Компьютерная графика

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Более конкретные научные области см. в разделе Компьютерная графика (информатика) . Чтобы узнать о других значениях, см. Компьютерная графика (значения) .
Скриншот Blender , показывающий тестовую 3D-модель Сюзанны.

Компьютерная графика занимается созданием изображений и произведений искусства с помощью компьютеров . Компьютерная графика является основной технологией в цифровой фотографии, кино, видеоиграх, цифровом искусстве, дисплеях мобильных телефонов и компьютеров, а также во многих специализированных приложениях. Было разработано большое количество специализированного аппаратного и программного обеспечения, причем дисплеи большинства устройств управляются аппаратным обеспечением компьютерной графики . Это обширная и недавно развитая область информатики. Эта фраза была придумана в 1960 году исследователями компьютерной графики Верном Хадсоном и Уильямом Феттером из Boeing. Его часто называют компьютерной графикой или, как правило, в контексте фильма, компьютерным изображением (CGI). Нехудожественные аспекты компьютерной графики являются предметом исследований в области информатики . [1]

Некоторые темы компьютерной графики включают дизайн пользовательского интерфейса , спрайтовую графику , рендеринг , трассировку лучей , обработку геометрии , компьютерную анимацию , векторную графику , 3D-моделирование , шейдеры , графического процессора дизайн , неявные поверхности , визуализацию , научные вычисления , обработку изображений , вычислительную фотографию , научную работу. визуализация , вычислительная геометрия и компьютерное зрение , среди других. Общая методология во многом зависит от лежащих в ее основе наук геометрии , оптики , физики и восприятия .

Имитация полета над долиной Трента в Юлийских Альпах.

Компьютерная графика отвечает за эффективное и значимое отображение данных искусства и изображений потребителю. Он также используется для обработки данных изображений, полученных из физического мира, например фото- и видеоконтента. Развитие компьютерной графики оказало значительное влияние на многие виды средств массовой информации и произвело революцию в анимации , фильмах , рекламе и видеоиграх в целом.

Обзор [ править ]

Термин «компьютерная графика» использовался в широком смысле для описания «почти всего на компьютерах, кроме текста и звука». [2] Обычно термин компьютерная графика относится к нескольким различным вещам:

  • представление и манипулирование данными изображения с помощью компьютера
  • различные технологии, используемые для создания изображений и управления ими.
  • методы цифрового синтеза и манипулирования визуальным контентом, см. исследование компьютерной графики.

Сегодня компьютерная графика получила широкое распространение. Подобные изображения можно встретить на телевидении, в газетах, сводках погоды, а также в различных медицинских исследованиях и хирургических процедурах. Хорошо построенный график может представить сложную статистику в форме, которую легче понять и интерпретировать. В средствах массовой информации «такие графики используются для иллюстрации статей, докладов, тезисов» и других презентационных материалов. [3]

Для визуализации данных было разработано множество инструментов. Компьютерные изображения можно разделить на несколько типов: двухмерные (2D), трехмерные (3D) и анимированная графика. По мере совершенствования технологий 3D-компьютерная графика стала более распространенной, но 2D-компьютерная графика по-прежнему широко используется. Компьютерная графика возникла как раздел информатики , изучающий методы цифрового синтеза и управления визуальным контентом. За последнее десятилетие были разработаны другие специализированные области, такие как визуализация информации и научная визуализация, больше связанная с «визуализацией трехмерных явлений (архитектурных, метеорологических, медицинских, биологических и т. д.), где упор делается на реалистичную визуализацию объемов. , поверхности, источники освещения и т.п., возможно, с динамической (временной) составляющей». [4]

История [ править ]

Смотрите также: История компьютерной анимации

Предшественниками развития современной компьютерной графики были достижения в области электротехники , электроники и телевидения , произошедшие в первой половине двадцатого века. На экранах можно было отображать произведения искусства с тех пор, как братья Люмьер использовали матовую пленку для создания спецэффектов для самых ранних фильмов, датированных 1895 годом, но такие дисплеи были ограниченными и не интерактивными. Первая электронно-лучевая трубка , трубка Брауна , была изобретена в 1897 году – она, в свою очередь, позволила использовать осциллограф и военную панель управления – более прямых предшественников этой области, поскольку они обеспечили первые двумерные электронные дисплеи, которые реагировали на программные команды. или пользовательский ввод. Тем не менее, компьютерная графика оставалась относительно неизвестной как дисциплина до 1950-х годов и периода после Второй мировой войны – в течение этого времени эта дисциплина возникла в результате сочетания чисто университетских и лабораторных академических исследований более совершенных компьютеров и Соединенных Штатов. военных исследований дальнейшее развитие таких технологий, как радар , передовая авиация и ракетная техника , разработанные во время войны. Для обработки огромного количества информации, полученной в результате таких проектов, потребовались новые виды дисплеев, что привело к развитию компьютерной графики как дисциплины. [5]

1950-е годы [ править ]

SAGE Секторальный диспетчерский пункт

Ранние проекты, такие как Whirlwind и SAGE Projects, представляли ЭЛТ в качестве жизнеспособного дисплея и интерфейса взаимодействия, а световое перо - в качестве устройства ввода . Дуглас Т. Росс из системы Whirlwind SAGE провел личный эксперимент, в ходе которого он написал небольшую программу, которая фиксировала движение его пальца и отображала его вектор (его прорисованное имя) на дисплее. Одна из первых интерактивных видеоигр с узнаваемой интерактивной графикой — «Теннис для двоих» — была создана для осциллографа Уильямом Хигинботэмом , чтобы развлекать посетителей в 1958 году в Брукхейвенской национальной лаборатории и моделировать теннисный матч. В 1959 году Дуглас Т. Росс снова ввел новшества, работая в Массачусетском технологическом институте над преобразованием математических утверждений в сгенерированные компьютером трехмерные векторы станков, воспользовавшись возможностью создать изображение персонажа Диснея мультфильма в области отображения . [6]

Пионер электроники Hewlett-Packard стал публичной компанией в 1957 году после регистрации десятью годами ранее и установил прочные связи со Стэнфордским университетом через его основателей, которые были выпускниками . Это положило начало продолжавшейся десятилетиями трансформации южной части залива Сан-Франциско в ведущий мировой центр компьютерных технологий, ныне известный как Силиконовая долина . Область компьютерной графики развивалась с появлением оборудования для компьютерной графики.

Дальнейший прогресс в области вычислений привел к большему прогрессу в интерактивной компьютерной графике . В 1959 году TX-2 был разработан компьютер в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института . В TX-2 интегрирован ряд новых человеко-машинных интерфейсов. Световое перо можно было использовать для рисования эскизов на компьютере с помощью Ивана Сазерленда революционного программного обеспечения Sketchpad . [7] Используя световое перо, Sketchpad позволял рисовать простые фигуры на экране компьютера, сохранять их и даже вызывать позже. самой световой ручки был небольшой фотоэлектрический элемент На кончике . Эта ячейка излучала электронный импульс всякий раз, когда ее помещали перед экраном компьютера и электронная пушка экрана стреляла прямо в нее. Просто синхронизировав электронный импульс с текущим местоположением электронной пушки, можно было легко определить, где именно в любой момент находилась ручка на экране. Как только это будет определено, компьютер сможет нарисовать курсор в этом месте. Сазерленд, казалось, нашел идеальное решение многих графических проблем, с которыми он столкнулся. Даже сегодня многие стандарты компьютерных графических интерфейсов берут свое начало с этой ранней программы Sketchpad. Одним из примеров этого являются ограничения рисования. Например, если кто-то хочет нарисовать квадрат, ему не нужно беспокоиться о том, чтобы идеально нарисовать четыре линии, образующие края прямоугольника. Можно просто указать, что они хотят нарисовать коробку, а затем указать расположение и размер коробки. Затем программа создаст идеальную коробку нужных размеров и в нужном месте. Другой пример: программное обеспечение Сазерленда моделировало объекты, а не просто изображения объектов. Другими словами, с помощью модели автомобиля можно было изменить размер шин, не затрагивая остальную часть автомобиля. Он может растянуть кузов автомобиля, не деформируя шины.

1960-е годы [ править ]

Космическая война! работает на компьютерной истории Музея PDP-1

Фраза «компьютерная графика» была приписана Уильяму Феттеру , графическому дизайнеру Boeing в 1960 году. Феттер, в свою очередь, приписал ее Верну Хадсону, также работавшему в Boeing. [7] [8]

В 1961 году другой студент Массачусетского технологического института Стив Рассел создал еще одну важную игру в истории видеоигр — Spacewar! Написанная для DEC PDP-1, Spacewar имела мгновенный успех, копии начали поступать другим владельцам PDP-1 , и в конце концов DEC получила копию. [ нужна цитата ] Инженеры DEC использовали ее в качестве диагностической программы на каждом новом PDP-1 перед его отправкой. Продавцы поняли это достаточно быстро и при установке новых устройств запускали «первую в мире видеоигру» для своих новых клиентов. Хиггинботэма ( Теннис для двоих опередил «Космическую войну» почти на три года, но он был почти неизвестен за пределами исследовательской или академической среды.)

Примерно в то же время (1961–1962) в Кембриджском университете Элизабет Уолдрам написала программу для отображения радиоастрономических карт на электронно-лучевой трубке. [9]

Э. Заяк, ученый из Телефонной лаборатории Белла (BTL), в 1963 году создал фильм под названием «Моделирование двухгироскопической гравитационной системы ориентации». [10] В этом компьютерном фильме Заяк показал, как можно изменить положение спутника, когда он вращается вокруг Земли. Он создал анимацию на IBM 7090 мейнфрейме . Также в BTL Кен Ноултон , Фрэнк Синден, Рут А. Вайс и Майкл Нолл начали работать в области компьютерной графики. Синден создал фильм под названием « Сила, масса и движение», иллюстрирующий законы движения Ньютона в действии. Примерно в то же время другие ученые создавали компьютерную графику для иллюстрации своих исследований. В радиационной лаборатории Лоуренса Нельсон Макс создал фильмы « Течение вязкой жидкости» и «Распространение ударных волн в твердом теле» . Компания Boeing Aircraft создала фильм « Вибрация самолета» .

Также где-то в начале 1960-х годов автомобили также обеспечили толчок благодаря ранней работе Пьера Безье в Renault , который использовал Поля де Кастельжо кривые - теперь называемые кривыми Безье в честь работы Безье в этой области - для разработки методов 3D-моделирования для Renault. кузова автомобилей. Эти кривые станут основой для многих работ по моделированию кривых в этой области, поскольку кривые – в отличие от многоугольников – являются математически сложными объектами, которые можно хорошо рисовать и моделировать.

понга Аркадная версия

Вскоре крупные корпорации начали проявлять интерес к компьютерной графике. TRW , Lockheed-Georgia , General Electric и Sperry Rand входят в число многих компаний, которые начали заниматься компьютерной графикой к середине 1960-х годов. IBM быстро отреагировала на этот интерес, выпустив графический терминал IBM 2250 , первый коммерчески доступный графический компьютер. Ральф Баер , главный инженер Sanders Associates , в 1966 году придумал домашнюю видеоигру , которая позже была передана по лицензии Magnavox и названа Odyssey . Несмотря на то, что он был очень упрощенным и требовал довольно недорогих электронных компонентов, он позволял игроку перемещать точки света по экрану. Это был первый потребительский продукт компьютерной графики. Дэвид К. Эванс был техническим директором компьютерного подразделения Bendix Corporation с 1953 по 1962 год, после чего следующие пять лет проработал приглашенным профессором в Беркли. Там он продолжил свой интерес к компьютерам и тому, как они взаимодействуют с людьми. В 1966 году Университет Юты нанял Эванса для разработки программы по информатике, и компьютерная графика быстро стала его основным интересом. Этот новый отдел станет основным в мире исследовательским центром компьютерной графики в 1970-е годы.

Кроме того, в 1966 году Иван Сазерленд продолжил инновации в Массачусетском технологическом институте, когда изобрел первый головной дисплей (HMD), управляемый компьютером. Он отображал два отдельных каркасных изображения, по одному для каждого глаза. Это позволило зрителю увидеть компьютерную сцену в стереоскопическом 3D . Тяжелое оборудование, необходимое для поддержки дисплея и трекера, было названо Дамокловым мечом из-за потенциальной опасности, если оно упадет на владельца. После получения докторской степени. После окончания Массачусетского технологического института Сазерленд стал директором по обработке информации в ARPA (Агентстве перспективных исследовательских проектов), а позже стал профессором Гарварда. В 1967 году Эванс нанял Сазерленда для участия в программе информатики в Университете Юты – развитие, которое превратило этот факультет в один из самых важных исследовательских центров в области графики на почти десятилетие после этого, в конечном итоге родив некоторых из самых важных пионеров. в поле. Там Сазерленд усовершенствовал свой HMD; двадцать лет спустя НАСА вновь откроет его методы в своих исследование виртуальной реальности . В штате Юта Сазерленд и Эванс пользовались большим спросом в качестве консультантов для крупных компаний, но они были разочарованы отсутствием графического оборудования, доступного в то время, поэтому начали формулировать план по созданию собственной компании.

В 1968 году Дэйв Эванс и Иван Сазерленд основали первую компанию по производству оборудования для компьютерной графики Evans & Sutherland . Хотя Сазерленд изначально хотел, чтобы компания располагалась в Кембридже, штат Массачусетс, вместо этого был выбран Солт-Лейк-Сити из-за его близости к исследовательской группе профессоров Университета Юты.

Также в 1968 году Артур Аппель описал первый алгоритм распределения лучей , первый из класса алгоритмов рендеринга на основе трассировки лучей , которые с тех пор стали фундаментальными для достижения фотореализма в графике путем моделирования путей, которые лучи света проходят от источника света к поверхностям. в сцене и в камеру.

В 1969 году ACM создал Специальную группу по интересам по графике ( SIGGRAPH ), которая организует конференции , графические стандарты и публикации в области компьютерной графики. К 1973 году была проведена первая ежегодная конференция SIGGRAPH, ставшая одним из направлений деятельности организации. SIGGRAPH вырос в размерах и значении по мере расширения области компьютерной графики.

1970-е годы [ править ]

Чайник из штата Юта работы Мартина Ньюэлла и его статичные изображения стали символом развития компьютерной графики в 1970-х годах.

Впоследствии ряд прорывов в этой области – особенно важных ранних прорывов в преобразовании графики из утилитарной в реалистичную – произошел в Университете Юты в 1970-х годах, который нанял Ивана Сазерленда . Он был в паре с Дэвидом К. Эвансом, чтобы вести продвинутый класс компьютерной графики, который внес большой вклад в фундаментальные исследования в этой области и обучил нескольких студентов, которые впоследствии основали несколько наиболее важных компаний отрасли, а именно Pixar , Silicon Graphics , и Adobe Systems . Том Стокхэм возглавлял группу обработки изображений в UU, которая тесно сотрудничала с лабораторией компьютерной графики.

Одним из этих студентов был Эдвин Кэтмалл . Кэтмалл только что вернулся из компании «Боинг» и работал над диссертацией по физике. Выросший в Диснее , Кэтмалл любил анимацию, но быстро обнаружил, что у него нет таланта к рисованию. Теперь Кэтмалл (вместе со многими другими) рассматривал компьютеры как естественное развитие анимации и хотел стать частью революции. Первая компьютерная анимация, которую увидел Кэтмалл, была его собственной. Он создал анимацию открытия и закрытия своей руки. В 1974 году он также впервые применил наложение текстур для рисования текстур на трехмерных моделях, что теперь считается одним из фундаментальных методов 3D-моделирования . Одной из его целей стало создание полнометражного кинофильма с использованием компьютерной графики – цель, которую он достиг два десятилетия спустя после своей роли основателя Pixar . В том же классе Фред Парк создал анимацию лица своей жены. Эти две анимации были включены в художественный фильм «Мир будущего» 1976 года .

Поскольку лаборатория компьютерной графики Университетского университета привлекала людей со всего мира, Джон Уорнок был еще одним из первых пионеров; Позже он основал Adobe Systems и произвел революцию в издательском мире с помощью своего языка описания страниц PostScript , а Adobe позже создал стандартное программное обеспечение для редактирования фотографий в Adobe Photoshop в киноиндустрии и известную программу создания спецэффектов в Adobe After Effects .

Джеймс Кларк тоже был там; Позже он основал Silicon Graphics , производителя передовых систем рендеринга, которые доминировали в области высококачественной графики до начала 1990-х годов.

Этими пионерами в Университете Университета был сделан важный шаг в области компьютерной 3D-графики – определение скрытых поверхностей . Чтобы нарисовать представление трехмерного объекта на экране, компьютер должен определить, какие поверхности находятся «за» объектом с точки зрения зрителя и, следовательно, должны быть «скрыты», когда компьютер создает (или визуализирует) изображение. 3D Core Graphics System (или Core ) была первым разработанным графическим стандартом. Группа из 25 экспертов ACM Специальной группы SIGGRAPH разработала эту «концептуальную основу». Спецификации были опубликованы в 1977 году и стали основой для многих будущих разработок в этой области.

Также в 1970-х годах Анри Гуро , Джим Блинн и Буй Туонг Фонг внесли свой вклад в основы затенения в компьютерной графике, разработав модели затенения Гуро и затенения Блинна-Фонга , что позволило графике выйти за рамки «плоского» вида и выглядеть более точно передающий глубину. Джим Блинн также внес дальнейшие новшества в 1978 году, представив рельефное отображение — метод моделирования неровных поверхностей и предшественник многих более продвинутых видов картографирования, используемых сегодня.

Современные аркадные видеоигры , известные сегодня, зародились в 1970-х годах, когда в первых аркадных играх использовалась в реальном времени 2D- спрайтовая графика . «Понг» 1972 года стал одной из первых популярных аркадных кабинетных игр. Speed ​​Race В 1974 года спрайты двигались по вертикальной прокрутке дороги. В «Gun Fight» в 1975 году были показаны анимированные персонажи, похожие на людей, а в «Space Invaders» в 1978 году на экране было показано большое количество анимированных фигур; оба использовали специализированную схему бочкообразного переключения , сделанную из дискретных микросхем, чтобы помочь Intel 8080 микропроцессору анимировать графику с кадровым буфером .

1980-е годы [ править ]

Donkey Kong была одной из видеоигр , которые помогли популяризировать компьютерную графику среди массовой аудитории в 1980-х годах.

В 1980-е годы началась модернизация и коммерциализация компьютерной графики. По мере распространения домашних компьютеров предмет, который раньше был только академической дисциплиной, был принят гораздо большей аудиторией, и число разработчиков компьютерной графики значительно увеличилось.

В начале 1980-х годов металл-оксид-полупроводник (МОП) технология сверхкрупной интеграции привела к появлению 16-разрядных центрального процессора (ЦП) микропроцессоров и первых чипов графического процессора (ГП), которые начали производить революцию в компьютерной графике, позволив создавать графику высокого разрешения для компьютерных графических терминалов, а также систем персональных компьютеров (ПК). NEC μPD7220 изготовленным был первым графическим процессором, на основе полностью интегрированного NMOS VLSI чипа . Он поддерживал разрешение до 1024x1024 и заложил основы развивающегося рынка графики для ПК. Он использовался в ряде видеокарт и был лицензирован для таких клонов, как Intel 82720, первый графический процессор Intel . [11] Память MOS также стала дешевле в начале 1980-х годов, что позволило разработать доступную с кадровым буфером . память [12] в частности, видеопамять (VRAM), представленная Texas Instruments (TI) в середине 1980-х годов. [13] В 1984 году Hitachi выпустила ARTC HD63484, первый дополнительный графический процессор MOS (CMOS). до Он был способен отображать изображение с высоким разрешением в цветном режиме и разрешением 4K в монохромном режиме и использовался во многих видеокартах и ​​терминалах в конце 1980-х годов. [14] В 1986 году компания TI представила TMS34010 , первый полностью программируемый MOS . графический процессор [13]

Компьютерные графические терминалы в течение этого десятилетия становились все более интеллектуальными, полуавтономными и автономными рабочими станциями. Графика и обработка приложений все чаще переносились на интеллектуальные возможности рабочих станций вместо того, чтобы продолжать полагаться на центральные мэйнфреймы и мини-компьютеры . Типичным примером раннего перехода к интеллектуальным рабочим станциям с компьютерной графикой высокого разрешения для рынка автоматизированного проектирования были рабочие станции Orca 1000, 2000 и 3000, разработанные компанией Orcatech из Оттавы, дочерней компанией Bell-Northern Research , под руководством Дэвида. Пирсон, пионер рабочих станций. Orca 3000 был основан на 16-битном микропроцессоре Motorola 68000 и процессорах AMD бит- , а в качестве операционной системы использовал Unix. Он был нацелен непосредственно на сложную часть сектора проектирования. Художники и графические дизайнеры начали рассматривать персональные компьютеры, особенно Amiga и Macintosh , как серьезный инструмент дизайна, который может сэкономить время и рисовать более точно, чем другие методы. Macintosh остается очень популярным инструментом компьютерной графики среди студий графического дизайна и предприятий. Современные компьютеры, выпущенные в 1980-х годах, часто используют графические пользовательские интерфейсы (GUI) для представления данных и информации с помощью символов, значков и изображений, а не текста. Графика является одним из пяти ключевых элементов мультимедийных технологий.

В области реалистичного рендеринга японский в университет Осаки 1982 году разработал систему компьютерной графики LINKS-1 , суперкомпьютер , в котором использовалось до 257 Zilog Z8001 микропроцессоров , с целью рендеринга реалистичной 3D компьютерной графики . По данным Общества обработки информации Японии: «В основе рендеринга 3D-изображений лежит вычисление яркости каждого пикселя, составляющего визуализированную поверхность, с заданной точки обзора, источника света и положения объекта. Система LINKS-1 была разработана для реализации методология рендеринга изображений, в которой каждый пиксель может обрабатываться независимо друг от друга с помощью трассировки лучей . Разработав новую методологию программного обеспечения специально для высокоскоростного рендеринга изображений, LINKS-1 смог быстро визуализировать очень реалистичные изображения». [15] LINKS-1 был самым мощным компьютером в мире по состоянию на 1984 год. [16]

Также в области реалистичного рендеринга в 1986 году было разработано общее уравнение рендеринга Дэвидом Иммелом и Джеймсом Каджией — важный шаг на пути к реализации глобального освещения , необходимого для достижения фотореализма в компьютерной графике.

Продолжающаяся популярность «Звездных войн» и других научно-фантастических франшиз была актуальна в кинематографической компьютерной графике в то время, поскольку Lucasfilm и Industrial Light & Magic стали известны многим другим студиям как любимые студии, предлагающие первоклассную компьютерную графику в кино. Важные достижения в области хромакея («синий экран» и т. д.) были сделаны в более поздних фильмах оригинальной трилогии. Два других фрагмента видео также пережили эпоху как исторически значимые: культовый, почти полностью компьютерный клип Dire Straits на песню « Money for Nothing » 1985 года, который популяризировал компьютерную графику среди меломанов той эпохи, и сцена из В том же году «Молодой Шерлок Холмс» из витража показал первого полностью компьютерного персонажа в художественном фильме (анимационного рыцаря ). В 1988 году первые шейдеры – небольшие программы, разработанные специально для создания затенения в виде отдельного алгоритма – были разработаны компанией Pixar , которая уже выделилась из Industrial Light & Magic как отдельная организация – хотя публика не увидела результатов таких технологических разработок. прогресс до следующего десятилетия. В конце 1980-х годов Компьютеры Silicon Graphics (SGI) использовались для создания некоторых из первых полностью компьютерных короткометражных фильмов в Pixar , а машины Silicon Graphics считались высшим достижением в этой области в течение десятилетия.

годы еще называют золотой эрой видеоигр ; 1980- е миллионные продажи систем от Atari , Nintendo и Sega , а также других компаний, впервые представили компьютерную графику новой, молодой и впечатлительной аудитории – так же, как это сделали MS-DOS персональные компьютеры на базе , Apple II , Mac и Amigas , все это также позволяло пользователям программировать свои собственные игры, если они были достаточно опытными. Что касается игровых автоматов , были достигнуты успехи в области коммерческой 3D-графики в реальном времени . реального времени первые специализированные 3D -графики В 1988 году для игровых автоматов были представлены — Namco System 21. [17] и Taito Air System. [18] С профессиональной точки зрения Evans & Sutherland и SGI разработали аппаратное обеспечение для растровой 3D-графики, которое напрямую повлияло на более поздний однокристальный графический процессор (GPU) — технологию, в которой отдельный и очень мощный чип используется в параллельной обработке с центральным процессором для оптимизации графики. .

В этом десятилетии компьютерная графика также применялась на многих дополнительных профессиональных рынках, включая развлечения и образование на основе местоположения с помощью E&S Digistar, дизайн транспортных средств, моделирование транспортных средств и химию.

1990-е годы [ править ]

Quarxs , постер сериала, Морис Бенаюн , Франсуа Шуйтен , 1992

Главной ноткой 1990-х годов стало массовое появление 3D-моделирования и впечатляющий рост качества компьютерной графики в целом. Домашние компьютеры получили возможность выполнять задачи рендеринга, которые раньше были доступны только рабочим станциям стоимостью в тысячи долларов; По мере того как программы 3D-моделирования стали доступны для домашних систем, популярность рабочих станций Silicon Graphics снизилась, а важность мощных Microsoft Windows и Apple Macintosh компьютеров Autodesk , на которых работали такие продукты , как 3D Studio или другое программное обеспечение для домашнего рендеринга, возросла. К концу десятилетия GPU начнет приобретать ту известность, которой он пользуется до сих пор.

В этой области появилась первая визуализированная графика, которая действительно могла показаться фотореалистичной неподготовленному глазу (хотя они еще не могли сделать это с обученным художником CGI), а 3D-графика стала гораздо более популярной в играх , мультимедиа и анимации . В конце 1980-х — начале девяностых во Франции были созданы самые первые телесериалы с компьютерной графикой: « Жизнь животных» студии Mac Guff Ligne (1988), «Les Fables Géométriques » (1989–1991) студии Fantôme. и Quarxs , первая серия компьютерной графики HDTV Мориса Бенаюна и Франсуа Шуитена (производство студии ZA, 1990–1993).

В кино Pixar начала свой серьезный коммерческий подъем в ту эпоху при Эдвине Кэтмалле , выпустив в 1995 году свой первый крупный фильм — «История игрушек» — критический и коммерческий успех, выражавшийся девятизначной цифрой. Студия, которая изобрела программируемый шейдер, впоследствии стала обладателем множества анимационных хитов, а ее работа над предварительно обработанной видеоанимацией до сих пор считается лидером отрасли и первопроходцем в исследованиях.

В видеоиграх в 1992 году Virtua Racing , работавшая на Sega Model 1 аркадной системной плате , заложила основы полностью 3D- гоночных игр реальном времени и популяризировала 3D-полигональную графику в среди более широкой аудитории в индустрии видеоигр . [19] Sega Model 2 в 1993 году и Sega Model 3 в 1996 году впоследствии раздвинули границы коммерческой 3D-графики в реальном времени. Вернувшись на ПК, Wolfenstein 3D , Doom и Quake , три из первых массово популярных 3D- шутеров от первого лица , были выпущены id Software и получили признание критиков и публики в течение этого десятилетия с использованием инновационного движка рендеринга. [ нечеткий ] прежде всего Джоном Кармаком . Sony PlayStation , Sega Saturn и Nintendo 64 , среди других консолей, продавались миллионами и популяризировали 3D-графику для домашних геймеров. Определенные 3D-игры первого поколения конца 1990-х годов стали считаться влиятельными в популяризации 3D-графики среди пользователей консолей, например, платформеры Super Mario 64 и The Legend of Zelda: Ocarina of Time , а также ранние 3D- файтинги , такие как Virtua Fighter , Battle Arena Toshinden. и Теккен .

Технологии и алгоритмы рендеринга продолжали значительно совершенствоваться. В 1996 году Кришнамурти и Левой изобрели картографирование нормалей — усовершенствованную карту рельефа Джима Блинна . В 1999 году Nvidia выпустила оригинальную GeForce 256 , первую домашнюю видеокарту , заявленную как графический процессор или графический процессор, которая, по ее собственным словам, содержала «интегрированные механизмы преобразования , освещения , настройки / обрезки треугольников и рендеринга ». К концу десятилетия компьютеры приняли общие платформы для обработки графики, такие как DirectX и OpenGL . С тех пор компьютерная графика стала только более детальной и реалистичной благодаря более мощному графическому оборудованию и программному обеспечению для 3D-моделирования . AMD также стала ведущим разработчиком графических плат в этом десятилетии, создав «дуополию» в этой области, которая существует и по сей день.

2000-е [ править ]

Скриншот из видеоигры Killing Floor , построенной на Unreal Engine 2 . Персональные компьютеры и консольные видеоигры совершили большой графический шаг вперед в 2000-х годах, получив возможность отображать графику в режиме реального времени , что раньше было возможно только с предварительной визуализацией и/или на оборудовании бизнес-уровня.

В эту эпоху компьютерная графика стала повсеместно распространяться. Видеоигры и компьютерная графика сделали компьютерную графику мейнстримом к концу 1990-х годов и продолжали делать это ускоренными темпами в 2000-х годах. Компьютерная графика также была массово принята в телевизионной рекламе в конце 1990-х и 2000-х годах и поэтому стала знакома широкой аудитории.

Продолжающийся рост и усложнение графических процессоров имели решающее значение в этом десятилетии, а возможности 3D-рендеринга стали стандартной функцией, поскольку графические процессоры для 3D-графики стали считаться необходимостью для настольных компьютеров производителей . Линейка Nvidia GeForce видеокарт доминировала на рынке в начале десятилетия, при этом периодически присутствовала значительная конкурирующая компания ATI . [20] В течение десятилетия даже недорогие машины обычно содержали какой-либо графический процессор с поддержкой 3D, поскольку Nvidia и AMD представили недорогие чипсеты и продолжали доминировать на рынке. Шейдеры , которые были представлены в 1980-х годах для выполнения специализированной обработки на графическом процессоре, к концу десятилетия станут поддерживаться большинством потребительского оборудования, что значительно ускорит графику и позволит значительно улучшить текстуры и затенения в компьютерной графике за счет широкого внедрения обычных картирование , рельефное отображение и множество других методов, позволяющих моделировать большое количество деталей.

Компьютерная графика, используемая в фильмах и видеоиграх, постепенно стала реалистичной до такой степени, что попала в сверхъестественную долину . Распространялись фильмы CGI : традиционные анимационные фильмы , такие как «Ледниковый период» и «Мадагаскар» , а также многочисленные Pixar предложения , такие как « В поисках Немо», доминировали в кассовых сборах в этой области. « Последняя фантазия: Духи внутри» , выпущенный в 2001 году, стал первым художественным фильмом, полностью созданным на компьютере, в котором использовались фотореалистичные персонажи компьютерной графики и который был полностью создан с помощью захвата движения. [21] Однако кассового успеха фильм не имел. [22] Некоторые комментаторы предположили, что это может быть отчасти потому, что черты лица главных героев компьютерной графики попадали в « зловещую долину ». [примечание 1] другие анимационные фильмы, такие как «Полярный экспресс» В это время внимание привлекли и . «Звездные войны» также вновь появились со своей трилогией-приквелом, и эффекты продолжали устанавливать планку для компьютерной графики в кино.

В видеоиграх Sony PlayStation 2 и 3 Microsoft Xbox , линейка консолей и предложения от Nintendo, такие как GameCube, сохранили большое количество поклонников, как и ПК с Windows . Игры с большим количеством компьютерной графики, такие как серии Grand Theft Auto , Assassin's Creed , Final Fantasy , BioShock , Kingdom Hearts , Mirror's Edge и десятки других, продолжали приближаться к фотореализму , развивать индустрию видеоигр и впечатлять, пока доходы этой отрасли не стали сопоставимы с доходами этой отрасли. те из фильмов. Microsoft приняла решение облегчить доступ к DirectX независимому миру разработчиков с помощью программы XNA , но это не увенчалось успехом. Однако сам DirectX оставался коммерческим успехом. OpenGL также продолжал развиваться, и он и DirectX значительно улучшились; языки шейдеров второго поколения HLSL и GLSL стали популярными в этом десятилетии.

В научных вычислениях был изобретен метод GPGPU для двунаправленной передачи больших объемов данных между графическим процессором и процессором; ускорение анализа многих видов экспериментов в области биоинформатики и молекулярной биологии . Этот метод также использовался для майнинга биткойнов и имеет применение в компьютерном зрении .

2010-е [ править ]

Текстура ромбовидной пластины , визуализированная крупным планом с использованием физических принципов рендеринга, что в 2010-х годах становится все более активной областью исследований компьютерной графики.

В 2010-х годах компьютерная графика была почти повсеместно распространена в видео, предварительно визуализированная графика почти фотореалистична с научной точки зрения , а графика в реальном времени на достаточно высокопроизводительной системе может имитировать фотореализм для неподготовленного глаза.

Наложение текстур превратилось в многоэтапный процесс со многими слоями; Как правило, нередко реализуют наложение текстур, наложение рельефа или изоповерхности или наложение нормалей , карты освещения, включая зеркальные блики и отражения методы , а также объемы теней в одном механизме рендеринга с использованием шейдеров , которые значительно совершенствуются. Шейдеры в настоящее время практически необходимы для продвинутой работы в этой области, обеспечивая значительную сложность манипулирования пикселями , вершинами и текстурами для каждого элемента, а также бесчисленное множество возможных эффектов. Их языки шейдеров HLSL и GLSL являются активной областью исследований и разработок. Физически обоснованный рендеринг или PBR, который реализует множество карт и выполняет расширенные вычисления для имитации реального оптического потока света, также является активной областью исследований, наряду с такими продвинутыми областями, как окружающая окклюзия , подповерхностное рассеяние , рэлеевское рассеяние , фотонное картирование и многие другие. Эксперименты с вычислительной мощностью, необходимой для создания графики в реальном времени. начинаются режимы сверхвысокого разрешения, такие как 4K Ultra HD , хотя они недоступны для всего, кроме оборудования самого высокого класса.

В кино большинство анимационных фильмов сейчас выполнены в компьютерной графике; Ежегодно снимается очень много анимационных фильмов CGI , но лишь немногие из них, если таковые вообще имеются, делают попытки фотореализма из-за продолжающихся опасений перед зловещей долиной . Большинство из них — это 3D- мультфильмы .

В видеоиграх Microsoft Xbox One , Sony PlayStation 4 и Nintendo Switch доминировали в домашнем пространстве и все они были способны к продвинутой 3D-графике; ПК с Windows по-прежнему оставался одной из самых активных игровых платформ.

Типы изображений [ править ]

Двумерный [ править ]

Основная статья: 2D компьютерная графика
См. Также: Контроллер видеодисплея.
Растровые графические спрайты (слева) и маски (справа)

2D-компьютерная графика — это компьютерная генерация цифровых изображений , в основном на основе моделей, таких как цифровое изображение, и с помощью специфичных для них методов.

2D-компьютерная графика в основном используется в приложениях, которые изначально были разработаны на основе традиционных технологий печати и рисования , таких как типографика. В этих приложениях двумерное изображение — это не просто представление объекта реального мира, а независимый артефакт с дополнительной семантической ценностью; Поэтому двумерные модели предпочтительнее, поскольку они обеспечивают более прямой контроль над изображением, чем трехмерная компьютерная графика , подход которой больше похож на фотографию , чем на типографику .

Пиксельное искусство [ править ]

См. также: Пиксельное искусство

Пиксель-арт, крупная форма цифрового искусства, создается с помощью программного обеспечения для растровой графики , где изображения редактируются на уровне пикселей . Графика в большинстве старых (или относительно ограниченных) компьютерных и видеоигр, играх с графическими калькуляторами и во многих играх для мобильных телефонов в основном представляет собой пиксельную графику.

Спрайтовая графика [ править ]

См. также: Спрайт (компьютерная графика)

Спрайт , — это двухмерное изображение или анимация интегрированная в большую сцену. Первоначально в него входили только графические объекты, обрабатываемые отдельно от растрового изображения в памяти видеодисплея, теперь это включает в себя различные способы графических наложений.

Первоначально спрайты представляли собой метод интеграции несвязанных растровых изображений, чтобы они выглядели частью обычного растрового изображения на экране , например, для создания анимированного персонажа, который можно перемещать по экрану без изменения данных , определяющих весь экран. Такие спрайты могут быть созданы с помощью электронных схем или программного обеспечения . В схемотехнике аппаратный спрайт — это аппаратная конструкция, которая использует специальные каналы DMA для интеграции визуальных элементов с основным экраном, накладывая друг на друга два дискретных источника видео. Программное обеспечение может моделировать это с помощью специализированных методов рендеринга.

Векторная графика [ править ]

Пример, показывающий влияние векторной графики на растровую (растровую) графику
См. также: Векторная графика

Форматы векторной графики дополняют растровую графику . Растровая графика представляет собой представление изображений в виде массива пикселей и обычно используется для представления фотографических изображений. [23] Векторная графика состоит из кодирования информации о формах и цветах, составляющих изображение, что может обеспечить большую гибкость при рендеринге. Есть случаи, когда лучше всего работать с векторными инструментами и форматами, а есть случаи, когда лучше всего работать с растровыми инструментами и форматами. Бывают случаи, когда оба формата объединяются. Понимание преимуществ и ограничений каждой технологии и взаимосвязи между ними, скорее всего, приведет к эффективному и результативному использованию инструментов.

машинного модели Генеративные обучения

Выход Stable Diffusion для ролика «Астронавт верхом на лошади, автор Хиросигэ », 2022 г.
См. также: Модель преобразования текста в изображение.

С середины 2010-х годов в результате достижений в области глубоких нейронных сетей были созданы модели, которые принимают на вход описание естественного языка и выдают на выходе изображение, соответствующее этому описанию. Модели преобразования текста в изображение обычно сочетают в себе языковую модель , которая преобразует входной текст в скрытое представление, и генеративную модель изображения, которая создает изображение, обусловленное этим представлением. Наиболее эффективные модели, как правило, обучались на огромных объемах изображений и текстовых данных, взятых из Интернета. К 2022 году лучшие из этих моделей, например Dall-E 2 и Stable Diffusion , смогут создавать изображения в самых разных стилях, от имитации живых художников до почти фотореалистичных, за считанные секунды при достаточной мощности. аппаратное обеспечение. [24]

Трехмерный [ править ]

Основная статья: 3D компьютерная графика
См. Также: Графический процессор.

3D-графика, по сравнению с 2D-графикой, представляет собой графику, в которой используется трехмерное представление геометрических данных. Для целей производительности они сохраняются в компьютере. Сюда входят изображения, которые могут быть предназначены для последующего отображения или для просмотра в реальном времени.

Несмотря на эти различия, компьютерная 3D-графика использует те же алгоритмы , что и 2D-компьютерная графика в кадре и растровая графика (например, в 2D) при окончательном рендеринге. В программном обеспечении компьютерной графики различие между 2D и 3D иногда стирается; 2D-приложения могут использовать методы 3D для достижения таких эффектов, как освещение, и в первую очередь 3D могут использовать методы 2D-рендеринга.

Компьютерная 3D-графика аналогична 3D-моделям. Модель содержится в файле графических данных отдельно от визуализации. Однако есть различия, включающие в себя 3D-модель, являющуюся представлением любого 3D-объекта. Пока она не отображена визуально, модель не является графической. Благодаря печати 3D-модели не ограничиваются только виртуальным пространством. 3D-рендеринг — это способ отображения модели. Также может использоваться в неграфическом компьютерном моделировании и расчетах.

Компьютерная анимация [ править ]

См. Также: Компьютерная анимация.
Пример компьютерной анимации , созданной с использованием захвата движения.
Фрактальный пейзаж , пример компьютерного изображения

Компьютерная анимация — это искусство создания движущихся изображений с помощью компьютеров . Это подполе компьютерной графики и анимации . Все чаще он создается с помощью 3D-компьютерной графики , хотя 2D-компьютерная графика по-прежнему широко используется для стилистических нужд с низкой пропускной способностью и более быстрого рендеринга в реальном времени . Иногда целью анимации является сам компьютер, но иногда целью является другой носитель , например фильм . Его также называют CGI ( компьютерное изображение или компьютерное изображение), особенно при использовании в фильмах.

объекта Виртуальные объекты могут содержать различные атрибуты и управляться ими, например значения преобразования (расположение, ориентация и масштаб), хранящиеся в матрице преобразования . Анимация — это изменение атрибута с течением времени. Существует несколько методов создания анимации; элементарная форма основана на создании и редактировании ключевых кадров , каждый из которых сохраняет значение в определенный момент времени для каждого анимируемого атрибута. Программное обеспечение 2D/3D-графики будет меняться с каждым ключевым кадром, создавая редактируемую кривую значения, отображаемую с течением времени, что приводит к анимации. Другие методы анимации включают процедурные методы и методы, основанные на выражениях : первый объединяет связанные элементы анимированных объектов в наборы атрибутов, полезных для создания эффектов частиц и симуляции толпы ; последний позволяет вычисленному результату, возвращаемому из логического выражения, определяемого пользователем, в сочетании с математическими вычислениями, автоматизировать анимацию предсказуемым образом (удобно для управления поведением кости за пределами того, что иерархия предложения по скелетной системы настройке ).

Чтобы создать иллюзию движения, изображение отображается на экране компьютера , а затем быстро заменяется новым изображением, похожим на предыдущее, но немного смещенным. Эта техника идентична иллюзии движения на телевидении и в кино .

Концепции и принципы [ править ]

Изображения обычно создаются с помощью таких устройств, как камеры , зеркала , линзы , телескопы , микроскопы и т. д.

Цифровые изображения включают как векторные , так и растровые изображения, но чаще используются растровые изображения.

Пиксель [ править ]

В увеличенной части изображения отдельные пиксели отображаются в виде квадратов и их можно легко увидеть.

В цифровых изображениях пиксель (или элемент изображения) [25] ) — это отдельная точка растрового изображения . Пиксели размещаются на регулярной двумерной сетке и часто представляются точками или квадратами. Каждый пиксель представляет собой образец исходного изображения, причем большее количество образцов обычно обеспечивает более точное представление оригинала. Интенсивность ; каждого пикселя является переменной в цветовых системах каждый пиксель обычно имеет три субпикселя , например красный, зеленый и синий .

Графика — это визуальные представления на поверхности, например на экране компьютера. Примерами являются фотографии, рисунки, графические изображения, карты , инженерные чертежи или другие изображения. Графика часто сочетает в себе текст и иллюстрации. Графический дизайн может состоять из целенаправленного выбора, создания или расположения только типографики, например, в брошюре, листовке, плакате, веб-сайте или книге, без каких-либо других элементов. Целью может быть ясность или эффективная коммуникация, можно стремиться к ассоциации с другими культурными элементами или просто к созданию отличительного стиля.

Примитивы [ править ]

Примитивы — это базовые единицы, которые графическая система может комбинировать для создания более сложных изображений или моделей. Примерами могут служить спрайты и карты персонажей в 2D-видеоиграх, геометрические примитивы в САПР или многоугольники или треугольники в 3D-рендеринге. Примитивы могут поддерживаться аппаратным обеспечением для эффективного рендеринга или строительными блоками, предоставляемыми графическим приложением .

Рендеринг [ править ]

Рендеринг – это создание 2D-изображения из 3D-модели с помощью компьютерных программ. Файл сцены содержит объекты на строго определенном языке или в структуре данных; он будет содержать информацию о геометрии, точке обзора, текстурировании, освещении и затенении в качестве описания виртуальной сцены. [26] Данные, содержащиеся в файле сцены, затем передаются в программу рендеринга для обработки и вывода в файл цифрового изображения или растрового графического изображения. Программа рендеринга обычно встроена в программное обеспечение компьютерной графики, хотя другие доступны в виде плагинов или совершенно отдельных программ. Термин «рендеринг» можно использовать по аналогии с «художественным рендерингом» сцены. Хотя технические детали методов рендеринга различаются, общие проблемы, которые необходимо преодолеть при создании 2D-изображения из 3D-представления, хранящегося в файле сцены, описаны в графическом конвейере устройства рендеринга, такого как графический процессор . Графический процессор — это устройство, способное помогать центральному процессору в вычислениях. Если сцена должна выглядеть относительно реалистичной и предсказуемой при виртуальном освещении, программное обеспечение рендеринга должно решить уравнение рендеринга . Уравнение рендеринга не учитывает все явления освещения, но представляет собой общую модель освещения для изображений, созданных компьютером. «Рендеринг» также используется для описания процесса расчета эффектов в файле редактирования видео для получения окончательного видео.

3D-проекция
3D-проекция — это метод отображения трехмерных точек на двумерную плоскость. Поскольку большинство современных методов отображения графических данных основаны на плоских двумерных носителях, использование этого типа проекции широко распространено. Этот метод используется в большинстве 3D-приложений реального времени и обычно использует растеризацию для создания окончательного изображения.
трассировка лучей
Трассировка лучей — это метод из семейства алгоритмов упорядочивания изображений, предназначенный для создания изображения путем отслеживания пути света через пиксели в плоскости изображения . Эта техника способна обеспечить высокую степень фотореализма ; обычно выше, чем у типичных методов рендеринга строк развертки , но требует больших вычислительных затрат .
Затенение
Пример штриховки
Затенение означает изображение глубины в 3D-моделях или иллюстрациях с помощью различных уровней затемнения . Это процесс, используемый при рисовании для изображения уровней темноты на бумаге путем нанесения носителя более плотным слоем или с более темным оттенком для более темных областей и менее плотным или с более светлым оттенком для более светлых областей. Существуют различные методы затенения, включая перекрестную штриховку , при которой перпендикулярные линии разной близости рисуются в виде сетки для затенения области. Чем ближе линии расположены друг к другу, тем темнее кажется область. Аналогично, чем дальше друг от друга линии, тем светлее кажется область. Недавно этот термин был обобщен и стал означать шейдеров . применение
Наложение текстур
Наложение текстур — это метод добавления деталей, текстуры поверхности или цвета к компьютерной графике или 3D-модели . Его применение к 3D-графике было впервые предложено Эдвином Кэтмаллом в 1974 году. Карта текстуры наносится (накладывается) на поверхность формы или многоугольника. Этот процесс аналогичен наклеиванию узорчатой ​​бумаги на обычную белую коробку. Мультитекстурирование — это использование более чем одной текстуры на полигоне одновременно. [27] Процедурные текстуры (созданные путем настройки параметров базового алгоритма, создающего выходную текстуру) и растровые текстуры (созданные в приложении для редактирования изображений или импортированные из цифровой камеры ) являются, вообще говоря, распространенными методами реализации определения текстуры в 3D-моделях в программное обеспечение компьютерной графики, в то время как предполагаемое размещение текстур на поверхности модели часто требует метода, известного как UV-маппинг (произвольное, ручное расположение координат текстуры) для полигональных поверхностей , в то время как неоднородные поверхности рационального B-сплайна (NURB) имеют свои собственные внутренние свойства. параметризация, используемая в качестве координат текстуры. Наложение текстур как дисциплина также включает в себя методы создания карт нормалей и карт рельефа , соответствующих текстуре, для имитации высоты и карт зеркального отражения для имитации блеска и отражений света, а также картографирование среды для имитации зеркальной отражательной способности, также называемой блеском.
Сглаживание
Рендеринг объектов, не зависящих от разрешения (например, 3D-моделей), для просмотра на растровых (пиксельных) устройствах, таких как жидкокристаллический дисплей или ЭЛТ-телевизор, неизбежно приводит к появлению артефактов сглаживания, в основном вдоль геометрических краев и границ деталей текстуры; эти артефакты неофициально называют « зазубринами ». Методы сглаживания устраняют такие проблемы, в результате чего изображения становятся более приятными для зрителя, но могут быть несколько дорогостоящими в вычислительном отношении. различные алгоритмы сглаживания (например, суперсэмплинг Можно использовать ), а затем настроить их для наиболее эффективной производительности рендеринга в зависимости от качества результирующего изображения; художник-график должен учитывать этот компромисс, если будет использоваться метод сглаживания. Предварительно сглаженная растровая текстура , отображаемая на экране (или в месте экрана) с разрешением, отличным от разрешения самой текстуры (например, текстурированная модель на расстоянии от виртуальной камеры), будет демонстрировать артефакты сглаживания, в то время как любая процедурно определяемая текстура всегда будет показывать артефакты псевдонимов, поскольку они не зависят от разрешения; такие методы, как MIP-маппинг и фильтрация текстур, помогают решить проблемы с псевдонимами, связанными с текстурами.

Объемный рендеринг [ править ]

Объемная компьютерная томография предплечья с различными цветовыми схемами для мышц, жира, костей и крови.

Объемный рендеринг — это метод, используемый для отображения 2D-проекции трехмерного набора данных с дискретной выборкой . Типичный набор 3D-данных представляет собой группу 2D-изображений срезов, полученных с помощью КТ или МРТ- сканера.

Обычно они получаются по регулярному шаблону (например, один срез на каждый миллиметр) и обычно имеют регулярное количество пикселей изображения в регулярном шаблоне. Это пример регулярной объемной сетки, в которой каждый элемент объема или воксель представлен одним значением, полученным путем выборки области, окружающей воксель.

3D modeling [ edit ]

Основная статья: 3D-моделирование

3D-моделирование — это процесс разработки математического каркасного представления любого трехмерного объекта, называемого «3D-моделью», с помощью специального программного обеспечения. Модели могут создаваться автоматически или вручную; Процесс ручного моделирования для подготовки геометрических данных для компьютерной 3D-графики аналогичен пластическим искусствам, таким как скульптура . 3D-модели можно создавать с использованием нескольких подходов: использование NURB для создания точных и гладких участков поверхности, моделирование полигональной сетки (манипулирование фасетной геометрией) или подразделение полигональной сетки (расширенная тесселяция полигонов, в результате чего получаются гладкие поверхности, аналогичные моделям NURB). 3D-модель может отображаться в виде двухмерного изображения с помощью процесса, называемого 3D-рендерингом , использоваться при компьютерном моделировании физических явлений или непосредственно анимироваться для других целей. Модель также можно физически создать с помощью устройств 3D-печати .

Пионеры компьютерной графики [ править ]

Чарльз Цури
Чарльз Цури был пионером в области компьютерной анимации и цифрового изобразительного искусства и создал первое компьютерное искусство в 1964 году. Смитсоновский пионером компьютерной анимации институт признал Цури отцом цифрового искусства и компьютерной анимации, а Музеем современного искусства — ( MoMA) и Ассоциация вычислительной техники — SIGGRAPH .
Дональд П. Гринберг
Дональд П. Гринберг — ведущий новатор в области компьютерной графики. Гринберг является автором сотен статей и служил учителем и наставником для многих выдающихся художников компьютерной графики, аниматоров и исследователей, таких как Роберт Л. Кук , Марк Левой , Брайан А. Барски и Уэйн Литл . Многие из его бывших учеников получили награды Американской киноакадемии за технические достижения, а некоторые получили премию SIGGRAPH Achievement Award. Гринберг был директором-основателем Центра компьютерной графики и научной визуализации NSF.
А. Майкл Нолл
Нолл был одним из первых исследователей, применивших цифровой компьютер для создания художественных узоров и формализовавшего использование случайных процессов в создании изобразительного искусства . Он начал создавать цифровое искусство в 1962 году, что сделало его одним из первых цифровых художников. В 1965 году Нолл вместе с Фридером Наке и Георгом Нисом первыми публично представили свое компьютерное искусство. В апреле 1965 года в галерее Говарда Уайза были представлены компьютерные произведения Нолла, а также узоры из случайных точек Белы Юлеша .

Другие пионеры [ править ]

Современный рендер чайника из штата Юта , культовой модели в компьютерной 3D-графике, созданной Мартином Ньюэллом , 1975 год.

Организации [ править ]

Изучение компьютерной графики [ править ]

Основная статья: Компьютерная графика (информатика)

Изучение компьютерной графики — это раздел информатики , изучающий методы цифрового синтеза и управления визуальным контентом. Хотя этот термин часто относится к трехмерной компьютерной графике, он также включает в себя двухмерную графику и обработку изображений .

Компьютерная графика как академическая дисциплина изучает манипулирование визуальной и геометрической информацией с использованием вычислительных методов. Основное внимание уделяется математическим и вычислительным основам генерации и обработки изображений, а не чисто эстетическим вопросам. Компьютерную графику часто отличают от области визуализации , хотя эти две области имеют много общего.

Приложения [ править ]

Компьютерная графика может использоваться в следующих областях:

См. также [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ^ « Зловещая долина» — это гипотеза в области робототехники и компьютерной 3D-анимации, согласно которой, когда человеческие копии выглядят и действуют почти, но не идеально, как настоящие люди, это вызывает реакцию отвращения у людей-наблюдателей. Понятие «долина» относится к провалу на графике уровня комфорта людей в зависимости от человеческого подобия робота.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «ТоС системы классификации вычислений ACM» . Ассоциация вычислительной техники . 21 сентября 2016 г. Архивировано из оригинала 28 июля 2020 г. . Проверено 28 апреля 2020 г.
  2. ^ «Что такое компьютерная графика?» . Программа компьютерной графики Корнеллского университета . 15 апреля 1998 года.
  3. ^ «Что такое компьютерная графика?» . Университет Лидса . Архивировано из оригинала 6 января 2015 г.
  4. ^ Майкл Френдли (2008). «Вехи истории тематической картографии, статистической графики и визуализации данных» .
  5. ^ Ян, Джонсон (август 1985 г.). «Достижения в области компьютерных изображений для моделирования полетов». ИИЭР (8): 37-51.
  6. ^ Из хранилища Массачусетского технологического института (20 января 2016 г.). «Научный репортер MIT — «Автоматически программируемые инструменты» (1959)» . YouTube .
  7. ^ Перейти обратно: а б Карлсон, Уэйн (2003). «Критическая история компьютерной графики и анимации» . Архивировано из оригинала 5 апреля 2007 года.
  8. ^ Педди, Джон (2013). История визуальной магии в компьютерах: как красивые изображения создаются в CAD, 3D, VR и AR . Спрингер. п. 101. ИСБН  978-1447149316 .
  9. ^ EDSAC 1 и позже - сборник личных воспоминаний , дата обращения 11 июля 2019 г.
  10. ^ Дэвид Саломон (1999). Компьютерная графика и геометрическое моделирование . п. ix
  11. ^ Педди, Джон (18 июля 2018 г.). «Знаменитые графические чипы: контроллер графического дисплея NEC μPD7220 — первый чип графического процессора» . Компьютерное общество IEEE . Институт инженеров электротехники и электроники . Проверено 1 ноября 2019 г.
  12. ^ Гольдвассер, С.М. (июнь 1983 г.). Компьютерная архитектура для интерактивного отображения сегментированных изображений . Компьютерные архитектуры для пространственно распределенных данных. Springer Science & Business Media . стр. 75–94 (81). ISBN  9783642821509 .
  13. ^ Перейти обратно: а б Педди, Джон (10 января 2019 г.). «Известные графические чипы: TI TMS34010 и VRAM» . Компьютерное общество IEEE . Институт инженеров электротехники и электроники . Проверено 1 ноября 2019 г.
  14. ^ Педди, Джон (7 октября 2018 г.). «История графического процессора: Hitachi ARTC HD63484. Второй графический процессор» . Компьютерное общество IEEE . Институт инженеров электротехники и электроники . Проверено 1 ноября 2019 г.
  15. ^ Общество обработки информации Японии. «Система компьютерной графики LINKS-1-Компьютерный музей» . Проверено 15 июня 2015 г.
  16. ^ Дефанти, Томас А. (1984). «Массовое воздействие технологий видеоигр» (PDF) . Достижения в области компьютеров . 23 : 121. doi : 10.1016/S0065-2458(08)60463-5 . ISBN  9780120121236 . ISSN   0065-2458 . Проверено 9 ноября 2022 г.
  17. ^ «Система 16 – Оборудование Namco System 21 (Namco)» . Проверено 15 июня 2015 г.
  18. ^ «Система 16 — Оборудование пневматической системы Taito (Taito)» . Проверено 15 июня 2015 г.
  19. ^ «Virtua Racing – Аркада (1992)» . 15 самых влиятельных игр всех времен . ГеймСпот . 14 марта 2001 г. Архивировано из оригинала 12 апреля 2010 г. Проверено 19 января 2014 г.
  20. ^ Будущее компьютерной графики Дэниел Сево, 2005 (получено 26 февраля 2015 г.)
  21. ↑ Кино: кропотливая фантазия Криса Тейлора, Time, 31 июля 2000 г. (получено 8 августа 2012 г.).
  22. ↑ Final Fantasy: The Spirits Within в Box Office Mojo (получено 12 августа 2012 г.).
  23. ^ Гринберг, Ира (2007). Обработка: творческое кодирование и вычислительное искусство . Апресс. ISBN  978-1-59059-617-3 .
  24. ^ Винсент, Джеймс (24 мая 2022 г.). «Все эти изображения были созданы с помощью новейшего искусственного интеллекта Google для преобразования текста в изображение» . Грань . Вокс Медиа . Проверено 28 мая 2022 г.
  25. ^ Граф, Рудольф Ф. (1999). Современный словарь электроники . Оксфорд, Англия: Ньюнс. п. 569. ИСБН  0-7506-4331-5 .
  26. ^ «Принципы освещения для 3D-художников кино и искусства» . ГаражФерма . 21 июля 2021 г. Проверено 21 июля 2021 г.
  27. ^ Блайт, Дэвид. Расширенные методы графического программирования с использованием OpenGL . Siggraph 1999. (см.: Мультитекстуры )

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Л. Аммераал и К. Чжан (2007). Компьютерная графика для программистов на Java , второе издание, John-Wiley & Sons, ISBN   978-0-470-03160-5 .
  • Дэвид Роджерс (1998). Процедурные элементы компьютерной графики . МакГроу-Хилл.
  • Джеймс Д. Фоли , Андрис Ван Дам, Стивен К. Файнер и Джон Ф. Хьюз (1995). Компьютерная графика: принципы и практика . Аддисон-Уэсли.
  • Дональд Хирн и М. Полин Бейкер (1994). Компьютерная графика . Прентис-Холл.
  • Фрэнсис С. Хилл (2001). Компьютерная графика . Прентис Холл.
  • Джон Льюэлл (1985). Компьютерная графика: обзор современных методов и приложений . Ван Ностранд Рейнхольд.
  • Джеффри Дж. МакКоннелл (2006). Компьютерная графика: теория на практике . Издательство Джонс и Бартлетт.
  • Р.Д. Парслоу, Р.В. Проуз, Ричард Эллиот Грин (1969). Компьютерная графика: методы и приложения .
  • Питер Ширли и другие. (2005). Основы компьютерной графики . АК Питерс, ООО
  • М. Слейтер, А. Стид, Ю. Хрисанто (2002). Компьютерная графика и виртуальные среды: от реализма к реальному времени . Аддисон-Уэсли.
  • Вольфганг Хёль (2008): Интерактивные среды с программным обеспечением с открытым исходным кодом, Springer Vienna, Нью-Йорк, ISBN   3-211-79169-8

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с компьютерной графикой .
Поищите компьютерную графику в Викисловаре, бесплатном словаре.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Computer_graphics&oldid=1224204072"