ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

математических и алгоритмических основ компьютерной графики;
Изучение программных и аппаратных средств

компьютерной графики, ориентированных на синтез 3d объектов и сцен;
Приобретение навыков моделирования 3d объектов и сцен.

компьютерной графики можно считать декабрь 1951 года, когда в Массачусетском

технологическом институте (МТИ) для системы противовоздушной обороны военно-морского флота США был разработан первый дисплей для компьютера “Вихрь”. Изобретателем этого дисплея был инженер из МТИ Джей Форрестер.
Одним из отцов-основателей компьютерной графики считается Айвен Сазерленд (Ivan Sotherland), который в 1962 году все в том же МТИ создал программу компьютерной графики под названием “Блокнот” (Sketchpad). Эта программа могла рисовать достаточно простые фигуры (точки, прямые, дуги окружностей), могла вращать фигуры на экране.
После этой программы некоторые крупные фирмы, такие как “Дженерал моторз”, “Дженерал электрик”, приступили к разработкам в области компьютерной графики. В 1965 году фирма IBM выпустила первый коммерческий графический терминал под названием IBM-2250.
В конце 70-х годов для космических кораблей “Шаттл” появились летные тренажеры, основанные на компьютерной графике.
В 1979 году Джордж Лукас, глава фирмы “Lucasfilm” и создатель сериала “Звездные войны”, организовал в своей фирме отдел, который занимался внедрением последних достижений компьютерной графики в кинопроизводство.
В 1982 году на экраны кинотеатров вышел фильм “Трон”, в котором впервые использовались кадры, синтезированные на компьютере.

в которых минимум кадров снятых «в натуре», а все действие

разворачивается в памяти компьютеров.
Области приложения компьютерной графики в настоящее время очень широки.
В промышленности используется компьютерное моделирование процессов с графическим отображением происходящего на экране.
Разработка новых автомобилей проходит на компьютере от стадии первичных эскизов внешнего вида корпуса автомобиля до рассмотрения поведения деталей автомобиля в различных дорожных условиях.
В медицине применяются компьютерные томографы, позволяющие заглянуть внутрь тела и поставить правильный диагноз.
В архитектуре широко применяются системы автоматизированного проектирования (CAD – Computer Aided Design) которые позволяют разработать полный проект здания, основываясь на методах компьютерной графики.
Химики изучают сложные молекулы белков, пользуясь средствами компьютерного отображения данных.
В телевидении и кинематографии компьютерная графика стала обыденным явлением.
В мире регулярно проводятся выставки, например, такие как SIGGRAPH, картин нарисованных с помощью компьютера.
В математике развитие фракталов было бы невозможно без компьютеров с соответствующими средствами графического отображения данных.
Средства мультимедиа привели к появлению новых источников информации объединяющих в себе статические и видео изображения, текст и звук.
Новейшие операционные системы работают в графическом режиме и изначально реализуют в своих функциях методы компьютерной графики

в аспекте формы и размеров.
Под графическим изображением или

просто изображением понимается проекция трехмерного геометрического объекта, в частном случае - двухмерного, на двухмерную плоскость или, соответственно, на воспринимающие органы человека, робота, аватара и т.п.
Под образом понимается некоторое множество изображений, объеди­няемых некоторыми общими свойствами.
Только материально существующее изделие и графическое изображение геометрического объекта позволяют человеку воспринять информацию, которую несут в себе рассмотренные понятия.
Геометрический объект как математическая модель доступен человеку лишь косвенно через изображение, и, хотя математическое выражение ax+by+cz+d=0 представляет плоскость, оно воспринимается только после преобразования в сознании человека.
Область обработки геометрической и графической информации обычно принято разделять на следующие направления, представленные на рисунке

.

и входные и выходные данные являются изображениями. Например, размытые снимки,

могут быть улучшены с помощью методов повышения контраста. Сюда же относятся задачи удаления шумов (сглаживание, фильтрация), коррекции искажений и т.п.
В других случаях может возникнуть даже задача построения нового изображения по набору других изображений, как это требуется, скажем, при синтезе изображений поперечных сечений тела человека по рентгенограммам, соответствующим боковым проекциям.

определенному классу, либо получение некоторого описания изображений. Данная задача представляет

собой, в некотором смысле, обратную задачу машинной графики. Процедура распознавания применяется к некоторому изображению и обеспечивает преобразование его в некоторое абстрактное описание: набор чисел, цепочку символов, граф и др. Последующая обработка такого описания позволяет отнести исходное изображение к одному из нескольких классов, либо проанализировать его структуру.
Типичный пример задачи первого рода - автоматическая сортировка почты, в процессе которой идентифицируются цифры почтового индекса, второго - автоматическая сборка под управлением робота.

объекта и ее преобразования с целью получения желаемого изображения объекта

и определения его геометрических свойств. Элементарными геометрическими объектами являются точка, прямая, окружность, плоскость, цилиндр, шар, пространственная кривая и т.д. Геометрическое моделирование включает решение позиционных и метрических задач на основе преобразования геометрических моделей. К типовым позиционным задачам относят: распознавание взаимного положения геометрических объектов - инцидентности точки плоской области, пересечения контуров и вычисление координат их точек пересечения и т.п.;
К метрическим задачам относят вычисление длины объек­та, площади, периметра, центра масс, моментов инерции, расстоя­ний между объектами.

исходной является информация неизобразительной природы(например, аналитическое описание геометрического объекта).
Основная

задача компьютерной графики – визуализация, т.е. создание изображения. Визуализация выполняется исходя из описания того, что нужно отображать. Существует много методов и алгоритмов визуализации, которые различаются между собой исходя из конкретной задачи отображения. Например, отображение того, что может быть только в воображении человека – график функции, диаграмма, схема, карта. Или наоборот, имитация трехмерной реальности – изображение сцен в компьютерных играх, фильмах, тренажерах, в системах архитектурного проектирования и др.
Важными и связанными между собой факторами здесь являются:
скорость изменения кадров,
качество изображения,
насыщенность сцены объектами,
учет особенностей графического устройства вывода.

их сходство привлекло внимание лишь недавно.
Связь распознавания и обработки

изображений была впервые осознана благодаря возможности осуществления таких преобразований изображения, в результате которых упрощается задача его классификации.
Осознание существования связей между этими двумя направлениями и машинной графикой произошло позднее.
Интеграции направлений способствует и их активное практическое использование, например, в современной индустриальной технологии и системе стандартов CALS (Continuous Acquisition and Life-cycle Support – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта). Эти направления объединяют и различные средства автоматизации проектирования, производства, испытаний и контроля объектов. Для чего необходимо решение ряда трудоемких и сложных задач, в том числе формообразование объекта; визуальный контроль объекта на соответствие заданным стандартам и на правильность выполнения операций при сборке; идентификация и манипулирование объектами; сборка объектов, выполняемая роботом под визуальным контролем и др.

системам, в которые пользователь вводит исходные данные, сформулированные в терминах

порождаемого визуального отображения (например, требуется провести на экране прямую линию между двумя точками, указанными пользователем). Этим термином подчеркивается способность компьютерной системы создавать изображение и вести диалог с пользователем. Раньше компьютеры работали в пакетном режиме – способы диалога были неразвиты. В настоящее время почти любое программное приложение работает в интерактивном графическом режиме.

виртуальной реальности (virtual reality).
Наращивание мощностей компьютеров, повышение реалистичности 3D-графики

и способов диалога с человеком позволяют создавать эффект погружения в виртуальное пространство. Это может быть модель или существующего пространства или выдуманного.
Системы класса виртуальной реальности для диалога с компьютером обычно используют такие устройства, как шлем-дисплей и сенсоры на теле человека.