Определение и основные задачи компьютерной графики

Лекция 1. Введение в компьютерную графику. Области применения компьютерной графики

Введение

Информационные технологии являются основными инструментами в решении сложных проблем, поставленных перед человечеством в ХХI веке. При этом одним из главных факторов, определяющих эффективность использования информационных технологий, служит уровень развития компьютерной графики. Оснащение компьютерной графики включает в себя технические средства, математические методы, модели и алгоритмы, программное обеспечение.

Различные подсистемы компьютерной графики входят в состав практически всех программных продуктов – от простейших текстовых редакторов до сложнейших компьютерных игр. Особое место они занимают в составе систем автоматизированного проектирования и пакетов, предназначенных для создания художественных и анимационных фильмов. В настоящее время без преувеличения можно сказать, что знание основ компьютерной графики и умение работать с ее средствами необходимо практически каждому специалисту. Трудно себе представить работу офиса, издательства, проектной организации, рекламного агентства, а тем более образовательного учреждения без использования компьютерных графических технологий.

Компьютерная графика как направление в науке берет свое начало в 60-х годах прошлого столетия, когда Айвен Сазерленд защитил диссертацию, в которой были рассмотрены новые возможности графического интерфейса с ЭВМ (электронная вычислительная машина) в интерактивном режиме. Графический интерфейс был реализован в первой интерактивной графической системе – Sketchpad, – разработанной Сазерлендом и продемонстрированной в 1963 г. В этой системе можно было с помощью светового пера рисовать на экра­не векторного дисплея простые геометрические фигуры и осуществлять с ними различные манипуляции. Однако это была скорее демонстрация возможностей техники и особенностей графического интерфейса, поскольку данная программа не могла решать какие-либо практические задачи. Система была очень дорогой, поскольку почти вся вычислительная мощность высокопроизводительного (по меркам того времени) компьютера использовалась для управления дисплеем.

Менее чем за полвека своего развития компьютерная графика проделала огромный путь. В настоящее время это самая динамично развивающаяся отрасль информационных технологий.

Определение и основные задачи компьютерной графики

Вполне естественно, что важнейшей функцией компьютера является обработка информации. При обработке информации, связанной с изображением на мониторе, принято выделять три основных направления: распознавание образов, обработку изображений и компьютерную графику.

Основная задача распознавания образов состоит в преобразовании уже имеющегося изображения на формально понятный язык символов. Распознавание образов или система технического зрения (COMPUTER VISION) – это совокупность методов, позволяющих получить описание изображения, поданного на вход, либо отнести заданное изображение к некоторому классу (так поступают, например, при сортировке почты). Одной из задач технического зрения является так называемая скелетизация объектов, при которой восстанавливается некая основа объекта, его «скелет».

Обработка изображения (IMAGE PROCESSING) – это его преобразование. Входными данными является изображение, и результат обработки – тоже изображение. Примерами обработки изображений могут служить: повышение контраста, четкости, коррекция цветов, сглаживание, уменьшение шумов и так далее. В качестве материала для обработки могут использоваться фотографии, сканированные изображения и т. п. Задачей обработки изображений может быть как улучшение в зависимости от определенного критерия (реставрация, восстановление), так и специальное преобразование, кардинально меняющее изображение. В последнем случае обработка изображения может быть промежуточным этапом для его дальнейшего редактирования. Методы обработки изображения могут существенно отличаться в зависимости от того, каким путем оно получено – синтезировано системой компьютерной графики либо это результат оцифровки черно-белой или цветной фотографии.

Компьютерная (машинная) графика (COMPUTER GRAPHICS) воспроизводит изображение в случае, когда исходной является информация неизобразительной природы. Например, визуализация экспериментальных данных в виде графиков, гистограмм или диаграмм, вывод информации на экран в компьютерных играх, синтез сцен движения и др.

Компьютерная графика в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении для разнообразных изображений от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности и восприятия, передачи информации. Также она применяется в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д. Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени коллективов программистов, выпускающих программы массового применения.

Конечным продуктом компьютерной графики является изображение. Изображение может использоваться в различных сферах, например, это может быть технический чертеж, иллюстрациия с изображением детали в руководстве по эксплуатации, простая диаграмма, архитектурный вид предполагаемой конструкции или проектное задание, рекламная иллюстрация или кадр из мультфильма.

Компьютерная графика – это наука, предметом изучения которой является создание, хранение и обработка моделей и их изображений с помощью компьютера, т.е. это раздел информатики, который занимается проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи:

· создание изображения;

· осуществление действий с изображением;

· подготовка изображения к визуализации;

· представление изображения в компьютерной графике.

Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью компьютера. Под графической информацией понимаются компьютерные модели объектов и их изображения.

В том случае, если пользователь может управлять характеристиками объектов, речь идет об интерактивной компьютерной графике, т.е. способности компь­ютерной системы создавать графику и вести диалог с пользователем. В настоящее время почти любую графическую программу можно считать системой интер­активной компьютерной графики. Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом с помощью интерактивных устройств управления.

Исторически первыми интерактивными системами считаются системы автоматизированного проектирования (САПР), которые появились в 60-х годах ХХ века. Они определяют собой значительный этап в эволюции компьютеров и программного обеспечения.

Дата добавления: 2015-07-08