http://club-edu.tambov.ru/methodic/cg/general/glava1_5_9.html

http://bigor.bmstu.ru/?cnt/?doc=100_Graph/base.cou

http://www.e-biblio.ru/book/bib/13_UMK_5kurs/KGIG/KGIG.html

Список вопросов по курсу «Компьютерная графика»

Группа МТ-11

2011/ 2012 учебный год

1. Понятие компьютерной графики.

Специальную область информатики, занимающуюся методами и средствами создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, называют компьютерной графикой.

Направления компьютерной графики.

Компьютерная графика охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком:

     на экране монитора компьютера,

     на бумажном носителе,

     на кинопленке

     на ткани и т.д.

Приложения компьютерной графики.

Компьютерная графика применяется в самых различных областях человеческой деятельности:

     в медицине (компьютерная  томография),

     научные исследования (фотография биологических микрочастиц),

     моделирование (зданий, сооружений, летательных аппаратов, тканей, одежды и т.д.),

     опытно-конструкторские разработки (проект нового агрегата) и т.д.

2. История компьютерной графики.

Можно считать, что первые системы машинной графики (кодирования графических объектов) появились вместе с первыми цифровыми компьютерами. Формирование машинной графики как самостоятельного направления относится к началу 60-х годов. Были сформулированы принципы рисования отрезками, удаления невидимых линий, методы отображения сложных поверхностей, определены методы формирования теней, учета освещенности сюжета.

В середине 1960-х была разработана цифровая электронная чертежная машина (фирма Itek). В 1964 году General Motors представила свою DAC-1 - систему автоматизированного проектирования, разработанную совместно с IBM [4].

В 70-е годы значительное число теоретических и прикладных работ было направлено на развитие методов отображения пространственных форм и объектов. Это направление принято называть трехмерной машинной графикой. Математическое моделирование трехмерных сюжетов требует учета трехмерности пространства предметов, расположения в нем источников освещения и наблюдения, это определило необходимость разработки методов представления сложных поверхностей, генерирования текстур, рельефа, моделирования условий освещения. Методы трехмерной машинной графики позволяют визуализировать сложные функциональные зависимости, получать изображение проектируемых, еще не созданных объектов, оценить облик предмета из недоступной для наблюдения позиции и решить ряд подобных задач.

У первых поколений ЭВМ вообще не было дисплея. Вся информация загружалась в огромные ламповые монстры на бумажных носителях (перфолентах и перфокартах), результат также выдавался на бумагу. Однако рост мощности компьютеров и сложности расчетов привели к необходимости разработки более удобного способа общения с машиной. В результате было найдено решение - дисплей. Долгое время дисплеи были сугубо текстовыми - то есть ничего кроме цифр, а позднее букв, они выводить не могли. Но уже тогда было понятно, что для удобства работы необходима возможность вывода изображений на экран дисплея.

В 80-е годы появились персональные компьютеры, позволяющие выводить графические объекты на экраны мониторов, что позволило использовать машинную графику в качестве инструмента специалистам различных областей, не связанных с программированием. Увеличение памяти и скорости обработки информации в персональных ЭВМ, создание видеокомплексов с широким набором программ машинной графики, возможность управления ими в диалоговом режиме способствовали дальнейшему расширению применения машинной графики.

Важную, практически определяющую роль в этом процессе сыграл выпуск компанией Apple компьютеров Macintosh (1984г.). Они были для своего времени настоящей революцией. Во-первых, Macintosh серийно поставлялся с цветным монитором. Во-вторых, его операционная система обладала наглядным, визуальным интерфейсом (своего рода аналог более поздней ОС Windows). И в-третьих, их мощности было достаточно для обработки графических изображений. Именно поэтому Macintosh сразу заслужил внимание множества профессиональных художников и дизайнеров, которые поменяли карандаш и кисть на мышь и клавиатуру. Рынок не заставил себя долго ждать - появилось несколько очень впечатляющих для своего времени графических редакторов. Сегодня любой человек, работающий в сфере полиграфии и, тем более, веб-дизайна, просто не может не владеть основными графическими пакетами. Даже художники оцифровывают свои работы и проводят дополнительную коррекцию уже на компьютере. Фотографы, которые работают только с пленочной камерой, также встречаются все реже.

Компьютерная графика прочно вошла в нашу жизнь. Появляется все больше клипов, сделанных с помощью компьютерной графики. Нет спору, компьютерная графика расширяет выразительные возможности. При творческом ее использовании реклама приобретает удивительную силу воздействия на зрителя. С помощью одной только компьютерной графики очень трудно донести до зрителя рекламную идею. И если в клипе лишь компьютерная графика, лишь созданный ее средствами сюрреалистический мир, то зритель остается холодным, хотя увиденное и поражает воображение. Ведь известно, что реклама наиболее эффективна тогда, когда потребителю хочется идентифицировать себя с человеком, пользующимся тем или иным товаром. Процесс узнаваемости себя в клипе - залог успеха.

Понятие GUI.

GUI (графический интерфейс пользователя) — это интерфейс, основанный на представлении всех доступных пользователю функций в виде графических компонентов экрана (окон, значков, меню, кнопок, списков и т.п.).

GUI-программа обычно представляет собой множество окон, каждое из которых содержит множество элементов управления.

 Окно представляет собой «отдельный» экран со своим набором элементов управления или виджетов.

 Виджет (Widget = Window - окно + Gadget - приспособление) - это элемент управления,способный реагировать на действия пользователя.

Эволюция графического интерфейса.

Эволюция графического интерфейса операционных систем за последние 30 лет

Первый GUI был написан в 70-х годах программистами из центра Xerox Palo Alto Research Center (PARC). Первым ПК с графическим интерфейсом стал Xerox Alto, разработанный в 1973г для некоммерческого использования в университетах.

1981-1985

Xerox 8010 Star (выпущен в 1981г)

Первая система, которая позиционировалась как полностью интегрированная - приложения и интерфейс. Ее назвали “The Xerox Star”, позже переименовав в “ViewPoint” , а потом в “GlobalView”.

Apple Lisa Office System 1 (1983г)

Разработан компанией Apple для офисных компьютеров. Однако, система не вышла в свет будучи поглощенной Mac OS - как более доступной ОС.

В 1983 Lisa обновилась до Lisa OS 2  и Lisa OS 7/7 3.1 в1984, апгрейд затрагивал внутреннюю архитектуру, но не интерфейс.

VisiCorp Visi On (1984)

Первый десктопный интерфейс для IBM PC. Операционка нацеливалась на корпоративных пользователей и стоила довольно приличных денег.. В GUI можно было пользоваться мышью, имелся установщик и справка.

Mac OS System 1.0 (1984)

Первый GUI для компьютеров Macintosh. Окна теперь можно было таскать мышью, а файлы копировать перетаскиванием.

Amiga Workbench 1.0 (1985)

Первый цветной интерфейс (4 цвета: черный, белый, синий, оранжевый), подобие мультизадачности, стерео звук и мультистатусные иконки (выделенная и невыделенная).

Windows 1.0x (1985)

В 1985 году Microsoft тоже выпустила свою систему -  Windows 1.0, которая была цветной и с иконками размером 32*32 пикселя. Верхом технического прогресса в те времена считались анимированные стрелки часов в Windows 1.0.

GEM (1985)

GEM (Graphical Environment Manager) был разработан компанией Digital Research, Inc. (DRI). Изначально создавался под ОС CP/M для процессоров Intel 8088 и Motorola 68000, а уже позже был допилен для использования под DOS. <Боьшинство помнит GEM как GUI для компьютеров Atari ST. Также система использовалась в серии  Amstrad IBM-совместимых компьютеров.

1986 - 1990

Irix 3 (разработан в 1986г, самая первая версия - в 1984г)

64-битная операционка IRIX была разработана для UNIX-систем. Из интересного - поддержка векторных иконок - еще задолго до их появления в MacOS.

GEOS (1986)

Система GEOS (Graphic Environment Operating System)  была написана компанией Berkeley Softworks (позже - GeoWorks). Изначально была для Commodore 64 и включала графический текстовый редактор geoWrite и программу для рисования geoPaint.

Windows 2.0x (1987)

Окна теперь растягивались, сворачивались, меняли размер и могли накладываться друг на друга.

OS/2 1.x (1988)

OS/2 была совместным детищем IBM и Microsoft, но в 1991году  компании рассорились и IBM продолжила разработку OS/2 водиночку. GUI в OS/2 назывался “Менеджер презентаций”. Версия 1.х поддерживала исключительно монохромные иконки фиксированного размера.

NeXTSTEP / OPENSTEP 1.0 (1989)

Стив Джобс в середине 80-х выдвинул идею создания самого лучшего компьютера для исследовательских центров и лабораторий. Позже эта идея воплотилась в жизнь компанией NeXT Computer Inc.

Первый компьютер NeXT был выпущен в 1988г.

Иконки стали больше (48×48) и многоцветнее. GUI изначально был монохромным, а с версии 1.0 стал поддерживать и цветные мониторы.

OS/2 1.20 (1989г)

Следующая версия привнесла некоторые улучшения. Иконки стали выглядеть привлекательнее, а окна - сглаженными.

Windows 3.0 (1990г)

В конце 80-х Microsoft осознала все перспективы графического интерфейса и начала его усиленно развивать.

ОС поддерживала стандартный и расширенный режим, который позволял использовать более 640 KB пространства на жестком диске, что привело к улучшению графики и повышению разрешения изображения до Super VGA 800×600 и 1024×768.

Microsoft наняла Susan Kare в качестве дизайнера для разработки унифицированного стиля графического интерфейса Windows.

1991 - 1995

Amiga Workbench 2.04 (1991г)

Было реализовано множество улучшений в GUI. Изменили цветовую схему, появились зачатки 3D. Рабочий стол мог растягиваться вертикально на несколько мониторов с разным разрешением и глубиной цвета. Разрешением по умолчанию было 640×256, но поддерживались и более высокие.

Mac OS System 7 (1991г)

Первый цветной Mac OS.

Windows 3.1 (1992г)

Эта версия включала предустановленные шрифты TrueType. Также впервые появилась цветовая схема Hotdog Stand для людей с нарушениями зрения.

OS/2 2.0 (1992г)

Это был первый графический интерфейс, получивший международное признание за удобство и доступность. Весь интерфейс был разработан с использованием объектно-ориентированной модели. Каждый файл и папка была объектом, который может быть связан с другими файлами, папками и приложениями.

Windows 95 (1995г)

Интерфейс был полностью переработан по сравнению с предыдущей версией 3.x. Впервые появилась маленькая кнопка "крестик" в правом верхнем углу каждого окна. Также в Windows 95 впервые появилась знаменитая кнопка "Пуск".

1996 - 2000

OS/2 Warp 4 (1996г)

IBM выпустила OS/2 Warp 4, которая привнесла значительные удобства для конечных пользователей.

На рабочем столе размещались иконки, а также можно было создавать свои файлы и папки. Аналогом "Корзины" был shredder, правда он не хранил копии файлов, удаляя их безвозвратно.

Mac OS System 8 (1997г)

По умолчанию использовались 256-цветные изометрические (псевдо-3D) иконки. Серо-платиновый цвет окон в дальнейшем стал торговой маркой операционных систем Apple.

Windows 98 (1998г)

Графический интерфейс стал использовать более 256 цветов. Почти полностью изменился проводник, впервые появился “Active Desktop”.

KDE 1.0 (1998г)

Команда KDE так описала свой проект, выпуская версию 1.0: “KDE - интегрированная с сетью современная среда рабочего стола для рабочих станций UNIX. KDE стремится облегчить использование настольных рабочих станций Unix, также как MacOS или Window95/NT. Это абсолютно свободная и открытая вычислительная платформа, включаюшая исходный код с возможностью любого его изменения.”

BeOs 4.5 (1999г)

Операционная система BeOS была разработана для персональных компьютеров. Изначально была написана компанией Be In в 1991г для использования на компьютерах BeBox. Позднее были внесены новые достижения науки и техники - симметричные мультипроцессорные вычисления, многопоточность, многозадачность и 64-разрядная журналируемая система BFS. GUI разрабатывался по приниципу ясности и чистоты, незагроможденности.

GNOME 1.0 (1999г)

Рабочий стол GNOME, в основном, создавался для Red Hat Linux, а позже перекочевал в другие дистрибутивы Linux.

2001 - 2005

Mac OS X (2001г)

В начале 2000г. Новый интерфейс Aqua, который в 2001 году вошел в состав Mac OS X.

Появились большие сглаженные полупрозрачные пиктограммы размером 128*128 пикселей.

Поначалу многие критиковали этот интерфейс, но потом привыкли, и сейчас этот GUI - основа всех маков.

Windows XP (2001г.)

Майкрософт тоже не осталась в стороне и обновила свою операционку. Интерфейс стал полностью изменяемым, чем не преминули воспользоваться пользователи, сделав множество тем для Windows XP.

KDE 3 (2002г.)

В основном, косметические изменения по сравнению с предыдущей версией.

2007 - 2009

Windows Vista (2007г.)

Microsoft уделал всех. Трехмерная анимация, виджеты, прозрачность и прочие улучшения.

Mac OS X Leopard (2007г.)

6-ое поколение MacOS вышло в 2007 году. В основе по-прежнему осталась Aqua. Новые фичи - трехмерность, новый трехмерный Dock, новая анимация и новая степень интерактивнсти.

GNOME 2.24 (2008г.)

GNOME, как обычно, - нарисовали новые убогие пиктограммы еще больше прежних, обозвав это н.

KDE 4 (2009г.)

Версия 4 K Desktop Environment приобрела многие новые усовершенствования интерфейса, такие как анимация, различные способы управления окнами, поддержка виджетов рабочего стола. Размер значков легко изменяется, любой элемент интерфейса можно настроить по своему вкусу. Новая тема Oxygen - это новые звуки, фотореалистичные иконки, анимация итд.

WINDOWS 7 (2009г.)

ОС

3. Устройства ввода графической информации.

Устройства ввода - приборы для занесения (ввода) данных в компьютер во время его работы.

Сканеры(планшетные, слайд-сканеры, барабанные)

По типам сканеры делятся на: планшетные — для сканирования фотографий или рисунков в отраженном свете. Многие модели этого типа комплектуются слайд-модулями для работы в проходящем свете; слайд-сканеры — применяются для цифровки негативов и позитивов; барабанные — обеспечивают наиболее высокое качество сканирования любого материала.

Графический планшет

Roller Mouse

Трекбол

Видео- и Веб-камера

Цифровой фотоаппарат

Плата видеозахвата

Микрофон

Цифровой диктофон

Се́нсорный экран

4. Устройства вывода графической информации.

Монитор (дисплей) Монитор ( дисплей ) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.

Проектор — световой прибор, перераспределяющий свет лампы с концентрацией светового потока на поверхности малого размера или в малом объёме. Проекторы являются в основном оптико-механическими или оптическо-цифровыми приборами, позволяющими при помощи источника света проецировать изображения объектов на поверхность, расположенную вне прибора — экран. Появление проекционных аппаратов обусловило возникновение кинематографа, относящегося к проекционному искусству.

Принтер Принтеры используют для вывода результатов работы (печати). В настоящее время используется четыре принципиальных схемы нанесения изображения на бумагу: матричный, струйный, лазерный, термопереноса. При матричной печати печатающая головка ударяет иглами по бумаге через красящую ленту, изображение формируется в виде точек. При струйной печати печатающая головка выбрасывает через тонкие сопла краску на бумагу. При лазерной печати лазер поляризует поверхность печатающего барабана, к которой прилипают мелкие частицы красящего порошка. Краска наносится на бумагу и при нагреве впаивается в ее поверхность. При термопереносе нагревается поверхность специальной бумаги, и в точках нагрева изменяется цвет с белого на черный. Для точного начертания схем, чертежей используется графопостроитель. Различаются планшетные и барабанные графопостроители. Компьютер управляет специальным карандашом, который чертит линии по поверхности бумаги. В планшетном карандаш передвигается по поверхности в двух направлениях; в рулонном только поперек рулона бумаги, а бумага перемещается вперед-назад.

Графопостроитель

Оптический привод с функцией маркировки дисков

5. Типы компьютерной графики.

Компьютерную графику можно классифицировать по нескольким критериям:

1) в зависимости от способа формирования изображений:

 растровая

 векторная

 фрактальная.

 

2) в зависимости от координат измерения (в этом типе компьютерной графики могут сочетаться векторный и растровый способы формирования изображений):

 плоская, двухмерная

 объемная, трехмерная (или 3D-графика).

 

3)     в зависимости от специализации в отдельных областях (в этом типе компьютерной графики могут сочетаться векторный и растровый способы формирования изображений):

     инженерная графика

     научная графика

     Web-графика

     компьютерная полиграфия и т.д.

Растровая графика.

Растровое изображение — изображение, представляющее собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах (растр).

Важными характеристиками изображения являются:

1.количество пикселей — размер. Может указываться отдельно количество пикселей по ширине и высоте (1024×768, 640×480, …) или же, редко, общее количество пикселей (часто измеряется в мегапикселях);

2.количество используемых цветов или глубина цвета (эти характеристики имеют следующую зависимость: N = 2k, где N — количество цветов, а k — глубина цвета);

3.цветовое пространство (цветовая модель) RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.

4.разрешение — справочная величина, говорящая о рекомендуемом размере пиксела изображения.

Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, также путем экспорта из векторного редактора или в виде скриншотов.

Пиксел - неделимая точка в графическом изображении. Пиксел характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения

Под растровым (bitmap, raster) понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселов) различных цветов или оттенков (рис.1.1). Это наиболее простой способ представления изображения, потому, что именно таким образом видит его наш глаз.

Растровая графика описывает изображения с использованием цветных точек, называемых пикселами, расположенных на сетке. Например, изображение древесного листа описывается конкретным расположением и цветом каждой точки сетки, что создает изображение примерно так же, как в мозаике (фотографии, отсканированные рисунки и т.д.). При редактировании растровой графики Вы редактируете пикселы, а не линии. Растровая графика зависит от разрешения, поскольку информация, описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного размера. При редактировании растровой графики, качество ее представления может измениться. В частности, изменение размеров растровой графики может привести к "разлохмачиванию" краев изображения, поскольку пиксели будут перераспределяться на сетке. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество.

Применение растровой графики позволяет добиться качественного изображения, фотографического качества. Но за все нужно, платить в данном случае - объемами файлов и трудоемкостью редактирования изображения, приходиться каждую точку подправлять вручную. Даже если Вы при редактировании используете инструменты типа линии или примитивов (овалов, квадратов), то результат представляет собой изменение затронутых данными инструментами пикселей. При изменении размеров, качество изображения ухудшается: при уменьшении - исчезают мелкие детали, а при увеличении картинка может превратиться в набор неряшливых квадратов (увеличенных пикселей). При печати растрового изображения или при просмотре его на средствах имеющих недостаточный разрешающую способность значительно ухудшает восприятие образа.

Рис. 1.1. Пример растрового изображения

 

 

Преимущества и недостатки растровой графики.

Достоинством растрового способа представления изображений является возможность получения фотореалистичного изображения высокого качества в различном цветовом диапазоне. Недостатком – высокая точность и широкий цветовой диапазон требуют увеличения объема файла для хранения изображения и оперативной памяти для его обработки.

Достоинства:

1.Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла.

2.Распространённость — растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов.

3.Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

4.Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры.

Недостатки:

1.Большой размер файлов с простыми изображениями.

2.Невозможность идеального масштабирования.

6. Типы компьютерной графики.

Компьютерную графику можно классифицировать по нескольким критериям:

1) в зависимости от способа формирования изображений:

 растровая

 векторная

 фрактальная.

 

2) в зависимости от координат измерения (в этом типе компьютерной графики могут сочетаться векторный и растровый способы формирования изображений):

 плоская, двухмерная

 объемная, трехмерная (или 3D-графика).

 

3)     в зависимости от специализации в отдельных областях (в этом типе компьютерной графики могут сочетаться векторный и растровый способы формирования изображений):

     инженерная графика

     научная графика

     Web-графика

     компьютерная полиграфия и т.д.

Векторная графика.