Компьютерная графика

Компьютерная графика

Задание: Сравни два рисунка. Что их объединяет? В чём их отличие?

Привет!

Компьютерная графика

Компьютерная графика (машинная графика) – область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для синтеза (создания) изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира.

Также компьютерной графикой

называют результат такой деятельности.

Для Вывода графических

изображений используются устройства:

1. Дисплей (монитор).

2. Графопостроитель (плоттер).

3. Принтер.

Информация о графическом изображении хранится в специальном разделе оперативной памяти компьютера, который называется видеопамятью

ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ.

Научная графика.

Назначение: визуализация (наглядное изображение) объектов научного исследования, графическая обработка результатов расчётов с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика.

Назначение: для создания иллюстраций, часто используемых в работе учреждений. Плановые показатели, статистические сводки.

Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Конструкторская графика.

Назначение : используется в работе инженеров-конструкторов, изобретателей новой техники. Называется СИСТЕМАМИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР).

Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения.

Иллюстративная графика.

Произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами .

Компьютерная анимация

или получение движущихся изображений на дисплее: Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения.

Мультимедиа –это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением.

Графические редакторы

Графический редактор – это программа для создания, редактирования и просмотра графических изображений

• Графический редактор – это программа для создания, редактирования и просмотра графических изображений

Способы задания изображений

По способам задания изображений графику можно разделить на категории:

• Двухмерная графика  (2D — от англ.  two dimensions  — «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации и следующими из него алгоритмами обработки изображений.

Подразделяется на: - растровую;

- векторную;

- фрактальную.

• Трёхмерная графика (3D — от англ.  three dimensions  — «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора.

Виды компьютерной графики отличаются принципами формирования изображения

Растровая графика

Растровые графические изображения формируются в процессе преобразования графической информации из аналоговой формы в цифровую, например, в процессе сканирования существующих на бумаге или фотопленке рисунков и фотографий.

Можно создать растровое графическое изображение и непосредственно на компьютере с использованием графического редактора

Примеры аналогового и дискретного представления графической информации

Растровое изображение представляет собой мозаику из очень мелких элементов - пикселей.

Пиксель (pixel) - элементарная единица изображения, т.е. минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом, обычно имеющая квадратную форму.

• Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению). При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения.

• При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом .

Растровые графические редакторы являются наилучшим средством обработки фотографий и рисунков, поскольку обеспечивают высокую точность передачи градаций цветов и полутонов

Растровые графические редакторы - средство обработки цифровых фотографий и отсканированных изображений

• позволяют повышать качество изображений путем изменения цветовой палитры и цвета отдельного пикселя;
• повышают яркость и контрастность изображений;
• удаляют мелкие дефекты изображения (царапины, следы перегибов и т.д.)
• позволяют преобразовать черно-белое изображение в цветное; использовать различные эффекты преобразования изображений.

Программы для работы с растровой графикой

• Paint
• Adobe PhotoShop
• GIMP
• Corel PhotoPaint
• Photostyler
• Picture Publisher
• Painter
• Fauve Matisse
• Corel Paint Shop Pro Скриншот

Близкими аналогами являются живопись, фотография

Применение:

• для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов.

Например, для:

• ретуширования, реставрирования фотографий;
• создания и обработки фотомонтажа, коллажей;
• применения к изображениям различных спецэффектов;

Векторная графика

• В векторной графике изображение строится с помощью математических описаний объектов, окружностей и линий.
• Векторную графику часто называют объектно—ориентированной графикой или чертежной графикой .

• В векторной графике объекты создаются путем комбинации различных объектов.
• При редактировании элементов векторной графики изменяются параметры прямых и изогнутых линий, описывающих форму этих элементов.

• Векторная графика не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества.

• Векторное представление заключается в описании элементов изображения математическими кривыми с указанием их цветов и заполняемости.

Элементы (объекты) векторной графики. Объекты и их атрибуты

• Основным логическим элементом векторной графики является геометрический объект.

В качестве объекта принимаются простые геометрические фигуры (так называемые примитивы — прямоугольник, окружность, эллипс, линия), составные фигуры или фигуры, построенные из примитивов, цветовые заливки, в том числе градиенты.

• Положение и форма графического объекта задается в системе графических координат, связанных с экраном.
• Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана.

0

y

B (x2,y2)

A (x,y)

B (x2,y2)

R

O (x,y)

A (x1,y1)

A (x1,y1)

• графический примитив точка задаётся своими координатами (Х, У); линия - координатами начала (Х1,У1) и конца (Х2,У2);
• прямоугольник – координатами диагонали (Х1, У1) (Х2, У2);
• окружность - координатами центра (Х, У) и радиусом (R) и т.д.

0

X

Близкими аналогами векторных рисунков являются:

• слайды мультфильмов,
• представление математических функций на графике.

• Линия — элементарный объект векторной графики . Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная).

• Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

2

В векторном представлении – это три линии, каждая из которых описывается координатами ее концов

3

4

5

6

7

8

9

10

ЛИНИЯ (3,2) – (3,8)

ЛИНИЯ (4,5) – (7,2)

ЛИНИЯ (4,5) – (7,8)

Объекты векторной графики легко трансформируются и модифицируются, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения. Масштабирование, поворот, искривление не влияют на качество изображения.

Увеличение векторного изображения

В тех областях графики, где принципиальное значение имеет сохранение ясных и четких контуров, например в шрифтовых композициях, в создании фирменных знаков логотипов и пр., векторная графика незаменима.

В векторном редакторе всегда есть возможность "вернуться назад": выделить любую составную часть изображения и изменить ее свойства.

Векторная графика позволяет редактировать отдельные части рисунка не оказывая влияния на остальные,

Программы для работы с векторной графикой:

• Corel Draw
• Adobe Illustrator
• Fractal Design Expression
• AutoCAD
• Adobe Flash
• Fantavision
• Macromedia FreeHand
• Xara Xtreme
• Inkscape
• OpenOffice.org Draw

Применение:

• для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений;
• для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем;
• для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов;
• для моделирования объектов изображения;
• для создания 3-х мерных изображений;

Трехмерная графика

• Трёхмерная графика (3D, 3 Dimensions, русск. 3 измерения) — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.

• Трёхмерная компьютерная графика является объектно-ориентированной.
• Обладает большими возможностями для поддержки технического черчения.
• С помощью графических редакторов можно выполнять наглядные изображения деталей и изделий машиностроения, а также макетирование зданий и архитектурных объектов.

Предоставляет возможность:

• макетирования будущих изделий с передачей фактуры и текстуры материалов, из которых эти изделия будут выполнены;
• увидеть с любых точек зрения макет изделия до его воплощения в материале.

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

• моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней.
• рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью.
• вывод полученного изображения на устройство вывода - монитор или принтер.

моделирование

рендеринг (визуализация)

Программное обеспечение

Коммерческие программы :

Autodesk 3ds Max

Maya

Newtek Lighware

Softimage XSI

Sidefx Houdini

Rhinoceros 3D

Cinema 4D

Moho

ZBrush

Свободно распространяемые программы: Blender ,

K-3D

Wings3D

Применение трехмерной графики

• Моделирование в промышленности;
• Кинематография;
• Моделирование ландшафта, зданий и интерьеров;
• Медицина;
• Археология;
• Реклама;
• Компьютерные игры и т.д.

Фрактальная графика

«Облака - не сферы, горы - не конусы, линии берегов - не окружности, негладка древесная кора и непрям путь молнии»

Бенуа Мандельброт –

отец современной фрактальной

геометрии и слова фрактал

«Многие вещи нам непонятны не потому, что наши понятия слабы, а потому, что сии вещи не входят в круг наших понятий».

Козьма Прутков

• Фракта́л (лат.  fractus  — дроблёный, сломанный, разбитый) - это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба.
• Фракталы, особенно на плоскости, популярны, благодаря сочетанию красоты с простотой построения при помощи компьютера.

В центре находится простейший элемент – равносторонний треугольник, который получил название- фрактальный

На среднем отрезке сторон строятся равносторонние треугольники со стороной =1/3 а от стороны исходного фрактального треугольника

В свою очередь на средних отрезках сторон, являющихся объектами первого поколения, строятся треугольника второго поколения 1/9 а от стороны исходного треугольника

Таким образом, мелкие объекты повторяют свойства всего объекта. Процесс наследования можно продолжать до бесконечности.

Полученный объект носит название фрактальной фигуры. Абстрактные композиции можно сравнить со снежинкой, с кристаллом.

Процедура получения фрактальных кривых

• Зададим произвольную ломаную с конечным числом звеньев, называемую генератором . Далее, заменим в ней каждый отрезок генератором (точнее, ломаной, подобной генератору). В получившейся ломаной вновь заменим каждый отрезок генератором. Продолжая до бесконечности, в пределе получим фрактальную кривую.

Геометрические фракталы

Этот тип фракталов получается путем простых геометрических построений. Обычно при построении этих фракталов поступают так: берется «затравка» – аксиома – набор отрезков, на основании которых будет строиться фрактал.

Алгебраические фракталы

• Свое название они получили за то, что их строят на основе алгебраических формул, иногда весьма простых. Методов получения алгебраических фракталов несколько.

Стохастические фракталы

Типичный представитель данного класса фракталов « Плазма» . Для ее построения возьмем прямоугольник и для каждого его угла определим цвет. Далее находим центральную точку прямоугольника и раскрашиваем ее в цвет равный среднему арифметическому цветов по углам прямоугольника плюс некоторое случайное число.

Особенности фрактала

• геометрическая фигура из множества частей, подобных самой фигуре;
• самоподобная/приближенно самоподобная структура;
• нетривиальность, независимо от масштаба;
• масштабная инвариантность точная или приближенная;
• дробная метрическая размерность.

Главное отличие фрактальной графики

• Фрактальная графика, также как векторная и трёхмерная, является вычисляемой. Её главное отличие в том, что изображение строится по уравнению или системе уравнений. Поэтому в памяти компьютера для выполнения всех вычислений, ничего кроме формулы хранить не требуется. 

Аналоги

• В природе:

- Бронхиальное дерево

- Сеть кровеносных сосудов

- Деревья

Вид спереди на трахею и бронхи

Аналоги

• Естественные науки:

Фракталы используются при моделировании пористых материалов, например, в нефтехимии. В биологии они применяются для моделирования популяций и для описания систем внутренних органов (система кровеносных сосудов).

Аналоги

• Литература:
• Среди литературных произведений находят такие, которые обладают текстуальной, структурной или семантической фрактальной природой. В текстуальных фракталах потенциально бесконечно повторяются элементы текста:
• неразветвляющееся бесконечное дерево, тождественное само себе с любой итерации («У попа была собака…»,…)
• неразветвляющиеся бесконечные тексты с вариациями («У Пегги был весёлый гусь…») и тексты с наращениями («Дом, который построил Джек»)…

Аналоги

• Компьютерная графика:
• Для построения изображений природных объектов, таких как деревья, кусты, горные ландшафты, поверхности морей и так далее.

-

Программы для работы с фрактальной графикой

F racplanet 4.0

Art Dabbler

Ultra Fractal

Fractal Explorer

ChaosPro

Apophysis

Mystica