Тенденции развития современных графических систем кратко

Обновлено: 02.07.2024

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Характеристика современных графических систем

В числе современных графических систем можно выделить следующие типы программных средств:

Графические редакторы для работы с растровой графикой(например, Paint в составе стандартных средств Windows ).

Графические пакеты для работы с деловой графикой векторного типа(например, MicrosoftVisio ).

Графические программы для работы с фотоизображениями(например, Photoshop ).

Профессиональные программные системы для работы с трёхмерной графикой(например, 3 dsMax ).

Графические библиотеки для программирования графических приложений(например, OpenGL ).

Рассмотрим более подробно программную систему 3 dsMax .

3 dsMax – это полнофункциональная профессиональная программная система для работы с трёхмерной графикой, разработанная компанией “ AutodeskMedia & Entertainment ”. Работает в операционных системах MicrosoftWindows и WindowsNT (как в 32-битных, так и в 64-битных).

Программа предназначена для художников, дизайнеров, архитекторов, работающих в телевидении, кино, при разработке компьютерных игр, дизайне интерьера, техническом дизайне, рекламе для трёхмерного моделирования, анимации и визуализации.

Импорт данных из AutoCAD 2008, AutoCADArchitecture 2008 и RevitArchitecture 2008 в формате DWG еще более расширяет возможности этой программы. В дополнение – полная совместимость с Photoshop и Illustrator , упрощающая процесс доработки текстурных карт. Намного ускоряет работу возможность работы со сценами из десятков тысяч объектов и расчет визуализации на нескольких компьютерах.

В 3 dsMax реализована система реалистичного моделирования волос, меха, одежды, двуногих персонажей; моделирование тел, учитывающее внешнее воздействие на них; моделирование системы частиц и управление её поведением.

3 dsMax располагает обширными средствами по созданию разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей реальных или фантастических объектов с использованием разнообразных механизмов, включающих:

моделирование на основе неоднородных рациональных B -сплайнов ( NURBS );

моделирование на основе порций поверхностей Безье;

моделирование с использованием встроенных библиотек стандартных параметрических объектов (примитивов) и модификаторов.

Разработанные в программе 3 dsMax объекты могут быть экспортированы в графические приложения, создаваемые, например, в среде Visual С++.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Компьютерная графика – это комплекс программных и аппаратных средств, который позволяет воспроизводить изображение, понятное человеку, в том случае, когда исходной является информация неизобразительной природы. Примером компьютерной графики является, визуализация экспериментальных данных в виде гистограмм или диаграмм, вывод информации на экран при игре в компьютерные игры, обеспечение графического интерфейса при работе с операционными системами и т.д.

С другой стороны можно считать, что в настоящее время компьютерная графика сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении, которое используется для построения изображений. Сейчас компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для обеспечения наглядности и хорошего восприятия изучаемой информации. В целом можно отметить, что компьютерная графика применяется в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д.

Конечным продуктом компьютерной графики является изображение, понятное человеку. Это изображение может использоваться в различных сферах, например, оно может быть чертежом детали, иллюстрацией в руководстве по эксплуатации устройства, диаграммой, поясняющей динамику изменения значений, архитектурным проектом будущего здания, рекламным проспектом или видеороликом и т.д.

Компьютерная графика занимается процессами создания, хранения и обработки графических моделей с помощью ЭВМ, т.е. компьютерная графика изучает проблемы получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) с помощью компьютера. В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи:

-представление изображения в компьютерной графике;

-подготовка изображения к визуализации;

-осуществление действий с изображением.

Можно рассмотреть следующие основные области применения компьютерной графики.

Научная графика. Научная графика служила основой для появления современной компьютерной графики. Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, пользователи дополнительно производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи конструкций. Первые графики на ЭВМ получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства – графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков на бумаге. В настоящее время научная компьютерная графика дает возможность параллельно отображать получаемые результаты экспериментов в графическом виде. Несомненно, что научная графика будет развиваться в этом же направлении, чтобы ученому, которому ведет эксперимент, сидя за ПК, придать эффект погружения в экспериментальный процесс. Это будет достигаться за счет многомерного отображения получаемых результатов, с помощью чего можно будет отслеживать изменение одновременно нескольких значений. Конечно же это потребует дополнительных вычислительных ресурсов от ПК.

Деловая графика. Деловая графика – область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки – вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Как правило, программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц, различных систем учета и пр. Можно считать, что деловая графика в настоящее время достигла максимума своего развития и в перспективе серьезных изменений здесь не следует ожидать.

Конструкторская графика. Конструкторская графика используется в работе инженеров–конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом систем автоматизированного проектирования (САПР). С помощью конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения. Особенностью конструкторской графики является высокая точность получаемых чертежей. В настоящее время развитие конструкторской графики идет в направлении получения высокоточных (реалистичных) трехмерных изображений.

Художественная и рекламная графика. Художественная и рекламная графика используется для создания рекламных роликов, мультфильмов, видеоуроков и т.д. Данный вид графики, как правило, применяется для создания различных спецэффектов: изображений экзотических чудовищ, имитации стихийных бедствий и других элементов, которые являются фоном для игры живых актеров. Программное обеспечение для этих целей, как правило, требует больших ресурсов от компьютера. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических и анимационных изображений. Получение рисунков трехмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объемом вычислений. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчетов, учитывающих законы оптики.

Несомненно, данное направление является одним из самых перспективных в области компьютерной графики, так как существует реальные потребности в создании более качественных и реалистичных изображений. В этом заинтересованы кинематограф, телевидение, создатели рекламы и т.д. То есть существует большой и емкий рынок, который ждет новых решений в области усовершенствования компьютерной графики.

Компьютерная анимация. Компьютерная анимация – это получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начальное и конечное положение движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Компьютерная анимация наибольшее распространение получила в области создания современных мультфильмов рекламы, развлечений (компьютерных игр), обучения, Интернет.

Данное направление также является одним из самых перспективных, так как оно непосредственно связано с предыдущим видом графики и практически уже не отделимо от него. Главная же перспектива развития компьютерной графики заключается именно в слиянии различных направлений в виде новых программных средств. Самым ярким примером такого слияния является Flash-технология, в которой анимация и художественная графика вместе объединены.

Сформулируем точнее основные области применения компьютерной графики:

• Графический интерфейс пользователя. Призван облегчить взаимодействие человека и компьютера. Основные примеры: семейство MS Windows, Mac OS, X-Windows для UNIX-подобных систем.

• Создание иллюстративного материала, то есть изображений для последующего использования в печатной продукции либо в электронных документах. Такие задачи решаются при помощи графических редакторов различной сложности, в основном — растровых. Простейшие редакторы позволяют рисовать графические примитивы (круг, квадрат, линия, точка и т.д.), закрашивать области определенным цветом или шаблоном. Профессиональные пакеты предоставляют гораздо более широкие возможности. Приведем лишь некоторые: работа с несколькими плоскостями изображения, преобразование цветовой гаммы, создание сложных визуальных эффектов (размывание, затенение, эффект мазков и т.п.). Несколько особняком в этой группе стоят векторные графические редакторы. Отметим, что подобные редакторы используются, в основном, для создания различных схем и не слишком применимы при работе с фотоизображениями и любыми другими изображениями сложных предметов (людей, животных, растений). Основные примеры: “MS Paint” (простейший редактор); “Corel PhotoPaint”, “Adobe PhotoShop” (профессиональные растровые редакторы); “Corel Draw”, “MS Draw” (векторные редакторы различной сложности).

• Автоматизированное проектирование двумерных и условно двумерных объектов. В основном речь идет об электросхемотехнике, но существуют также подобные программы для проектирования различных коммуникаций и сооружений, для которых достаточно лишь плана, то есть вида сверху. В смысле использования графических возможностей компьютера эти программы подобны векторным графическим редакторам, но отличаются определенной специализацией, поскольку им приходится отображать ограниченный набор предметов и проводить достаточно специфические преобразования. И вообще, графика в таких системах — функция вторичная, а первичным является проектирование по заданным параметрам. Наиболее известный пример — пакет для проектирования и подготовки к производству печатных плат “PCAD”.

• Трехмерная (3D1) анимация. Ни о какой растровой графике речь уже не идет, любой объект имеет точное описание. Отсюда — практически неограниченные возможности построения изображений и манипуляции ими. Имеется возможность работы с поверхностями различной структуры (текстурирование, градиентная закраска); можно создать практически любое освещение и спецэффекты (туман, зеркальная поверхность и т.п.). Единственным сдерживающим фактором является быстродействие вычислительной техники, поскольку все алгоритмы для работы с 3D графикой используют большой объем сложных расчетов. В связи с этим существует два несколько различных подхода к использованию 3D анимации. В первом из них во главу угла ставится качество и правдоподобность изображения. При этом на создание одного кадра изображения может потребоваться от нескольких секунд до нескольких часов. Конечным результатом такой работы обычно является растровый анимационный файл, который потом может воспроизводиться в реальном времени при достаточно невысоких требованиях к аппаратуре. Другой подход заключается в обсчете и выводе изображения в режиме реального времени. Поскольку для относительно плавного движения необходимо создание не менее десяти-пятнадцати кадров в секунду, а требования к оборудованию не должны быть слишком высоки (речь идет в основном о компьютерных играх), качеством и точностью здесь приходится жертвовать, упрощая вычисления (например, заменяя арифметику с плавающей точкой целочисленной), схематизируя освещение и закраску и опуская незначительные детали. Основные примеры: “3D Studio” (первый подход); практически все игры типа 3D-action, например “Quake” (второй подход).

Эволюция графических стандартов естественно отражает процесс развития средств КГ - от векторной графики до систем виртуальной реальности.

В основе разработки графических стандартов лежит принцип виртуальных ресурсов, позволяющий разделить графическую систему на несколько слоев - прикладной, базисный и аппаратнозависимый. При этом каждый слой является виртуальным ресурсом для верхних слоев и может использовать возможности нижних слоев с помощью стандартизованных программных интерфейсов. Кроме того, графические системы могут обмениваться информацией с другими системами или подсистемами с помощью стандартизованных файлов или протоколов. В соответствий с этими соображениями первоначально были выделены три основных направления стандартизации - базисные графические системы, интерфейсы виртуального устройства, форматы обмена графическими данными.

Стандартизация базисных графических систем направлена на обеспечение мобильности прикладных программ и основана на концепции ядра, содержащего универсальный набор графических функций, общих для большинства применений.

Наиболее известными проектами по стандартизации базисных систем являются Core System, GKS, GKS-3D, PHIGS, PHIGS+. Основное направление развития этих проектов заключалось в усилении изобразительных возможностей для визуализации геометрических объектов (2D, 3D, удаление скрытых линий и граней, полутоновая закраска, текстурирование и пр.). Стандарт на базисную графическую систему включает в себя функциональное описание и спецификации графических функций для различных языков программирования.

Концепция виртуального устройства начала разрабатываться с момента появления аппаратно-независимых графических систем. Интерфейс виртуального устройства разделяет аппаратно-зависимую и аппаратно-независимую части графической системы. Он обеспечивает заменяемость графических устройств (терминальную независимость), а также возможность работы с несколькими устройствами одновременно. Интерфейс виртуального устройства может существовать в форме программного интерфейса и/или протокола взаимодействия двух частей графической системы. Наиболее четко концепция виртуального устройства представлена в проекте CGI.

Развитие этой концепции совпало с активным перемещением графических средств на персональные компьютеры и графические станции. При этом основными интерактивными устройствами стали растровые дисплеи, а устройствами для получения твердых копий - растровые принтеры. Это привело к необходимости выделения отдельного набора растровых функций, позволяющих использовать функциональные возможности растровых устройств.

Дальнейшее развитие растровых функций связано с появлением многооконных графических систем Х Window и MS Windows (а также NeWS и Display Postscript), обеспечивших удобные средства для манипулирования растровыми изображениями. Эти средства явились основой для развития систем обработки изображений и для организации эффективного многооконного пользовательского интерфейса с использованием меню, диалоговых панелей, полос просмотра и пр. Отметим, что традиционные средства вывода геометрических примитивов (линий, дуг, многоугольников) и текстов также имеются в этих системах.

Сегодня, наиболее развитые проекты РЕХ и OpenGL неплохо совмещают основные достижения как геометрического так и растрового направления.

Классификация и обзор современных графических систем

Читайте также: