Часть 2. Компьютерная графика как инструмент проектирования интерфейса
Введение
6.1. От наскальных рисунков – к компьютерной анимации
Рис. 1.1. Сальвадор Дали ... в 3D Studio MAX.
С доисторических времен и до сего дня человек в силу своего естественного строения значительно лучше (надежнее, быстрее) воспринимает графические образы, нежели таблицы, формулы, текст. В будущем, при нынешних темпах увеличения количества информации, которую вынужден перерабатывать человек, значение графики только возрастет, а возможно станет для него единственной альтернативой в условиях информационного взрыва.
Сегодня человеку предстоит развить свои естественные способности, заложенные природой, вспомнить и усовершенствовать международный (а может быть и междупланетный) язык графических изображений, широко используемый в искусстве, архитектуре, а также и в таких прагматических областях как дорожное движение, реклама и т.д. Наука и техника, экономика и экология, производство и социальная сфера, – практически ни одна область человеческой деятельности не обходится сегодня без графических объектов, созданных преимущественно компьютерными средствами.
Современные компьютерные технологии позволяют получать чрезвычайно высокое качество изображений с учетом разнообразных удивительных эффектов, перемещать и трансформировать их по своему желанию любым, самым фантастическим образом. Существуют уникальные компьютерные программы, которые использовались в наиболее известных голливудских фильмах. Но тайны раскрываются! Все это станет понятным и доступным Вам после изучения краткого и вместе с тем достаточно интересного, как нам кажется, курса компьютерной графики, который мы предлагаем вашему вниманию. Курс включает теоретический материал по основным разделам дисциплины, примеры, практические занятия и лабораторные работы, содержит контрольные вопросы, а также подкреплен большим количеством наглядных примеров графики и анимации. Для Вас на нашем сервере предусмотрена возможность удаленного тестирования с указанием, какие разделы усвоены, а какие следует изучить более внимательно.
6.2. Классификация проблем, связанных с графическими изображениями
Обработка информации, связанная с графическими изображениями на экране монитора или на бумаге, подразделяется на 3 основные вида: распознавание образов (РО), обработка изображений (ОИ) и компьютерная графика (КГ).
Рис 6.2.1. Схема представления работы с изображением
Распознавание образов (изображений) есть совокупность методов, позволяющих получить описание изображения, поданного на вход, либо отнести заданное изображение к некоторому классу (так поступают, например, при сортировке почты или в медицинской диагностике, где путем анализа томограмм оценивают наличие отклонений от нормы). При этом рассматриваемое изображение часто преобразуется в более абстрактное описание набор чисел, набор символов или граф. Одной из интересных задач распознавания образов является так называемая скелетизация объектов, при которой восстанавливается некая основа объекта, его «скелет».
Рис. 6.2.2. Схема представления распознавания образов
Символически, распознавание изображений, или система технического зрения (Computer Vision), может быть описана так: • на входе - изображение;
• на выходе – описание этого изображения.
Обработка изображений рассматривает задачи, в которых и входные и выходные данные являются изображениями. Примерами обработки изображений могут служить: передача изображений вместе с устранением шумов и сжатием данных, переход от одного вида изображения (полутонового) к другому (каркасному), контрастирование различных снимков, а также синтезирование имеющихся изображений в новые, например, по набору поперечных сечений объекта построить продольные сечения или восстановить сам объект.
Рис 6.2.3. Схема представления обработки изображения
Пример (рис. 6.2.4). На входе изображение сферы (а), а на выходе – изображение той же сферы, но преобразованное с помощью другой модели (б).
а) б)
Рис. 6.2.4. Различные изображения сферы
Таким образом обработка изображений (Image Processing) имеет следующую структуру:
• на входе - изображение;
• на выходе - изображение (преобразованное).
Рис 6.2.5. Схема представления компьютерной графики
Компьютерная (машинная) графика воспроизводит изображение в случае, когда исходной является информация неизобразительной природы. Например, визуализация экспериментальных данных в виде графиков, гистограмм или диаграмм, вывод информации на экран в компьютерных играх, синтез сцен для тренажеров. А еще есть компьютерная живопись, компьютерная анимация и так далее, вплоть до виртуальной реальности. Можно сказать, что компьютерная графика рисует, опираясь на формальные правила и имеющийся набор средств.
Пример (Рис. 6.2.6). На входе уравнение окружности с указанием ее радиуса и координат центра (а), а на выходе – изображение этой окружности (б).
а) б)
Рис. 6.2.6. Входной и выходной сигналы системы компьютерной графики
Символически компьютерную графику (Computer Graphics) можно представить следующим образом:
• на входе - символьное описание;
• на выходе - изображение (синтезированное изображение).
Удобно нарисовать общую схему, вмещающую в себя описание и функции РО, ОИ и КГ, тем более, что резких границ между ними провести нельзя.
Рис 6.2.7. Схема представления взаимодействия Описания изображения и самого изображения по средствам КГ, РО, и ОИ