Grafika komputerowa
Paweł Giza, Krystian Jakubowski
Co to jest grafika
komputerowa?
• Grafika komputerowa – dziedzina informatyki zajmująca się
wykorzystaniem technik komputerowych do celów wizualizacji
artystycznej oraz wizualizacji rzeczywistości. Grafika komputerowa
jest obecnie narzędziem powszechnie stosowanym w nauce,
technice oraz rozrywce.
• Chociaż grafika komputerowa koncentruje się głównie na
specjalistycznych algorytmach i strukturach danych to jednak siłą
rzeczy musi czerpać wiedzę z rzeczywistości. Na przykład, aby
uzyskać obrazy fotorealistyczne, należy wiedzieć jak w
rzeczywistym świecie światło oddziałuje z przedmiotami.
• Od kilkunastu lat grafika komputerowa jest też kolejną dyscypliną
artystyczną – dzieła powstałe przy jej zastosowaniu nazywa się
grafiką cyfrową
Przykładowe zastosowania:
• kartografia,
• wizualizacja danych pomiarowych (2D i
3D),
• wizualizacja symulacji komputerowych,
• diagnostyka medyczna,
• kreślenie i projektowanie wspomagane
komputerowo,
• przygotowanie publikacji,
• efekty specjalne w filmach,
• gry komputerowe
Wizualizacja danych pomiarowych
Wizualizacja danych to temat niezwykle szeroki, który ogólnie polega
na
obrazowym przedstawianiu danych.
Nadrzędnym celem wizualizacji jest stworzenie skutecznego, a więc
maksymalnie zrozumiałego przekazu zawartych w nich treści.
Ogólnie rzecz biorąc, wizualizacja danych stanowi wspólny obszar
zainteresowań dla badaczy i osób trudniących się zarządzaniem
informacjami.
Przetworzone dane można zaprezentować w różny sposób. Jeden z
teoretyków zajmujących się tematem wizualizacji zakłada dwie
główne metody przekazu:
wykresy statystyczne
oraz
kartografię tematyczną.
1. Najważniejszy i najciekawszy
obraz 3D tworzy skaner
ciała ludzkiego – np. tomograf, a
nie człowiek – grafik
komputerowy.
2. Na coraz większą skale tworzy
się modele 3D oraz 4D
poszczególnych organów,
wnętrza organizmu – jest to
bardzo
specyficzny, nowy świat dla
Nowoczesnej Grafiki
Komputerowej, bo występują tu
konkretne zjawiska fizyczne,
biologiczne, jest wyraźnie
zdefiniowana swoista scena,
czyli występuje takie samo
podejście do Nowoczesnej
Grafiki Komputerowej jak
w naukach technicznych.
Diagnostyka medyczna
3. Operuje się teksturami 3D, obiektami medycznymi, takimi jak
narządy i tkanki, a nie powierzchniami i teksturami 2D.
Diagnostyka medyczna
Na początku lat 90. XX wieku świat zachwycił
się na widok techniki komputerowej, która
szturmem weszła do produkcji kinowych.
Modele i zjawiska nadprzyrodzone były
tworzone przez komputery. Wciąż
pozostawały one jednak luksusem
dostępnym wyłącznie dla
wysokobudżetowych superprodukcji jak
„Terminator 2: Dzień sądu” Jamesa
Camerona (1991) nagrodzony czterema
Oscarami, czy „Park Jurajski” Stevena
Spielberga (1993) – trzy Oscary. Nie
można także zapomnieć o Rolandzie
Emmerichu, który stworzył tak efektowne
obrazy jak „Gwiezdne wrota” (1994) czy
„Dzień niepodległości” (1996).
Ogromny przełom w stosowaniu
komputerowych efektów specjalnych
nastąpił wraz z pojawieniem
się filmu „Matrix „(1999) braci
Wachowskich.
Efekty specjalne w filmach
Jedną z głównych dziedzin
zastosowań grafiki
komputerowej jest szeroko
rozumiany przemysł
rozrywkowy, w
szczególności gry
komputerowe i filmy.
Uznaje się, że pierwszym
filmem, w którym zaczęto
stosować grafikę
komputerową był Tron, a
pierwszym
pełnometrażowy filmem
stworzonym całkowicie
przy użyciu komputera
było Toy Story. Rozwój
grafiki powodował
powstawanie coraz to
doskonalszych wizualizacji
scen i postaci.
Gry komputerowe i filmy
Rys historyczny grafiki
komputerowej
Początki grafiki komputerowej sięgają
lat 50 XX wieku, jednak ze względu
na duże koszty komputerów i
urządzeń graficznych, aż do lat 80.
grafika komputerowa była wąską
specjalizacją, a na jej zastosowania
praktyczne mogły pozwolić sobie
ośrodki badawcze, duże firmy oraz
instytucje rządowe. Dopiero gdy w
latach osiemdziesiątych
rozpowszechniły się komputery
osobiste, grafika komputerowa
stała się czymś powszechnym.
Rozwój nowych technik graficznych
wymusił głównie przemysł filmowy
wymagający realistycznych
efektów specjalnych. Obecnie
grafika komputerowa znajduje
zastosowanie w bardzo wielu
dziedzinach życia.
Rys historyczny grafiki
komputerowej
• Dla zrozumienia wielu kwestii w dzisiejszej Nowoczesnej Grafice
Komputerowej trzeba prześledzić jak powstała i jak się rozwijała
ogólnie rozumiana grafika komputerowa od jej początków do
dnia dzisiejszego.
• Lata 1950 – pierwsze monitory graficzne, zastosowania militarne
• 1962 – pierwsza stacja graficzna (sketchpad) składająca się z
monitora, pióra świetlnego i oprogramowania do interaktywnej
obsługi skonstruowana przez Ivana Sutherlanda
• 1964 – zespół naukowy zajmujący się algorytmami w grafice
komputerowej pracujący na Uniwersytecie w Utah (m.in. Ivan
Sutherland, James Blinn, Edwin Catmull)
• 1965 – pierwsza komercyjna stacja graficzna: IBM 2250 Display
Unit wraz z komputerem IBM 1130
• 1969 – powstanie grupy SIGGRAPH (Special Interest Group
on GRAPHics) w ramach organizacji ACM (Association for
Computing Machinery) skupiającej profesjonalistów związanych z
informatyką
Rys historyczny grafiki
komputerowej
• 1974 – powstanie laboratorium graficznego w New York Institute
of Technology
• 1980 – publikacja artykułu Turnera Whitted’a o realistycznym
tworzeniu obrazów, powstanie metody śledzenia promieni (ray
tracing)
• 1982 – TRON- pierwszy film, w którym zastosowano grafikę
komputerową. Pierwsza scena całkowicie wygenerowana
komputerowo w filmie Star Trek II: Gniew Khana (The wrath of
Khan)
• 1983 – rozwój technik fraktalnych i ich zastosowanie w grafice
komputerowej. Fraktale wykorzystano np. w filmie Star Trek II: The
wrath of Khan
• 1984 – praca C. Gorala, K.Torrance’a, D.Greenberga i B.Battaile’a
proponująca nowe podejście do wizualizacji – metodę energetyczną
(radiosity)
• 1988 – pierwsza sekwencja filmowa z wykorzystaniem morfingu
w Willow
Rys historyczny grafiki
komputerowej
• 1989 - pierwsza postać wygenerowana za pomocą grafiki 3D w
wytwórni Industrial Light & Magic (ILM)
• 1993 – dinozaury w Parku Jurajskim - pierwsze kompletne i
szczegółowe organizmy żywe wygenerowane w technice cyfrowej
• 1995 – film Toy Story zrealizowany w całości za pomocą grafiki
komputerowej; pierwsze fotorealistyczne włosy oraz futro
wygenerowane komputerowo
• 1999 – pierwsza postać z kompletną ludzką
anatomią wygenerowana komputerowo w wytwórni ILM
• 2001 – mapowanie fotonowe (photon mapping) jako rozwój metody
śledzenia promieni
• 2009 – film Avatar – rewolucja kina 3D
Klasyfikacja:
• Grafika rastrowa – prezentacja obrazu za pomocą pionowo-
poziomej siatki odpowiednio kolorowanych pikseli na monitorze
komputera, drukarce lub innym urządzeniu wyjściowym.
Grafika rastrowa została opatentowana pierwszy raz przez
firmę Texas Instruments w latach 70. i jest teraz wszechobecna.
Obrazki z głębią kolorów RGB często składają
się z kolorowych kwadratów zdefiniowanych
przez trzy bajty – jeden bajt (czyli 8 bitów)
na kolor czerwony, jeden na zielony i jeden
na kolor niebieski.
Grafika rastrowa
• grafika rastrowa – obraz budowany jest
z prostokątnej siatki punktów
(pikseli). Najważniejsze formaty plików
to: Bitmap, OpenRaster, ICO (Microsoft
file format). Formaty takie jak JPEG, TIFF,
PNG oraz GIF także przechowują obraz
według koncepcji rastrowej,
natomiast dodatkowo pojawia się w tych
formatach kompresja. Najważniejsze
edytory graficzne: Photoshop, MS Paint
oraz GIMP.
Grafika wektorowa
• grafika wektorowa - jest rozszerzeniem grafiki rastrowej. Stosuje ona
prymitywy graficzne takie jak: punkty, linie, krzywe oraz kształty
do przedstawienia obrazów w grafice komputerowej. Wszystkie
te prymitywy graficzne bazują na równaniach
matematycznych. Podstawowym standardem grafiki wektorowej jest
SVG. Podstawowe edytory graficzne: CorelDRAW, Adobe Illustrator,
oraz Inkscape.
Typy prymitywów najczęściej używane w grafice wektorowej:
• linie i polilinie,
• poligony,
• okręgi i elipsy,
• bezigony,
• tekst np. TrueType,
Różnice
W przeciwieństwie do grafiki rastrowej grafika wektorowa jest grafiką
w pełni skalowalną, co oznacza, iż obrazy wektorowe można
nieograniczenie powiększać oraz zmieniać ich proporcje bez
uszczerbku na jakości. Ma to swoje uzasadnienie w matematycznym
opisie elementów (prymitywów), dlatego też obraz może być
wyświetlony w maksymalnie dostępnej dla ekranu czy wydruku
rozdzielczości. Sama jakość obrazu uzależniona jest wyłącznie od
dokładności opisu obrazu przez prymitywy: czarne włosy rysowanej
postaci można określić jako zamkniętą krzywą wypełnioną na czarno,
choć można też opisać każdy włos krzywą o względnie niewielkiej
grubości i czarnym kolorze.
W przypadku grafiki rastrowej obrót obrazu może zniekształcić go
powodując utratę jakości (w szczególności, jeśli nie jest to obrót o
wielokrotność kąta prostego). Typowe edytory grafiki wektorowej
pozwalają oprócz zmiany parametrów i atrybutów prymitywów także
na przekształcenia na obiektach, np.: obrót, przesunięcie, odbicie
lustrzane, rozciąganie, pochylanie, czy zmiana kolejności obiektów na
osi głębokości. Jest to więc kolejny stopień opisu obrazu ideowego,
nie zaś literalnego.
Rozdzielczość
Parametr określający dokładność odwzorowania szczegółów obrazu
stosowany przy opisie urządzeń (nośników) rejestrujących oraz
wyświetlających obraz; rozdzielczość wyraża się przez
zdefiniowanie najmniejszego rozróżnialnego elementu obrazu i
przeliczenie jego liczby w pionie i poziomie np. 1920×1080 lub
przez podanie liczby przypadającej na jednostkę miary np. 600 dpi
(dot per inch); w przypadku tradycyjnej fotografii oraz filmu
najmniejszą wyróżnialną cząstką jest ziarno, zaś w przypadku
urządzeń (nośników) cyfrowych mówi się o pikselu.
• grafiki rastrowej
Adobe Photoshop
Photoline
Corel Photo-Paint
IrfanView
GIMP
Paint
PaintShopPro
• grafiki wektorowej
1. Dwuwymiarowej
Adobe FreeHand
Adobe Illustrator
CorelDraw
inkscape
2. Trójwymiarowej (3D)
3ds Max
Blender
Cinema 4D
Imagine 3D
LightWave 3D
Maya
Softimage
Solid Edge
True Space
Najpopularniejsze programy do
grafiki komputerowej
Grafika dwuwymiarowa
Grafika 2D -Termin ten
odnosi się zarówno do działu
informatyki zajmującego się
grafiką dwuwymiarową i
technikami dotyczącymi jej
obróbki, jak i do
samych obrazów
cyfrowych mogących składać
się z tekstu, grafiki oraz
obiektów 2D.
Grafika dwuwymiarowa jest
wykorzystywana głównie w
tych zastosowaniach, w
których pierwotnie używano
tradycyjnych
technologii drukowania oraz
rysowania -
m.in. typografii, kartografii, k
reślarstwie, reklamie, filmie
animowanym itp.
.
W tych zastosowaniach dwuwymiarowy obraz jest nie tylko
reprezentacją obiektu ze świata rzeczywistego, ale niezależnym
elementem, któremu nadano konkretne znaczenie. Dwuwymiarowy
model jest w tym wypadku preferowany, ponieważ daje bardziej
bezpośrednią kontrolę nad obrazem niż model trójwymiarowy, który
lepiej odnosi się do fotografii niż do typografii.
Grafika komputerowa 2D rozpoczęła swój rozwój w latach 50. XX
wieku od urządzeń grafiki wektorowej. Z czasem zostały one
wyparte przez urządzenia grafiki rastrowej. Język PostScript oraz
system X Window były jednymi z najważniejszych projektów w tej
dziedzinie
Grafika dwuwymiarowa
Grafika trójwymiarowa
• Grafika trójwymiarowa (3D) tworzona jest przez programy do
projektowania przestrzennego. Daje złudzenie głębi obrazu mimo
że jest on wyświetlany na płaskim obrazie. Obrazy oraz projekty
wykonane za pomocą tej metody budzą zachwyt oraz zapierają
dech w piersiach. Metoda tego rodzaju pozwala na wierne i
przestrzenne przedstawienie obiektu lub obrazu. Grafika ta jest
bardzo ważnym aspektem w grach komputerowych.
Grafika nieinterakcyjna i czasu
rzeczywistego
• Grafika nieinterakcyjna – program wczytuje uprzednio
przygotowane dane i na ich podstawie tworzy wynikowy obraz. Tak
działa np. POV-Ray, który wczytuje z pliku definicję sceny
trójwymiarowej i na jej podstawie generuje obraz sceny.
• Grafika czasu rzeczywistego – program musi bardzo szybko
(kilkadziesiąt razy na sekundę) regenerować obraz, aby wszelkie
zmiany były natychmiast uwidocznione. Grafika czasu
rzeczywistego ma szczególnie znaczenie w różnego rodzaju
symulatorach, jest również powszechna w grach komputerowych
Popularne formaty graficzne
Popularne formaty grafiki rastrowej:
•
JPEG – niewątpliwie najpopularniejszy format plików graficznych,
•
JPEG 2000 – nowsza wersja formatu JPEG, oferująca lepszą kompresję,
•
TIFF- popularny format plików graficznych udostępniający wiele rodzajów
kompresji.
•
PNG – popularny format grafiki (szczególnie internetowej), obsługiwany
przez większość przeglądarek WWW
•
GIF – popularny format grafiki (szczególnie internetowej); obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW; może przechowywać wiele
obrazków w jednym pliku tworząc z nich animację;
•
BMP – oferuje zapis z kompresją
Popularne formaty graficzne
Formaty grafiki wektorowej:
• SVG – format oparty na języku XML; promowany jako standard
grafiki wektorowej; umożliwia tworzenie animacji,
• CDR (Corel Draw) – format opatentowany przez firmę Corel
Corporation
• SWF (Adobe Flash) – format grafiki wektorowej popularny w
internecie; umożliwia tworzenia animacji, a nawet całych aplikacji,
• EPS – format PostScript z ograniczeniami
Koniec
Dziękujemy za uwagę.
Źródła:
Grafika komputerowa:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_komputerowa
Rys historyczny:
http://brasil.cel.agh.edu.pl/~12sustrojny/krotka-historia-grafiki-komputerowej/
http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_komputerowa#Rys_historyczny
Grafika rastrowa:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_rastrowa
Grafika wektorowa:
Http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_wektorowa
Grafika dwuwymiarowa:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_dwuwymiarowa
Grafika trójwymiarowa:
http://grafikabyme.blogspot.com/2011/05/rodzaje-grafiki-komputerowej-grafika_2192.html
Popularne formaty graficzne:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Formaty_plik%C3%B3w_graficznych