Връзката компютър аниматор Увод 1 стр. Същината на въпроса История на Компютърната Графика



Дата25.07.2016
Размер94.72 Kb.
Връзката компютър - аниматор
1. Увод 1 стр.

2. Същината на въпроса


История на Компютърната Графика
Ако погледнем назад във времето можем да видим, че корените на Компютърната графика се разпростират до далечната 1952 година. Въпросът за създаване на графика чрез компютър е възникнал още със свързването на Електронно-изчислителната машина с Електронно-лъчевата тръба. Първите опити за изобразяване на графични обекти на екрана са доста плахил. Позвайки определени символи за запълване се очертават контурите на обектите или се запълват самите обекти на екрана по такъв начин, че да изобразим картинка в груб вид. От тогава до днес Компютърната графика е претърпяла огромно развитие в което се очертават три основни периода.
Първи период - от 1963 до1970 година
Първият период от развитието на Компютърната графика можем да определим като начален период. Характерно за този период е че се създават и демонстрират множество алгоритми за Компютърна графика, решаващи в различна степен фундаменталните задачи на Компютърната графика.

През 1963 година Съдерланд е разработил и за пръв път демонстрира ефективен пакет приложни графични програми, наречен SKETCHPAD. Ето защо Съдерланд често е споменаван в литературата, като основоположник на съвременната Компютърната графика.

През същата година е публикуван и алгоритъма на Робертс, който е първият алгоритъм от типа алгоритми за отстраняване на невидимите линни (HLHSR - Hidden Line Hidden Surface Removal алгоритми) от екрана. Този тип алгоритми се стремят да отсеят само тези части от обекти, които трябва да бъдат изобразени на екрана или да отстранят тези които не трябва да се виждат на екрана. На няколко подобни алгоритми ще се спрем подробно в следващите теми.

В същото време започват да се формулират основните понятия в Компютърната графика, свързани с процеса на рисуване или изчертаване на обекти и отделни части от тях на екрана т.е. по какъв начин да бъдат изобразявани цели или отделни части от линия, окръвност, елипса и други. През 1965 година, Брезенхем показва ефективен пакет приложни алгоритми за рисуване на цифров графопостроител. Алгоритмите на Брезенхем за растеризация на отсечка и окръжност са фундаментални и са актуални и до днес.

През 1967 година настъпва качествен скок в развитието на Компютърната графика. За пръв път е направена демонстрация на сложни повърхнини върху екрана. Въвеждат се понятията осветяване и нюансиране (засенчване), разработват се методи за описание и моделиране на обектите.

Към края на първия период се усъвършенстват и алгоритмите за отстраняване на невидимите части за растерна и векторна (алгоритъма на Галимберти и Монтанари) Компютърна графика. Приблизително по същото време се появяват и първите цветни растерни дисплеи с кадрови буфер и Компютърната графика придабива ново измерение, а именно - цветност и многообразие от нюанси на цветовете.


Втори период - от 1971 до 1978 година
За този период от развитието на Компютърната графика са характерни две главни тенденции:

  • подобрявана и развитие на базовите технически средства за Компютърна графика;

  • обособяване на основните концепции и принципи на Компютърната графика.

По първото направление основна част от разработките за Компютърна графика са насочени главно към подобряване на визуалните качества на изображенията. През 1971 година Гуро предлага ефективен "шейдинг" метод за генериране на светлосенки или нюансиране на тримерни обекти. Фонг доразвива и подобрява шейдинг метода на Гуро през 1975 година. Заедно с това той предлага и емпиричен осветителен модел описващ процеса на осветяване на обектите от светлинни източници. Визуалните резултати които Фонг постига са по-добри но времето за обработка на сцените нараства. Блин се опитва да подобри качеството на синтезираните картини като през 1977 година предлага нов физично базиран осветителен модел, който е изчислително по-сложен. В този период са демонстрирани и редица алгоритми за:

  • генериране на текстури и релефи,

  • апроксимиране на сложни повърхнини,

  • "антиалиейсинг" методи за изглаждане на назъбвания в картина,

  • подобрено отстраняване на невидимите линни,

  • графика с размерност 2D и 3D.

Голямото натрулване на практически опит и знания в областта поражда необходимостта от строго дефиниране и систематизация на основните концепции и принципи в Компютърната графика. Правят се опити за класификация и нормиране на графичните средства, като се полагат основите на стандарта за Компютърна графика GKS. Формулира се и основният принцип на Компютърната графика или "принципът на независимостта", който гласи, че графичното и математическо програмно осигуряване е независимо от хардуера. С други думи фундаменталните алгоритми за Компютърна графика не трябва да зависят от конкретната изчислителна машина на която ще бъдат изпълнявани.
Трети период - от 1979 до наши дни

Този период често е наричан период на "нарастващия реализъм", защото разработчиците на алгоритми за Компютърна графика обръщат основно внимание на фотореализма на създаваните изображения или иска се синтезираните изображения да са с качеството на фотоснимка. Заедно с това се поставят и високи изисквания относно скоростта на обработка на графичните данни. Създават се все по-качествени и по-сложни изображения. Компютърната графика навлиза дълбоко в практиката във всички области от живота като се създават специфични приложения.

Осветителните модели се развиват с цел подобряване на реалистичността на изображенията. Такива модели са предложени от Кук и Торанс през 1982 година и Хол през 1989 година. Предлагат се качествени алгоритми за синтез на специфични обекти - функция на две и повече променливи. Развиват се методите за обработка на изображения, смесване и извеждане на картините върху видеолента.

Обектно ориентираните техники навлизат широко в Компютърната графика, тъй като позволяват обектите да се описват със своие атрибути, което е от особена важност за качеството на получаваните изображения. Предлагат се нови съвременни техники за реалистичен синтез на изображения, като рейтрейсинг техника, рейдиозити и хибридна техника. Тези техники дават най-точни визуални резултати но са изчислително сложни. Съществени резултати са постигнати в изследването на цветовете, преобразуването и възприемането на цветовите пространства. Унификацията на основните принципи и концепции довежда до появата на нови графични стандарти като GKS-3D, PHIGS PLUS, CGRM и други.

В края на 80-те годин, развитието на Компютърната графиката придобива нови измерения и полага основите на мултимедията и мултимедийните технологии.

Предмет и задачи на Компютърната графика

Както вече видяхме от първата тема, Компютърната графика е сравнително млада наука. Като наука Компютърната графика е интердисциплинарна т.е. базира се, обединява и ползва множество принципи от други науки като математика, физика, информатика, колориметрия и други. Естествено това интегриране в Компютърната графика на различни доказани в живота принципи от отделните науки е призвано да обслужва колкото се може по-голям кръг практически задачи. Това е свързано с обработката по подходящ начин на огромно количество различни по тип численни данни от компютъра с цел произвеждането на достоверни и реалистични изображения. Ето защо можем да обобщим, че Компютърната графика се занимава с методите и средствата за преобразуване на численни данни в/или от графично изображение, или това е нейния предмет което е илюстрирано схематично на фигурата.

Ф
ИГУРА
В този смисъл Компютърната графика може да бъде разделена най-общо на синтезираща или генерираща и анализираща графика.

Генерираща компютърна графика са методите и средствата за синтез на графични изображения или численните данни се преобразуват в графични изображения, като се обработват готови модели.

Анализиращата компютърна графика обработва на готови изображения с цел преобразуването им в численни данни разбираеми от компютъра.

Най-простият пример за анализираща графика е сканирането на картинки от скенер и вкарването им в компютъра, а за генерираща графика - съзаването на изображения от компютъра ползвайки само софтуерни средства.

В
наши дни понятието обработка на визуалната информация с компютър включва три групи:

ФИГУРА2


  • Компютърна графика,

  • Разпознаване на изображения и

  • Обработка на изображения.

Съвременната Компютърна графика решава изключително задачата за синтеза или синтезира изображения от координтана информация, количествени зависимости, картинни модели и други. Компютърната графика се използва в CAD/CAM/CAE системите, за проектиране, изследване и производство в машиностроенето, автомобилната индустрия, архитектурата и други области.

Друго приложение на Компютърната графика е илюстративна графика, или това са диаграми илюстриращи количествени зависимости или числени таблични резултати и данни.

Съвременната печатарска индустрия е немислима без прилагането на компютърно рисуване за дизайн на вестници, списания и книги, а произвежданите филми все по-често се обръщат към услугите на компютърната анимация за създаване на зрелищни сцени и ефекти.

Не трябва да пропускаме и огромното разнообразие на пазара от компютърни игри, където основно място заема Компютърната графика.
Разпознаването на изображения решава задачата за анализа. На входа на програма за разпознаване на изображения имаме готово изображение, а на изхода от програмата трябва да получим численни данни разпознаваеми от компютъра. Стремежът е да се класифицират и опишат обектите в изображението, като се извлече кординатна информация и се създаде йерархичен модел на сцената подходящ за бъдещи специфични цели.
Обработката на изображение имаме когато трансформераме едно изображение в цифров вид с цел получаване на друго изображение в цифров вид. Това обикновенно се прави за да се: отстранят шумове, повиши контраста, намали интензитета или очертаят контурите в оригиналното изображение и други подобни операции. Също така при прилагането на специални ефекти се ползва обработката на изображения за постигане на желания резултат. В медицината и космеческите изследвания, често се налага направените снимки да бъдат обработени подходящо с цел подобряване тяхното качество и вземане на верни решения.
ТЕМА№11

ПРОЦЕС НА РЕАЛИСТИЧНО СИНТЕЗИРАНЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЯ

В процеса на синтезиране на реалистични изображения, човекът-оператор встъпва в "диалог" с приложната програма за синтезиране на изображения. Този "диалог", с основните връзки между базовите елементи е представен на ФИГУРА1.




ФИГУРА1


По веригата показана на фигурата се движи голям поток информация, обработвана от "събеседниците". В началото информацията съществуваща като "въображаема сцена" в човешкото съзнание и е представена по подходящ начин в компютъра. Това представяне е обработено от специфична приложна програма, за да синтезира и изобрази върху изходното графично устройство "реалистичено" изображение. Това изображение е наблюдавано от човешкото око и визуалната информация се приема от човешкият мозък. Мозъкът от своя страна анализира постъпилата информация и произвежда усещане за реализъм на синтезираната сцена.

В така представената схема, различаваме два основни елемента: човекът, с неговите способности да възприема, анализира и представя заобикалящия го свят и развития хардуеър и софтуеър, имащи капацитета да симулират и произведат резултат аналог на реалния свят или да създадат едно приближение наподобяващо реалността. Тъй като изискванията на всяко приложение са различни, то реализмът може да бъде оценен само в контекста на конкретното приложение.

Процесът на създаване на реалистични изображения от гледна точка на предмета на Компютърната графика може да бъде представен, като изпълнението на три последователни и взаимносвързани етапа, наречени: Моделиране, Рендъринг и Изобразяване, и е схематично представен на ФИГУРА2.


ФИГУРА2
Етапа на Моделирането включва подходящо представяне, в компютъра, на тримерните обекти съставящи сцената и друга информация необходима за синтеза на изображението, във формата на структурирани числени данни и/или алгоритми. С други думи, това е математическо и физическо описание на "3D модела" на сцената, което е подадено като входна информация към Рендъринга. Тримерният модел съдържа три типа данни: данни за обектите, данни за светлинните източници и параметри за визуализация или виртуална камера.

Следвайки схемата показана на ФИГУРА2, описаният при моделирането, 3D модел на сцената е подаден, като входна информация за Рендъринга. Общо взето Рендъринга, може да бъде определен, като извършване на селекция и необходими трансформации на данните в 3D модела с цел да добием двумерно представяне на сцената. Той съдържа няколко главни стъпки симулиращи геометричните свойства на централна проекция и физичните свойства в човешкото зрение или фотографията. Главните задачи които се решават са:

- централна или паралелна проекция;

- определяне на видимите повърхности;

- шейдинг, т.е. определяне цвета и нюанса на индивидуалните точки (пиксели) в изображението.

Крайния етап е Изобразяване на синтезираното изображение, който има за задача да възпроизведе картината от двумерното представяне получено по време на рендъринга върху изходното графично устройство. Стойностите на цветовете на индивидуалните пиксели са преработени и представени във вид удобен за изобразяване. Главните задачи са:

- изрязване и/или мащабиране на цветовете;

- gamma-корекция (ако е необходимо);

- квантуване на цветовете - за изходни графични устройства с ограничен брой едновременно изобразими цветове или специфични цели;

- изобразяване върху графичното устройство.

3. Заключение 1-2 стр.

4. Използвана литература

Използвана литература

[1] Антон А. Пензов, Лекциoнен материал по дисциплината "Компютърна графика", 1995 - 2000 година.


[2] Антон А. Пензов, Лекциoнен материал по дисциплината "Мултимедийни технологии", 1996 - 2001 година.
[3] Ф. Мартинес, Синтез изображений: Принципы аппаратное и програмное обеспечение, Москва, "Радио и связь", 1990 година.







База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница