Grafika Komputerowa Referat
Grafika komputerowa – dział informatyki zajmujący się wykorzystaniem nowoczesnej techniki komputerowej do generowania obrazów oraz wizualizacji rzeczywistości. Grafika komputerowa jest obecnie narzędziem powszechnie stosowanym w nauce, technice oraz rozrywce.
Chociaż grafika komputerowa koncentruje się głównie na specjalistycznych algorytmach i strukturach danych, to jednak siłą rzeczy musi czerpać wiedzę z rzeczywistości. Na przykład aby uzyskać obrazy foto realistyczne, należy wiedzieć jak w rzeczywistym świecie światło oddziałuje z przedmiotami. Podobnie, aby symulacja jazdy samochodem była jak najwierniejsza, należy wiedzieć, jak obiekty fizyczne ze sobą oddziałują.
Od kilkunastu lat grafika komputerowa jest też kolejną dyscypliną artystyczną - dzieła powstałe przy jej zastosowaniu nazywa się grafiką cyfrową, infografiką lub digitalprintem.
Przykładowe zastosowania
§ kartografia,
§ wizualizacja danych pomiarowych (np. w formie wykresów dwu- i trójwymiarowych),
§ wizualizacja symulacji komputerowych,
§ diagnostyka medyczna,
§ kreślenie i projektowanie wspomagane komputerowo (CAD),
§ przygotowanie publikacji (DTP),
§ efekty specjalne w filmach,
§ gry komputerowe.
Klasyfikacja
Ponieważ celem grafiki jest generowanie obrazów, dlatego jednym z głównych kryteriów klasyfikacji jest technika ich tworzenia:
Grafika wektorowa
obraz jest rysowany za pomocą kresek lub łuków. Niegdyś powstawał tak obraz naploterach kreślących, ale jeszcze do lat 80. XX wieku były wykorzystywane monitoryCRT, które kreśliły obraz w analogiczny sposób jak oscyloskopy.
Grafika rastrowa
obraz jest budowany z prostokątnej siatki leżących blisko siebie punktów (tzw. pikseli). Głównym parametrem w przypadku grafiki rastrowej jest wielkość bitmapy, czyli liczba pikseli, podawana na ogół jako wymiary prostokąta.
Identyczny podział istnieje, jeśli weźmie się pod uwagę reprezentację danych w programach komputerowych:
Grafika wektorowa – w tym przypadku nazwa może być nieco myląca, ponieważ obrazy mogą składać się nie tylko z wektorów (odcinków), ale również z innych figur geometrycznych. Cechą grafiki wektorowej jest to, że zapamiętywane są charakterystyczne dla danych figur dane (parametry), np. dla okręgu będzie to środek i promień, dla odcinka współrzędne punktów końcowych, a dla krzywych parametrycznych współrzędne punktów kontrolnych. Program, jeśli musi narysować obraz na urządzeniu (bądź to rastrowym, bądź wektorowym), na podstawie posiadanych danych wygeneruje obraz tych figur – bardzo ważną zaletą tej reprezentacji jest możliwość dowolnego powiększania obrazów, bez straty jakości.
Grafika rastrowa – do zapamiętania obrazu rastrowego potrzebna jest dwuwymiarowa tablica pikseli nazywana powszechnie bitmapą. Nazwa wzięła się stąd, że początkowo były rozpowszechnione systemy wyświetlające obrazy czarno-białe, więc w takim przypadku pojedynczy piksel mógł być opisany przez jeden bit. Jednak gdy powszechniejsza stała się grafika kolorowa, piksele zaczęły być opisywane więcej niż jednym bitem – wówczas pojawiła się nazwa pixmapy, która jednak nie przyjęła się (chociaż jest stosowana np. wX Window).
Przewagą reprezentacji wektorowej nad rastrową jest to, że zawsze istnieje dokładna informacja o tym, z jakich obiektów składa się obraz. W przypadku obrazów bitmapowych tego rodzaju informacja jest tracona, a jedyne, czego można bezpośrednio się dowiedzieć, to kolor piksela. Istnieją jednak metody, które pozwalają wydobyć z obrazów bitmapowych np. tekst, czy krzywe.
W chwili obecnej dominują wyświetlacze rastrowe, więc programy wykorzystujące grafikę wektorową są zmuszone przedstawiać idealne figury geometryczne w skończonej rozdzielczości.
Kolejnym kryterium, wg którego klasyfikuje się zastosowania grafiki, jest charakter danych:
Grafika dwuwymiarowa (grafika 2D)
wszystkie obiekty są płaskie (w szczególności każdy obraz rastrowy wpada do tej kategorii).
Grafika trójwymiarowa (grafika 3D)
obiekty są umieszczone w przestrzeni trójwymiarowej i celem programu komputerowego jest przede wszystkim przedstawienie trójwymiarowego świata na dwuwymiarowym obrazie.
Jeszcze jednym kryterium jest cykl generacji obrazu:
Grafika nieinterakcyjna
program wczytuje uprzednio przygotowane dane i na ich podstawie tworzy wynikowy obraz. Tak działa np. POV-Ray, który wczytuje z pliku definicję sceny trójwymiarowej i na jej podstawie generuje obraz sceny.
Grafika interakcyjna
program na bieżąco uaktualnia obraz w zależności od działań użytkownika, dzięki temu użytkownik może od razu ocenić skutki. Bardzo ważne w tym przypadku jest, że czas odświeżenia obrazu nie może być zbyt długi. Dlatego w przypadku grafiki interakcyjnej akceptuje się i stosuje uproszczone metody rysowania obiektów, aby zminimalizować czas oczekiwania.
Grafika czasu rzeczywistego
program musi bardzo szybko (kilkadziesiąt razy na sekundę) regenerować obraz, aby wszelkie zmiany były natychmiast uwidocznione. Grafika czasu rzeczywistego ma szczególnie znaczenie w różnego rodzaju symulatorach, jest również powszechna w grach komputerowych.
Popularne programy graficzne
Programy do grafiki rastrowej
§ ACDSee
§ Adobe Photoshop
§ Corel PHOTO-PAINT z pakietu CorelDRAW
§ Deneba Canvas
§ Effectbank
§ GIMP
§ IrfanView
§ Adobe Fireworks
§ Painter
§ PaintShopPro
§ PhotoFiltre Studio
§ PhotoFiltre
Popularne programy do grafiki wektorowej
§ AutoCAD
§ Corel Draw
§ Adobe FreeHand
§ Adobe Flash
§ Adobe Illustrator
§ Sketch up
§ Inkscape
§ Sodipodi
§ Star Office Draw (jedna z części pakietu)
§ TechCAD
§ Xfig
Popularne programy do grafiki 3D (pakiety)
§ 3D Studio Max
§ Maya
§ Autodesk Softimage
§ Cinema 4D
§ LightWave 3D
§ Blender
§ Luxology Modo
Popularne formaty graficzne
Popularne formaty grafiki
§ BMP
§ GIF
§ JPEG
§ PCX
§ PSD
§ PNG
§ TIFF
§ XCF
§ PPM
Grafika 3D (grafika trójwymiarowa) – nazwa jednej z dziedzin grafiki komputerowej, zajmującej się głównie wizualizacją obiektów trójwymiarowych. Nazwa pochodzi od angielskiego sformułowania Three-Dimensional Graphics.
Geometria
Geometria obiektów trójwymiarowych może być reprezentowana na kilka sposobów:
Siatka wielokątów – obiekt jest budowany z płaskich wielokątów (najczęściej trójkątów lub czworokątów), które mają wspólne wierzchołki i krawędzie. W ten sposób można tworzyć proste bryły, albo – jeśli siatka jest dostatecznie gęsta – dobrze przybliżać skomplikowane obiekty.
Voxele (woksele) – obiekt jest budowany z elementarnych sześcianów (trójwymiarowych pikseli). Tego rodzaju reprezentacja jest rozpowszechniona szczególnie w diagnostyce medycznej, gdzie uzyskuje się szereg przekrojów (obrazów bitmapowych) ciała pacjenta i na ich podstawie tworzy trójwymiarowe modele.
Opis matematyczny – obiekty są określone równaniami. Mogą to być np. kule, płaszczyzny, oraz szczególnie użyteczne i powszechnie stosowane powierzchnie parametryczne (płaty powierzchni), np. powierzchnie Béziera, Hermite'a czy NURBS. Istnieją programy, które swoje funkcjonowanie opierają głównie o właśnie taki sposób modelowania, zaliczyć do nich można np. POV-Ray.
Oprogramowanie
Do tworzenia grafiki 3D zostało stworzonych wiele programów na różne platformy sprzętowe i systemy operacyjne. Zwykle programy te dzieli się na...
bogdan2111