Что такое интерактивная графика

Компьютер в машинной графике используется для описания изображений, их хранения, манипулирования ими, их вызова и визуализации, т.е. в основном: для пассивных операций. Компьютер выводит на экран предварительно подготовлен­ное изображение, и наблюдатель не может непосредственно управлять изображе­нием, прежде чем оно появится на экране. В каждом конкретном случае изображение может быть либо таким простым, как, например, графики простых функ­ций, либо столь сложным, как визуализация результатов моделирования процесса автоматического полета и посадки самолета или космического корабля

В зависимости от степени участия пользователя в различных формах взаимодействия с ЭВМ при построении изображения, компьютерная графика подразделяется на два основных класса: “пассивную” или пакетную и “активную” или интерактивную компьютерную графику.

Компьютерная графика для пакетной обработки представляет собой систему, в которой ЭВМ под управлением прикладных программных пакетов (ППП) обеспечивает формирование и вывод графического изображения на экран графического дисплея, графопостроителя, на координатограф, для получения фотокопии изображения и другие устройства, позволяющие получать графические документы. Примером пакетной графики могут служить различные скоростные печатающие устройства, кинокамеры и видеомагнитофоны, создающие высококачественные, цветные изображения реальных или воображаемых объектов. И модификация (редактирование) этого изображения на выходном устройстве осуществляется под действием самого пакета прикладных программ в режиме конструирования и его повторного запуска.

Подсистема интерактивной компьютерной графики определяется совокупностью аппаратурно-программных средств, обеспечивающих реализацию алгоритма решения проектной задачи, при уточнении ее формулировки. Интерактивнаякомпьютерная графика - это так же использование ЭВМ для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь оперативно вносит изменения в изображение непосредственно в процессе его воспроизведения, т.е. предполагается возможность работы с графикой в режиме диалога в реальном масштабе времени. Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления.

В динамической интерактивной машинной графике компьютер используется для подготовки и визуализации графических данных. Однако интерактивная графика позволяет наблюдателю в реальном масштабе времени влиять на весь процесс представления изображения. Чтобы убедиться в серьезности ограничений, определяемых условиями работы в реальном времени, рассмотрим задачу вращения объемного изображения, состо­ящего из 1000 линий, со скоростью 15 град/с. Картинка из 1000 линий в большинстве слу­чаев представляется матрицей 1000 х 4 однородных координат конечных точек линий. Вращение, как правило, представляется путем умножения этой матрицы на матрицу преобразования размером 4 х 4. Для проведения такого матричного Умножения требуется выполнить 16 тыс. операций умножения, 12 тыс. операций сложения и 1 тыс. операций деления вещественных чисел. Если умножение осу­ществляется программно, то для того чтобы выполнить все операции вращения, может потребоваться значительное время. Обычный универсальный компьютер с процессором вещественной арифметики, способным выполнять операции умно­жения с быстродействием 3.6 мкс, сложения —за 2.6 мкс и деления со скоро­стью 5.2 мкс, может выполнить такое матричное умножение за 0.1 с. Посколь­ку для того, чтобы картинка на экране начала двигаться, она должна перери­совываться не менее 30 раз в секунду, то становится очевидным, что в случае с данным примером картинка не сможет непрерывно перемещаться по экрану. Даже если предположить, что изображение обновляется только 15 раз в секун­ду, т. е. при повороте на каждый градус, то и в этом случае программная ре­ализация не позволяет получить эффект непрерывного вращения и исключает возможность получения действительно реалистичных изображений. Существу­ет множество способов достижения реального интерактивного режима визуали­зации изображения: использование более мощного дополнительного компьютера или более тщательное программирование, уменьшающее время выполнения мат­ричного умножения. Однако в любом случае обязательно будет достигнут мо­мент, когда всякое дальнейшее улучшение станет уже невозможным. Уменьше­ние сложности изображения также не даст нужного эффекта, так как при этом может оказаться неприемлемым качество картинки. Однако операция матрич­ного умножения, необходимая для манипулирования изображением из нашего примера, для действительно очень сложных картинок может осуществляться на уровне микропрограмм или с помощью специализированных цифровых умножи­телей, применение которых всегда было наиболее эффективным и экономичным.

В интерактивной компьютерной графике как одной из разновидностей систем «человек–машина» учитываются психологические и физиологические возможности человека. В общем случае это сводится к выполнению требований: инженерной психологии к графическому дисплею как устройству отображения информации, воспринимаемой человеком, и терминалу как рабочему месту «человек-оператора»; к программному обеспечению ИКГ и языкам графического диалога, которые должны обеспечить преодоление ряда психологических барьеров, в частности исключить скуку и разочарование.

Средства ИГС обеспечивают пользователю определенный уровень комфорта в процессе освоения и эксплуатации системы. Одной из разновидностей таких средств является система подсказок, которая полезна для начинающих пользователей, но может оказать негативное воздействие на опытных пользователей. Поэтому ИГС имеют адаптивные сервисные средства, которые настраиваются на уровень подготовленности пользователя или предусматривают возможность обхода (отключения) соответствующих блоков сервисных средств самим пользователем.

Машинная графика — это сложная и многосторонняя дисциплина. Поэтому для изучения ее необходимо разделить на более простые обозримые части, учитывая при этом, что конечным результатом машинной графики является изображение, которое, разумеется, можно использовать для самых различных целей: техни­ческого чертежа, деталировки в справочном руководстве, изображения архитек­турной конструкции, как одного из возможных вариантов, так и эскиза проекта, рекламной иллюстрации либо отдельного кадра из мультфильма. В машинной графике фундаментальным связующим звеном является изображение, следова­тельно, важно разобрать следующие вопросы:

· представление изображений в машинной графике;

· подготовка изображений для вывода;

· визуализация предварительно подготовленных изображений;

· взаимодействие с изображением.

В дальнейшем под термином «изображение» мы будем понимать множество линий, точек, текстов и т.п., выводимых на графическое устройство