іншого боку представляло собою певний регрес, так як поширювалася порівняно низькоякісна і низкоскоростная, не дуже інтерактивна графіка.

Плазмова панель.

У 1966р. була винайдена плазмова панель, яку можна представити як матрицю з маленьких різнокольорових неонових лампочок, кожна з яких включається незалежно і може світитися з регульованою яскравістю. Ясно, що системи відхилення не потрібно, не обов'язкова також і пам'ять регенерації, так як за напругою на лампочці можна завжди визначити горить вона чи ні, тобто є чи ні зображення в даній точці. У певному сенсі ці дисплеї об'єднують в собі багато корисних властивостей векторних і растрових пристроїв. До недоліків слід віднести велику вартість, недостатньо висока роздільна здатність і велика напруга живлення. В цілому ці дисплеї не знайшли широкого поширення.

Рідкокристалічні індикатори. Дисплеї на рідкокристалічних індикаторах працюють аналогічно індикаторам в електронному годиннику, але, звичайно, зображення складається не з декількох сегментів, а з великого числа окремо керованих точок. Ці дисплеї мають найменші габарити і енергоспоживання, тому широко використовуються в портативних комп'ютерах незважаючи на меншу роздільну здатність, меншу контрастність і помітно більшу ціну, ніж для растрових дисплеїв на ЕПТ.

Електролюмінісцентне індикатори. Найбільш високі яскравість, контрастність, робочий температурний діапазон і міцність мають дисплеї на електролюмінісцентних індикаторах. Завдяки досягненням в технології вони стали доступні для застосування не тільки в дорогих висококласних системах, але і в загальнопромислових системах. Робота таких дисплеїв заснована на світінні люмінофора під впливом щодо високої змінної напруги, що прикладається до взаємно наборам електродів, між якими знаходиться люмінофор.

Дисплеї з емісією полем. Дисплеї на електронно-променевих трубках, незважаючи на їх відносну дешевизну і широке поширення, механічно неміцні, вимагають високої напруги харчування, споживають велику потужність, мають великі габарити і обмежений термін служби, пов'язаний з втратою емісії катодом. Одним з методів усунення зазначених недоліків, є створення плоских дисплеїв з емісією полем з холодних катодів у вигляді сильно загострених мікроголок.

Таким чином, стартувавши в 1950р., Комп'ютерна графіка до теперішнього часу пройшла шлях від екзотичних експериментів до одного з найважливіших, всепроникаючих інструментів сучасної цивілізації, починаючи від наукових досліджень, автоматизації проектування і виготовлення, бізнесу, медицини, екології, засобів масової інформації, дозвілля і закінчуючи побутовим обладнанням.

2. Комп'ютерна графіка

Область застосування комп'ютерної графіки не обмежується одними художніми ефектами. У всіх галузях науки, техніки, медицини, в комерційній та управлінській діяльності використовуються побудовані за допомогою комп'ютера схеми, графіки, діаграми, призначені для наочного відображення різноманітної інформації. Конструктори, розробляючи нові моделі автомобілів і літаків, використовують тривимірні графічні об'єкти, щоб представити остаточний вигляд виробу. Архітектори створюють на екрані монітора об'ємне зображення будівлі, і це дозволяє їм побачити, як воно впишеться в ландшафт.

Можна розглянути наступні сфери застосування комп'ютерної графіки.

Наукова графіка.

Перші комп'ютери використовувалися лише для вирішення наукових і виробничих завдань. Щоб краще зрозуміти отримані результати, виробляли їх графічну обробку, будували графіки, діаграми, креслення розрахованих конструкцій. Перші графіки на машині отримували в режимі символьної друку. Потім з'явилися спеціальні пристрої - графопостроители (плоттери) для креслення креслень і графіків чорнильним пером на папері. Сучасна наукова комп'ютерна графіка дає можливість проводити обчислювальні експерименти з наочним поданням їх результатів.

Ділова графіка.

Ділова графіка - область комп'ютерної графіки, призначена для наочного представлення різних показників роботи установ. Планові показники, звітна документація, статистичні зведення - ось об'єкти, для яких за допомогою ділової графіки створюються ілюстративні матеріали. Програмні засоби ділової графіки включаються до складу електронних таблиць.

Конструкторська графіка.

Конструкторська графіка використовується в роботі інженерів-конструкторів, архітекторів, винахідників нової техніки. Цей вид комп'ютерної графіки є обов'язковим елементом САПР (систем автоматизації проектування). Засобами конструкторської графіки можна отримувати як плоскі зображення (проекції, перетину), так і просторові тривимірні зображення.

Ілюстративна графіка.

Ілюстративна графіка - це довільне малювання і креслення на екрані комп'ютера. Пакети ілюстративній графіки відносяться до прикладного програмного забезпечення загального призначення. Найпростіші програмні засоби ілюстративної графіки називаються графічними редакторами.

Художня і рекламна графіка - стала популярною багато в чому завдяки телебаченню. За допомогою комп'ютера створюються рекламні ролики, мультфільми, комп'ютерні ігри, відеоуроки, відеопрезентації. Графічні пакети для цих цілей вимагають великих ресурсів комп'ютера за швидкодією і пам'яті. Відмінною особливістю цих графічних пакетів є можливість створення реалістичних зображень і «рухомих картинок». Отримання малюнків тривимірних об'єктів, їх повороти, наближення, видалення, деформації пов'язано з великим обсягом обчислень. Передача освітленості об'єкта в залежності від положення джерела світла, від розташування тіней, від фактури поверхні, вимагає розрахунків, які враховують закони оптики.

Одним з перших відомих фільмів був фільм «Зоряні війни». Він був створений за допомогою суперкомп'ютера Сгау. Етапи подальшого розвитку комп'ютерного кінематографа можна простежити за такими фільмами, як «Термінатор-2», «Вавилон 5», та ін. До недавнього часу технології комп'ютерної графіки використовувалися для спецефектів, створення зображень екзотичних чудовиськ, імітації стихійних лих та інших елементів, які були лише фоном для гри живих акторів. У 2001 році вийшов на екрани повнометражний кінофільм «Фінальна фантазія», в якому все, включаючи зображення людей, синтезовано комп'ютером - живі актори тільки озвучили ролі за кадром.

Комп'ютерна анімація.

Комп'ютерна анімація - це отримання рухомих зображень на екрані дисплеї. Художник створює на екрані малюнку початкового і кінцевого положення рухомих об'єктів, всі проміжні стану розраховує і зображує комп'ютер, виконуючи розрахунки, що спираються на математичний опис даного виду руху. Отримані малюнки, що виводяться послідовно на екран з певною частотою, створюють ілюзію руху.

Графіка для Інтернету.

Види комп'ютерної графіки.

Розрізняють три види комп'ютерної графіки. Це растрова графіка, векторна графіка і фрактальна графіка. Вони відрізняються принципами формування зображення при відображенні на екрані монітора або при друці на папері.

Растровий метод - зображення представляється у вигляді набору забарвлених точок. Растрову графіку застосовують при розробці електронних (мультимедійних) і поліграфічних видань. Ілюстрації, виконані засобами растрової графіки, рідко створюють вручну за допомогою комп'ютерних програм. Найчастіше для цієї мети використовують скановані ілюстрації, підготовлені художниками, або фотографії. Останнім часом для введення растрових зображень в комп'ютер широко використовують цифрові фото- і відеокамери.

Піксель - основний елемент растрових зображень. Саме з таких елементів складається растрове зображення.

Цифрове зображення - це сукупність пікселів. Кожен піксель растрового зображення характеризується координатами x і y і яскравістю V (x, y) (для чорно-білих зображень). Оскільки пікселі мають дискретний характер, то їх координати - це дискретні величини, зазвичай цілі або раціональні числа. У разі кольорового зображення, кожен піксель характеризується координатами x і y, і трьома яркостямі: яскравістю червоного, яскравістю синього і яскравістю зеленого кольорів (VR, VB, VG). Комбінуючи дані три кольори можна отримати велику кількість різних відтінків.

Зауважимо, що в разі, якщо хоча б одна з характеристик зображення не є числом, то зображення відноситься до виду аналогових. Прикладами аналогових зображень можуть служити голограми і фотографії. Для роботи з такими зображеннями існують спеціальні методи, зокрема, оптичні перетворення. У ряді випадків аналогові зображення переводять в цифровий вигляд. Це завдання здійснює ImageProcessing.

Колір будь-якого пікселя растрового зображення запам'ятовується за допомогою комбінації бітів. Чим більше бітів для цього використовується, тим більше відтінків кольорів можна отримати. Під градацію яскравості зазвичай відводиться 1 байт (256 градацій), причому 0 - чорний колір, а 255 - білий (максимальна інтенсивність). У разі кольорового зображення відводиться по байту на градації яркостей всіх трьох кольорів. Можливо кодування градацій яскравості іншою кількістю бітів (4 або 12), але людське око здатне розрізняти тільки 8 біт градацій на кожен колір. Кольори, що описуються 24 бітами, забезпечують більше 16 мільйонів доступних кольорів і їх часто називають природними квітами.

У колірних палітрах кожен піксель описаний кодом. Підтримується зв'язок цього коду з таблицею кольорів, що складається з 256 осередків. Розрядність кожної ячейкі- 24 розряду. На виході кожного осередку по 8 розрядів для червоного, зеленого і синього кольорів.

Кольорова палітра, утворене интенсивностями червоного, зеленого і синього, представляють у вигляді колірного куба (див. Рис. 1.).

Малюнок 1 Кольоровий Куб

Вершини куба A, B, C є максимальними інтенсивностями зеленого, синього і червоного відповідно, а трикутник, які вони утворюють, називається трикутником Паскаля. Периметр цього трикутника відповідає максимально насиченим кольорам. Колір максимальної насиченості містить завжди тільки дві компоненти. На відрізку OD знаходяться відтінки сірого, причому струму O відповідає чорному, а точка D білому кольору.

Види растрів.

Растр - це порядок розташування точок (растрових елементів). На малюнку 2 зображений растр, елементами якого є квадрати, такий растр називається прямокутним, саме такі растри найбільш часто використовуються.

Малюнок 2 - Растр з елементами квадрата

Хоча можливе використання в якості растрового елемента фігури іншої форми: трикутника, шестикутника; відповідного таким вимогам:

-все фігури повинні бути однакові;

-повинні повністю покривати площину без наезжанія і дірок.

Так як реєстрового елемента можливе використання рівностороннього трикутника (див. Рис. 3), правильного шестикутника (гексаедр) (див. Рис. 4) Можна будувати растри, використовуючи неправильні багатокутники, але практичний сенс в подібних растрах відсутня.

Рисунок 3 Трикутний растр

Розглянемо способи побудови ліній в прямокутному і гексагональном растре.

Малюнок 4 - «Гексагональний растр»

У прямокутному растре побудова лінії здійснюється двома способами:

) Результат - восьмизв'язною лінія. Сусідні пікселі лінії можуть знаходиться в одному з восьми можливих (див. Рис. 5а) положеннях

) Результат - четирехсвязная лінія. Сусідні пікселі лінії можуть знаходиться в одному з чотирьох можливих (див. Рис. 5б) положеннях. Недолік - надлишково товста лінія при вугіллі 45 °.

Малюнок 5 - Побудова лінії в прямокутному растре

У гексагональном растре лінії шестісвязние (див. Рис. 6) такі лінії більш стабільні по ширині, тобто дисперсія ширини лінії менше, ніж в квадратному растрі.

Малюнок 6 - Побудова лінії в гексагональном растре

Одним із способів оцінки растра є передача по каналу зв'язку кодованого, з урахуванням використовуваного растра, зображення з подальшим відновленням і візуальним аналізом досягнутого якості.

Моделювання гексагонального растра. Можливо побудова гексагонального растра на основі квадратного. Для цього гексаугольнік представляють у вигляді прямокутника.

Векторна графіка.

Векторна графіка описує зображення з використанням прямих і вигнутих ліній, які називаються векторами, а також параметрів, що описують кольору та розташування. Наприклад, зображення деревного листа (див. Рис. 7.) описується точками, через які проходить лінія, створюючи тим самим контур листа. Колір листа задається кольором контура та області всередині цього контуру.

Малюнок 7 - Приклад векторної графіки

На відміну від растрової графіки в векторній графіці зображення будується за допомогою математичних описів об'єктів, кіл і ліній. Хоча на перший погляд це може здатися складніше, ніж використання растрових масивів, але для деяких видів зображень використання математичних описів є більш простим способом.

Ключовим моментом векторної графіки є те, що вона використовує комбінацію комп'ютерних команд і математичних формул для об'єкта. Це дозволяє комп'ютерним пристроям обчислювати і поміщати в потрібному місці реальні точки при малюванні цих об'єктів. Така особливість векторної графіки дає їй ряд переваг перед растровою графікою, але в той же час є причиною її недоліків.

Векторну графіку часто називають об'єктно-орієнтованої графікою або креслярської графікою. Прості об'єкти, такі як кола, лінії, сфери, куби тощо називається примітивами, і використовуються при створенні більш складних об'єктів. У векторній графіці об'єкти створюються шляхом комбінації різних об'єктів.

Для створення векторних малюнків необхідно використовувати один з численних ілюстраційні пакетів. Гідність векторної графіки в тому, що опис є простим і займає мало пам'яті комп'ютера. Однак недоліком є те, що детальний векторний об'єкт може виявитися занадто складним, він може друкуватися не в тому вигляді, в якому очікує користувач або не надрукували взагалі, якщо принтер неправильно інтерпретує або не розуміє векторні команди.

При редагуванні елементів векторної графіки змінюються параметри прямих і вигнутих ліній, що описують форму цих елементів. Можна переносити елементи, міняти їх розмір, форму і колір, але це не відіб'ється на якості їх візуального представлення. Векторна графіка не залежить від дозволу, тобто може бути показана в різноманітних вихідних пристроях з різним дозволом без втрати якості.

Векторне подання полягає в описі елементів зображення математичними кривими із їхніх кольорів і заповнюваності.

Ще одна перевага - якісне масштабування в будь-яку сторону. Збільшення або зменшення об'єктів виробляється збільшенням або зменшенням відповідних коефіцієнтів в математичних формулах. На жаль, векторний формат стає невигідним при передачі зображень з великою кількістю відтінків або дрібних деталей (наприклад, фотографій). Адже кожен дрібний відблиск в цьому випадку буде представлятися не сукупністю одноколірних точок, а найскладнішої математичною формулою або сукупністю графічних примітивів, кожен з яких, є формулою. Це призводить до обваження файлу. Крім того, переклад зображення з растрового в векторний формат (наприклад, програмою AdobeStrimeLine або Corel OCR-TRACE) призводить до спадкоємства останнім неможливості коректного масштабування в більшу сторону. Від збільшення лінійних розмірів кількість деталей або відтінків на одиницю площі більше не стає. Це обмеження накладається дозволом вступних пристроїв (сканерів, цифрових фотокамер і ін.).

Поняття фрактала і історія появи фрактальної графіки.

Ви, напевно, часто бачили досить хитромудрі картини, на яких незрозуміло що зображено, але все одно незвичайність їх форм заворожує і приковує увагу. Як правило, це хитромудрі форми не піддаються, здавалося б, будь-якому математичному опису. Ви, наприклад, бачили візерунки на склі після морозу або, наприклад, хитромудрі плями, залишені на аркуші чорнильною ручкою, так ось щось подібне цілком можна записати в вигляді деякого алгоритму, а, отже, є порозумітися з комп'ютером. Подібні безлічі називають фрактальними. Фрактали не схожі на звичні нам фігури, відомі з геометрії, і будуються вони за певними алгоритмами, а ці алгоритми за допомогою комп'ютера можна зобразити на екрані. Взагалі, якщо все злегка спростити, то фрактали - це якесь перетворення багаторазово застосоване до вихідної фігурі.

Перші ідеї фрактальної геометрії виникли в 19 столітті. Кантор за допомогою простої рекурсивної (повторюваної) процедури перетворив лінію в набір незв'язаних точок (так звана Пил Кантора). Він брав лінію і видаляв центральну третину і після цього повторював те ж саме з відрізками. Пеано намалював особливий вид лінії (див. Мал.8). Для її малювання Пеано використовував наступний алгоритм.

Малюнок 8- Алгоритм малювання

На першому кроці він брав пряму лінію і замінював її на 9 відрізків довжиною в 3 рази меншою, ніж довжина вихідної лінії (Частина 1 і 2 малюнки 1). Далі він робив те ж саме з кожним відрізком вийшла лінії. І так до нескінченності. Її унікальність в тому, що вона заповнює всю площину. Доведено, що для кожної точки на площині можна знайти точку, що належить лінії Пеано. Крива Пеано і пил Кантора виходили за рамки звичайних геометричних об'єктів. Вони не мали чіткої розмірності. Пил Кантора будувалася начебто на підставі одновимірної прямий, але складалася з точок, а крива Пеано будувалася на підставі одновимірної лінії, а в результаті виходила площину. У багатьох інших областях науки з'являлися завдання, вирішення яких призводило до дивних результатів, на подобу описаних (Броунівський рух, ціни на акції).

Аж до 20 століття йшло накопичення даних про таких дивних об'єктах, без будь-якої спроби їх систематизувати. Так було, поки за них не взявся Бенуа Мандельброт - батько сучасної фрактальної геометрії і слова фрактал. Працюючи в IBM математичним аналітиком, він вивчав шуми в електронних схемах, які неможливо було описати за допомогою статистики. Поступово зіставивши факти, він прийшов до відкриття нового напряму в математиці - фрактальної геометрії.

Сам Мандельброт вивів слово fractal від латинського слова fractus, що означає розбитий (поділений на частини). І одне з визначень фрактала - це геометрична фігура, що складається з частин і яка може бути поділена на частини, кожна з яких буде представляти зменшену копію цілого (по крайней мере, приблизно).

Як тільки Мандельброт відкрив поняття фрактала, виявилося, що ми буквально оточені ними. Фрактальна злитки металу і гірські породи, фрактальної розташування гілок, візерунки листя, капілярна система рослин; кровоносна, нервова, лімфатична системи в організмах тварин, фрактальної річкові басейни, поверхня хмар, лінії морських узбереж, гірський рельєф ...

Щоб уявити собі фрактал розглянемо приклад, наведений у книзі Б. Мандельброта «Фрактальна геометрія природи» став класичним - «Яка довжина берега Британії?». Відповідь на це питання не так простий, як здається. Все залежить від довжини інструменту, яким ми будемо користуватися. Помірявши берег за допомогою кілометрової лінійки ми отримаємо якусь довжину. Однак ми пропустимо багато невеликих заливчик і полуостровков, які за розміром набагато менше нашої лінійки. Зменшивши розмір лінійки до, скажімо, 1 метра - ми врахуємо ці деталі ландшафту, і, відповідно довжина берега побільшає. Підемо далі і виміряємо довжину берега за допомогою міліметрової лінійки, ми тут врахуємо деталі, які більше міліметра, довжина буде ще більше. У підсумку відповідь на такий, здавалося б, просте запитання може поставити в глухий кут будь-кого - довжина берега Британії нескінченна.

Основна властивість фракталів - самоподоба. Будь-мікроскопічний фрагмент фрактала в тому чи іншому відношенні відтворює його глобальну структуру. У найпростішому випадку частина фрактала є просто зменшений цілий фрактал.

Звідси головний рецепт побудови фракталів: візьміть простий мотив і повторюйте його, постійно зменшуючи розміри. Зрештою вийде структура, яка відтворює цей мотив у всіх масштабах. (Рис.9)

Малюнок 9 - Мотив повторення фрактала

Беремо відрізок і середню його третину переламувати під кутом 60 градусів. Потім повторюємо цю операцію з кожної з частин вийшла ламаної - і так до нескінченності. В результаті ми отримаємо найпростіший фрактал - триадную криву, яку в 1904 році відкрила математик Хельга фон Кох.

Якщо на кожному кроці не тільки зменшувати основний мотив, але також зміщати і повертати його, можна отримати більш цікаві і реалістично виглядають освіти, наприклад, лист папороті або навіть цілі їх зарості. А можна побудувати досить правдоподібний фрактальний рельєф місцевості і покрити її дуже симпатичним лісом. У 3D StudioMax, наприклад, для генерації дерев використовується фрактальний алгоритм. І це не виняток - більшість текстур місцевості в сучасних комп'ютерних іграх представляють фрактали. Гори, ліс і хмари на зображенні - фрактали.

Файли фрактальних зображень мають розширення fif. Зазвичай файли в форматі fif виходять трохи менше файлів у форматі jpg, але буває і навпаки. Найцікавіше починається, якщо розглядати картинки з дедалі більшим збільшенням. Файли в форматі jpg майже відразу демонструють свою дискретну природу - з'являється горезвісна драбинка. А ось fif файли, як і належить фракталам, зі зростанням збільшення показують все нову ступінь деталізації структури, зберігаючи естетику зображення.

Геометричні фрактали.

Саме з них і починалася історія фракталів. Цей тип фракталів виходить шляхом простих геометричних побудов. Зазвичай при побудові цих фракталів надходять так: береться «запал» - аксіома - набір відрізків, на підставі яких буде будуватися фрактал. Далі до цієї «затравки» застосовують набір правил, який перетворює її в будь-яку геометричну фігуру. Далі до кожної частини цієї фігури застосовують знову той же набір правил. З кожним кроком фігура буде ставати все складніше і складніше, і якщо ми проведемо нескінченну кількість перетворень - отримаємо геометричний фрактал.

Розглянута раніше крива Пеано є геометричним фракталом. На малюнку 10 наведено інші приклади геометричних фракталів (Сніжинка Коха, Лист, Трикутник Серпінського).

Рісунок10- Сніжинка Коха

Рісунок11-Лист

Малюнок 12 -Треугольнік Серпінського

З цих геометричних фракталів дуже цікавим і досить знаменитим є - сніжинка Коха. Будується вона на основі рівностороннього трикутника. Кожна лінія якого замінюється на 4 лінії кожна довжиною в 1/3 вихідної. Таким чином, з кожної итерацией довжина кривої збільшується на третину. І якщо ми зробимо нескінченне число ітерацій - отримаємо фрактал - сніжинку Коха нескінченної довжини. Виходить, що наша нескінченна крива покриває обмежену площу.

Розмірність сніжинки Коха (при збільшенні сніжинки в 3 рази її довжина зростає в 4 рази) D = log (4) / log (3) = 1.2619 ...

Для побудови геометричних фракталів добре пристосовані так звані L-Systems. Суть цих систем полягає в тому, що є певні набір символів системи, кожен з яких позначає певну дію і набір правил перетворення символів.

Алгебраїчні фрактали.

Друга велика група фракталів - алгебраїчні. Свою назву вони отримали за те, що їх будують, на основі алгебраїчних формул іноді вельми простих. Методів отримання алгебраїчних фракталів кілька. Один з методів є багаторазовий (ітераційний) розрахунок функції Zn + 1 = f (Zn), де Z - комплексне число, а f - деяка функція. Розрахунок даної функції триває до виконання певної умови. І коли ця умова виконається - на екран виводиться точка. При цьому значення функції для різних точок комплексної площині може мати різну поведінку:

-з часом прямує до нескінченності;

-стремітся до 0;

-Приймає кілька фіксованих значень і не виходить за їх межі;

-поведеніе хаотично, без будь-яких тенденцій.

Щоб проілюструвати алгебраїчні фрактали звернемося до класики - безлічі Мандельброта.

Рісунок13- Безліч Мандельброта

Для його побудови нам необхідні комплексні числа. Комплексне число - це число, що складається з двох частин - дійсної та уявної, і позначається воно a + bi. Дійсна частина a це звичайне число в нашій уяві, а bi - мнима частина. i - називають уявною одиницею, тому, що якщо ми зведемо i в квадрат, то отримаємо -1.

Комплексні числа можна складати, віднімати, множити, ділити, підносити до степеня і витягувати корінь, можна тільки їх порівнювати. Комплексне число можна зобразити як точку на площині, у якій координата Х це дійсна частина a, а Y це коефіцієнт при уявній частині b.

Функціонально безліч Мандельброта визначається як

1 = Zn * Zn + C.

Для побудови безлічі Мандельброта скористаємося алгоритмом на Бейсіке.a = -2 to 2 "для всіх дійсних а від -2 до 2b = -2 to 2" для всіх уявних b від -2 до 2

"Належить безлічі Мандельброта = True

"Повторюємо 255 раз (для режиму 256 кольорів)

For iteration = 1 to 255 = Z0 * Z0 + C

"Перевірили - непрінадлежітabs (Zn)> 2 then Lake = False: Exit For0 = Zn

"Намалювали чорну крапку, що належить" озеру "Мандельброта.

If Lake = True Then PutPixel (a, b, BLACK)

"Намалювали точку, що не належить безлічі або лежить на кордоні.

Else PutPixel (a, b, iteration)

А тепер опишемо програму словами. Для всіх точок на комплексній площині в інтервалі від -2 + 2i до 2 + 2i виконуємо деякий досить велика кількість разів Zn = Z0 * Z0 + C, щоразу перевіряючи абсолютне значення Zn. Якщо це значення більше 2, що малюємо точку з кольором рівним номеру ітерації на якому абсолютне значення перевищило 2, інакше малюємо точку чорного кольору. Всі безліч Мандельброта в повній красі у нас перед очима.

Чорний колір в середині показує, що в цих точках функція прагне до нуля - це і є безліч Мандельброта. За межами цієї множини функція прямує до нескінченності. А найцікавіше це кордону безлічі. Вони то і є фрактальними. На кордонах цієї множини функція поводиться непередбачувано - хаотично.

Змінюючи функцію, умови виходу з циклу можна отримувати інші фрактали. Наприклад, взявши замість виразу З = a + bi вираз Z0 = a + bi, а З привласнювати довільні значення ми отримаємо безліч Жюліа, теж гарний фрактал.

Для безлічі Мандельброта теж проявляється самоподоба.

стохастичні фрактали

Типовий представник цього класу фракталів «Плазма».

Рісунок14-Плазма

Для її побудови візьмемо прямокутник і для кожного його кута визначимо колір. Далі знаходимо центральну точку прямокутника і розфарбовуємо її в колір рівний середньому арифметичному квітів по кутах прямокутника плюс деяке випадкове число. Чим більше випадкове число - тим більше «рваним» буде малюнок. Якщо, наприклад, сказати, що колір точки це висота над рівнем моря, то отримаємо замість плазми - гірський масив. Саме на цьому принципі моделюються гори в більшості програм. За допомогою алгоритму, схожого на плазму будується карта висот, до неї застосовуються різні фільтри, накладається текстура.

комп'ютерний графіка векторний анімація

висновок

У цій роботі був вивчений таке питання як історія розвитку комп'ютерної графіки, були дані поняття основними видами комп'ютерної графіки, розглянуті можливості комп'ютерної графіки.

Вивчивши літератури по даній темі можна зробити висновок, що історія графіки не стоїть на місці, а стрімко розвивається.

Надалі можна докладніше розглянути види комп'ютерної графіки і розглянути програми роботи в комп'ютерної графіки.

Область застосування комп'ютерної графіки не обмежується одними художніми ефектами. У всіх галузях комерційної управлінської діяльності використовуються побудовані за допомогою комп'ютера схеми, графіки та діаграми.

Список використаних джерел

1 Розробка електронних навчальних видань. Створення і використання інформаційних засобів навчання: навч. посібник / Н.Д. Ізергін, [и др.]. - М .: Коломна, 2006. - 160 с. - ISBN 5-89-5-89-655-8974-0.

Фестиваль педагогічних ідей «Відкритий урок». Створення електронного підручника / під ред. Трегубова О.П. - М .: Росія. - Режим доступу: http://festival.1september.ru/articles/526252/. - 20.06.2011.

Яким повинен бути електронний підручник. / В.Б. Ясинський // Електронний журнал: витрачаються на дослідження В РОСІЇ, 2000. - Режим доступу: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/011.pdf. - 21.06.2011.

Панкратова, Л.П .. Контроль знань з інформатики: Тести, контрольні завдання, екзаменаційні питання, комп'ютерні проекти / О.М. Челак. СПб .: БХВ-Петербург. 2004. - 448 с. - ISBN 5-94157-371-5.

Стандарт Російської Федерації початкової професійної освіти. Оператор електронно-обчислювальних машин. ОСТ 9ПО 02.1.9 2002. 48 с.

Угриновича, Н.Д. Інформатика та інформаційні технології. підручник / Н.Д. Угриновича. Москва ..: Видавництво БИНОМ. Лаб. знань, 2005. - 512 с. - ISBN 5-94774-001-8.

Інформатика: навч. посібник / А.В. Могильов. - 2-е изд., Стер. - Москва ..: Академія, 2008. - 336 с. - ISBN 978-5-7695-4771-3.

Практикум з інформатики: навч. посібник / А.В. Могильов. Москва. Видавництво Академія, 2001. 608 с. ISBN 5-7695-2247-Х.

Інформатика. Підручник / В.А. Острейковскій. 2-е изд., Стер. - М .: Вища. шк., 2004. - 511 с. - ISBN 5-06-003533-6.

11 Microsoft Office Word 2003.Учеб. посібник / Б. Хислоп. Москва. Діалектика, 2004. 784 с. ISBN 5-8459-0646-6, 0-7645-3971-X.

12 Microsoft Office 2003. Учеб. пособіе.О.А. Меженний. - М .: Діалектика, 2004. 368 с. ISBN 5-8459-0838-8.

Робота на персональному комп'ютері (ПК) в офісі: навчальний курс / О.С.Степаненко. Москва. Видавництво Вільямс. 3-е изд., 2006. - 768 с. - ISBN 5-8459-0974-0.

Захарова, Л.А. Microsoft Word 2003. практ.пособіе серія «Крок за кроком» (+ CD-ROM) / Л.А. Захарова. - М.: СП ЕКОМ, 2005. - 384 с. - ISBN 5-9790-0005-4.

Бедет, А. Словник комп'ютерних термінів / Д. Бурдхардт, А. Каммінг, [и др]. - 10-е изд., М .: Изд-во: Вільямс, 2002. - 432 с. - ISBN 5-8459-0363-7, 0-2017-7629-4.

Гукин, Д. Ілюстрований комп'ютерний словник / Д. Гукин, С.Х. Гукин. - 4-е изд., Москва. Вид-во Вільямс, 2005. - 512 с. - ISBN 5-8459-0207-X, 0-7645-0732-X;

Відправною точкою розвитку комп'ютерної графіки можна вважати 1930 рік, коли в США нашим співвітчизником Володимиром Зворикіним, які працювали в компанії "Вестингхаус" (Westinghouse), була винайдена електронно-променева трубка (ЕПТ), вперше дозволяє отримувати зображення на екрані без використання механічних рухомих частин.

Початком ери власне комп'ютерної графіки можна вважати грудень 1951 року народження, коли в Массачусеттского технологічному інституті (МТІ) для системи протиповітряної оборони військово-морського флоту США був розроблений перший дисплей для комп'ютера "Вихор". Винахідником цього дисплея був інженер з МТІ Джей Форрестер.

Одним з батьків-засновників комп'ютерної графіки вважається Айвен Сазерленд (Ivan Sotherland), який в 1962 році все в тому ж МТІ створив програму комп'ютерної графіки під назвою "Блокнот" (Sketchpad) .Ця програма могла малювати досить прості фігури (точки, прямі, дуги кіл), могла обертати фігури на екрані.

Під керівництвом Т. Мофетта і Н. Тейлора фірма Itek розробила цифрову електронну креслярську машину. У 1964 році General Motors представила систему автоматизованого проектування DAC-1, розроблену спільно з IBM.

У 1965 році фірма IBM випустила перший комерційний графічний термінал під назвою IBM-2250 (рис.5).

У 1968 році групою під керівництвом Н. Н. Константинова була створена комп'ютерна математична модель руху кішки. Машина БЕСМ-4, виконуючи написану програму рішення диференціальних рівнянь, малювала мультфільм «Кішечка» (рис.7), який для свого часу був проривом. Для візуалізації використовувався алфавітно-цифровий принтер.

У 1977 році Commodore випустила свій РЕТ (персональний електронний діловод), а компанія Apple створила Apple-II. Поява цих пристроїв викликало змішані почуття: графіка була жахливою, а процесори повільними. Однак ПК стимулювали процес розробки периферійних пристроїв: недорогих графопостроителей і графічних планшетів.

До кінця 80-х програмне забезпечення було для всіх сфер застосування: від комплексів управління до настільних видавничих комплексів. В кінці вісімдесятих виник новий напрям ринку на розвиток апаратних і програмних систем сканування, автоматичної оцифровки. Оригінальний поштовх в таких системах повинна була створити магічна машина Ozalid, яка б сканувала і автоматично векторизованних креслення на папері, перетворюючи його в стандартні формати CAD / CAM. Однак, акцент зрушився в сторону обробки, зберігання та передачі сканованих піксельних.

У 90-х стираються відмінності між КГ і обробкою зображення. Машинна графіка часто має справу з векторними даними, а основою для обробки зображень є піксельна інформація.

Ще кілька років тому кожен користувач вимагав робочу станцію з унікальною архітектурою, а зараз процесори робочих станцій мають швидкодію, достатня для того, щоб управляти як векторної, так і растрової інформацією. Крім того, з'являється можливість роботи з відео. Додайте Можливостей аудіо - і ви маєте комп'ютерне середовище мультимедіа.

Всі області застосування - будь то мистецтво, інженерна і наукова, бізнес / розваги і - є сферою застосування КГ. Зростаючий потенціал ПК та їх величезне число - забезпечує стійке зростання індустрії в даній галузі.

Формування загальних понять про комп'ютерну графіку

Щорічно 3 грудня відзначається Всесвітній день комп'ютерної графіки. Дата вибрана не просто так: цей день в англомовному варіанті - 3 December, тобто виходить єдине в своєму роді ключове поєднання - 3December, або 3D.

Пропозиція про створення свята надійшло в 1998 році від американської компанії Alias Systems (поглинена Autodesk), розробника Maya, пакета тривимірного моделювання та анімації. Потім до події підключилися такі гіганти, як Adobe Systems, NVIDIA, Wacom та ін.

Спочатку свято відзначали тільки ті, хто безпосередньо пов'язаний зі створенням тривимірних зображень, трохи пізніше приєдналися всі інші сфери, що мають відношення до комп'ютерної графіки в цілому. Російськомовне співтовариство називає подію по-своєму - "День 3D-шника".

Великі галузеві гравці всю першу декаду грудня віддають проведення різноманітних заходів, презентацій, семінарів та майстер-класів. Ми в свою чергу спробуємо окреслити загальну картину становлення і розвитку комп'ютерної графіки. На повноту опису історії претендувати немає сенсу, але позначити основні віхи, надавши поверхневий погляд, все ж можна.

1950-ті роки: від текстових зображень до графічної консолі

В середині минулого століття комп'ютери були не просто великими, а величезними, і дорогоцінний машинний час мейнфреймів використовувалося виключно для військових і промислових потреб. Однак комусь із занудьгували програмістів прийшла в голову ідея експлуатації друкуючих пристроїв для виведення картинок і фотографій. Все просто: різниця в щільності алфавітно-цифрових знаків цілком придатна для створення зображень на папері - нехай навіть вони і виходять мозаїчними, але цілком собі прийнятні для сприйняття зором на відстані.

ASCII-графіка відома з кінця XIX в., Коли друкарки змагалися за кращий малюнок, виконаний на друкарській машинці.
Ілюстрація: jackbrummet.blogspot.com.

У 1950 році Бенджамін Лапоскі (Ben Laposky), математик, художник і кресляр, почав експериментувати з малюванням на осцилографі. Танець світла створювався складними настройками на цьому електронно-променевому приладі. Для фіксації зображень застосовувалися високошвидкісна фотографія і особливі об'єктиви, пізніше були додані пігментовані фільтри, що наповнювали знімки кольором.

Бен Лапоскі поруч з осцилографом, якому він знайшов незвичайне застосування.
Ілюстрація: Sanford Museum.

Пізніше "осціллони" стали кольоровими завдяки використанню світлофільтрів.
Ілюстрація: Sanford Museum.

"Візуальні ритми і гармонії електронного абстрактного мистецтва" Лапоскі чудово поєднувалися з аудіорядом, синтезованими Робертом Мугом (Robert Moog), піонером електронної музики.

У 1951 році в Массачусетському технологічному інституті (МТІ) для Військово-повітряних сил США було завершено будівництво Whirlwind, першого комп'ютера з відеотерміналом (фактично осциллографом), що виводить дані в реальному масштабі часу.

Комп'ютер Whirlwind: пам'ять на магнітних сердечниках (зліва) і операторська консоль.
Ілюстрація: Wikimedia.

У 1952 році з'явилася перша наочна комп'ютерна гра - OXO, або хрестики-нулики, розроблена Олександром Дугласом (Alexander Douglas) для комп'ютера EDSAC в рамках кандидатської дисертації як приклад взаємодії людини з машиною. Введення даних здійснювався дисковим номеронабирачем, висновок виконувався матричної електронно-променевою трубкою.

Хрестики-нулики OXO в емуляторі EDSAC для Mac OS X.
Ілюстрація: Wikimedia.

У 1955 році народилося світлове перо. На кінчику пера знаходиться фотоелемент, що випускає електронні імпульси і одночасно реагує на пікове світіння, відповідне моменту проходу електронного променя. Досить синхронізувати імпульс до положення електронної гармати, щоб визначити, куди саме вказує перо.

Світлові пір'я щосили використовувалися в обчислювальних терміналах зразка 1960-х років.

IBM 2250. Світлове перо на той момент виступав аналогом комп'ютерної миші.
Ілюстрація: Wikimedia.

У 1957 році для комп'ютера SEAC зразка 1950-го при Національному бюро стандартів США команда під керівництвом Расселла Кершо (Russell Kirsch) розробила барабанний сканер, за допомогою якого була отримана перша в світі цифрова фотографія. Зображення, на якому зображений тримісячний син вченого, вийшла розміром 5 × 5 см в дозволі 176 × 176 точок. Комп'ютер самостійно вичленував контури, порахував об'єкти, розпізнав символи і відобразив цифрове зображення на екрані осцилографа.

У 1958 році в Массачусетському технологічному інституті запущений комп'ютер Lincoln TX-2, вперше використовує графічну консоль. З цього моменту комп'ютерна графіка знаходить даний додаток методик та напрацювань - векторний дисплей.

Робоче місце TX-2.
Ілюстрація: МТІ.

Приблизно в цей же час Джон Вітні (John Whitney), піонер комп'ютерної мультиплікації, експериментував з механічним аналоговим комп'ютером, створеним ним же самим з приладу управління зенітним вогнем - предиктор Керрісона. Результатом спільної роботи з дизайнером Солом Бассом (Saul Bass) стала спирографических заставка до фільму "Запаморочення" Альфреда Хічкока зразка 1958 року.

Увага! У вас відключений JavaScript, ваш браузер не підтримує HTML5, або встановлена стара версія програвача Adobe Flash Player.

1960-і роки: від "Альбому" до мультиплікації

Вважається, що термін "комп'ютерна графіка" придумав в 1960 році Вільям Феттер (William Fetter), дизайнер з Boeing Aircraft, хоча сам він стверджує, ніби авторство належить його колезі Верну Хадсону (Verne Hudson). На той момент виникла потреба в засобах опису будови людського тіла, причому одночасно з високою точністю і в придатному для зміни вигляді. Для вирішення поставленого завдання комп'ютерна графіка підходила ідеально.

"Людина Боїнга" (Boeing Man). Комп'ютерна графіка допомагала здорово заощаджувати час і сили в проектуванні літаків.
Ілюстрація: Boeing.

І хоча перші комп'ютерні ігри вже були реалізовані, першою цієї відеогрою слід вважати "Зоряні війни" (Spacewar!). Іграшку втілив в 1962 році студент МТІ Стів Рассел (Steve Russel) разом з колегами, і вона запускалася на комп'ютері DEC PDP-1, використовуючи горезвісний осцилограф в якості дисплея.

У 1963 році Айвен Сазерленд (Ivan Sutherland), інший учень МТІ, написав для TX-2 комп'ютерну програму "Альбом" (Sketchpad). Вона, на той момент по праву революційна, дала машинній графіці величезний поштовх вперед, послужила прообразом для систем автоматизованого проектування (САПР), вперше описала елементи сучасного інтерфейсу користувача і об'єктно орієнтованих мов програмування.

"Альбом" за допомогою світлового пера дозволяв малювати на дисплеї векторні фігури, зберігати їх, звертатися до готових примітивів. Ключовим моментом було використання концепції "об'єктів" і "екземплярів": еталонний креслення можна було багаторазово копіювати, змінюючи кожен з ескізів на свій смак, і, якщо вносилися правки в вихідний креслення, відповідним чином перебудовувалися його дублікати.

Айвен Сазерленд демонструє "Альбом" на графічній консолі TX-2. За свою програму він в 1988 році отримав премію імені Алана Тьюринга, яка в комп'ютерному світі за значимістю порівнянна з Нобелівською.
Ілюстрація: МТІ.

Ще одним важливим винаходом "Альбому" були інструменти автоматичного малювання геометричних фігур: досить вказати місце розташування і розміри, наприклад, квадрата, щоб він був намальований - піклуватися про точні прямих кутах не доводилося.

Тоді ж Едвард Зейджек (Edward Zajac), вчений з Bell Telephone Laboratories, підготував на мейнфреймі IBM 7090 анімаційний фільм "Моделювання двухгіроскопной гравітаційної керуючої системи", в якому показав просторове переміщення супутника, що обертається на орбіті Землі.

Паралельно Кен Ноултон (Ken Knowlton), співробітник тієї ж компанії, придумав BeFlix (від Bell Flicks), перший спеціалізований мову комп'ютерної анімації на основі Фортрана. Він, працюючи з "графічними примітивами" на кшталт малювання лінії, копіювання області, заповнення зони, масштабування і ін., Дозволяв створювати зображення з вісьмома півтонами і дозволом 252 × 184 точок.

У період 1965-1971 років на основі BeFlix режисером-експериментатором Стеном Вандербіком (Stan VanDerBeek) була створена серія мультипликаций Evans & Sutherland. Її сформували нам вже відомий Айвен Сазерленд і Девід Еванс (David Evans), впритул вивчає аспекти візуального взаємодії комп'ютера з людиною.

Технічне оснащення створеної лабораторії, всебічно сфокусуватися на питаннях створюваних комп'ютерами зображень (CGI) - в тому числі обладнання реального часу, прискорення тривимірної графіки і створення принтерних мов, було досить потужним, щоб залучити цілу когорту перспективних фахівців.

Так, серед що приєдналися виявилися Едвін Кетмелл (Edwin Catmull), який зрозумів, що мультиплікацію слід перекласти на плечі комп'ютерів, Джон Уорнок (John Warnock), співзасновник Adobe Systems і розробник концепції революційного у видавничій справі мови опису сторінок PostScript, Джеймс Кларк (James Clark ), спільно заснував Silicon Graphics і Netscape Communications.

Едвін Кетмелл, його вважають батьком комп'ютерної мультиплікації. Зараз він обіймає посаду президента Walt Disney і Pixar, світового лідера щодо практичного впровадження комп'ютерної графіки в кіноіндустрію.
Ілюстрація: Flickr / Jeff Heusser.

У 1968 році в СРСР знятий мультфільм "Кішечка", що став першим, в якому з'явився анімований комп'ютером персонаж.

Група фахівців під керівництвом математика Миколи Константинова звернулася до обчислювальної машині БЕСМ-4, яка з достатнім ступенем реалізму моделювала руху кішки через систему диференціальних рівнянь другого порядку. Кожен кадр виводився на принтер, потім всі вони були об'єднані в стрічку.

У другій частині занурення в історію комп'ютерної графіки ми розберемо питання алгоритмів.!

Перші обчислювальні машини не мали окремих засобів для роботи з графікою, проте вже використовувалися для отримання і обробки зображень. Програмуючи пам'ять перших електронних машин, побудовану на основі матриці ламп, можна було отримувати візерунки.

У 1961 році програміст С. Рассел очолив проект по створенню першої комп'ютерної гри з графікою. Створення гри ( "Spacewar!") Зайняло близько 200 людино-годин. Гра була створена на машині PDP-1.

У 1963 році американський учений Айвен Сазерленд створив програмно-апаратний комплекс Sketchpad, який дозволяв малювати крапки, лінії і кола на трубці цифровим пером. Підтримувалися базові дії з примітивами: переміщення, копіювання і ін. По суті, це був перший векторний редактор, реалізований на комп'ютері. Також програму можна назвати першим графічним інтерфейсом, причому вона була такою ще до появи самого терміна.

В середині 1960-х рр. з'явилися розробки в промислових додатках комп'ютерної графіки. Так, під керівництвом Т. Мофетта і Н. Тейлора фірма Itek розробила цифрову електронну креслярську машину. У 1964 році General Motors представила систему автоматизованого проектування DAC-1, розроблену спільно з IBM.

У 1964 році групою під керівництвом Н. Н. Константинова була створена комп'ютерна математична модель руху кішки. Машина БЕСМ-4, виконуючи написану програму рішення диференціальних рівнянь, малювала мультфільм "Кішечка", який для свого часу був проривом. Для візуалізації використовувався алфавітно-цифровий принтер.

У 1968 році суттєвий прогрес комп'ютерна графіка зазнала з появою можливості запам'ятовувати зображення і виводити їх на комп'ютерному дисплеї, електронно-променевої трубки.

В кінці 60-х - початку 70-х в області комп'ютерної графіки почали працювати нові фірми. Якщо раніше для виконання будь-яких робіт покупцям доводилося встановлювати унікальне обладнання і розробляти нове програмне забезпечення, то з появою різноманітних пакетів програм, що полегшують процес створення зображень, креслень і інтерфейсів, ситуація істотно змінилася.

За десятиліття системи стали настільки досконалі, що майже повністю ізолювали користувача від проблем, пов'язаних з програмним забезпеченням.

В кінці 70-х в комп'ютерній графіці відбулися значні зміни. З'явилася можливість створення растрових дисплеїв, що мають безліч переваг: висновок великих масивів даних, стійке, що не мерехтливе зображення, робота з кольором. Вперше стало можливим отримання колірної гами. Растрова технологія в кінці 70-х стала явно домінуючої. Найбільш знаменною подією в області комп'ютерної графіки стало створення наприкінці 70-х персонального комп'ютера. У 1977 році компанія Apple створила Apple-II. Поява цього пристрою викликало змішані почуття: графіка була жахливою, а процесори повільними. Однак персональні комп'ютери стимулювали процес розробки периферійних пристроїв. Звичайно, персональні комп'ютери розвивалися як важлива частина машинної графіки, особливо з появою в 1984 році моделі Apple Macintosh з їх графічним інтерфейсом користувача.

Спочатку областю застосування персонального комп'ютера були графічні додатки, а робота з текстовими процесорами і електронними таблицями, але його можливості як графічного пристрою спонукали до розробки щодо недорогих програм як в області CAD / CAM, так і в більш загальних областях бізнесу і мистецтва. До кінця 80-х програмне забезпечення було для всіх сфер застосування: від комплексів управління до настільних видавництв. В кінці 80-х виник новий напрям ринку на розвиток апаратних і програмних систем сканування, автоматичної оцифровки. Оригінальний поштовх в таких системах повинна була створити магічна машина Ozalid, яка б сканувала і автоматично векторизованних креслення на папері, перетворюючи його в стандартні формати.

Однак акцент зрушився в сторону обробки, зберігання та передачі сканованих піксельних зображень.

У 90-х стираються відмінності між комп'ютерною графікою і обробкою зображення. Машинна графіка часто має справу з векторними даними, а основою для обробки зображень є піксельна інформація. Ще кілька років тому кожен користувач вимагав робочу станцію з унікальною архітектурою, а зараз процесори робочих станцій мають швидкодію, достатня для того, щоб управляти як векторної, так і растрової інформацією.

Крім того, з'являється можливість роботи з відео. Додайте аудіо можливості, і ви отримаєте комп'ютерну середу мультимедіа. Зростаючий потенціал персональних комп'ютерів і їх величезне число - близько 100 мільйонів - забезпечує стійке зростання індустрії в галузі. Графіка все ширше проникає в бізнес - сьогодні фактично немає документів, створених без використання будь-якого графічного елементу.

наукова графіка

Перші комп'ютери використовувалися лише для вирішення наукових і виробничих завдань. Щоб краще зрозуміти або уявити отримані результати, виробляли їх графічну обробку (будували графіки, діаграми, креслення розрахованих конструкцій). Перші графіки на машині отримували в режимі символьної друку.

Ділова графіка

конструкторська графіка

Використовується в роботі інженерів-конструкторів, архітекторів, винахідників нової техніки. Цей вид комп'ютерної графіки є обов'язковим елементом САПР (систем автоматизації проектування). Засобами конструкторської графіки можна отримувати як плоскі зображення (проекції, перетину), так і просторові тривимірні зображення. Цей вид комп'ютерної графіки є обов'язковим елементом САПР.

ілюстративна графіка

Довільний малювання і креслення за допомогою комп'ютера. Пакети ілюстративній графіки відносяться до прикладного програмного забезпечення загального призначення. Найпростіші програмні засоби ілюстративної графіки називаються графічними редакторами.

Стала популярною багато в чому завдяки телебаченню. За допомогою комп'ютера створюються рекламні ролики, мультфільми, комп'ютерні ігри, відеоуроки, відеопрезентації та т.д. Графічні пакети для цих цілей вимагають великих ресурсів комп'ютера за швидкодією і пам'яті. Відмінною особливістю цих графічних пакетів є можливість створення реалістичних зображень і "рухомих картинок".

Отримання малюнків тривимірних об'єктів, їх повороти, наближення, видалення, деформації пов'язано з великим обсягом обчислень. Передача освітленості об'єкта в залежності від положення джерела світла, від розташування тіней, від фактури поверхні, вимагає розрахунків, які враховують закони оптики.

Комп'ютерна анімація

Отримання рухомого зображення на екрані дисплея. Є багато програмних продуктів, в яких художник створює на екрані малюнки початкового і кінцевого положення рухомих об'єктів, всі проміжні стану розраховує і зображує комп'ютер, виконуючи розрахунки, що спираються на математичний опис даного виду руху. Отримані малюнки, що виводяться послідовно на екран з певною частотою, створюють ілюзію руху.

Мультимедіа- це об'єднання високоякісного зображення на екрані монітора зі звуковим супроводом. Найбільшого поширення системи мультимедіа отримали в області навчання, реклами, кіно, розваг і т.д.

Графіка для Інтернету

Поява глобальної мережі Інтернет призвело до того, що комп'ютерна графіка стала невід'ємною частиною в ній. Все більше вдосконалюються способи передачі візуальної інформації, розробляються досконаліші графічні формати, відчутно бажання використовувати тривимірну графіку, анімацію, весь спектр мультимедіа.

Історія розвитку комп'ютерної графіки

Історично першими інтерактивними системами вважаються системи автоматизованого проектування (САПР). Приклад: AutoCAD, КОМПАС і т.п.
Зараз стають все більш популярними геоінформаційні системи (ГІС). Це відносно нова для масових користувачів різновид систем інтерактивної комп'ютерної графіки.
Типовими для будь-якої ГІС є такі операції - введення і редагування об'єктів з урахуванням їх розташування на поверхні Землі, формування різноманітних цифрових моделей, запис в бази даних, виконання різноманітних запитів до баз даних. Важливою операцією є аналіз з урахуванням просторових, топологічних відносин безлічі об'єктів, розташованих на деякій території.

Види комп'ютерної графіки

Комп'ютерна графіка - розділ інформатики, який вивчає засоби і способи створення і обробки графічних зображень при помощт комп'ютерної техніки. Незважаючи на те, що для роботи з комп'ютерною графікою існує безліч класів програмного забезпечення, розрізняють чотири види комп'ютерної графіки. Це растрова графіка, векторна графіка, тривимірна і фрактальна графіка. Вони відрізняються принципами формування зображення при відображенні на екрані монітора або при друці на папері.

Растрову графіку застосовують при розробці електронних (мультимедійних) і поліграфічних видань. Ілюстрації, виконані засобами растрової графіки, рідко створюють вручну за допомогою комп'ютерних програм. Найчастіше для цієї мети використовують скановані ілюстрації, підготовлені художником на папері, або фотографії. Останнім часом для введення растрових зображень в комп'ютер широко використовують цифрові фото- і відеокамери. Відповідно, більшість графічних редакторів, призначених для роботи з растровими ілюстраціями, орієнтовані не стільки на створення зображень, скільки на їх обробку. В Інтернеті застосовують растрові ілюстрації в тих випадках, коли треба передати повну гаму оттенклв кольорового зображення.

Програмні засоби для роботи з векторною графікою навпаки призначені, в першу чергу, для створення ілюстрацій і в меншій мірі для їх обробки. Такі засоби широко використовують в рекламних агентствах, дизайнерських бюро, редакціях і видавництвах. Оформлювальні роботи, засновані на застосуванні шрифтів і найпростіших геометричних елементів, вирішуються засобами векторної графіки набагато простіше. Існують приклади високохудожніх творів, створених засобами векторної графіки, але вони скоріше виключення, ніж правило, оскільки художня підготовка ілюстрацій засобами векторної графіки надзвичайно складна.

Тривимірна графіка широко використовується в інженерному програмуванні, комп'ютерному моделюванні фізичних об'єктів і процесів, в мультиплікації, кінематографії і комп'ютерних іграх.

Програмні засоби для роботи з фрактальною графікою призначені для автоматичної генерації зображень шляхом математичних розрахунків. Створення фрактальної художньої композиції полягає не в малюванні або оформленні, а в програмуванні. Фрактальну графіку рідко застосовують для створення друкованих або електронних документів, але її часто використовують у розважальних програмах.

Растрова графіка

Основним (найменшим) елементом растрового зображення є точка. Якщо зображення екранне, то ця точка називається пикселом. Кожен піксель растрового зображення має властивості: розміщення і колір. Чим більше кількість пікселів і чим менше їх розміри, тим краще виглядає зображення. Великі обсяги даних - це основна проблема при використанні растрових зображень. Для активних робіт з великорозмірних ілюстраціями типу журнальної смуги вимагаються комп'ютери з винятково великими розмірами оперативної пам'яті (128 Мбайт і більш). Зрозуміло, такі комп'ютери повинні мати і високопродуктивні процесори. Другий недолік растрових зображень пов'язаний з неможливістю їх збільшення для розгляду деталей. Оскільки зображення складається з точок, то збільшення зображення приводить тільки до того, що ці точки стають більшими і нагадують мозаїку. Ніяких додаткових деталей при збільшенні растрового зображення розглянути не вдається. Більш того, збільшення точок растру візуально спотворює ілюстрацію і робить її грубою. Цей ефект називається пікселізацією.

Векторна графіка

Як в растрової графіку основним елементом зображення є точка, так в векторній графіці основним елементом зображення є лінія (при цьому не важливо, пряма це лінія крива). Зрозуміло, в растровій графіці теж існують лінії, але там вони розглядаються як комбінації точок. Для кожної точки лінії в растровій графіці відводиться одна або кілька осередків пам'яті (чим більше кольорів можуть мати точки, тим більше клітинок їм виділяється). Відповідно, чим довше растрова лінія, тим більше пам'яті вона займає. У векторній графіці об'єм пам'яті, займаний лінією, не залежить від розмірів лінії, оскільки лінія представляється у вигляді формули, а точніше кажучи, у вигляді декількох параметрів. Що б ми не робили з цією лінією, міняються тільки її параметри, що зберігаються в осередках пам'яті. Кількість же осередків залишається незмінним для будь-якої лінії.

Лінія - це елементарний об'єкт векторної графіки. Все, що є в векторної ілюстрації, складається з ліній. Найпростіші об'єкти об'єднуються в більш складні, наприклад об'єкт чотирикутник можна розглядати як чотири пов'язані лінії, а об'єкт куб ще більш складний: його можна розглядати або як дванадцять пов'язаних ліній, або як шість пов'язаних чотирикутників. Через такого підходу векторну графіку часто називають об'єктно-орієнтованої графікою. Ми сказали, що об'єкти векторної графіки зберігаються в пам'яті у вигляді набору параметрів, але не треба забувати і про те, що на екран всі зображення все одно виводяться у вигляді точок (просто тому, що екран так влаштований). Перед виведенням на екран кожного об'єкта програма робить обчислення координат екранних точок у зображенні об'єкта, тому векторну графіку іноді називають обчислюється графікою. Аналогічні обчислення проводяться і при виведенні об'єктів на принтер. Як і всі об'єкти, лінії мають властивості. До цих властивостей відносяться: форма лінії, її товщина, колір, характер лінії (суцільна, пунктирна і т.п.). Замкнені лінії мають властивість заповнення. Внутрішня область замкнутого контуру може бути заповнена кольором, текстурою, картою. Найпростіша лінія, якщо вона не замкнута, має дві вершини, які називаються вузлами. Вузли теж мають свойст, від яких залежить, як виглядає вершина лінії і як дві лінії сполучаються між собою.