Компьютерная графика (информатика)

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

Обзор

Компьютерная графика 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.

Связанные исследования включают в себя:

К приложениям компьютерной графики относятся:

История

Существует несколько международных конференций и журналов, где публикуются наиболее значимые результаты в области компьютерной графики. Среди них конференции SIGGRAPH и Eurographics , а также журнал Transactions on Graphics Ассоциации вычислительной техники (ACM). Совместная серия симпозиумов Eurographics и ACM SIGGRAPH включает основные площадки для более специализированных подобластей: симпозиум по геометрической обработке, ^[1] Симпозиум по рендерингу, Симпозиум по компьютерной анимации, ^[2] и высокопроизводительная графика. ^[3]

Как и в остальных областях информатики, публикации на конференциях по компьютерной графике обычно более значимы, чем журнальные публикации (и, следовательно, имеют более низкий уровень принятия). ^[4]^[5]^[6]^[7]

Подполя

Широкая классификация основных областей компьютерной графики может быть следующей:

Геометрия : способы представления и обработки поверхностей
Анимация : способы представления движения и управления им.
Рендеринг : алгоритмы воспроизведения светового транспорта
Визуализация : получение изображений или редактирование изображений.

Геометрия

Подобласть геометрии изучает представление трехмерных объектов в дискретной цифровой среде. Поскольку внешний вид объекта во многом зависит от его внешнего вида, представления границ чаще всего используются . Двумерные поверхности являются хорошим представлением большинства объектов, хотя они могут быть и немногообразными . Поскольку поверхности не являются конечными, используются дискретные цифровые аппроксимации. Полигональные сетки (и, в меньшей степени, поверхности подразделения ) на сегодняшний день являются наиболее распространенным представлением, хотя в последнее время более популярными стали представления на основе точек (см., например, Симпозиум по точечной графике). ^[8] Эти представления являются лагранжевыми, что означает, что пространственные положения образцов независимы. Недавно описания эйлеровых поверхностей (т. е. когда пространственные образцы фиксированы), такие как наборы уровней, стали полезным представлением для деформирования поверхностей, которые претерпевают множество топологических изменений ( жидкости ). наиболее ярким примером являются ^[9]

Подполя геометрии включают в себя:

Неявное моделирование поверхностей - более старая подобласть, в которой исследуется использование алгебраических поверхностей, конструктивной твердотельной геометрии и т. Д. Для представления поверхностей.
Цифровая геометрическая обработка – реконструкция поверхности , упрощение, выравнивание, восстановление сетки, параметризация , повторное создание сетки , создание сетки , сжатие поверхности и редактирование поверхности – все это подпадает под эту рубрику. ^[10]^[11]^[12]
Дискретная дифференциальная геометрия - зарождающаяся область, которая определяет геометрические величины для дискретных поверхностей, используемых в компьютерной графике. ^[13]
Точечная графика – новая область, в которой основное внимание уделяется точкам как фундаментальному представлению поверхностей.
Поверхности разделения
Обработка сетки вне ядра — еще одна недавняя область, в которой основное внимание уделяется наборам данных сетки, которые не помещаются в основную память.

Анимация

Подобласть анимации изучает описания поверхностей (и других явлений), которые движутся или деформируются с течением времени. Исторически сложилось так, что большая часть работ в этой области была сосредоточена на параметрических моделях и моделях, управляемых данными, но в последнее время физическое моделирование стало более популярным, поскольку компьютеры стали более мощными в вычислительном отношении.

Подполя анимации включают в себя:

Захват производительности
Анимация персонажей
Физическое моделирование (например, моделирование ткани , анимация динамики жидкости и т. д.)

Рендеринг

Рендеринг генерирует изображения из модели. Рендеринг может имитировать перенос света для создания реалистичных изображений или может создавать изображения, имеющие особый художественный стиль при нефотореалистичном рендеринге . Двумя основными операциями реалистичного рендеринга являются перенос (сколько света проходит из одного места в другое) и рассеяние (как поверхности взаимодействуют со светом). см. в разделе «Рендеринг (компьютерная графика)» Дополнительную информацию .

Подполя рендеринга включают в себя:

Транспорт описывает, как освещение в сцене перемещается из одного места в другое. Обзорность – важная составляющая легкого транспорта.
Рассеяние: модели рассеяния (как свет взаимодействует с поверхностью в данной точке ) и затенения (как свойства материала изменяются по поверхности) используются для описания внешнего вида поверхности. В графике эти проблемы часто изучаются в контексте рендеринга, поскольку они могут существенно повлиять на разработку алгоритмов рендеринга . Описания рассеяния обычно даются в терминах функции распределения двунаправленного рассеяния (BSDF). Последний вопрос касается того, как различные типы рассеяния распределяются по поверхности (т. е. какая функция рассеяния где применяется). Описания такого типа обычно выполняются с помощью программы, называемой шейдером . (Существует некоторая путаница, поскольку слово «шейдер» иногда используется для программ, описывающих локальные геометрические вариации.)
Нефотореалистичный рендеринг
Физически обоснованный рендеринг - связан с генерацией изображений в соответствии с законами геометрической оптики.
Рендеринг в реальном времени – фокусируется на рендеринге для интерактивных приложений, обычно с использованием специализированного оборудования, такого как графические процессоры.
Переосвещение - недавняя область, связанная с быстрым повторным рендерингом сцен.

Известные исследователи

Заявки на их использование

Растровый дизайн/редактирование изображений

Векторный рисунок

Архитектура

Монтаж видео

Скульптура, анимация и 3D-моделирование

Цифровая композиция

Рендеринг

V-Ray
Редшифт
Рендерман
Октановый рендер
Мантра
Люмион (Архитектурная визуализация)

Другие примеры применения

См. также

Ссылки

^ «geometryprocessing.org» . Geometryprocessing.org . Проверено 1 мая 2014 г.
^ [1] Архивировано 14 марта 2007 г., в Wayback Machine.
^ «Высокопроизводительная графика» . сайт high Performancegraphics.org .
^ «Памятка передового опыта» . Кра.орг . Архивировано из оригинала 2 мая 2014 г. Проверено 1 мая 2014 г.
^ «Выбираете место проведения: конференция или журнал?» . People.csail.mit.edu . Проверено 1 мая 2014 г.
^ «Статистика приема публикаций по графике/визуализации» . vrlab.epfl.ch . Проверено 1 мая 2014 г.
^ Обширную историю компьютерной графики можно найти на этой странице. Архивировано 5 апреля 2007 года в Wayback Machine .
^ «Точечная графика 2007 — PBG07» . Graphics.ethz.ch . Проверено 1 мая 2014 г.
^ «Рон Федкив» . Graphics.stanford.edu . Проверено 1 мая 2014 г.
^ [2] Архивировано 14 февраля 2007 г., в Wayback Machine.
^ CS 598: Цифровая обработка геометрии (осень 2004 г.). Архивировано 25 октября 2004 г. на archive.today.
^ «Цифровая геометрическая обработка» . cs.ubc.ca. Проверено 1 мая 2014 г.
^ «Дискретная дифференциальная геометрия» . ddg.cs.columbia.edu . Проверено 1 мая 2014 г.

Дальнейшее чтение

Фоли и др . Компьютерная графика: принципы и практика .
Ширли. Основы компьютерной графики .
Ватт. 3D компьютерная графика .

Внешние ссылки

Промышленность

Промышленные лаборатории, проводящие исследования в области графики «голубого неба», включают:

Основные киностудии, известные своими графическими исследованиями, включают:

[1] «geometryprocessing.org» . Geometryprocessing.org . Проверено 1 мая 2014 г.

[2] [1] Архивировано 14 марта 2007 г., в Wayback Machine.

[3] «Высокопроизводительная графика» . сайт high Performancegraphics.org .

[cra_memo-4] «Памятка передового опыта» . Кра.орг . Архивировано из оригинала 2 мая 2014 г. Проверено 1 мая 2014 г.

[ernst_note-5] «Выбираете место проведения: конференция или журнал?» . People.csail.mit.edu . Проверено 1 мая 2014 г.

[graphics_acceptance_rates-6] «Статистика приема публикаций по графике/визуализации» . vrlab.epfl.ch . Проверено 1 мая 2014 г.

[7] Обширную историю компьютерной графики можно найти на этой странице. Архивировано 5 апреля 2007 года в Wayback Machine .

[8] «Точечная графика 2007 — PBG07» . Graphics.ethz.ch . Проверено 1 мая 2014 г.

[stanford_fedkiw-9] «Рон Федкив» . Graphics.stanford.edu . Проверено 1 мая 2014 г.

[caltech_multires_dgp-10] [2] Архивировано 14 февраля 2007 г., в Wayback Machine.

[uiuc_graphics_dgp-11] CS 598: Цифровая обработка геометрии (осень 2004 г.). Архивировано 25 октября 2004 г. на archive.today.

[ubc_sheffa_dgp-12] «Цифровая геометрическая обработка» . cs.ubc.ca. Проверено 1 мая 2014 г.

[columbia_ddg-13] «Дискретная дифференциальная геометрия» . ddg.cs.columbia.edu . Проверено 1 мая 2014 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

v т и Информатика
Note: This template roughly follows the 2012 ACM Computing Classification System.
Hardware	Printed circuit board Peripheral Integrated circuit Very Large Scale Integration Systems on Chip (SoCs) Energy consumption (Green computing) Electronic design automation Hardware acceleration Processor Size / Form
Computer systems organization	Computer architecture Computational complexity Dependability Embedded system Real-time computing
Networks	Network architecture Network protocol Network components Network scheduler Network performance evaluation Network service
Software organization	Interpreter Middleware Virtual machine Operating system Software quality
Software notations and tools	Programming paradigm Programming language Compiler Domain-specific language Modeling language Software framework Integrated development environment Software configuration management Software library Software repository
Software development	Control variable Software development process Requirements analysis Software design Software construction Software deployment Software engineering Software maintenance Programming team Open-source model
Theory of computation	Model of computation Formal language Automata theory Computability theory Computational complexity theory Logic Semantics
Algorithms	Algorithm design Analysis of algorithms Algorithmic efficiency Randomized algorithm Computational geometry
Mathematics of computing	Discrete mathematics Probability Statistics Mathematical software Information theory Mathematical analysis Numerical analysis Theoretical computer science
Information systems	Database management system Information storage systems Enterprise information system Social information systems Geographic information system Decision support system Process control system Multimedia information system Data mining Digital library Computing platform Digital marketing World Wide Web Information retrieval
Security	Cryptography Formal methods Security hacker Security services Intrusion detection system Hardware security Network security Information security Application security
Human–computer interaction	Interaction design Social computing Ubiquitous computing Visualization Accessibility
Concurrency	Concurrent computing Parallel computing Distributed computing Multithreading Multiprocessing
Artificial intelligence	Natural language processing Knowledge representation and reasoning Computer vision Automated planning and scheduling Search methodology Control method Philosophy of artificial intelligence Distributed artificial intelligence
Machine learning	Supervised learning Unsupervised learning Reinforcement learning Multi-task learning Cross-validation
Graphics	Animation Rendering Photograph manipulation Graphics processing unit Mixed reality Virtual reality Image compression Solid modeling
Applied computing	Quantum Computing E-commerce Enterprise software Computational mathematics Computational physics Computational chemistry Computational biology Computational social science Computational engineering Differentiable computing Computational healthcare Digital art Electronic publishing Cyberwarfare Electronic voting Video games Word processing Operations research Educational technology Document management
Category Outline Glossaries