Історія появи комп'ютерної графіки. Історія комп'ютерної графіки. Наслідок використання графіки

Комп'ютерна графіканалічує у своєму розвитку не більше десятка років, а її комерційним додаткам – і того менше. Андрієсван Дам вважається одним із батьків комп'ютерної графіки, а його книги - фундаментальними підручниками з усього спектру технологій, покладених в основу машинної графіки. Також у цій галузі відомий Айвен Сазерленд, чия докторська дисертація стала теоретичною основою машинної графіки.

Донедавна експериментування щодо використання можливостей інтерактивної машинної графіки було привілеєм лише невеликій кількості фахівців, переважно вчені та інженери, які займаються питаннями автоматизації проектування, аналізу даних та математичного моделювання. Тепер дослідження реальних і уявних світів через «призму» комп'ютерів стало доступно набагато ширшому колу людей.

Така зміна ситуації обумовлена кількома причинами. Насамперед, в результаті різкого поліпшення співвідношення вартість/продуктивність для деяких компонентів апаратури комп'ютерів. Крім того, стандартне програмне забезпечення високого рівня для графіки стало широкодоступним, що спрощує написання нових прикладних програм, що переносяться з комп'ютерів одного типу на інші.

Наступна причина обумовлена впливом, який дисплеї надають на якість інтерфейсу – засоби спілкування між людиною та машиною, – забезпечуючи максимальні зручності для користувача. Нові, зручні для користувача системи побудовані в основному на підході WYSIWYG (абревіатура від англійського виразу "Whatyouseeiswhatyouget" - "Що бачите, те і маєте"), відповідно до якого зображення на екрані має бути якомога схожим на те, що в результаті друкується.

Більшість традиційних програм машинної графіки є двовимірними. Останнім часом відзначається зростаючий комерційний інтерес до тривимірних програм. Він викликаний значним прогресом у вирішенні двох взаємопов'язаних проблем: моделювання тривимірних сцен і побудови якомога реалістичнішого зображення. Наприклад, в імітаторах польоту особливе значення надається часу реакції на команди, що вводяться пілотом та інструктором. Щоб створювалася ілюзія плавного руху, імітатор повинен породжувати надзвичайно реалістичну картину «світу, що динамічно змінюється» з частотою як мінімум 30 кадрів в секунду. На противагу цьому зображення, що застосовуються в рекламі та в індустрії розваг, обчислюють автономно, нерідко протягом годин, з метою досягти максимального реалізму або справити сильне враження.

Розвиток комп'ютерної графіки, особливо у її початкових етапах, насамперед пов'язані з розвитком технічних засобів і особливо дисплеїв:

- довільне сканування променя;
- растрове сканування променя;
- запам'ятовуючі трубки;
- плазмова панель;
- рідкокристалічні індикатори;
- електролюмінісцентні індикатори;
- дисплеї з полем емісією.

Довільне сканування променя. Дисплейна графіка з'явилася як спроба використовувати електроннопроменеві трубки (ЕЛТ) з довільним скануванням променя для виведення зображення з ЕОМ. Як пише Ньюмен, очевидно, першою машиною, де ЕПТ використовувалася як пристрій виведення була ЕОМ Whirlwind-I (Ураган-I), виготовлена в 1950р. у Массачусетському технологічному інституті. З цього експерименту розпочався етап розвитку векторних дисплеїв (дисплеїв із довільним скануванням променя, каліграфічних дисплеїв). На професійному жаргоні вектор називається відрізок прямий. Звідси і походить назва «векторний дисплей».

При переміщенні променя по екрану в точці, на яку потрапив промінь, збуджується світло люмінофора екрану. Це свічення досить швидко припиняється при переміщенні променя в іншу позицію (звичайний час післясвічення – менше 0.1 с). Тому, щоб зображення було постійно видимим, доводиться його перевидавати (регенерувати зображення) 50 або 25 разів на секунду. Необхідність перевидачі зображення вимагає збереження його опису спеціально виділеної пам'яті, званої пам'яттю регенерації. Сам опис зображення називається дисплейним файлом. Зрозуміло, що такий дисплей вимагає досить швидкого процесора для обробки дисплейного файлу та керування переміщенням променя екраном.

Зазвичай серійні векторні дисплеї встигали 50 разів на секунду будувати лише близько 3000-4000 відрізків. При більшій кількості відрізків зображення починає мерехтіти, оскільки відрізки, побудовані початку чергового циклу, повністю згасають на той час, коли будуть будуватися останні.

Іншим недоліком векторних дисплеїв є мала кількість градацій по яскравості (зазвичай 2-4). Були розроблені, але не знайшли широкого застосування дво-триколірні ЕЛТ, що також забезпечували кілька градацій яскравості.

У векторних дисплеях легко стерти будь-який елемент зображення - достатньо при черговому циклі побудови видалити елемент, що стирається, з дисплейного файлу.

Текстовий діалог підтримується за допомогою алфавітно-цифрової клавіатури. Непрямий графічний діалог, як і в інших дисплеях, здійснюється переміщенням перехрестя (курсора) по екрану з допомогою тих чи інших засобів управління перехрестям - координатних коліс, важеля (джойстика), що управляє, трекболу (кульової рукоятки), планшета і т.д. відмінною рисоюВекторні дисплеї є можливість безпосереднього графічного діалогу, що полягає в простому вказівці за допомогою світлового пера об'єктів на екрані (ліній, символів і т.д.). Для цього достатньо за допомогою фотодіода визначити момент промальовування і, отже, початку свічення люмінофора будь-якої частини необхідного елемента.

Перші серійні векторні дисплеї там з'явилися наприкінці 60-х.

Растрове сканування променя.

Прогрес у технології мікроелектроніки призвів до того, що з середини 70-х років переважне поширення набули дисплеї з растровим скануванням променя.

Запам'ятовують трубки.

Наприкінці 60-х років з'явилася ЕЛТ, що запам'ятовує, яка здатна досить тривалий час (до години) прямо на екрані зберігати побудоване зображення. Отже, не обов'язково пам'ять регенерації і не потрібен швидкий процесор для виконання регенерації зображення. Стирання на такому дисплеї можливе лише для всієї картинки загалом. Складність зображення майже обмежена. Дозвіл, досягнутий на дисплеях на трубці, що запам'ятовує, такий же, як і на векторних або вище - до 4096 точок.

Текстовий діалог підтримується за допомогою алфавітно-цифрової клавіатури, непрямий графічний діалог здійснюється переміщенням перехрестя по екрану, зазвичай, за допомогою координатних коліс.

Поява таких дисплеїв з одного боку сприяло широкому поширенню комп'ютерної графіки, з іншого боку являло собою певний регрес, оскільки поширювалася порівняно низькоякісна та низькошвидкісна не дуже інтерактивна графіка.

Плазмова панель.

У 1966р. була винайдена плазмова панель, яку спрощено можна подати як матрицю з маленьких різнокольорових неонових лампочок, кожна з яких включається незалежно і може світитися з яскравістю, що регулюється. Зрозуміло, що системи відхилення не потрібно, не обов'язкова також і пам'ять регенерації, так як за напругою на лампочці можна визначити горить вона чи ні, тобто. є чи ні зображення у цій точці. У певному сенсі ці дисплеї поєднують у собі багато корисних властивостей векторних і растрових пристроїв. До недоліків слід віднести велику вартість, недостатньо високу роздільну здатність та велику напругу живлення. Загалом ці дисплеї не знайшли широкого розповсюдження.

Рідкокристалічні індикатори. Дисплеї на рідкокристалічних індикаторах працюють аналогічно індикаторам в електронному годиннику, але, звичайно, зображення складається не з декількох сегментів, а з великої кількості окремо керованих точок. Ці дисплеї мають найменші габарити та енергоспоживання, тому широко використовуються в портативних комп'ютерах незважаючи на меншу роздільну здатність, меншу контрастність та помітно більшу ціну, ніж для растрових дисплеїв на ЕЛТ.

Електролюмінісцентні індикатори. Найбільш високі яскравість, контрастність, робочий температурний діапазон та міцність мають дисплеї на електролюмінісцентних індикаторах. Завдяки досягненням у технології вони стали доступними для застосування не тільки у дорогих висококласних системах, а й у загальнопромислових системах. Робота таких дисплеїв заснована на світінні люмінофора під впливом щодо високої змінної напруги, що прикладається до взаємноперпендикулярних наборів електродів, між якими знаходиться люмінофор.

Дисплеї з полем емісією. Дисплеї на електронно-променевих трубках, незважаючи на їхню відносну дешевизну та широке поширення, механічно неміцні, вимагають високої напругихарчування, що споживають велику потужність, мають великі габарити та обмежений термін служби, пов'язаний із втратою емісії катодами. Одним з методів усунення зазначених недоліків є створення плоских дисплеїв з емісією полем з холодних катодів у вигляді сильно загострених мікроголок.

Таким чином, стартувавши в 1950 р., комп'ютерна графіка до теперішнього часу пройшла шлях від екзотичних експериментів до одного з найважливіших, всепроникних інструментів сучасної цивілізації, починаючи від наукових досліджень, автоматизації проектування та виготовлення, бізнесу, медицини, екології, засобів масової інформації, дозвілля та закінчуючи побутовим устаткуванням.

Актуальність обраної теми, мета та завдання роботи.

Основна частина

Історія розвитку комп'ютерної графіки ……………………..5
Комп'ютерна графіка …………………………………………..7
Види комп'ютерної графіки……………………...…………….8

Практична частина

Blender……………………………………………………………………14

Висновок ……………………………………………………………...23

Література та джерела ………………………………………………..24

Вступ

Я вибрав цю тему, бо мені цікаво працювати із комп'ютерною графікою. Створювати нові проекти, редагувати вже створені з урахуванням нових технологій та можливостей.

Люди почали малювати задовго перед тим, як навчилися писати. У Сибіру, у Ковальському Алатау знайдено малюнок, вік якого – 34 тисячі років! Наскельні розписи виконувались земляними фарбами, чорною сажею та деревним вугіллям за допомогою розщеплених паличок, шматочків хутра та просто пальців.

З того часу минуло багато тисяч років, з'явилися писемність і друкарство, людина опанувала енергію атомного ядра і вийшла в космічний простір, а що змінилося в техніці малювання? Стали кращими за фарби, пензлі, з'явилися пір'я, олівці, фломастери, але в принципі все залишилося тим самим, той самий ланцюжок: око – рука – інструмент – зображення, ті ж вимоги до здібностей художника.

Але з'явилася обчислювальна техніка. Викликана до життя необхідністю автоматизації вирішення трудомістких математичних завдань, ЕОМ з великого калькулятора несподівано перетворилася на інтелектуальний інструмент, сфера застосування якого стрімко розширюється. На початку 1960-х років народилася нова область обчислювальної техніки – інтерактивна машинна графіка (сьогодні найчастіше звана комп'ютерною), де комп'ютер використовується вже не так для обробки чисел, як для роботи з графічною інформацією.

ЗНині, з появою потужних персональних комп'ютерів, кількість людей, які прагнуть реалізувати себе в комп'ютерному мистецтві, істотно збільшилася і продовжує зростати величезними темпами. Адже майже кожен користувач комп'ютера намагався колись створити щось красиве. Це схоже на те, що рідко можна знайти дитину, яка не любить малювати. За допомогою комп'ютера це робиться простіше, і результати

найчастіше бувають дуже вражаючими. У художників, які творять на комп'ютері, дуже непоганий вибір інструментів.

Мета цієї роботи : Дослідити можливості графічного редактора.Blenderта його практичне застосування на уроках інформатики та ІКТ.

Створити електронний додаток до уроку інформатики та ІКТ

Завдання дослідження:

Ознайомитись з основними поняттями комп'ютерної графіки;

Вивчити та провести аналіз наукової літератури з обраної теми;

Створити презентації з використаннямMSPower.

Актуальність роботи полягає в наступному. За наявності деякого досвіду роботиcграфічними редакторами, можна успішно застосовувати вже отримані знання під час роботи з графічним редактором Blender.

Основна частина

Комп'ютерна графіка в початковий період свого виникнення була далеко не такою ефектною, якою вона стала в справжні дні. У ті роки комп'ютери перебували на ранній стадії розвитку та були здатні відтворювати лише найпростіші контури (лінії). Ідея комп'ютерної графіки не відразу була підхоплена, але її можливості швидко зростали, і поступово вона стала займати одну з найважливіших позицій інформаційних технологій.

Першою офіційно визнаною спробою використання дисплея для виведення зображення з ЕОМ стало створення Массачусетському технологічному університеті машини Whirlwind-I в 1950 р. Таким чином, виникнення комп'ютерної графіки можна віднести до 1950-х років. Сам термін " комп'ютерна графіка " придумав 1960 р. співробітник компанії Boeing У. Феттер.

Перше реальне застосування комп'ютерної графіки пов'язують з ім'ям Дж. Вітні. Він займався кіновиробництвом у 50-60-х роках і вперше використав комп'ютер для створення титрів до кінофільму.

Наступним кроком у своєму розвитку комп'ютерна графіка завдячує Айвену Сазерленду, який у 1961 р., ще будучи студентом, створив програму малювання, яку він назвав Sketchpad (альбом для малювання). Програма використовувала світлове перо для малювання найпростіших фігур на екрані. Отримані картинки можна було зберігати та відновлювати. У цій програмі було розширено коло основних графічних примітивів, зокрема, крім ліній і точок було запроваджено прямокутник, який ставився своїми розмірами та розташуванням.

Спочатку комп'ютерна графіка була векторною, тобто. зображення формувалося із тонких ліній. Ця особливість пов'язана з технічною реалізацією комп'ютерних дисплеїв. Надалі більше

широке застосування отримала растрова графіка, заснована на представленні зображення на екрані як матриці однорідних елементів (пікселів).

Комп'ютерна графіка-область інформатики, що вивчає методи та властивості обробки зображень за допомогою програмно-апаратних засобів.

Комп'ютерна графіка міцно увійшла до нашого життя. З'являється все більше кліпів, створених за допомогою комп'ютерної графіки. Немає суперечки, комп'ютерна графіка розширює виразні можливості. Комп'ютерна або машинна графіка - це цілком самостійна галузь людської діяльності, зі своїми проблемами та специфікою. Комп'ютерна графіка - це і нові ефективні технічні засоби для проектувальників, конструкторів та дослідників, і програмні системи та машинні мови, і нові наукові, навчальні дисципліни, що народилися на базі синтезу таких наук як аналітична, прикладна та нарисна геометрії, програмування для ПК, методи обчислювальної математики тощо. Машина наочно зображує такі складні геометричні об'єкти, які раніше математики навіть намагалися зобразити.

Саме поняття "комп'ютерна графіка" вже досить відоме - це створення малюнків та креслень за допомогою комп'ютера.

Інтерактивна комп'ютерна графіка - це використання комп'ютерів для підготовки та відтворення зображень, але при цьому користувач має можливість оперативно вносити зміни в зображення безпосередньо в процесі його відтворення, тобто. передбачається можливість роботи з графікою як діалог у реальному масштабі часу. Інтерактивна графіка є важливим розділом комп'ютерної графіки, коли користувач має можливість динамічно керувати вмістом зображення, його формою, розміром і кольором на поверхні дисплея за допомогою інтерактивних пристроїв керування.

2.3. Види комп'ютерної графіки

Залежно від способу формування зображень комп'ютерну графіку поділяють:
на двовимірну (часто її називають 2D):

Тепер докладніше, що репрезентує кожна з них.

Растрова графіка, Це просто кажучи набір точок (пікселів) різняться за кольором, тому коли ми дивимося на величезну кількість цих мізерних точок, створюється враження цільної картинки. Ви скажете, про які точки веду мова? Справа в тому, що наблизивши растрову картинку в кілька разів, можна побачити, що вона складається з тих самих точок. Відповідно чим більше точок, тим краще, чіткіше і красивіше виглядатиме картинка. Це з одного боку, з іншого, пікселі є головним мінусом растрової графіки. Адже збільшуючи растрову картинку, разом з нею почнуть збільшуватися і пікселі, вони стануть помітнішими, внаслідок чого малюнок стане «рваним» і
. За допомогою растрової графіки можна відобразити і передати всю гаму відтінків і тонких ефектів, властивих реа СС лішному зображенню. Растрове зображення ближче до фотографії, воно дозволяє більш точно відтворювати основні характеристики: освітленість, прозорість і глибину різкості.

Які існують програми для роботи з растровою графікою?Paint;
StarOffice Image;
Microsoft Photo Editor,
Adobe Photoshop;

Fractal Design Painter;
Micrografx Picture Publisher.

Навіщо вона застосовується?
1. Для обробки зображень, що вимагають високої точності передачі відтінків кольорів та плавного перетікання напівтонів.
Наприклад, для:
ретушування, реставрування фотографій;
створення та обробки фотомонтажу, колажів;
застосування до зображень різних спецефектів;
2. Для отримання зображення у растровому вигляді після сканування.
3. Для художньої творчості шляхом використання різноманітних спецефектів.

Зовсім інша справа цевекторна графіка. Векторні картинки складаються із звичайних примітивів (коло, пряма, квадрат), які задаються математичними формулами. По-різному трансформуючи ці примітиви, можна намалювати будь-яку картинку. Звичайно, можна сміливо збільшувати і зменшувати картинку, не боячись за втрату якості. А чому? Тому що при масштабуванні математичні формули вносяться поправки за розміром картинки, що ніяк не впливає на якість.
Векторна графіка економна у плані дискового простору, необхідного для зберігання зображень: це пов'язано з тим, що зберігається не саме зображення, а лише деякі основні дані, використовуючи які програма щоразу відтворює зображення заново. Крім того, опис параметрів кольору майже не збільшує розмір файлу.
Але не все так добре. Векторна графіка має свій головний мінус. Векторні зображення виходять не такими насиченими за кольором, як растрові. Колірна складова у векторній графіці значно менше, ніж у растрової.

Програми для роботи з векторною графікою:
Star Office Draw;

вбудованийвекторнийредакторвMicrosoft Word;
Corel Draw;
Adobe Illustrator;

Fractal Design Expression;

MacromediaFreehand;

AutoCAD.

Навіщо вона застосовується?
1. Для створення вивісок, етикеток, логотипів, емблем та інших символьних зображень.
2. Для побудови креслень, діаграм, графіків, схем.
3. Для мальованих зображень з чіткими контурами, які не мають великого спектру відтінків кольорів.
4. Для моделювання об'єктів зображення.
5. Для створення тривимірних зображень.

І останній тип цефрактальна графіка. Що ж взагалі таке фрактал? Фрактал це математична фігура, що має властивості самоподібності. Тобто фрактал складається з деяких частин, кожна з яких подібна до всієї фігури. Простіше кажучи, один об'єкт копіюється кілька разів, у результаті виходить малюнок. Зображення будується за рівнянням (або системою рівнянь), тому нічого, крім формули, зберігати не треба. Змінивши коефіцієнти рівняння, можна отримати зовсім іншу картину. Здатність фрактальної графіки моделювати образи живої природи обчислювальним шляхом часто використовують автоматичної генерації незвичайних ілюстрацій.
Програми:
Фрактальний всесвіт 4.0;
Fracplanet;
TheFractory.
Цей вид графіки застосовують математики та художники.

Що ж такетривимірна графікаі чим вона відрізняється від двовимірної? Давайте розберемося. Взагалі, в результаті роботи над тривимірним об'єктом у якійсь програмі, модель не виходить об'ємною (тобто ми не можемо розглянути її з усіх боків), ми лише отримуємо проекцію цієї моделі на площину. Іншими словами, «виходить обсяг на площині». Ми бачимо тривимірну картинку (так, ми сприймаємо обсяг довкілляі самої моделі), але бачимо її лише з одного боку.

Найбільш розповсюдженіпрограмидля роботи з тривимірною графікою: 3ds max,Blenderі т.д

Практична частина

Перед початком моєї роботи у мене постало питання: Як вчителі та учні МБОУ «ЗОШ № 46» використовують у своєму житті комп'ютерну графіку? Мені довелося провести невелике опитування.

Використання комп'ютерної графіки вчителями МБОУ «ЗОШ № 46»

Запитання:

1.Чи використовуєте комп'ютерну графіку?

2.Для яких цілей ви використовуєте комп'ютерну графіку?

Усього брали участь в опитуванні: 7 учителів.

Висновок:

100% опитаних використовують комп'ютерну графіку.

Використання комп'ютерної графіки учнями МБОУ «ЗОШ № 46»

Запитання:

1. Чи використовуєте комп'ютерну графіку?

2. З якою метою ви використовуєте комп'ютерну графіку?

Усього брали участь у опитуванні: 15 учнів (учні 8-9 класів).

Висновок:

100 % опитаних використовують комп'ютерну графіку.

Все це області використання комп'ютерної графіки. Області, де бажають учні розширити свої знання.Комп'ютерна графіка тепер стала основним засобом зв'язку між людиною та комп'ютером, що постійно розширює сфери свого застосування, т.к. у графічному вигляді результати стають наочнішими і зрозумілішими. У ході дослідницької роботи я з'ясувала, що учні та деякі вчителі нашої школи не мають своїх сайтів в Інтернеті і їм потрібно навчитися працювати з графічними редакторами, які допоможуть оформити дизайн сайту, створювати аватарки для друзів у мережі.

Сучасне інформаційне суспільство ставить завдання освоєння комп'ютерних технологій перед освітою такий рівень, коли вивчення інформатики у загальноосвітньому закладі неспроможна обмежуватися лише середніми і старшими класами. У середніх класах дитина вже повинна осягнути комп'ютерний інтерфейс, вміти працювати з графічним редактором, розуміючи різницю між векторною та растровою графікою та маючи у своєму арсеналі і той, і інший тип редактора.

Наступним етапом у моїй роботі стало створення зображення у графічному редакторіBlender.

Створення найпростіших примітивів у графічному редакторі Blender .

Для того, щоб навчитися малювати в графічному редакторіBlender, мені довелося спочатку знайти опис інструментів, навчитися русифікувати меню, і тільки потім я почав малювати.

Опис віконної системи Blender

Інтерфейс Blender має незвичну для користувачів Windows віконну систему. Під час першого запуску програми Ви цю незвичайність відчуєте.

У трохи не звичних панельках – трохи не звичні діалоги. Розглянемо основні з них.

Зверніть увагу, що при закритті редактора, що не з'являється звичного діалогу збереження, Blender закривається відразу - два рази повторювати йому не доведеться.

А тепер розглянемо основні пункти меню"File" .

Налаштування робочого простору

Насамперед нам знадобиться кілька вікон. Наводимо курсор на межу вікна, він має роздвоїтися.

Потім натискаємо на праву кнопку миші і бачимо три пункти меню.

Якщо натиснути перший, вікно розділиться на двоє, другий - зіллється в одне, і третій - зникне заголовок. Спробуйте – це не складно, в результаті має вийти щось схоже на це.

Налаштувати вигляд вікна теж нескладно в меню"View" все дуже наочно показано, наведено клавіші на цифровій клавіатурі, зміни виду.

Використовуйте решту клавіш цієї клавіатури, щоб коригувати вигляд у вікнах, коли моделюватимемо розберемося більш детально, як

налаштовується робочий простір, вид у вікнах – Ви оберете найбільш зручне розташування вікон панелей для себе, трохи досвіду та терпіння.

У Blender передбачено функцію для збереження Ваших налаштувань робочого просторуSave Default Settings. Іноді доводиться завантажувати і вихідний вид робочого простору – ця функція також передбаченаLoad Facture Settings .

На даний момент у Вас є необхідні знання з відкриття/збереження/упаковки/розпакування файлів Blender, а також у Вас є робочий простір. Як зауважують психологи – гарне, зручне робоче місце 25% успіху задуманої роботи. Сподіваюся, що робочий простір для себе Ви налаштували дуже зручно, тому вистачить теорії та міркувань, про те, як і для чого – розберетеся самі (я ж колись розібрався), переходимо до моделювання.

Приклад роботи з Blender

"Інформатика та ІКТ. 9 клас, Н.Д. Угринович, Москва, 2010 р.

www.informic.narod.ru

www. infoschool.narod.ru

www.klyaksa.ru

www.problems.ru

www.it-n.ru

www.allbest.ru

www.alleng.ru

www.orakul.spb.ru

www.markbook.chat.ru

wikipedia.org

Відправною точкою розвитку комп'ютерної графіки можна вважати 1930 рік, коли в США нашим співвітчизником Володимиром Зворикіним, який працював у компанії "Вестінгхаус" (Westinghouse), була винайдена електронно-променева трубка (ЕЛТ), що вперше дозволяє отримувати зображення на екрані без використання механічних частин, що рухаються.

Початком ери власне комп'ютерної графіки вважатимуться грудень 1951 року, як у Массачусеттському технологічному інституті (МТІ) для системи протиповітряної оборони військово-морського флоту США розробили перший дисплей для комп'ютера “Вихор”. Винахідником цього дисплея був інженер із МТІ Джей Форрестер.

Одним із батьків-засновників комп'ютерної графіки вважається Айвен Сазерленд (Ivan Sotherland), який у 1962 році все в тому ж МТІ створив програму комп'ютерної графіки під назвою "Блокнот" (Sketchpad). Ця програма могла малювати достатньо прості фігури(точки, прямі, дуги кіл), могла обертати фігури на екрані.

Під керівництвом Т. Мофетта та Н. Тейлора фірма Itek розробила цифрову електронну креслярську машину. 1964 року General Motors представила систему автоматизованого проектування DAC-1, розроблену спільно з IBM.

1965 року фірма IBM випустила перший комерційний графічний термінал під назвою IBM-2250 (рис.5).

У 1968 році групою під керівництвом Н. Н. Константинова було створено комп'ютерну математичну модель руху кішки. Машина БЭСМ-4, виконуючи написану програму розв'язання диференціальних рівнянь, малювала мультфільм «Кішечка» (рис.7), який свого часу був проривом. Для візуалізації використовувався алфавітно-цифровий принтер.

У 1977 році Commodore випустила свій РЕТ (персональний електронний діловод), а компанія Appleстворила Apple-II. Поява цих пристроїв викликала змішані почуття: графіка була жахливою, а процесори – повільними. Проте ПК стимулювали процес розробки периферійних пристроїв: недорогих графопобудівників та графічних планшетів.

До кінця 80-х програмне забезпечення було для всіх сфер застосування: від комплексів управління до настільних видавничих комплексів. Наприкінці вісімдесятих виник новий напрямок ринку на розвиток апаратних і програмних системсканування, автоматичне оцифрування. Оригінальний поштовх у таких системах мала створити магічна машина Ozalid, яка б сканувала і автоматично векторизувала креслення на папері, перетворюючи його на стандартні формати CAD/CAM. Однак акцент зрушив у бік обробки, зберігання та передачі сканованих піксельних.

У 90-х стираються відмінності між КГ та обробкою зображення. Машинна графіка часто має справу з векторними даними, а основою обробки зображень є піксельна інформація.

Ще кілька років тому кожен користувач вимагав робочої станції з унікальною архітектурою, а зараз процесори робочих станцій мають швидкодію, достатню для того, щоб керувати як векторною, так і растровою інформацією. Окрім того, з'являється можливість роботи з відео. Додайте аудіоможливості - і ви маєте комп'ютерне середовищемультимедіа.

Усі галузі застосування - чи то мистецтво, інженерна та наукова, бізнес/розваги та - є сферою застосування КМ. Зростаючий потенціал ПК та його величезне число - забезпечує стійке зростання промисловості, у цій галузі.

Формування загальних понятьпро комп'ютерну графіку

Історія розвитку комп'ютерної
графіки

Комп'ютерна графіка (КМ)

Це сфера діяльності, в якій
комп'ютери використовуються як інструмент
для синтезу (створення) зображень, так і
для обробки візуальної інформації,
отриманої із реального світу.
Також комп'ютерною графікою називають
результат такої діяльності.

Перші кроки: КМ та військові

«Ми живемо за часів механічних та електронних чудес.
Одне з них створено у Массачусетському технологічному
інститут для військово-морського флоту»
У грудні 1951 року американські телеглядачі в одній
з телепередач побачили виставу (презентацію)
електронного комп'ютера Whirlwind (Вихор-1).
Переводив оглядач Едвард Мюрроу, який
спілкувався безпосередньо з комп'ютерною лабораторією MIT
(Масачусетського технологічного інституту).
Глядачі побачили на екрані щось схоже на слова,
складені з вогнів ілюмінації: “ХЕЛЛО, М-Р
Мюрроу”.
Насправді ніяких лампочок не було – це
світилися яскраві крапки на екрані дисплея, на ЕЛТ.

Електронний комп'ютер «Вихор»

Потрібно
розрахувати
витрата
палива,
траєкторію
польоту
і
швидкість ракети "Вікінг"
(Для Пентагону).
Телеглядачі побачили, як
на
екрані
«Вихор»
з'явилися графіки, шляхи,
швидкості та витрати палива
ракети для типового
польоту (складені з
точок, що світяться)
Джей У.Форрест

Призначення «Вихор»

Для управління льотним тренажером (40-ті рр.)
"Вихор" - перший цифровий комп'ютер,
працюючий у реальному часі –
Універсальна машина для різних систем.
Для
вдосконалення
системи
протиповітряної оборони (ВПС США):
- Керування вогнем,
- Протичовнова оборона,
– керування повітряним рухом
Переваги
графічного
відображення

«Вихор» - основа для 1 серійної моделі комп'ютера із засобами інтерактивної графіки

Вихор
телефонні лінії
Хенському-Філді (близько Бостона)
радіолокаційна
станція
в
Інструкції програмістів для обробки серійних чисел:
комп'ютер отримував екранні координати
перетворював їх у графічну форму
малював на екрані подобу карти
Для роботи оператора було створено світловий пістолет:
для отримання детальної інформації про літак
оператор торкався стволом пістолета до позначки на
екрані,
від пістолета в комп'ютер передавався імпульс,
програма виводила на екран дані про літак.

КМ в інженерному проектуванні

Айвен Сазерленд – піонер комп'ютерної
графіки, створив перший інтерактивний
графічний пакет "Sketchpad", прообраз
майбутніх САПР.
Він продемонстрував, що комп'ютерна
графіка може бути використана як для
художнього та технічного застосування,
на додаток до демонстрації нового (для
того часу) способу взаємодії
людини та комп'ютера.
Як маніпулятор використовувалося
світлове перо, що прийшло на зміну
світлового пістолета.
Айвен Сазерленд
Сазерленд торкнувся кінчиком світлового пера до центру екрана монітора, де
світилося слово «чорнило», від чого воно перетворилося на маленький хрестик. Потім,
натиснувши одну із кнопок, Сазерленд почав рухати світлове перо. На екрані з'явилася
яскраво-зелена лінія, що тяглася від центру хрестика до точки, в якій знаходилося
перо. І куди б воно не переміщалося, лінія йшла за ним. Натиснувши іншу кнопку,
Сазерленд залишив лінію на екрані та прибрав світлове перо.

Світлове перо

Містить фотоелемент безпосередньо у своєму
корпусі або поза ним.
Принцип роботи:
по світловоду зі скляних ниток або дротів
сигнал передається у корпус терміналу.
перо, спрямоване на екран, сприймає
світловий сигнал у момент, коли електронний промінь
висвітлив якусь деталь зображення перед
вістрям пера.
даний сигнал електронна схемафіксує та
упізнає, яку деталь зазначили.
Для «малювання» пером:
1 спосіб: При натисканні на кнопку або корпус пера електронна схема генерує на екрані
промінь, що пробігає екраном рядками. Екран «спалахує» в Наразі. У деякому
місці деякого рядка перо сприймає сигнал, обробивши його, схема визначає
становище пера.
2 спосіб: на екран додатково виводиться маркер – група крапок або маленьких штрихів.
Перо наводиться на маркер, і тут починає працювати система стеження: маркер «рухається» за
пером (схема відстежує, які точки маркера засвічують перо, а які ні). Координати
центр маркера передаються в програму і можуть бути використані.

ТХ-2 та «Блокнот» (1961-1962 рр.)

Склад ТХ-2:
- Світлове перо,
- Екран на електронно-променевій трубці,
– «гігантська» пам'ять (286 000 байт),
- Кнопковий блок.
Підпрограми "Блокнота":
переміщення хрестика за пером по екрану,
запам'ятовування координат хрестика в момент натискання кнопки,
обчислення координат нових точок, що лежать на прямій між
спочатку заданою та поточною точкою,
занесення нового відрізка до частини пам'яті комп'ютера, звану буфером
регенерації зображення,
малювання дуги і повного кола, частини кіл,
зчеплення, що дозволяють будувати об'єкти із заданими властивостями.
Об'єкт у «Блокноті» - точки, відрізки та дуги, з'єднані між собою.
1963 р. – знято фільм про роботу «Блокнота». КГ стала застосовуватись як засіб проведення
інженерних та конструкторських розробок у промисловості.

КГ: від одиничних образів до визнання

"General Motors" уклала угоду з корпорацією IBM на розробку
комп'ютерної системи DAC-1 (Design Augmented by Computers) для
конструювання автомобілів (1964).
DAC-1:
+ дозволяла проводити плавні криві, які не можна описати
простими математичними формулами,
- не мала коштів для прямого малювання на екрані (тому
конструктор описував контури машини в програмі або вводив у
пам'ять комп'ютера звичайне креслення, перекладаючи його за допомогою
спеціальної камери у цифрову форму).
+ оператор міг маніпулювати окремими частинами креслення з
допомогою електронного планшетного ПК.

Поодинокі образи

Інтерес до застосування нових, графічних «здібностей» комп'ютерів
виявили:
«LOCKHEED-GEORGIA» - комп'ютерні системидля конструювання
літаків;
Нафтові компанії – комп'ютерні системи для складання карт з
даним сейсмічної розвідки.
Але всі вони створювалися в одиничному екземплярі для певних цілей!

Графічні термінали

1965 р. – компанія IBM випустила перший графічний термінал IBM-2250 для роботи
з комп'ютерами серії "System-360".
- швидкодія програми недостатньо велика, щоб можна було оперувати
складними зображеннями,
- Операція обертання займає багато процесорного часу.
1968 р. - "Evans and Sutherland" створення нової системи LDS-1:
можливість міняти
+ скоротився час регенерації зображення,
зображення з небаченою
+ Число ліній, що виводяться на екран без мерехтіння зросло
швидкістю
не менш ніж у 100 разів
- дуже висока вартість (250000 $, вдвічі дорожче за IBM-2250)
«Tetroniks» - створення електронно-променевої трубки, що запам'ятовує (ЗЕЛТ),
вбудовується в термінал:
+ дешева вартість (4000 $),
- можливість роботи лише з плоскими зображеннями,
- Повільний процес побудови зображення,
- розмите, бліде зображення,
- відсутність можливості вибіркового стирання частин зображення та обертання.
Проте зображення нагадували креслення, про реалістичне зображення не було й мови

Розширення графічних можливостей

Растрові монітори:
+ Реалістичне зображення
- Високі вимоги до пам'яті
висока вартість, тому що:
до 60-х років. ЗУ комп'ютера будувалися переважно на
дорогих магнітних сердечниках (500000 $ за мільйон біт),
з середини 60-х років. стали застосовувати магнітний барабан (~ 30000 $),
який міг зберігати дані для 10 кадрів зображення.
Растрові системи застосовували на великих електростанціях, у центрах
управління метрополітеном та у наукових лабораторіях.
НАСА вивчення поверхні Марса (1969-1972 рр.).

Інтегральні схеми (початок 70-х рр.)

З'явилися кадрові буфери на зсувних регістрах, виконаних у
вигляді інтегральних схем:
+ працюють швидше за механічні буфери на магнітних барабанах,
- латентність (затримка між введенням інформації та появою її)
на екрані).
ІС – це невеликий монокристал кремнію, що містить безліч
Електронні компоненти.

Запам'ятовувачі з довільним доступом (ЗУПД)

1968 р. – пам'ять ЗУПД = 256 біт, ціна – 1$ за біт,
кінець 70-х років. - Пам'ять ЗУПД = 1024 біт,
1973 - пам'ять ЗУПД = 4 Кб,
1975 - пам'ять ЗУПД = 16 Кб,
1980 - пам'ять ЗУПД = 64 Кб,
1983 - пам'ять ЗУПД = 256 Кб,
1984 - пам'ять ЗУПД = 1024 Кб = 1 Мб!
«…якби вартість автомобілів падала так само швидко, як ціна
ІС пам'яті, сьогодні "роллс-ройс" можна було б купити за 1$»
Карл Макговер

1974 р.

Робота над проблемою підвищення якості зображень,
одержуваних із супутників, які ведуть спостереження за с/г та
лісовими угіддями, мінеральними ресурсами тощо.
Для цього розробники знизили вимоги до пам'яті, використовуючи для
кожного зображення лише кілька сотень кольорів, тобто. створили
таблиці вибору кольорів, швидко пристосованих для багатьох
областей застосування машинної графіки
Кадровий буфер зберігає не саму інформацію про кольори, а вказівники на адресу
пам'яті, де її записано. Так, кадровий буфер, у якому кожен піксел
описується 8 бітами, може дати тільки 256 поєднань червоного, зеленого та
синього променя ЕЛТ. Якщо ж 8 біт задають адреси, кольори можна вибирати з
майже необмеженого набору відтінків, інтенсивності та насиченості.
Більше того, таблицю вибору можна перепрограмувати для певних
типів зображень.
Т.о. обмежена палітра дозволяє отримувати плавні тіні та добре
помітні відтінки для кожного зображення.

КГ: взаємодія людини та комп'ютера

«Художники пишуть картини, наносячи фарби на полотно. Ті, хто пов'язаний з
комп'ютерної
графікою,
створюють
свої
творіння,
вигадуючи
математичні функції, графіки яких схожі предмети».
Джеймс Блін
До середини 80-х р. навіть найдешевші домашні комп'ютери почали
оснащувати інтегральними схемами, що виконують основні графічні
функції.
70-80-ті роки. – КМ дедалі глибше проникає у повсякденне життя.

КГ: масове застосування

Xerox - випустила 2000 комп'ютерів Alto, проводила стажування для
інженерів у галузі КМ.
"Apple" (С.Джобс, С.Возняк) + "Xerox" = створили перший для серійного
випуску ПК «Ліза», що має широкі графічні можливості та
оснащеного маніпулятором "миша".
"Apple" випустила ПК Macintosh - "дружньої" машини по відношенню до
користувачам.
У к. 80-х рр.:
з'являється віконний графічний інтерфейс,
ПК оснащуватися «мишею»,
розвивається система WYSIWYG (What You See What You Get - що ти бачиш,
то ти й отримаєш),
створюються перші настільні видавничі системи (1986 р.),
з'являються програми для професійних художників та дизайнерів
(1986 р.)

Апаратні платформи КГ

1. Комп'ютери Apple Macintosh застосовуються переважно
художниками та дизайнерами-графіками, а також у поліграфії;
2. Комп'ютери
Silicon
Graphics
є
інструментом
професійних
аніматорів,
а
також
конструкторів-проектувальників в силу ряду технічних характеристик.
3. Комп'ютери РС застосовуються в графічному дизайні, поліграфії та
навіть анімації.

Історія розвитку КМ

1940-1970гг. - час великих комп'ютерів (ера до персональних
комп'ютерів).
Графікою займалися лише під час виведення на принтер. У цей період закладено
математичні засади.
Особливості: користувач не мав доступу до монітора, графіка
розвивалася на математичному рівні та виводилася у вигляді тексту,
нагадує на великій відстанізображення. Графобудівники
з'явилися наприкінці 60-х і практично були не відомі.
1971-1985гг. - З'явилися персональні комп'ютери, тобто. з'явився доступ
користувача до дисплеїв. Роль графіки різко зросла, але спостерігалося
дуже низька швидкодія комп'ютера. Програми писалися на
асемблері. З'явилося кольорове зображення (256).
Особливості: цей період характеризувався зародженням реальної
графіки.

Історія розвитку КМ

1986-1990гг. - Поява технології Multimedia (Мультимедіа).
До графіки додалися обробка звуку та відеозображення, спілкування.
користувача з комп'ютером розширилося.
особливості:
- Поява діалогу користувача з персональним комп'ютером;
– поява анімації та можливості виводити кольорове зображення.
1991-2008рр. - Поява графіки нашого дня Virtual Reality.
З'явилися датчики переміщення, завдяки яким комп'ютер змінює
зображення за допомогою сигналів, що посилаються на нього.
Поява стереоокулярів (монітор на кожне око), завдяки високому
швидкодію яких проводиться імітація реального світу.
Уповільнення розвитку цієї технології через побоювання медиків, т.к. завдяки
Virtual Reality можна дуже сильно порушити психіку людини, завдяки
потужному впливу кольору неї.

Історія комп'ютерної графіки у Росії

Історія комп'ютерної графіки у СРСР
почалася практично одночасно з її
народженням у США.

1964 – Перша комп'ютерна візуалізація

В Інституті прикладної математики (ІПМ), м.Москва,
Ю.М.Баяковським та Т.А.Сушкевич продемонстровано
перший досвід практичного застосуваннямашинний
графіки при виведенні на характер послідовності
кадрів, що утворюють короткий фільм із візуалізацією
обтікання циліндра плазмою.

1968

Перший вітчизняний растровий дисплей
У ВЦ АН СРСР, на машині БЕСМ-6 встановлений перший вітчизняний
растровий дисплей, з відеопам'яттю на магнітному барабані вагою
400 кг.
Перша
дипломна
робота
по
машинний
графіку
в
Московському університеті
Фолкер Хаймер. Транслятор та інтерпретатор для програмної мови
L^6. Розглядається реалізація мови L^6, запропонованої
Кеннет Ноултон для вирішення деяких завдань анімації.
Перший у світі мультфільм намальований комп'ютером.
Зроблений з послідовності роздруківок, виконаних на
перфострічці за допомогою машини БЕСМ-4. Цей мультфільм у своє
час був великим проривом у галузі комп'ютерного
моделювання, бо картинка не просто намальована, а отримана
розв'язуванням рівнянь, що задають рух кішки.

"Кішечка" - перший намальований на комп'ютері мультфільм

«Кішечка»

Кадри фільму формувалися шляхом друку символів БЕСМ-4 на папері за допомогою
АЦПУ-128, потім їх готував до плівки професійний художник-мультиплікатор.
Саме йому належать кадри (наступні за титрами), коли кішка будує пики і
вигинає спину.
Рух кішки моделювався системою диференціальних рівнянь другого порядку.
Ймовірно, це перша комп'ютерна анімація, де використовувався такий прийом. Рівняння
виводив Віктор Мінахін. Оскільки домогтися виконання певних рухів від
тварини було важко, в основу рівнянь лягли його власні рухи: він ходив на
рачки і відзначав послідовність роботи м'язів при цьому.
Іншим важливим технічним нововведенням мультфільму було представлення тривимірного
анімованого об'єкта у вигляді ієрархічної структури даних, що нагадує октодерево.
На заході подібні техніки анімації були перевідкриті лише у 80-х роках XX століття, хоча
у біомеханіці такі розрахунки руху велися і раніше – з початку 1970-х рр.
Рівняння
мультфільму
не
виводилися
виходячи
з
фізичних
моделей м'язів та суглобів тварини, вони складені «на око», щоб відтворювати
типову ходу кішки. Проте авторам вдалося досягти реалізму рухів,
який зазначив, наприклад, професор Університету Огайо Рік Парент, автор
фундаментальної книги «Комп'ютерна анімація: алгоритми та технологія».

Історія створення «Кішечки»

Мультфільм
був
розпочато
в
лабораторії
Олександра
Кронроду інституту теоретичної та експериментальної фізики
(ІТЕФ), але після того, як лабораторію було закрито, Костянтинов,
разом із колективом творців мультфільму перенесли роботу
спочатку до Інституту проблем управління (ІПУ), а потім до
Педагогічний інститут ім. Леніна.
Переклад отриманих під час розрахунку паперових роздруківок у форму
мультфільму вівся на кафедрі наукової кінематографії МДУ, яка
і значиться у титрах.
При прорахунку мультфільму на різних примірниках БЕСМ-4 у різних
інститутах творцям довелося зіткнутися з проблемою
несумісності деяких машинних кодів для них, через що
програму доводилося виправляти на ходу.
Перший показ мультфільму відбувся у МДУ. Потім автор
неодноразово демонстрував його на своїх лекціях для школярів.
Через 6 років у журналі «Проблеми кібернетики» було опубліковано
стаття, яка докладно описує техніку створення мультфільму.

1970

Випущено перший огляд по машинній
графіці, представлений потім як доповідь
на Другу Всесоюзну конференцію з
програмування (ВКП-2).
Штаркман В.С., Баяковський Ю.М. Машинна
графіка. Препрінт ІПМ АН СРСР, 1970.
Перша публікація російською мовою,
якої з'явилося
словосполучення машинної графіки.

1971

Перші кінофільми з використанням
комп'ютера

1972

Перша бібліотека графічних програм
Графор

Захищено першу дисертацію в СРСР за машинною графікою

Захищена перша дисертація в СРСР з
машинної графіки
Список кількох дисертацій наводиться нижче:
Карлов Олександр Андрійович
Питання математичного забезпечення дисплея зі світловим олівцем та його використання в
завдання експериментальної фізики
Дубна, 1972
Грін Віктор Михайлович
Програмне забезпечення для роботи з тривимірними об'єктами на графічних терміналах
Новосибірськ, 1973
Баяковський Юрій Матвійович
Аналіз методів розробки графічного забезпечення ЕОМ
Москва, 1974
Злотник Євген Матвійович
Розробка та дослідження комплексу технічних засобів та методики проектування
оперативної графічної системи
Мінськ, 1974
Лисий Семен Тимофійович
G1 - Геометрична система програмного забезпечення ЕОМ
Кишинів, 1976
Пігузов Сергій Юрійович
Розробка та дослідження засобів графічної взаємодії геофізика з ЕОМ при обробці
даних сейсморозвідки
Москва, 1976

1976

Російською мовою видано книгу У.Ньюмена,
Р.Спрулла
«Основи
інтерактивною
машинної графіки» (за редакцією
В.А.Львова).

1977

Перша зустріч графіків – «регіональна
конференція», але зібралося достатньо
представницька спільнота, вийшла
Всесоюзна.

1979

Перша всесоюзна конференція з машинної графіки пройшла
у Новосибірську у вересні.
Список наступних конференцій:

Новосибірськ, 1981 р.
Всесоюзна конференція з проблем машинної графіки
та цифрової обробки зображень
Владивосток, 24-26 вересня 1985
IV Всесоюзна конференція з машинної графіки
Протвіно, 9-11 вересня 1987 р.
V Всесоюзна конференція з машинної графіки "Машинна
графіка 89"
Новосибірськ, 31 жовтня-2 листопада 1989 р.

1979

Перший напівтоновий кольоровий растровий дисплей Гамма-1
Першу придатну до активного використання в кіно та
телебаченні дисплейну станцію «Гамма» створили в
Інститут прикладної фізики в новосибірському академ.
містечку Володимир Сизих, Петро Вельтмандер, Олексій Бучнев,
Володимир Мінаєв та ін.
Роздільна здатність першої станції була 256×256×6 біт, а потім
безперервно збільшувалося.
Дисплейна станція Гамма 7.1 забезпечувала дозвіл
1024*768 для прогресивної розгортки монітора 50Гц та мала
об'єм відеопам'яті 1Мб.
У другій половині 1980-х.
"Гама", що випускалася
серійно, поставлялася та успішно експлуатувалася
державними телецентрами країни.

1981

Вихід графічного пакету Атом
Розробку пакету було ініційовано
Ю.М.Баяковським.
За основу було взято
пропагована ним тоді
Core System (Камінський,
Клименко, Кочин).

1983

Перший спецкурс з машинної графіки
Ю.М. Баяковський почав читати річний
спецкурс з машинної графіки для
студентів факультету Обчислювальної
математики та кібернетики Московського
державного університету
З 1990 р. курс читається як обов'язковий
для студентів другого року навчання.

1985

Перша доповідь прийнята на Eurographics 1985
«Пробили вікно в графічну Європу» перша доповідь із СРСР прийнята на
конференцію Eurographics 1985 року.
Однак, оскільки перебудова ще не
почалася, то доповідачам не дозволили
виїхати з СРСР, і вперше радянська
делегація відвідала конференцію лише у
1988 року.

1986

Пакет Атом-85 виходить у ЦЕРН
Графічний пакет Атом-85 випущено в
ЦЕРН, де активно використовувався (нарівні
з Графором) для ілюстративних завдань
графіки (Клименко, Кочин, Самарін).

Кордон 80-х та 90-х років

Попит на дослідження та розробки на
внутрішньоросійському ринку впав практично до
нуля, і водночас зникли традиційні
(радянські) можливості фінансування.
Але відкрилися можливості міжнародного
співробітництва.
Це призвело до кардинальної зміни
тематики та умов роботи, а також
вимог до науково-дослідних та
дослідно-конструкторським роботам (НДДКР).

1990

Організовано першу російську компанію
комп'ютерної графіки «Драйв»
У 1989 році Олександр Пекар, Сергій
Тимофєєв та Володимир Соколов організували
студію комп'ютерної графіки на ТВПТ
«Відеофільм», яка через рік стала
першою
самостійною
компанією
комп'ютерної графіки, перемістившись з-під крила «Відеофільму» до Центрального
павільйон ВДНГ.

1991

У лютому в Москві пройшла перша міжнародна конференція з
комп'ютерної графіки та зору Графікон"91
Організована Академією наук СРСР від імені Інституту прикладної
математики імені М.В. Келдиша АН СРСР, Спілкою Архітекторів
СРСР та деякими іншими організаціями за сприяння та
підтримка міжнародної асоціації ACM Siggraph (США).
Американські гості:
Ед Кетмулл (президент компанії "Pixar", який зробив з Джорджем
Лукасом Зоряні війни)
Джон Лассітер ("Pixar", автор фільму "Tin Toy")
Джим Кларк (творець компанії "Silicon Graphics", законодавець
мод у галузі професійних графічних станцій)
Першим російським лауреатом на міжнародному конкурсі PRIX
ARS ELECTRONICA у номінації Computer Animation став колектив
з Новосибірська.

1993

Проведено перший фестиваль комп'ютерної графіки та анімації
АНІГРАФ"93
У 1992 році Володимиром Лошкаревим, керівником фірми «Joy
Company», що займається просуванням на російський ринок
пакетів графічних програм та обладнання, була організована
перша науково-практична конференція з комп'ютерної графіки.
Тоді і прийшла ідея фестивалю, який поєднує в собі і технічну
бік, і комерцію, і чисту творчість.
Фестивалю АНІГРАФ був організований за участю ВДІКу,
співголовою оргкомітету став Сергій Лазарук (проректор по
науковій та творчій роботі ВДІКу).
На виставці були представлені усі найбільші виробники
графічні станції. На творчому конкурсі було представлено
понад 50 робіт.
На жаль, до десятирічного ювілею фестиваль не дожив і був
закритий як комерційно неспроможний.

1994

Перша комп'ютерна графіка в
вітчизняному кіно
У фільмі «Стомлені сонцем» епізод з
кульовий блискавкою був підготовлений
компанією "Render Club".

1996

Перші спроби зібрати та систематизувати
історичні факти
Timour Paltashev. Russia: Комп'ютерні Graphics -Between the Past and the Future. Computer Graphics,
vol.30, No. 2, May 1996. Special issue: Computer
Graphics Around the World.
Юрі Баяковскій. Russia: Computer Graphics Education
1990"s. Computer Graphics, Vol. 30,
No. 3, August 1996. Special issue:Computer Graphics
Education - Worldwide Effort

2000-2001 рр.

2000 р. - Спецвипуск журналу
Computer&Graphics Vol.24 «Computer Graphics
in Russia».
2001 р. - Поява віртуальної реальності
в Росії.
У Протвіно пройшла перша конференція з
серії VEonPC з демонстрацією створеної
групою Станіслава Клименка у кооперації з
Мартіном Гебелем (ІМК, С.Августін) першою в
Росії встановлення віртуальної реальності.

2003

Перша
конференція
розробників
КРІ-2003
комп'ютерних
ігор
21 та 22 березня 2003 року в Московському Державному Університеті
відбулася перша міжнародна Конференція Розробників
комп'ютерних Ігор (КРІ) у Росії, організована DEV.DTF.RU провідним спеціалізованим ресурсом у Рунеті для ігрових
розробників та видавців.
КРІ 2003 вперше в історії російської ігрової індустрії зібрала
для обміну досвідом та обговорення найрізноманітніших проблем
Майже всіх фахівців галузі.
У КРІ 2003 взяло участь близько 40 компаній із Росії, а також
ближнього та далекого зарубіжжя, що діють як у сфері
як розробки, так і видання ігрового ПЗ, а загальна кількість відвідувачів
конференції, за різними оцінками, становило від 1000 до 1500
людина.

2006

Перша практична конференція з
комп'ютерна графіка та анімація CG Event-2006
Натхненні конференцією SIGGRAPH, автором
книги «Розуміючи Maya» Сергій Ципцин та
творцем сайту cgtalk.ru Олександр Костін була
організовано першу практичну конференцію з
комп'ютерна графіка CG Event, що стала ідейною
спадкоємицею фестивалю АНІГРАФ.
У першій же CG Event брало участь понад 500
людина, і надалі кількість учасників
тільки зростало.

Міністерство освіти та науки Російської Федерації

БУЗУЛУКСЬКИЙ ГУМАНІТАРНО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ (ФІЛІЯ) ФЕДЕРАЛЬНОЇ ДЕРЖАВНОЇ БЮДЖЕТНОЇ ОСВІТНОЇ УСТАНОВИ

ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ

«ОРЕНБУРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Факультет заочного навчання

Кафедра фізики, інформатики, математики

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни «Комп'ютерна графіка та моделювання»

Історія виникнення комп'ютерної графіки

Бузулук 2012

Анотація

Курсова робота на тему «Історія розвитку методів комп'ютерної графіки» містить 32 сторінки, у тому числі 15 малюнків, 20 джерел літератури.

У першому розділі описується історія виникнення комп'ютерної графіки.

У другому розділі описуються види графіки та використання графіки у різних сферах діяльності людини.

Вступ

Історія розвитку інформаційних технологій характеризується швидкою зміною концептуальних уявлень, технічних засобів, методів та сфер їх застосування. У сучасних реаліях дуже актуальним більшість людей стало вміння користуватися промисловими інформаційними технологіями. Проникнення комп'ютерів у всі сфери життя суспільства переконує, що культура спілкування з комп'ютером стає загальної культурою людини.

Мета роботи – вивчити історію виникнення комп'ютерної графіки.

Об'єктом вивчення є комп'ютерна графіка.

Предмет вивчення: історія виникнення комп'ютерної графіки.

Завдання курсової роботи:

) вивчити та провести аналіз літератури з даної теми;

) дати поняття основним видам комп'ютерної графіки;

) розглянути можливості комп'ютерної графіки.

1. Історія розвитку комп'ютерної графіки

1.1 Виникнення комп'ютерної (машинної) графіки

Комп'ютерна графіка налічує у своєму розвитку не більше десятка років, а її комерційним додаткам – і того менше. Андрієсван Дам вважається одним із батьків комп'ютерної графіки, а його книги - фундаментальними підручниками з усього спектру технологій, покладених в основу машинної графіки. Також у цій галузі відомий Айвен Сазерленд, чия докторська дисертація стала теоретичною основою машинної графіки.

Така зміна ситуації обумовлена кількома причинами. Насамперед, в результаті різкого поліпшення співвідношення вартість/продуктивність для деяких компонентів апаратури комп'ютерів. Крім того, стандартне програмне забезпечення високого рівня для графіки стало широкодоступним, що спрощує написання нових прикладних програм, які переносяться з комп'ютерів одного типу на інші.

довільне сканування променя;

растрове сканування променя;

запам'ятовуючі трубки;

плазмова панель;

рідкокристалічні індикатори;

електролюмінісцентні індикатори;

дисплеї з полем емісії.

Текстовий діалог підтримується за допомогою алфавітно-цифрової клавіатури. Непрямий графічний діалог, як і в інших дисплеях, здійснюється переміщенням перехрестя (курсора) по екрану з допомогою тих чи інших засобів управління перехрестям - координатних коліс, важеля (джойстика), що управляє, трекболу (кульової рукоятки), планшета і т.д. Відмінною рисою векторних дисплеїв є можливість безпосереднього графічного діалогу, яка полягає у простій вказівці за допомогою світлового пера об'єктів на екрані (ліній, символів тощо). Для цього достатньо за допомогою фотодіода визначити момент промальовування і, отже, початку свічення люмінофора будь-якої частини необхідного елемента.

Перші серійні векторні дисплеї там з'явилися наприкінці 60-х.

Растрове сканування променя.

Запам'ятовують трубки.

Плазмова панель.

Дисплеї з полем емісією. Дисплеї на електронно-променевих трубках, незважаючи на їхню відносну дешевизну та широке поширення, механічно неміцні, вимагають високої напруги живлення, споживають велику потужність, мають великі габарити та обмежений термін служби, пов'язаний із втратою емісії катодами. Одним з методів усунення зазначених недоліків є створення плоских дисплеїв з емісією полем з холодних катодів у вигляді сильно загострених мікроголок.

2. Комп'ютерна графіка

Область застосування комп'ютерної графіки не обмежується одними мистецькими ефектами. У всіх галузях науки, техніки, медицини, у комерційній та управлінській діяльності використовуються побудовані за допомогою комп'ютера схеми, графіки, діаграми, призначені для наочного відображення різноманітної інформації. Конструктори, розробляючи нові моделі автомобілів та літаків, використовують тривимірні графічні об'єкти, щоб уявити остаточний вигляд виробу. Архітектори створюють на екрані монітора об'ємне зображення будівлі, і це дозволяє побачити, як воно впишеться в ландшафт.

Можна розглянути такі сфери застосування комп'ютерної графіки.

Наукова графіка

Перші комп'ютери використовувалися лише для вирішення наукових та виробничих завдань. Щоб краще зрозуміти отримані результати, робили їх графічну обробку, будували графіки, діаграми, креслення розрахованих конструкцій. Перші графіки на машині отримували як символьного друку. Потім з'явилися спеціальні пристрої - графопобудівники (плотери) для викреслення креслень та графіків чорнильним пером на папері. Сучасна наукова комп'ютерна графіка дозволяє проводити обчислювальні експерименти з наочним представленням їх результатів.

Ділова графіка.

Ділова графіка - область комп'ютерної графіки, призначена для наочного уявлення різних показників роботи установ. Планові показники, звітна документація, статистичні зведення – ось об'єкти, для яких за допомогою ділової графіки створюються ілюстративні матеріали. Програмні засоби ділової графіки включаються до складу електронних таблиць.

Конструкторська графіка.

Конструкторська графіка використовується у роботі інженерів-конструкторів, архітекторів, винахідників нової техніки. Цей вид комп'ютерної графіки обов'язковий елемент САПР (систем автоматизації проектування). Засобами конструкторської графіки можна отримувати як плоскі зображення (проекції, перерізи), і просторові тривимірні зображення.

Ілюстративна графіка.

Ілюстративна графіка – це довільне малювання та креслення на екрані комп'ютера. Пакети ілюстративної графіки відносяться до прикладного програмного забезпечення загального призначення. Найпростіші програмні засоби ілюстративної графіки називаються графічними редакторами.

Художня та рекламна графіка - стала популярною завдяки телебаченню. За допомогою комп'ютера створюються рекламні ролики, мультфільми, ігри, відеоуроки, відеопрезентації. Графічні пакети для цього потребують великих ресурсів комп'ютера з швидкодії та пам'яті. Відмінною особливістюцих графічних пакетів є можливість створення реалістичних зображень і «рухомі картинок». Отримання малюнків тривимірних об'єктів, їх повороти, наближення, видалення, деформації пов'язані з великим обсягом обчислень. Передача освітленості об'єкта залежно від положення джерела світла, розташування тіней, від фактури поверхні, вимагає розрахунків, враховують закони оптики.

Одним із перших відомих фільмів був фільм «Зоряні війни». Він був створений за допомогою суперкомп'ютера Сгау. Етапи подальшого розвитку комп'ютерного кінематографу можна простежити за такими фільмами, як «Термінатор-2», «Вавилон 5» та ін. лише тлом для гри живих акторів. У 2001 році вийшов на екрани повнометражний фільм «Фінальна фантазія», в якому все, включаючи зображення людей, синтезовано комп'ютером - живі актори лише озвучили ролі за кадром.

Комп'ютерна анімація.

Комп'ютерна анімація - це отримання зображень, що рухаються на екрані дисплеї. Художник створює на екрані малюнку початкового і кінцевого положення об'єктів, що рухаються, всі проміжні стани розраховує і зображує комп'ютер, виконуючи розрахунки, що спираються на математичний опис даного виду руху. Отримані малюнки, що виводяться послідовно на екран з певною частотою, створюють ілюзію руху.

Графік для Інтернету.

Види комп'ютерної графіки.

Розрізняють три види комп'ютерної графіки. Це растрова графіка, векторна графіка та фрактальна графіка. Вони відрізняються принципами формування зображення під час відображення на екрані монітора або друку на папері.

Растровий метод - зображення представляється як набору пофарбованих точок. Растрову графіку застосовують при розробці електронних (мультимедійних) та поліграфічних видань. Ілюстрації, виконані засобами растрової графіки, рідко створюють вручну за допомогою комп'ютерних програм. Найчастіше для цього використовують відскановані ілюстрації, підготовлені художниками, або фотографії. Останнім часом для введення растрових зображень у комп'ютер знайшли широке застосування цифрові фото- та відеокамери.

Піксел – основний елемент растрових зображень. Саме таких елементів складається растрове зображення.

Цифрове зображення – це сукупність пікселів. Кожен піксел растрового зображення характеризується координатами x та y і яскравістю V(x,y) (для чорно-білих зображень). Оскільки пікселі мають дискретний характер, їх координати - це дискретні величини, зазвичай цілі чи раціональні числа. У разі кольорового зображення кожен піксел характеризується координатами x і y, і трьома яскравостями: яскравістю червоного, яскравістю синього і яскравістю зеленого кольорів (VR, VB, VG). Комбінуючи дані три кольори можна отримати велику кількість різних відтінків.

Зауважимо, що у разі, якщо хоча б одна з характеристик зображення не є числом, зображення відноситься до виду аналогових. Прикладами аналогових зображень можуть бути голограми та фотографії. Для роботи з такими зображеннями існують спеціальні методизокрема оптичні перетворення. У ряді випадків аналогові зображення переводять у цифровий вигляд. Це завдання здійснює ImageProcessing.

Колір будь-якого пікселя растрового зображення запам'ятовується комбінацією бітів. Чим більше бітів для цього використовується, тим більше кольорів можна отримати. Під градацію яскравості зазвичай відводиться 1 байт (256 градацій), причому 0 – чорний колір, а 255 – білий (максимальна інтенсивність). У разі кольорового зображення відводиться по байту на градації яскравостей всіх трьох кольорів. Можливе кодування градацій яскравості іншою кількістю бітів (4 або 12), але людське око здатне розрізняти лише 8 біт градацій на кожен колір. Кольори, що описуються 24 бітами, забезпечують більше 16 мільйонів доступних кольорів і часто називають природними кольорами.

У колірних палітрах кожен піксел описаний кодом. Підтримується зв'язок цього коду з таблицею кольорів, що складається з 256 осередків. Розрядність кожного осередку-24 розряду. На виході кожного осередку по 8 розрядів для червоного, зеленого та синього кольорів.

Колірний простір, що утворюється інтенсивністю червоного, зеленого та синього, представляють у вигляді колірного куба (див. рис. 1).

Малюнок 1- Колірний Куб

Вершини куба A, B, C є максимальними інтенсивностями зеленого, синього та червоного відповідно, а трикутник, які вони утворюють, називається трикутником Паскаля. Периметр цього трикутника відповідає максимально насиченим кольорам. Колір максимальної насиченості завжди містить тільки дві компоненти. На відрізку OD знаходяться відтінки сірого, причому струм O відповідає чорному, а точка D білому кольору.

Види растрів.

Растр – це порядок розташування точок (растрових елементів). На малюнку 2 зображено растр, елементами якого є квадрати, такий растр називається прямокутним, саме такі растри найчастіше використовуються.

Малюнок 2 - Растр із елементами квадрата

Хоча можливе використання як растровий елемент фігури іншої форми: трикутника, шестикутника; відповідного наступним вимогам:

−всі фігури повинні бути однакові;

−мають повністю покривати площину без наїжджання та дірок.

Так, як растровий елемент можливе використання рівностороннього трикутника (див. рис. 3), правильного шестикутника (гексаедра) (див. рис. 4).

Малюнок 3- Трикутний растр

Розглянемо способи побудови ліній у прямокутному та гексагональному растрі.

Малюнок 4 – «Гексагональний растр»

У прямокутному растрі побудова лінії здійснюється двома способами:

) Результат - восьмизв'язкова лінія. Сусідні пікселі лінії можуть бути в одному з восьми можливих (див. рис. 5а) положеннях

) Результат - чотиризв'язкова лінія. Сусідні пікселі лінії можуть бути в одному з чотирьох можливих (див. рис. 5б) положеннях. Недолік - надмірно товста лінія при куті 45 °.

Малюнок 5 - Побудова лінії у прямокутному растрі

У гексагональному растрі лінії шестизв'язкові (рис. 6) такі лінії стабільніші за шириною, тобто. дисперсія ширини лінії менша, ніж у квадратному растрі.

Малюнок 6 - Побудова лінії у гексагональному растрі

Одним із способів оцінки растру є передача по каналу зв'язку кодованого з урахуванням використовуваного растру зображення з подальшим відновленням і візуальним аналізом досягнутої якості.

Моделювання гексагонального растру. Можлива побудова гексагонального растру на основі квадратного. Для цього гексакутник подають у вигляді прямокутника.

Векторна графіка.

Векторна графіка описує зображення з використанням прямих і вигнутих ліній, які називають векторами, а також параметрів, що описують кольори і розташування. Наприклад, зображення деревного листа (див. рис. 7.) описується точками, якими проходить лінія, створюючи цим контур листа. Колір листа задається кольором контуру та області усередині цього контуру.

Рисунок 7 - Приклад векторної графіки

На відміну від растрової графіки у векторній графіці зображення будується за допомогою математичних описів об'єктів, кіл та ліній. Хоча, на перший погляд, це може здатися складніше, ніж використання растрових масивів, але для деяких видів зображень використання математичних описів є більш простим способом.

Ключовим моментом векторної графіки є те, що вона використовує комбінацію комп'ютерних команд та математичних формул для об'єкта. Це дозволяє комп'ютерним пристроям обчислювати та поміщати у потрібному місці реальні точки при малюванні цих об'єктів. Така особливість векторної графіки дає їй ряд переваг перед растрової графікою, але водночас причиною її недоліків.

Векторну графіку часто називають об'єктно-орієнтованою графікою чи креслярською графікою. Прості об'єкти, такі як кола, лінії, сфери, куби тощо називають примітивами, і використовуються при створенні більш складних об'єктів. У векторній графіці об'єкти створюються шляхом поєднання різних об'єктів.

Для створення векторних малюнків необхідно використовувати один із численних ілюстраційних пакетів. Перевага векторної графіки в тому, що опис є простим і займає мало пам'яті комп'ютера. Однак недоліком є те, що детальний векторний об'єкт може виявитися занадто складним, він може надрукуватися не в тому вигляді, в якому очікує користувач або взагалі не надрукується, якщо принтер неправильно інтерпретує або не розуміє векторні команди.

У разі редагування елементів векторної графіки змінюються параметри прямих і вигнутих ліній, що описують форму цих елементів. Можна переносити елементи, змінювати їх розмір, форму і колір, але це не вплине на якість їх візуального подання. Векторна графіка залежить від дозволу, тобто. може бути показана у різноманітних вихідних пристроях з різною роздільною здатністю без втрати якості.

Векторне уявлення полягає в описі елементів зображення математичними кривими із зазначенням їх кольорів та заповнюваності.

Ще одна перевага – якісне масштабування у будь-який бік. Збільшення чи зменшення об'єктів здійснюється збільшенням чи зменшенням відповідних коефіцієнтів у математичних формулах. На жаль, векторний формат стає невигідним під час передачі зображень з великою кількістю відтінків або дрібних деталей (наприклад, фотографій). Адже кожен найменший відблиск у цьому випадку буде представлятися не сукупністю одноколірних точок, а найскладнішою математичною формулою або сукупністю графічних примітивів, кожен з яких є формулою. Це призводить до обтяження файлу. Крім того, переведення зображення з растрового у векторний формат (наприклад, програмою AdobeStrimeLine або Corel OCR-TRACE) призводить до спадкування останнім неможливості коректного масштабування у велику сторону. Від збільшення лінійних розмірів кількість деталей чи відтінків на одиницю площі не стає. Це обмеження накладається роздільною здатністю вступних пристроїв (сканерів, цифрових фотокамер та ін.).

Поняття фракталу та історія появи фрактальної графіки.

Ви, напевно, часто бачили досить хитромудрі картини, на яких незрозуміло, що зображено, але все одно незвичайність їх форм зачаровує і приковує увагу. Як правило, це хитромудрі форми, що не піддаються, здавалося б, якомусь математичному опису. Ви, наприклад, бачили візерунки на склі після морозу або, наприклад, хитромудрі ляпки, залишені на аркуші чорнильною ручкою, так щось подібне цілком можна записати у вигляді деякого алгоритму, а, отже, доступно порозумітися з комп'ютером. Подібні множини називають фрактальними. Фрактали не схожі на звичні нам фігури, відомі з геометрії, і будуються вони за певними алгоритмами, а ці алгоритми за допомогою комп'ютера можна зобразити на екрані. Взагалі, якщо все трохи спростити, то фрактал - це якесь перетворення багаторазово застосоване до вихідної фігури.

Перші ідеї фрактальної геометрії виникли у 19 столітті. Кантор за допомогою простої рекурсивної процедури, що повторюється, перетворив лінію на набір незв'язаних точок (так звана Пил Кантора). Він брав лінію і видаляв центральну третину і після цього повторював те ж саме з відрізками, що залишилися. Пеано намалював особливий вид лінії (див. рис.8). Для її малювання Пеано використав такий алгоритм.

Малюнок 8- Алгоритм малювання

На першому кроці він брав пряму лінію і заміняв її на 9 відрізків довжиною в 3 рази меншою, ніж довжина вихідної лінії (Частина 1 та 2 рисунка 1). Далі він робив те саме з кожним відрізком лінії, що вийшла. І так до безкінечності. Її унікальність у цьому, що вона заповнює всю площину. Доведено, що кожної точки на площині можна знайти точку, що належить лінії Пеано. Крива Пеано та пил Кантора виходили за рамки звичайних геометричних об'єктів. Вони не мали чіткої розмірності. Пил Кантора будувався начебто на підставі одномірної прямої, але складався з точок, а крива Пеано будувалася на підставі одномірної лінії, а в результаті виходила площина. У багатьох інших галузях науки з'являлися завдання, вирішення яких призводило до дивних результатів, подібних до описаних (Броунівський рух, ціни на акції).

Аж до 20 століття йшло накопичення даних про такі дивні об'єкти, без спроби їх систематизувати. Так було, доки за них не взявся Бенуа Мандельброт – батько сучасної фрактальної геометрії та слова фрактал. Працюючи в IBM математичним аналітиком, він вивчав шуми в електронних схемах, які неможливо було описати за допомогою статистики. Поступово зіставивши факти, він прийшов до відкриття нового напряму математики - фрактальної геометрії.

Сам Мандельброт вивів слово fractal від латинського слова fractus, що означає розбитий (розділений на частини). І одне з визначень фрактала - це геометрична фігура, що складається з частин і яка може бути поділена на частини, кожна з яких представлятиме зменшену копію цілого (принаймні приблизно).

Як тільки Мандельброт відкрив поняття фракталу, виявилося, що ми буквально оточені ними. Фрактальні зливки металу та гірські породи, фрактальні розташування гілок, візерунки листя, капілярна система рослин; кровоносна, нервова, лімфатична системи в організмах тварин, фрактальні річкові басейни, поверхня хмар, лінії морських узбереж, гірський рельєф.

Щоб уявити фрактал розглянемо приклад, наведений у книзі Б. Мандельброта «Фрактальна геометрія природи», що став класичним - «Яка довжина берега Британії?». Відповідь на це питання не така проста, як здається. Все залежить від довжини інструменту, яким ми користуватимемося. Помірявши берег за допомогою кілометрової лінійки, ми отримаємо якусь довжину. Однак ми пропустимо багато невеликих заливчиків і півострівків, які за розміром набагато менші за нашу лінійку. Зменшивши розмір лінійки до, скажімо, 1 метра – ми врахуємо ці деталі ландшафту, і відповідно довжина берега побільшає. Підемо далі і виміряємо довжину берега за допомогою міліметрової лінійки, ми тут врахуємо деталі, які більше міліметра, довжина буде ще більшою. У результаті відповідь на таке, здавалося б, просте питання може поставити в глухий кут будь-кого - довжина берега Британії нескінченна.

Основна властивість фракталів – самоподібність. Будь-який мікроскопічний фрагмент фракталу у тому чи іншому відношенні відтворює його глобальну структуру. У найпростішому випадку частина фракталу є просто зменшеним цілим фракталом.

Звідси основний рецепт побудови фракталів: візьміть простий мотив та повторюйте його, постійно зменшуючи розміри. Зрештою вийде структура, яка відтворює цей мотив у всіх масштабах. (Рис.9)

Малюнок 9 - Мотив повторення фракталу

Беремо відрізок і його середню третину переламуємо під кутом 60 градусів. Потім повторюємо цю операцію з кожною з частин ламаною, що вийшла - і так до нескінченності. В результаті ми отримаємо найпростіший фрактал - тріадну криву, яку в 1904 відкрила математик Хельга фон Кох.

Якщо на кожному кроці не тільки зменшувати основний мотив, але також зміщувати і повертати його, можна отримати більш цікаві й реалістичні освіти, наприклад, лист папороті або навіть цілі їх зарості. А можна побудувати вельми правдоподібний фрактальний рельєф місцевості та покрити її дуже симпатичним лісом. У 3D StudioMax, наприклад, для генерації дерев використовується фрактальний алгоритм. І це не виняток – більшість текстур місцевості у сучасних комп'ютерних іграх представляють фрактали. Гори, ліс та хмари на малюнку - фрактали.

Файли фрактальних зображень мають розширення FIF. Зазвичай файли у форматі fif виходять трохи менше файлів у форматі jpgале буває і навпаки. Найцікавіше починається, якщо розглядати картинки з дедалі більшим збільшенням. Файли у форматі jpg майже відразу демонструють свою дискретну природу - з'являється горезвісна драбинка. А ось fif файли, як і належить фракталам, зі зростанням збільшення показують все новий ступінь деталізації структури, зберігаючи естетику зображення.

Геометричні фрактал.

Саме з них і розпочиналася історія фракталів. Цей тип фракталів виходить шляхом простих геометричних побудов. Зазвичай при побудові цих фракталів надходять так: береться «затравка» - аксіома - набір відрізків, на підставі яких будуватиметься фрактал. Далі до цієї «затравки» застосовують набір правил, який перетворює її на будь-яку геометричну фігуру. Далі до кожної частини цієї фігури застосовують знову той самий набір правил. З кожним кроком фігура ставатиме все складніше і складніше, і якщо ми проведемо нескінченну кількість перетворень – отримаємо геометричний фрактал.

Розглянута раніше крива Пеано є геометричним фракталом. На малюнку 10 наведено інші приклади геометричних фракталів (Сніжинка Коха, Лист, Трикутник Серпінського).

Малюнок10- Сніжинка Коха

Малюнок11-Лист

Малюнок 12 -Трикутник Серпінського

З цих геометричних фракталів дуже цікавим та досить знаменитим є – сніжинка Коха. Будується на основі рівностороннього трикутника. Кожна лінія якого замінюється на 4 лінії кожна довжиною в 1/3 вихідної. Таким чином, з кожною ітерацією довжина кривої збільшується на третину. І якщо ми зробимо нескінченну кількість ітерацій – отримаємо фрактал – сніжинку Коха нескінченної довжини. Виходить, що наша нескінченна крива вкриває обмежену площу.

Розмірність сніжинки Коха (при збільшенні сніжинки в 3 рази її довжина зростає в 4 рази) D=log(4)/log(3)=1.2619...

Для побудови геометричних фракталів добре пристосовані звані L-Systems. Суть цих систем полягає в тому, що є певний набір символів системи, кожен з яких позначає певну дію та набір правил перетворення символів.

Алгебраїчні фрактали.

Друга велика група фракталів – алгебраїчна. Свою назву вони отримали за те, що їх будують, на основі формул алгебри іноді дуже простих. Методів отримання фракцій алгебри кілька. Один з методів є багаторазовим (ітераційним) розрахунком функції Zn+1=f(Zn), де Z - комплексне число, а f - якась функція. Розрахунок цієї функції триває до виконання певної умови. І коли ця умова виконається – на екран виводиться крапка. При цьому значення функції для різних точок комплексної площини може мати різну поведінку:

−з часом прагне до нескінченності;

− прагне до 0;

− приймає кілька фіксованих значень і не виходить за їхні межі;

− поведінка хаотично, без будь-яких тенденцій.

Щоб проілюструвати фракції алгебри звернемося до класики - безлічі Мандельброта.

Малюнок13- Безліч Мандельброта

Для його побудови нам потрібні комплексні числа. Комплексне число - це число, що складається з двох частин - дійсної та уявної, і позначається воно a + bi. Дійсна частина a це звичайне число в нашому уявленні, а bi - уявна частина. i - називають уявною одиницею, тому, якщо ми зведемо i квадрат, то отримаємо -1.

Комплексні числа можна складати, віднімати, множити, ділити, зводити в ступінь і добувати корінь, не можна їх порівнювати. Комплексне число можна зобразити як точку на площині, у якої координата Х це дійсна частина a, а Y це коефіцієнт при уявній частині b.

Функціонально безліч Мандельброта визначається як

1=Zn*Zn+C.

Для побудови безлічі Мандельброта скористаємося алгоритмом на Бейсику.

"Належить безлічі Мандельброта = True

"Повторюємо 255 разів (для режиму 256 кольорів)

For iteration=1 to 255=Z0*Z0+C

"Перевірили - не належитьabs(Zn)>2 then Lake=False: Exit For0=Zn

"Намалювали чорну крапку, що належить "озеру" Мандельброта.

If Lake = True Then PutPixel (a, b, BLACK)

Намалювали точку, що не належить множині або лежить на кордоні.

Else PutPixel(a, b, iteration)

А тепер опишемо програму словами. Для всіх точок на комплексній площині в інтервалі від -2+2i до 2+2i виконуємо кілька разів Zn=Z0*Z0+C, щоразу перевіряючи абсолютне значення Zn. Якщо це значення більше 2, що малюємо точку з кольором рівним номеру ітерації, на якому абсолютне значення перевищило 2, інакше малюємо точку чорного кольору. Все безліч Мандельброта у повній красі у нас перед очима.

Чорний колір в середині показує, що в цих точках функція прагне нуля - це і є безліч Мандельброта. За межами цієї множини функція прагне нескінченності. А найцікавіше це межі безлічі. Вони і є фрактальними. На межах цієї множини функція веде себе непередбачено - хаотично.

Змінюючи функцію, умови виходу із циклу можна отримувати інші фрактали. Наприклад, взявши замість виразу С=a+bi вираз Z0=a+bi, а присвоювати довільні значення ми отримаємо безліч Жюліа, теж гарний фрактал.

Для багатьох Мандельброта теж проявляється самоподібність.

Стохастичні фрактали

Типовий представник цього класу фракталів «Плазма».

Малюнок14-Плазма

Для її побудови візьмемо прямокутник і для кожного його кута визначимо колір. Далі знаходимо центральну точку прямокутника і розфарбовуємо її в колір рівний середньому арифметичному кольору по кутах прямокутника плюс деяке випадкове число. Чим більше випадкове число – тим більше «рваним» буде малюнок. Якщо, наприклад, сказати, що колір точки - це висота над рівнем моря, то отримаємо замість плазми - гірський масив. Саме на цьому принципі моделюються гори у більшості програм. За допомогою алгоритму, схожого на плазму, будується карта висот, до неї застосовуються різні фільтри, накладається текстура.

комп'ютерний графіка вектор анімації

Висновок

У цій роботі було вивчено таке питання як історія розвитку комп'ютерної графіки, були дані поняття основним видам комп'ютерної графіки, розглянуті можливості комп'ютерної графіки.

Вивчивши літератури на цю тему можна дійти невтішного висновку, що історія графіки стоїть дома, а стрімко розвивається.

Надалі можна детальніше розглянути види комп'ютерної графіки та розглянути програми роботи у комп'ютерній графікі.

Область застосування комп'ютерної графіки не обмежується одними мистецькими ефектами. У всіх галузях комерційної управлінської діяльності використовуються побудовані за допомогою комп'ютера схеми, графіки та діаграми.

Список використаних джерел

1 Розробка електронних навчальних видань. Створення та використання інформаційних засобів навчання: навч. посібник/Н.Д. Ізергін, [та ін.]. – М.: Коломна, 2006. – 160 с. - ISBN 5-89-5-89-655-8974-0.

Фестиваль педагогічних ідей "Відкритий урок". Створення електронного підручника/під ред. Трегубова О.П. - М: Росія. - Режим доступу: http://festival.1september.ru/articles/526252/. – 20.06.2011.

Яким має бути електронний підручник. / В.Б. Ясинський // Електронний журнал: ДОСЛІДЖЕНО В РОСІЇ, 2000. - Режим доступу: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/011.pdf. – 21.06.2011.

Панкратова, Л.П.. Контроль знань з інформатики: Тести, контрольні завдання, екзаменаційні питання, комп'ютерні проекти/О.М. Челак. СПб.: БХВ-Петербург. 2004. – 448 с. - ISBN 5-94157-371-5.

Стандарт Російської Федерації початкової професійної освіти. Оператор електронно-обчислювальних машин. ОСТ 9ПО 02.1.9 2002. 48 с.

Угрінович, Н.Д. Інформатика та інформаційні технології. підручник/Н.Д. Угринович. Москва..: Видавництво БІНОМ. Лаб. знань, 2005. – 512 с. - ISBN 5-94774-001-8.

Інформатика: навч. посібник/А.В. Могилів. - 2-ге вид., стер. – Москва..: Академія, 2008. – 336 с. - ISBN 978-5-7695-4771-3.

Практикум з інформатики: навч. посібник/А.В. Могилів. Москва. Видавництво Академія, 2001. 608 с. ISBN 5-7695-2247-Х.

Інформатики. Підручник/В.А. Острейківський. 2-ге вид., стер. - М: Вищ. шк., 2004. – 511 с. - ISBN 5-06-003533-6.

11 Microsoft Office Word 2003. Навч. посібник/Б. Хіслоп. Москва. Діалектика, 2004. 784 с. ISBN 5-8459-0646-6, 0-7645-3971-X.

12 Microsoft Office 2003. Навч. посібник.О.А. Межний. - М: Діалектика, 2004. 368 с. ISBN 5-8459-0838-8.

Робота на персональному комп'ютері(ПК) в офісі: навчальний курс / О.С.Степаненко. Москва. Видавництво Вільямс. 3-тє вид.,2006. – 768 с. - ISBN 5-8459-0974-0.

Захарова, Л.А. Microsoft Word 2003. Практ. посібник серія «Крок за кроком» (CD-ROM) / Л.А. Захарова. - М:СП ЕКОМ, 2005. - 384 с. - ISBN 5-9790-0005-4.

Бедет, А. Глосарій комп'ютерних термінів / Д. Бурдхардт, А. Каммінг, [та ін]. - 10-те вид., М.: Вид-во: Вільямс, 2002. - 432 с. - ISBN 5-8459-0363-7, 0-2017-7629-4.

Гукін, Д. Ілюстрований комп'ютерний словник/Д. Гукін, С.Х. Гукін. - 4-те вид., Москва. Вид-во Вільямс, 2005. – 512 с. - ISBN 5-8459-0207-X, 0-7645-0732-X;