КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА В ДИЗАЙНЕ

М.В.
Лектор: Резникова Марина Витальевна, доцент, канд. архитектуры;
Преподаватели: Соина Н.С., Клёпова

А.А., Дакоро М.А., Евдокимова Н.А.

положениях и направлениях использования компьютерных технологий в различных аспектах деятельности

дизайнера.
Приобретение практических навыков работы с различными графическими редакторами

компьютерного проектирования;
ознакомление с различными видами и особенностями обеспечения компьютерных

технологий;
изучение современных средств информационного обеспечения компьютерных технологий в дизайнерской деятельности;
ознакомление с примерами использования компьютерных систем в различных аспектах деятельности дизайнера;
знакомство с методами защиты информации в информационных системах;
получение практических навыков работы с различными графическими редакторами.

технологии. Основные понятия и определения.
Основные направления развития искусственного интеллекта.
Модуль 2.

Техническое и программное обеспечение компьютерных технологий
Технические средства компьютерных технологий.
Виды сетей и Интернет.
Модуль 3. Информационное обеспечение компьютерных технологий
Информационное обеспечение автоматизированного проектирования.
Базы данных.
Модуль 4. Прикладные аспекты компьютерных технологий.
Специализированные программы в дизайне. Геоинформационные системы.
Проблемы защиты информации.

– Ростов-на-Дону.:РААИ,2006. – 280 с.
Хомоненко А.Д. Основы современных компьютерных

технологий – С-Петербург: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. – 260 с.
Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. Учебное пособие.–М.: Библион, 1997. – 160 с.
Словарь по кибернетике / Под редакцией академика В.С. Михалевича. — 2-е. — Киев: Главная редакция Украинской Советской Энциклопедии имени М. П. Бажана, 1989. — С. 259. — 751 с. — (С48). — 50 000 экз. — ISBN 5-88500-008-5
Кориков А.М., Павлов С.Н. Теория систем и системный анализ: учеб. пособие. — 2. — Томск: Томс. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2008. — 264 с. — ISBN 978-5-86889-478-7
Бир Ст. Кибернетика и управление производством = Cybernetics and Management. — 2. — М.: Наука, 1965.

в компьютерные технологии проектирования.
1.1. Общие сведения об информации, информационных процессах

и информационных системах.
1.2. История возникновения компьютерных технологий.
1.3. Определения.
1.4. Основные понятия кибернетики.
1.5. Краткая история развития компьютерных технологий архитектурного проектирования.
1.6. История развития графических систем.

(от лат. informatio, разъяснение, изложение, осведомленность) — сведения о чём-либо, независимо

от формы их представления.

Предметом изучения науки информатика являются именно данные: методы их создания, хранения, обработки и передачи.

машине; или Кибернетика и общество»:
Информация — это не материя и не

энергия, информация — это информация".
Основное определение информации, которое он дал в нескольких своих книгах, следующее: информация — это обозначение содержания, полученное нами из внешнего мира в процессе приспосабливания к нему нас и наших чувств.

слуха.
Тактильная — воспринимаемая тактильными рецепторами.
Обонятельная — воспринимаемая обонятельными рецепторами.
Вкусовая —

воспринимаемая вкусовыми рецепторами.

по форме представления:
Текстовая — передаваемая в виде символов, предназначенных обозначать лексемы языка.
Числовая — в виде цифр и знаков, обозначающих математические действия.
Графическая — в виде изображений, предметов, графиков.
Звуковая — устная или в виде записи и передачи лексем языка аудиальным путём.

большей части социума.
Специальная — содержит специфический набор понятий, при использовании

происходит передача сведений, которые могут быть не понятны основной массе социума, но необходимы и понятны в рамках узкой социальной группы, где используется данная информация.
Секретная — передаваемая узкому кругу лиц и по закрытым (защищённым) каналам.
Личная (приватная) — набор сведений о какой-либо личности, определяющий социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри популяции.

полученная без искажений.
Понятная — информация, выраженная на языке, понятном тому,

кому она предназначена.
Полная — информация, достаточная для принятия правильного решения или понимания.
Полезная — полезность информации определяется субъектом, получившим информацию в зависимости от объёма возможностей её использования.
по истинности:
истинная
ложная

систему или объект, меняется с течением времени в результате внешних

воздействий или каких-то внутренних причин. У нематериальной информации с течением времени могут изменяться следующие атрибуты: содержание и материальная оболочка, посредством которой информация представлена, т.е. сообщение.
     
Информационный процесс - это изменение с течением времени содержания информации или представляющего его сообщения.

Виды информационных процессов:
порождение (создание) новой информации;
преобразование информации (т.е. порождение новой информации в результате обработки имеющейся);
уничтожение информации;
передача информации (распространение в пространстве).

хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Современное

понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного технического средства переработки информации компьютера.
Разница между компьютерами и информационными системами:
Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом для информационных систем.
Информационная система немыслима без персонала, взаимодействующего с компьютерами и телекоммуникациями.

и управляема на основе общих принципов построения систем;
информационная система является

динамичной и развивающейся;
при построении информационной системы необходимо использовать системный подход;
выходной продукцией информационной системы является информация, на основе которой принимаются решения;
информационную систему следует воспринимать как человеко-машинную систему обработки информации.

оборот в 1830 году Андре-Мари Ампер, который в своем фундаментальном

труде «Опыт о философии наук» (1834—1843) определил кибернетику как науку об управлении государством, которая должна обеспечить гражданам разнообразные блага.
В современном понимании — это наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе.

таких как управление и коммуникация в живых организмах, машинах и

организациях, включая самоорганизации. Она фокусирует внимание на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на неё и изменяется или может быть изменено, для того чтобы лучше выполнять первые две задачи.
Чёрный я́щик — объект, внутренняя структура которого неизвестна или неважна в рамках решаемой задачи, но о функциях которого можно судить по его реакциям на внешнее воздействие.

в себе созидательный смысл.
Тео́рия управле́ния — наука о принципах и методах

управления различными системами, процессами и объектами. Основами теории управления являются кибернетика и теория информации. Суть теории управления состоит в построении математической модели на основе системного анализа объекта управления (ОУ) и синтезе алгоритма управления (АУ) для получения желаемых характеристик протекания процесса или целей управления.

информацией между живыми организмами.
Самоорганиза́ция — процесс упорядочения элементов одного уровня в

системе за счёт внутренних факторов, без внешнего специфического воздействия (изменение внешних условий может также быть стимулирующим воздействием). Результат — появление единицы следующего качественного уровня.

(США) Норберт Винер - американский учёный, выдающийся математик и философ,

основоположник кибернетики и теории искусственного интеллекта.
Винер (Wiener) Норберт родился 26.11.1894 в Колумбии, Миссури; умер 19.03.1964 в Стокгольме.
В 1948 г. увидела свет главная книга Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине», где изложены основные положения новой науки – кибернетики.

и машине
Нелинейные задачи в теории случайных процессов
Я — математик
Интеграл

Фурье и некоторые его приложения
Преобразование Фурье в комплексной области
Кибернетика и общество
Новые главы кибернетики

в 7 лет написал свой первый научный трактат по дарвинизму.

Раннее развитие Винера отражено в его книге "Я вундеркинд" (1953). Не обучаясь в средней школе, в 11 лет он поступил в престижный Тафтс-колледж, который закончил с отличием уже через три года, получив степень бакалавра искусств. К 14 годам Норберт Винер изучил высшую математику, в 18 лет получил степени доктора философии по математической логике в Корнельском и Гарвардском университетах.
В 1913 году молодой Винер путешествует по Европе, слушает лекции Б. Рассела и Г. Харди в Кембридже и Д. Гильберта в Гёттингене. Во время учёбы в Европе будущий «отец кибернетики» пробует свои силы в роли журналиста университетской газеты, инженера на заводе, на педагогическом поприще. После начала войны он возвращается в Америку. В 1915 году Винер пытался попасть на фронт, но не прошёл медкомиссию из-за плохого зрения.

математической логикой и теоретической физикой. В 1920—30-е гг. получил известность

как математик работами по теории потенциала, гармоническим функциям, рядам и преобразованиям Фурье, тауберовым теоремам, общему гармоническому анализу.
Перед второй мировой войной Винер стал профессором Гарвардского, Корнельского, Колумбийского, Брауновского, Гёттингенского университетов, получил в свое управление кафедру в Массачусетском институте, написал сотни статей по теории вероятностей и статистике, по рядам и интегралам Фурье, по теории потенциала и теории чисел, по обобщённому гармоническому анализу…

вычислительной техникой, в частности в связи с баллистическими расчётами. В

этот период он работает над математическим аппаратом для систем наведения зенитного огня (детерминированные и стохастические модели по организации и управлению американскими силами противовоздушной обороны). Им была разработана новая действенная вероятностная модель управления силами ПВО.
В 1945—1947 гг. Винер работал в кардиологическом институте в Мехико. В эти годы у него возникла идея о необходимости создания единой науки, изучающей процессы хранения и переработки информации, управления и контроля. Для этой науки Винер предложил название кибернетика, получившее общее признание. Однако он не был единственным создателем конкретного содержания этой новой области знания. Большую роль в формировании кибернетики сыграли также идеи К. Шеннона.

системе человеческих знаний. Особо необходимо отметить его настойчивые высказывания о

моральной ответственности учёных в деле сохранения мира и борьбы против использования достижений науки в агрессивной военной политике. В сочинениях писателей-фантастов получила большой отклик идея Винера о возможности "бунта машин".
За несколько месяцев до смерти Норберт Винер был удостоен Национальной научной медали США, высшей награды для человека науки в Америке.
На торжественном собрании, посвящённом этому событию, президент Джонсон произнёс: «Ваш вклад в науку на удивление универсален, ваш взгляд всегда был абсолютно оригинальным, вы потрясающее воплощение симбиоза чистого математика и прикладного учёного».

преобразовании информации в кибернетических системах. Кибернетика имеет 2 направления: теоретическое

и прикладное.
Теоретическая кибернетика занимается разработкой аппарата и методов исследований систем, независимо от их природы.
Прикладная кибернетика включает в себя : теоретические основы вычислительной техники (теория ВМ, их математического обеспечения, разработка методов автоматизации сбора и обработки информации); техническую кибернетику – занимается проблемами автоматизации технологических процессов, управления сложными техническими комплексами; экономическую кибернетику – занимается вопросами планирования, управления запасами, финансированием и кадрами предприятий.

среде.
Она рассматривает информационный процесс как изменение знаний человека, расширение его

представления, а данные – как новые знания.
Изучаемые информатикой системы делятся на управленческие, административные, исследовательские, учебные, проектирующие, медицинские, военные и другие вспомогательные (системы денежно-кассовых операций, распределения мест на транспорте, метеорологические и т.п.). Если эти системы основаны на ВМ и реализуют машинные, информационные технологии, то они называются системами автоматизированного проектирования (САПР или CAD – англ. Computer Aided Design).

с коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющих автоматизированное проектирование.
САПР является основной

средой, в рамках которой осуществляется информационная технология проектирования.
Информационная технология (ИТ) – системно организованная для решения определенных задач совокупность методов и средств реализации операций сбора, регистрации, передачи, накопления, поиска, обработки и защиты информации на базе применения развитого программного обеспечения, используемых средств вычислительной техники и связи, а также способов, с помощью которых информация предлагается пользователям.

системы рассматриваются абстрактно, вне зависимости от их материальной природы.
Примеры

кибернетических систем — автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.
Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда.
Основные технические средства для решения задач кибернетики — ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики как самостоятельной науки связано с созданием в 40-х гг. XX века этих машин, а развитие кибернетики в теоретических и практических аспектах — с прогрессом электронной вычислительной техники.

– множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с

другом, которое образует определенную целостность, единство.
Системой является совокупность связанных между собой и с внешней средой элементов, функционирование которых направлено на реализацию конкретной цели или получение полезного результата. Системы классифицируются: по сложности и по характеру действия.
По сложности системы классифицируются на: простые, сложные и очень сложные.
По характеру действия системы подразделяются на: детерминированные и вероятностные.

как большое число элементов, многообразие возможных форм их связи, множественность

целей, многообразие природы элементов, изменчивость состава и структуры и т. д.

Простые системы
состоят из небольшого количества элементов и характеризуются небольшим количеством внутренних связей.
Сложные системы
отличаются развитой структурой и большим разнообразием внутренних связей.
Очень сложные системы
не поддаются описанию.

составные части взаимодействуют точно определенным образом. Если задана определенная программа

переработки информации и известно предыдущее состояние системы, то всегда можно безошибочно определить (прогнозировать) последующее состояние системы.
Вероятностная – система, поведение которой, а следовательно, и конечное состояние, носит характер неопределенности.

её основе лежит сочетание степени детерминированности системы и уровня её

сложности

других систем и называют «объектом исследования», а остальные системы, взаимодействующие

с объектом исследования называются «средой». Алгоритм управления - точно определенное содержание и последовательность действий (правило) для достижения поставленной цели.
Обобщенная кибернетическая модель

Управляющее устройство

Объект

Алгоритм управления

Цель

Б

В

А

Д

Г

Среда

А - канал сбора информации о состоянии среды ;
Б - канал сбора информации о состоянии объекта;
В – канал воздействия на объект;
Г – цель управления объектом;
Д – алгоритм управления.

так называемая теория систем.
Общая теория систем – научное направление,

связанное с разработкой совокупности философских, методологических, конкретно-научных и прикладных проблем анализа и синтеза сложных систем произвольной природы.
Методологической базой системного подхода является системно-структурный анализ, основной принцип которого - рассмотрение объекта, как иерархической системы, состоящей из частей, взаимосвязанных друг с другом.

обычно, подразделяется на более мелкие структурные части:
подсистема – часть системы,

выделенная по принципу общности, входящих в нее элементов и имеющая собственные цели и критерии;
фрагмент системы – часть подсистемы, охватывающая самостоятельную часть объекта или процесса;
элемент системы – часть фрагмента, неделимая с точки зрения принятого аспекта исследования.
Декомпозиция системы «Город»

Город

Селитьба

Промышленность

Транспорт

Коммун. хозяйство

этап (начало – середина 60-х гг.);
первые попытки использования ЭВМ для

реальных архитектурных задач оптимизационного характера (конец 60-х – середина 70-х гг.);
разработка и внедрение систем автоматизированного проектирования (70-е – 80-е гг.);
начало использования графических САПР для автоматизированного проектирования (80-е – начало 90-х гг.);
повсеместное использование информационных технологий для поддержки принятия и визуализации решений (настоящее время).

проектирования возможностями графического ввода и визуализации информации, поэтому на этом

этапе решались расчетные задачи (теплотехники, светотехники, расчет пропускной способности и др. вспомогательные задачи).
На втором этапе в США, Великобритании, Франции, Бельгии, Чехословакии, СССР и др. странах были созданы программы для автоматизированной компоновки генераль-ных планов, одно- и многоэтажных промышленных и гражданских зданий (больниц, школ и т. п.), микрорайонов, программы автоматизированной трассировки наземных транспортных и инженерных коммуникаций, инженерной подготовки территории. Результаты проектирования выдавались на АЦПУ (алфавитно-цифровые печатные устройства), а позже – на графопостроитель (плоттер).

СССР работы координировались ЦНИПИАСС (Москва). В РИСИ разработана САПР промышленных

объектов (выбор количества отдельно стоящих зданий на территории генплана, выбор этажности зданий, компоновка одноэтажных и многоэтажных промзданий, компоновка генплана, трассировка коммуникаций, вертикальная планировка территории); результаты выводились на рулонные и планшетные графопостроители ДЕГИГРАФ и Calcomp.
Первой архитектурно-графической САПР считают AutoCAD-10 (под MS DOS) фирмы AutoDesk.
Современные архитектурно-графические САПР: AutoCAD Architectural Desktop, AutoDesk Revit Series, ArchiCAD (фирма GraphiSoft – США), AllPlan (фирма Nemetschek – ФРГ), CADdy (фирма Zigler Informatic – ФРГ).

область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для синтеза

(создания) изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Компьютерной графикой называют также результат такой деятельности.

Появление компьютерной графики практически совпадает с моментом появления компьютеров. В настоящее время она применяется почти во всех областях деятельности человека, как в производственной сфере (включая космическую отрасль), так и в образовании, индустрии развлечений: фильмы, реклама, издательское дело, анимация, видеоигры, виртуальные галереи и прочее.

человеком и компьютером, заставляя компьютер говорить с человеком на языке

изображений.

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами создания и обработки различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

занимались только при выводе на принтер. Пользователь не имел доступа

к монитору, графика развивалась на математическом уровне и выводилась в виде текста, напоминающего на большом расстоянии изображение. Графопостроители появились в конце 60-х годов и практически были не известны.

разрабатывать новое программное обеспечение.

Ситуация существенно изменилась в конце шестидесятых

- начале семидесятых, когда в области компьютерной графики начали работать новые фирмы, что привело к появлению разнообразных пакетов программ, облегчающих процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов. За десятилетие системы настолько усовершенствовались, что почти полностью избавили пользователя от проблем, связанных с программным обеспечением. 

дисплеям.
В конце семидесятых в компьютерной графике произошли значительные изменения.

Наметилось возрастание роли графики при низком быстродействии компьютера. Для написания программ использовался Ассемблер. Этот период характеризуется зарождением реальной графики; появилось цветное изображение (256). Появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое, немерцающее изображение, работа с цветом. Растровая технология в конце семидесятых годов стала доминирующей.

медленные процессоры).
Персональные компьютеры стимулировали процесс разработки периферийных устройств. Персональные

компьютеры развивались как важная часть машинной графики, особенно с появлением в 1984 году модели Apple Macintosh с графическим интерфейсом пользователя. Первоначально областью применения персонального компьютера были не графические приложения, а работа с текстовыми процессорами и электронными таблицами, но его возможности как графического устройства стимулировали разработку относительно недорогих программ как в области CAD/CAM, так и в более общих областях бизнеса и искусства. 

звука и видеоизображения, появление диалога пользователя с персональным компьютером; возможности

вывода цветного изображения и создания анимации.
К концу 80-х программное обеспечение имелось для всех сфер применения: от комплексов управления до настольных издательств; возникло новое направление рынка на развитие аппаратных и программных систем сканирования, автоматической оцифровки.
В 90-х стираются отличия между компьютерной графикой и обработкой изображения. Машинная графика часто имеет дело с векторными данными, а основой для обработки изображений является пиксельная информация.
В этот период процессоры рабочих станций имеют быстродействие, достаточное для того, чтобы управлять как векторной, так и растровой информацией.

датчиков перемещения, благодаря которым компьютер меняет изображения при помощи сигналов,

посылаемых на него. Появление стереоочков (монитор на каждый глаз), благодаря их высокому быстродействию, позволяет имитировать реальную среду. Работа с видео, аудио-ресурсами создает компьютерную среду мультимедиа.
В настоящее время применение компьютерной графики охватывает все области - инженерная и научная сферы, бизнес и искусство. Графика все шире проникает в бизнес - сегодня фактически нет документов, созданных без использования какого-либо графического элемента. 

дисциплина. В это время разрабатывались основные методы и алгоритмы: отсечение,

растровая развертка графических примитивов, закраска узорами, реалистическое изображение пространственных сцен (удаление невидимых линий и граней, трассировка лучей, излучающие поверхности), моделирование освещенности.
В 1980-е графика развивается более как прикладная дисциплина. Разрабатываются методы ее применения в самых различных областях человеческой деятельности.
В 1990-е годы методы компьютерной графики становятся основным средством организации диалога "человек-компьютер" и остаются таковыми по настоящее время.