Питання по курсу “Системи та технології комп'ютерної графіки” (стр. 1 )

Питання по курсу “Системи та технології комп'ютерної графіки”

1.  Візуальна інформація та її сприйняття

Людина отримує понад 80% через зоровий канал. Можуть бути виділено наступні види візуальної зорової інформації:

1. Для оформлення;

2. Як ілюстрації;

3. Як форма надання інформації;

4. Для покращення сприйняття текстової інформації;

5. Фото та мистецькі картини.

Оформлення

Існує широкий арсенал засобів оформлення. Можно виділити комбінацію текстово-графічних засобів та суто графічні засоби. Їх особливий розвиток ми маємомо з розширенням використання InterNet – оформлення титульних сторінок, банери, логотипи та інше. Основне призначення зосередити увагу користувача, а ще краще змусити користувача звернути увагу на товар, послугу та інше. Створення засобів оформлення це повинна бути комбінація художнього смаку, знання особливостей сприйняття інформації в InterNet, знання у галузі маркетингу та інше. Деякі приклади графічної інформації оформлення надані нижче.

Мал. 1.

Ілюстрації

На протязі багатьох років це була одна з популярних робіт художників, які оформлювали книжки, брошюри, рекламні проспекти та інше. Суть ілюстрацій в наданні роз’яснювальної чи додаткової інформації до тексту.

Як форма надання інформації

Можна виділити клас інформації (крім фото та художньої), яка в текстовому виді змісту немає чи дуже важко і довго в текстовому виді описувати цю інформацію. В технічній галузі це можуть бути поля кольорової чи напівтонової інформації. Аналізуючи ці поля користувач отримує чи може отримати інформацію про деякий процес, який описується цим полем чи в результаті виконання процеса з’являється це поле. Так в минулі роки фахівці фірми Локхід знайшли пошкодження у соплі реактивного двигуна аналізуючи теплове поле, яке надавалося на екрані у вигляді кольорового зображення.

Покращення сприйняття текстової інформації

Перше використання комп'ютерної графіки було пов’язано з цією функцією. Массиви цифр людина сприймає погано, а графики, які відповідають цьому массиву, це нормальна форма сприйняття.

У табличних базах таких як Excel, ACCESS, LOTUS 1-2-3 широко використовуються так звана ділова графіка надано досить багато форм відображення табличної цифрової інформації. Розом з тим слід памятати про змістовну повноту графічної інформації. Так, якщо надано графік функції, то необхідно надати змістовне символьне позначення вісі-X, Y і якщо є, то і Z, а також значення кроків по цим координатам. Слід відзначити, що про це студенти дуже часто забувають при підготовці лабораторних та курсових робіт.

Фото та мистецькі картини

Фото зображення це спроба відобразити на екрані, папері чи іншому носії світ який є навколо нас. Треба виділити два напрямки використання комп’ютерної графіки в яких фото зображення мають велике значення - видавництві та InterNet. При цьому фото-зображення можуть мати різне призначення, починаючи від справедливого вислову - “Фотографія – це мистецтво” до ілюстраційної, допоміжної, рекламної та інших функцій фото. Але загальним є надання інформації у формі, яка наближує користувача до навколишнього світу. Фотографії у тексті як ілюстрації створюють умови для більш глибокого розуміння тексту, роблять текст більш привабливим. Збільшується ступінь наближення до реального світу за допомогою анімації та звуку

2.  Методи та засоби комп'ютерного надання візуальної інформації

Комп'ютерна графіка розглядається як сукупність методів та засобів введення, відображення, редагування, перетворення та документування графічної та символьної інформації для вирішення прикладних задач.

Цікаво, що за останні 15 років кількість фахівців, яки працюють з комп'ютерною графікою, збільшилося на декілька порядків. Комп'ютерна графіка починалася з автоматизованого проектування і десятки років вважалося, що те, що вона дозволяє робити у цій галузі і є комп'ютерною графікою. Зараз комп'ютерна графіка широко використовується у видавництві і з'явились автори, які можливо і не знають про використання її при автоматизованому проектуванні та вважають, що комп'ютерна графіка - це Photpshop та Corel Draw ( В, "Компьютерная графика" Харьков "Фолио" Москва "АСТ" 2001г. ). Але і Photpshop, і Corel Draw є тільки інструментами комп'ютерної графіки і таких інструментів зараз тисячі. Кожен з цих інструментів має засоби малювання, засоби обробки, засоби перетворення графічної інформації. Ці засоби та їх можливості залежать від класу задач для вирішення яких розроблено відповідний графічний редактор.

Історія Комп’ютерної графіки

Першою системою комп’ютерної графіки була система Sketch Pad, розроблена у Массачусетському технологічному інституті Іваном Сазерлендом у 1961-1963 роках. Але ця система тільки ілюструвала можливості комп’ютерної графіки, а вирішувати прикладні задачі не дозволяла, тому що у ті роки потужності комп’ютерів були дуже обмеженими. У 70 роки з комп’ютерною графікою працювали професіонали комп’ютерщики (при вивченні мовного забезпечення комп’ютерної графіки причини цього ми спробуємо обґрунтувати). Але у середині 80-х років комп’ютерна графіка з інструменту професіоналів перетворилася у розповсюджений засіб, який забезпечує користувачам зручний та гнучкий інтерфейс при вирішенні прикладних задач. Причин такого широкого розповсюдженя КГ декілька:

- інтенсивний розвиток персональних комп'ютерів та збільшення їх потужності;

- використання простого для сприйняття інтерфейсу, який не вимагає спеціальної підготовки (використання мови меню);

- розповсюдження комп’ютерної графіки, особливо у галузях пов'язаних з видавництвом.

В 1967 році Сазерленд разом з Девідом Евансом розпочали роботу по створенню навчального курсу комп’ютерної графіки. Але основним підручником по комп’ютерній графіці, який проіснував в університетах світу понад 10 років, був підручник Ньюмена та Спрулла “Основи інтерактивной машинной графіки” (переклад на російську мову - Москва, Мир, 1987 г.). Зріс інтерес до цієї галузі. В університеті штату Юта (США), де були започатковані такі дослідження, в цей час працювали: Джим Кларк – засновник компанії Silicon Graphics Inc., Ед Кетмул – один з піонерів в галузі створення фільмів за допомогою комп’ютера, Джон Вернок – засновник компанії Adobe Systems і розробник таких відомих продуктів, як Photoshop і Postscript.

Спочатку об’ємне зображення об’єктів формували на основі набору геометричних фігур (найчастіше трикутників). При цьому геометричні фігури мали однотонну заливку, а об’єкти переднього плану закривали ті, що розміщені на задньому плані. В 1971 році Генрі Гуро запропонував зафарбовувати трикутники з лінійною зміною інтенсивностей між їх вершинами. Це дозволило отримати більш плавну зміну інтенсивностей вздовж поверхні об’єктів. В 1974 році Ед Кетмул запропонував концепцію Z-буфера, що прискорило процес видалення схованих граней. Іншим винаходом Кетмула є накладання текстури на поверхню тривимірних об’єктів, що забезпечує реалістичність цих об’єктів. Ву Тонг Фонг запропонував інтерполювати відтінки всієї поверхні полігону, що забезпечує кращу згладжуваність, хоча і вимагає значно більших обчислень. Джеймс Блінн в 1976 році скомбінував розфарбовування за Фонгом і накладання текстури на поверхню об’єктів. В 1980 році Тернер Уіттед запропонував нову техніку візуалізації (трасування), яка полягає в відслідковуванні шляхів проходження світлових променів від джерела світла до об’єктива камери (ока) з врахуванням їх взаємодії з об’єктами сцени (Метод світлових трубок). Починаючи з 1989 року йдуть широким фронтом роботи по стандартизації систем комп’ютерної графіки. Спершу фірма Silicon Graphics Inc. запропонувала - Core, але Европейські країни прийняли GKS, GKS-3d, а у 1989 році прийнято стандарт PHIGS (3d афінні перетворення + ієрархічна побудова зображень + динаміка). Реалізація в основному вимагає досить суттєвих обчислювальних можливостей. Досить показовою є система автоматизованого проектування CATIA з HOST комп’ютером ES-9000. Графічні робочі станції спочатку на комп’ютерах RISK-6000, а зараз інтелектуальні робочі станції на 2 ядерних компютерах.

У 1986 році фірма AT&T впустила перший пакет для роботи з анімацією на персональних комп’ютерах (TOPAS), який коштував 10000 доларів і працював на комп’ютерах з процесором Intel286 і операційною системою DOS. В 1990 році фірма AutoDesk розпочала продажу продукту 3D Studio. В 1997 році компанія Macromedia придбала у компанії FutureWare невелику графічну програму для Web, з якої була започаткована нині широко відома програма комп’ютерної анімації Macromedia Flash.

3.  Області використання комп'ютерної графіки та її особливості.

Зробимо неповний перелік галузей та областей використання комп'ютерної графіки. В кожній з них комп'ютерна графіка має свої особливості, відповідні графічні редактори та спеціалізовані графічні системи.

Автоматизоване проектування

Видавнича справа

Офісні системи

Кіно та телебачення

Web-дизайн та InterNet

Image Processing

Коротко розглянемо ці випадки використання.

Комп’ютерна графіка близька до інженерної графіки тільки при використанні її в режимі креслярської дошки, коли комп’ютерна графіка дозволяє створювати на екрані креслення, перетворювати та зберігати їх у комп’ютерному вигляді, і при необхідності виводити на папір. Але і в режимі креслярської дошки комп’ютерна графіка має додаткові корисні функції, в основному вони пов’язані з наявністю комп’ютерного опису зображення.

У комп’ютерній графіці Ви маєте змогу, по-перше, зробити аналіз фізичних можливостей об’єкту що ви створюєте, наприклад балону - чи не вибухне він, яку товщину корпусу можна зробити та інше. Це виконують так звані системи САЕ (Computer Aided Enginering). Ці системи роблять інженерні розрахунки, а потім виводять інформацію зрозумілу користувачу у вигляді графіків, діаграм, текстів, малюнків. Якщо щось спроектовано і його треба виготовити, то існують системи, які поєднують креслення з засобами виробництва. Вони мають назву САМ (Computer Aided Machinery). Системи Автоматизації Виробництва дозволяють перейти від креслення до наборів кодів та програм керування автоматизованими засобами виробництва, наприклад, управління станками з цифровим керуванням, та іншим технологічним обладнанням.