История развития компьютерной графики кратко
Обновлено: 02.07.2024
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
История развития и области применения компьютерной
графики
Компьютерная графика сейчас является вполне самостоятельной дисциплиной со своими проблемами и спецификой, включающей идеи, алгоритмы и программно-аппаратные средства формирования графической информации. Она имеет солидный фундамент, в основании которого лежат базовые физические и математические законы. Как отдельное направление компьютерной науки компьютерная графика оформилась в конце 60-х – начале 70-х годов прошлого столетия. За прошедшее время был разработан целый ряд приемов, алгоритмов и методов, ныне составляющих системообразующий базис этой науки.
Отправной точкой компьютерной графики можно считать 1930 год, когда в США нашим соотечественником Владимиром Зворыкиным, работавшим в компании “Вестингхаус” ( Westinghouse ), была изобретена электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), впервые позволившая получить изображения на экране без использования механических движущихся частей. Именно ЭЛТ явилась прообразом телевизионных кинескопов и компьютерных мониторов, еще достаточно широко используемых в настоящее время. Началом эры собственно компьютерной графики можно считать декабрь 1951 года, когда в США в Массачусеттском технологическом институте (МТИ) для системы противовоздушной обороны военно-морского флота США был разработан первый дисплей, примененный в компьютере “Вихрь”. Изобретателем этого дисплея был инженер из МТИ ДжейФоррестер.
Одним из идеологов компьютерной графики считается Айвен Сазерленд ( IvanSotherland ), который в 1962 году в том же МТИ создал программу компьютерной графики под названием “Блокнот” ( Sketchpad ). Эта программа могла рисовать достаточно простые фигуры (точки, прямые, дуги окружностей), а также вращать эти фигуры на экране.
В истории развития компьютерной графики можно выделить несколько этапов. В 1960–1970-е годы она формировалась как научная 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 годы графика развивается уже 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.
Области применения 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 человеческого тела и поставить правильный диагноз.
В архитектуре широко применяются системы автоматизированного проектирования ( CAD – ComputerAidedDesign ), 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 картин, нарисованных с помощью компьютера (например, такие, как SIGGRAPH ). В математике развитие некоторых разделов было бы невозможно без компьютеров с соответствующими средствами графического отображения данных. Средства мультимедиа привели к появлению новых источников информации, объединяющих в себе статические и видеоизображения, текст и звук. Новейшие операционные системы работают в графическом режиме и изначально реализуют в своих функциях методы компьютерной графики.
Общепринятой практикой считается также использование компьютерного моделирования (тренажеров)при обучении пилотов и представителей других профессий. Перечень приведенных примеров, естественно, этим не ограничивается. Знание основ компьютерной графики сейчас необходимо и инженеру, и ученому.
Сфера применения компьютерной графики включает в себя четыре основных области. Рассмотрим их.
1. Отображение информации. Проблема представления накопленной информации (например, данных о климатических изменениях за продолжительный период, о динамике популяций животного мира, об экологическом состоянии различных регионов и т.п.) лучше всего может быть решена посредством графического отображения.
2. Проектирование. В строительстве и технике чертежи давно представляют собой основу проектирования новых сооружений или изделий. Сегодня существуют развитые программные средства автоматизации проектно-конструкторских работ, позволяющие быстро создавать чертежи объектов, выполнять прочностные расчеты и т.п. Они дают возможность не только изобразить проекции изделия, но и рассмотреть его в объемном виде с различных сторон. Такие средства также чрезвычайно полезны для дизайнеров интерьера, ландшафта.
3. Моделирование. Под моделированием в данном случае понимается имитация различного рода ситуаций, возникающих, например, при полете самолета или космического аппарата, движении автомобиля и т.п. В телевизионной рекламе, в научно-популярных и других фильмах теперь синтезируются движущиеся объекты, визуально мало уступающие тем, которые могут быть получены с помощью кинокамеры. Компьютерная графика предоставила возможности создания спецэффектов. В последние годы широко распространилась еще одна сфера применения компьютерной графики – создание виртуальной реальности.
4. Графический пользовательский интерфейс. На раннем этапе использования дисплеев как одного из устройств компьютерного вывода информации диалог "человек – компьютер" в основном осуществлялся в алфавитно-цифровом виде. Теперь же практически во всех системах программирования применяют графический интерфейс. Существует множество различных программ-браузеров, реализующих в том или ином виде средства общения в сети. Эти программы реализуют, по существу, одни и те же функции, включающие окна, баннеры, анимацию и т.д.
Отправной точкой развития компьютерной графики можно считать 1930 год, когда в США нашим соотечественником Владимиром Зворыкиным, работавшим в компании “Вестингхаус” (Westinghouse), была изобретена электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), впервые позволяющая получать изображения на экране без использования механических движущихся частей.
В 1950 году Бенджамин Лапоски (Ben Laposky), математик, художник и чертежник, начал экспериментировать с рисованием на осциллографе. Танец света создавался сложнейшими настройками на этом электронно-лучевом приборе. Для запечатления изображений применялись высокоскоростная фотография и особые объективы, позже были добавлены пигментированные фильтры, наполнявшие снимки цветом.
Началом эры собственно компьютерной графики можно считать декабрь 1951 года, когда в Массачусеттском 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.
В 1952 году появилась первая наглядная компьютерная игра - OXO, или крестики-нолики, разработанная Александром Дугласом (Alexander Douglas) для компьютера EDSAC в рамках кандидатской диссертации как пример взаимодействия человека с машиной. Ввод данных осуществлялся дисковым номеронабирателем, вывод выполнялся матричной электронно-лучевой трубкой.
В 1955 году родилось световое перо. На кончике пера находится фотоэлемент, испускающий электронные импульсы и одновременно реагирующий на пиковое свечение, соответствующее моменту прохода электронного луча. Достаточно синхронизировать импульс с положением электронной пушки, чтобы определить, куда именно указывает перо. Световые перья вовсю использовались в вычислительных терминалах образца 1960-х годов.
В 1957 году для компьютера SEAC образца 1950-го при Национальном бюро стандартов США команда под руководством Расселла Керша (Russell Kirsch) разработала барабанный сканер, при помощи которого была получена первая в мире цифровая фотография. Изображение, на котором запечатлен трехмесячный сын ученого, получилась размером 5×5 см в разрешении 176×176 точек. Компьютер самостоятельно вычленил контуры, распознал символы и отобразил цифровое изображение на экране осциллографа.
В честь дня 2D художника вспоминаем людей, технику и программы, благодаря которым рисование на компьютере стало возможным.
2 декабря — день, когда можно поздравлять всех 2D художников с профессиональным праздником. Дату выбрали не случайно, а из-за удачного созвучия: 2nd of December —> 2D day. В честь этого неофициального, но родного праздника решили поговорить о том, как возникли и эволюционировали графические редакторы.
В 50-х годах началось развитие CG (computer graphics) как направления. Целью было создать инструмент, который помог бы ученым и инженерам визуализировать результаты исследований. Разработка началась в исследовательских центрах Bell Labs и Boeing, а в 60-х и 70-х к задаче подключились исследовательские университеты штатов Огайо, Юты и Северной Каролины, а также MIT, NYIT и Корнеллский университет.
Первый графический редактор был разработан Айвеном Сазерлендом (Ivan Satherlend) в 1963 году во время работы над кандидатской диссертацией в MIT. Sketchpad умел чертить ровные линии, увеличивать и уменьшать изображение, создавать трехмерные объекты. В эти времена никто еще не слышал о чем-либо подобном компьютерной графике, и мало кто представлял, что на компьютере можно будет рисовать или ретушировать фотографии.
Айвен Сазерленд демонстрирует возможности Sketchpad. Практически все современные графические программы так или иначе выросли отсюда
Для работы в программе использовалось световое перо, которым можно было рисовать прямо на экране монитора.
Спустя 21 год, в 1984 году появилась MacPaint — программа для первого компьютера семейства Macintosh. Софт был довольно простым, как по функциям, так и с точки зрения интерфейса. Любопытно, что современный художник легко разберется в инструментах MacPaint, так как иконки не претерпели значительных изменений до сих пор.
Ядром MacPaint стали более 8 тысяч строк кода на языках Паскаль и Ассемблер. Сейчас этого очень немного, особенно для графического редактора. Например, в современных версиях Adobe PS более 120 миллион строк кода. Но в то время были другие стандарты.
Пользователи MacPaint могли работать только в одном окне и с одной картинкой. Размер окна и его положения нельзя было поменять, как и подвигать панели инструментов. Прочие программы для Mac уже умели производить такие операции, так что все эти ограничения сильно вредили MacPaint. Это ограничение сняли в версии 2.0.
Зато внутри MacPaint уже можно было двигать изображение, еще и без эффекта мерцания! Для этого софт использовал два отдельных буфера обмена: в одном хранились пиксели текущего положения, а во втором — пиксели предыдущего. Возможность вернуться к предыдущему состоянию рисунка подарила цифровым художникам их любимую функцию — отмену последнего действия.
Вместо привычного зума в программе использовали функцию FatBits: с ее помощью можно было увеличить небольшой участок полотна в 8 раз и изменять положение отдельных пикселей.
Для Mac существовал не только растровый редактор, но и векторный. Его назвали MacDraw. Программа использовалась прежде всего для создания диаграмм, блок-схем и чертежей. Благодаря интеграции с текстовым редактором к чертежам можно было добавлять пометки, что было весьма нужной функцией.
P.S. Если вам интересно, почему сейчас в основном речь идет о Mac, то причина простая: Windows 1.0 появилась только в 1985 году.
Нового графического редактора для Mac уже не пришлось ждать два десятилетия. Всего через два года, в 1986 г, появился SuperPaint. Теперь с растровыми и векторными изображениями можно было работать в одной программе, а еще в арсенале художников начали появляться новые функции: сначала автообводка, потом кривые Безье, вскоре добавились горячие клавиши и возможность настраивать панель инструментов и т.д.
В 1991 году вышел SuperPaint версии 3.0 с поддержкой цветных изображений, а к 1993 году SuperPaint даже научился работать с инструментами, реагирующими на силу нажатия.
На сегодняшний день нет ни одной области в деятельности человека, где бы не применялась компьютерная графика.
Практически ни один фильм не обходится без нее, не говоря уже о рекламе, издательском деле, анимации и видеоиграх. Число виртуальных галерей и развлекательных парков быстро растет. А с приходом автоматических пилотируемых аппаратов компьютерная графика стала использоваться даже в космической отрасли.
Основные этапы в истории развития
"Классическая" векторная графика до сих пор используется в различных приложениях бизнеса, включая разработку концепции, тестирование и создание новых продуктов. Можно считать, что первые системы компьютерной графики появились вместе с первыми цифровыми компьютерами.
Сейчас ее рассматривают как средство, обеспечивающее мощную взаимосвязь между человеком и компьютером, заставляя компьютер говорить с человеком на языке изображений.
Прошло несколько лет, и компьютерная графика стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения. Проект "Вихрь" Массачусетского технологического института был отмечен как начало эры компьютерной графики. "Вихрь" стал основой создания опытного образца командноуправляемой системы воздушной защиты, разработанной как средство преобразования данных, полученных от радара, в наглядную форму.
В конце 60-х - начале 70-х в области компьютерной графики начали работать новые фирмы. Если ранее для выполнения каких-либо работ покупателям приходилось устанавливать уникальное оборудование и разрабатывать новое программное обеспечение, то с появлением разнообразных пакетов программ, облегчающих процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов, ситуация существенно изменилась. За десятилетие системы стали настолько совершенны, что почти полностью изолировали пользователя от проблем, связанных с программным обеспечением.
В конце 70-х в компьютерной графике произошли значительные изменения. Появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое, не мерцающее изображение, работа с цветом. Впервые стало возможным получение цветовой гаммы. Растровая технология в конце 70-х стала явно доминирующей. Наиболее знаменательным событием в области компьютерной графики стало создание конце 70-х персонального компьютера.
В 1977 году компания Apple создала Apple-II. Появление этого устройства вызывало смешанные чувства: графика была ужасной, а процессоры медленными. Однако персональные компьютеры стимулировали процесс разработки периферийных устройств. Конечно, персональные компьютеры развивались как важная часть машинной графики, особенно с появлением в 1984 году модели Apple Macintosh с их 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 побуждали к разработке относительно недорогих программ как в области CAD/CAM, так и в более общих областях бизнеса и искусства.
К концу 80-х программное обеспечение имелось для всех сфер применения: от комплексов управления до настольных издательств. В конце 80-х возникло новое направление рынка на развитие аппаратных и программных систем сканирования, автоматической оцифровки. Оригинальный толчок в таких системах должна была создать магическая машина Ozalid, которая бы сканировала и автоматически векторизовала чертеж на бумаге, преобразовывая его в стандартные форматы.
Однако акцент сдвинулся в сторону обработки, хранения и передачи сканируемых пиксельных изображений.
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. Еще несколько лет назад каждый пользователь требовал рабочую станцию с уникальной архитектурой, а сейчас процессоры рабочих станций имеют быстродействие, достаточное для того, чтобы управлять как векторной, так и растровой информацией.
Кроме того, появляется возможность работы с видео. Прибавьте аудио возможности, и вы получите компьютерную среду мультимедиа. Возрастающий потенциал персональных компьютеров и их громадное число - порядка 100 миллионов - обеспечивает устойчивый рост индустрии в отрасли. Графика все шире проникает в бизнес - сегодня фактически нет документов, созданных без использования какого-либо графического элемента.
Художники, архитекторы и дизайнеры уже не мыслят своей работы без использования компьютерной графики. Трехмерная графика позволяет смоделировать архитектурный объект и позволяет оценить его достоинства более объективно, чем это возможно сделать на основе чертежей или макетов. Дизайнер по интерьерам сейчас может предложить заказчику почти фотографическое изображение его будущего жилья, тогда как раньше, возможно было довольствоваться только эскизами.
Коротко векторных изображениях
Интернет является самым большим в мире хранилищем информации и связывает сегодня почти 80% всех компьютерных систем мира. И сегодня Интернет стал новым направлением для компьютерных художников-дизайнеров. По своему жанру он очень близок к книжной и журнальной графике. Однако, художественная графика, предназначенная для Интернет, должна быть лаконична. Это связано, прежде всего, с ограничениями в скорости передачи данных по телефонным и кабельным сетям, через которые осуществляется связь между компьютерами. Однако этого вполне достаточно для того, чтобы осуществлять передачу видеоданных.
Читайте также: