Компьютерная графика

Компьютерная графика, изготовление изображений на компьютерах для использования на любых носителях. Изображения, используемые в графическом дизайне печатных материалов, часто создаются на компьютерах, равно как и неподвижные и движущиеся изображения в комиксах и анимациях. Реалистичные изображения, просматриваемые и обрабатываемые в электронных играх и компьютерных симуляторах, не могли быть созданы или поддержаны без расширенных возможностей современной компьютерной графики. Компьютерная графика также важна для научной визуализации - дисциплины, которая использует изображения и цвета для моделирования сложных явлений, таких как воздушные потоки и электрические поля, а также для компьютерной инженерии и дизайна, в которых объекты рисуются и анализируются в компьютерных программах. Даже графический пользовательский интерфейс на основе Windows, который теперь является обычным средством взаимодействия с бесчисленными компьютерными программами, является продуктом компьютерной графики.

компьютерная графикакомпьютерный чип.  компьютер.  Рука компьютерного чипа.  Центральный процессор (ЦП).  история и общество, наука и техника, микрочип, микропроцессор материнская плата компьютера печатная платаВикторина Компьютерная и технологическая викторина Что из этого не является периферийным устройством, с компьютерной точки зрения?

Отображение изображения

Изображения обладают высоким информационным содержанием, как с точки зрения теории информации (т. Е. Количества битов, необходимых для представления изображений), так и с точки зрения семантики (т. Е. Значения, которое изображения могут передать зрителю). Из-за важности изображений в любой области, в которой отображается или обрабатывается сложная информация, а также из-за высоких ожиданий потребителей от качества изображения, компьютерная графика всегда предъявляла высокие требования к компьютерному оборудованию и программному обеспечению.

В 1960-х годах в ранних системах компьютерной графики использовалась векторная графика для построения изображений из отрезков прямых линий, которые объединялись для отображения на специализированных компьютерных видеомониторах. Векторная графика экономно использует память, так как весь линейный сегмент определяется просто координатами его конечных точек. Однако это не подходит для очень реалистичных изображений, поскольку у большинства изображений есть по крайней мере некоторые изогнутые края, а использование всех прямых линий для рисования изогнутых объектов приводит к заметному эффекту «ступеньки».

В конце 1970-х и 80-х годах растровая графика, заимствованная из телевизионных технологий, стала более распространенной, хотя все еще ограничивалась дорогими графическими рабочими станциями. Растровая графика представляет собой растровые изображения, хранящиеся в памяти компьютера и отображаемые на экране, состоящем из крошечных пикселей. Каждый пиксель представлен одним или несколькими битами памяти. Для черно-белых изображений достаточно одного бита на пиксель, тогда как четыре бита на пиксель определяют изображение с оттенками серого с 16 шагами. Восемь битов на пиксель определяют изображение с 256 уровнями цвета; так называемый «истинный цвет» требует 24 бита на пиксель (определяя более 16 миллионов цветов). При таком разрешении или битовой глубине для полноэкранного изображения требуется несколько мегабайт (миллионы байтов; 8 бит = 1 байт) памяти. С 1990-х годов растровая графика стала повсеместной.Персональные компьютеры теперь обычно оснащены выделенной видеопамятью для хранения растровых изображений высокого разрешения.

3-D рендеринг

Хотя растровые изображения используются для отображения, они не подходят для большинства вычислительных задач, для которых требуется трехмерное представление объектов, составляющих изображение. Одним из стандартных эталонов для визуализации компьютерных моделей в графические изображения является чайник Utah Teapot, созданный в Университете штата Юта в 1975 году. Представленный в виде каркаса в виде каркасного изображения, чайник Utah Teapot состоит из множества небольших многоугольников. Однако даже с сотнями полигонов изображение не гладкое. Более плавные представления могут быть получены с помощью кривых Безье, которые имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что для этого требуется меньше памяти компьютера. Кривые Безье описываются кубическими уравнениями; кубическая кривая определяется четырьмя точками или, что то же самое, двумя точками и наклонами кривой в этих точках. Две кубические кривые можно плавно соединить, придав им одинаковый уклон на стыке.Кривые Безье и связанные с ними кривые, известные как B-сплайны, были введены в программы автоматизированного проектирования для моделирования автомобильных кузовов.

Рендеринг предлагает ряд других вычислительных проблем в поисках реализма. Объекты должны трансформироваться по мере их вращения или движения относительно точки обзора наблюдателя. При изменении точки обзора твердые объекты должны закрывать те, что находятся позади них, а их передние поверхности должны закрывать задние. Этот метод «устранения скрытой поверхности» может быть выполнен путем расширения атрибутов пикселей, чтобы включить в них «глубину» каждого пикселя в сцене, как определено объектом, частью которого он является. Затем алгоритмы могут вычислить, какие поверхности в сцене видны, а какие скрыты другими. В компьютерах, оснащенных специализированными графическими картами для электронных игр, компьютерного моделирования и других интерактивных компьютерных приложений, эти алгоритмы выполняются так быстро, что не возникает заметных задержек, то естьрендеринг осуществляется в «реальном времени».