Что такое компьютерная графика – ее виды и назначение

Создание компьютерной графики в начале становления компьютеров, считалось уделом программистов и вообще малопонятным процессом. Со значительным расширением возможностей компьютерной техники, понимать компьютерную графику и заниматься её созданием стало намного легче. Для пользователя ПК знания о графике были бы нелишними.

Что из себя представляет компьютерная графика?

Компьютерная графика (или CG, от англ. Computer Graphics) представляет собой вид деятельности, в которой компьютерную технику используют для получения, редактирования, хранения и визуализации информации, получаемой из внешнего мира, в виде цифровой информации. В настоящее время существуют профессиональные мощные программы, которые нужны только для синтеза и обработки графической информации. CG имеет огромное преимущество перед традиционными картинами, рисунками на бумаге, холсте или другими видами искусства: в любой момент изображение можно изменить без каких-либо следов с помощью технических средств.

Немного истории

Впервые появившиеся ЭВМ преследовали одну цель (что понятно из их названия): расчёт и вычисления. При появлении электронно-лучевой трубки (или трубки Вильямса), встраиваемой в мониторы, теоретически возникла возможность выводить картинку на монитор в виде двоичного кода (1 и 0). В 1952 году британский инженер запрограммировал выведение программы «ОХО» (те самые крестики-нолики) на ЭЛТ, что может считаться первой в мире компьютерной игрой.

В 1955 году было изобретено световое перо, аналог устройства ввода графических данных на монитор. Следующие 50 лет проводились исследования и патентовались изобретения в области графических изображений в электронном виде.

Основные направления

В настоящем время компьютерную графику делят на 4 направления:

1. Изобразительная. Работа направлена на создание изображений в цифровом виде.
2. Анализ и редактирование изображений.
3. Анализ сцен. Сравниваются несколько изображений, находятся связи между ними.
4. Когнитивная. Достаточно новое направление, работает на основе процесса мышления. Современные нейросети используют этот принцип.

Виды компьютерной графики

По способам отображения информации компьютерные изображения можно разделить на 2 большие группы: 2D и 3D. В свою очередь, они делятся на виды.

Растровая

Здесь структурным элементом является пиксель. Чем больше пикселей, тем качественнее выглядит картинка. Но есть нюанс: при увеличении количества пикселей увеличивается и размер исходного файла. Картинку можно будет увеличить, одна качество от этого лучше не станет. Также качество растрового изображения зависит от устройства, на котором его создают: чем мощнее компьютер, тем лучше картинка, поскольку можно обработать большее количество пикселей. Самым известным растровым редактором можно считать Adobe Photoshop.

Векторная

В её основе лежит сочетание объектов, которые принято называть примитивами: точки, прямые и косые линии, геометрических фигур. Основным базовым элементом является линия, проведённая между двумя или более точками (узлами). Преимуществом векторной графики является то, что она не требует мощных ресурсов для вычислений и не занимает больших объёмов памяти компьютера. Несколько примеров популярных графических редакторов, основанных на «векторе»:

• CorelDRAW;
• Adobe illustrator;
• Inkscape.

Трёхмерная

Человеческий глаз воспринимает объекты окружающего мира в трёх координатах: длина, ширина и высота. Так и строятся 3D-изображения. Правда, это визуальный обман: на монитор картинка все-равно выводится всего в двух плоскостях. Трёхмерная графика может быть воксельной или полигональной.

Воксельная мало чем отличается от растровой: представляет собой совокупность трёхмерных фигур.

Полигональная разновидность намного сложнее: эти изображения состоят из набора поверхностей (полигонов) разного размера, формы и цвета. В определённом порядке эти полигоны составляют трехмерные картинки, которые порой невозможно отличить от реальных объектов. Построение объектов в этом случае требует довольно мощного компьютера.

Фрактальная

Этот вид основан на свойстве описывать структуры, которые похожи на базовые. Используются простые математические алгоритмы, не требующие серьёзных вычислительных процессов.

Сферы и области применения

Компьютерная графика используется во многих областях человеческой жизни для науки, развлечения и бытовых услуг. Вот несколько направлений, где применяется CG:

1. В науке. С появлением вычислительной техники работа учёных стала немого легче. Помощник, в виде практически никогда не ошибающейся машины пришёлся очень кстати. Если присоединить к этому и визуальную составляющую, то можно моделировать и проводить эксперименты только в виртуальной среде, а результаты выводить наглядно.
2. Деловая. Тут широко используются графики, таблицы, векторы, рассматриваются статистические данные в сравнении друг с другом, проводятся презентации.
3. Конструкторская работа. Ушли в прошлое огромные листы ватмана с вычерчиванием на них тушью планов зданий и приборов. Теперь это всё можно построить в специальных программах и рассмотреть предполагаемый объект с любой стороны и плоскости;
4. Иллюстрации. Является основным инструментом в работе графического дизайнера. Для работы в графических редакторах не нужно образование программиста, достаточно изучить принцип работы программ и построения иллюстраций.
5. Художественная графика, дизайн и реклама. Кино, телевидение и игростроение построены на этом направлении. Обычно создание сложной трёхмерной модели требует больших объёмов оперативной памяти, достаточного уровня профессионализма и времени.
6. Пиксель-арт. Пиксель – маленький квадратик определённого цвета. Набор большого количества пикселей составляет изображение. Вывод графической составляющей основан на неспособности человеческого глаза вычленять отдельные пиксели из всей массы. Старые компьютерные игры и мобильные приложения созданы при помощи пиксельной графики.
7. Анимация. Это искусство известно давно. На бумаге рисовались картинки, изображающие постепенно изменяющие положение предметы, а затем рисунки быстро сменялись друг за другом. В электронной графике принцип примерно такой же, только большую часть вычислений (как именно будет вырисовываться следующая картинка) проводит компьютер. Довольно широко распространилась технология «motion capture»: «захват движений» человека с датчиками специальной камерой, а затем выведение этих движений на экран и наложение любых слоёв изображения.
8. Средства мультимедиа. Тут используется сочетание высококачественного двигающегося изображения с параллельным выведением звука.