Определение и основные задачи компьютерной графики

ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНУЮ ГРАФИКУ

При обработке информации, связанной с изображением на мониторе, при- нято выделять три основных направления: распознавание образов, обработку изо- бражений и машинную графику.

Основная задача распознавания образов состоит в преобразовании уже имеющегося изображения на формально понятный язык символов. Распознава- ние образов или система технического зрения (COMPUTER VISION) – это со- вокупность методов, позволяющих получить описание изображения, поданного на вход, либо отнести заданное изображение к некоторому классу (так поступают, например, при сортировке почты). Одной из задач COMPUTER VISION является так называемая скелетизация объектов, при которой восстанавливается некая ос- нова объекта, его «скелет».

Обработка изображений (IMAGE PROCESSING) рассматривает задачи, в которых и входные и выходные данные являются изображениями. Например, пе- редача изображения с устранением шумов и сжатием данных, переход от одного вида изображения к другому (от цветного к черно–белому) и т.д. Таким образом, под обработкой изображений понимают деятельность над изображениями (преоб- разование изображений). Задачей обработки изображений может быть как улуч- шение в зависимости от определенного критерия (реставрация, восстановление), так и специальное преобразование, кардинально изменяющее изображения.

При обработке изображений существует следующие группы задач:

Изображение цифровое Совокупность пикселов Сжатое представление восстановление Сжатие Изображение аналоговое (непрерывное) Кодирование Восстановление Цифровые преобразования Оптические преобр азования Фотографии

Компьютерная (машинная) графика (COMPUTER GRAPHICS) воспро- изводит изображение в случае, когда исходной является информация неизобрази- тельной природы. Например, визуализация экспериментальных данных в виде 5 графиков, гистограмм или диаграмм, вывод информации на экран компьютерных игр, синтез сцен на тренажерах.

Компьютерная графика – это наука, предметом изучения которой являет-ся создание, хранение и обработка моделей и их изображений с помощью ЭВМ, т.е. это раздел информатики, который занимается проблемами получения различ-ных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи:

– представление изображения в компьютерной графике;

– подготовка изображения к визуализации;

– создание изображения;

– осуществление действий с изображением.

Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической ин-формации с помощью компьютера. Под графической информацией понима-ются модели объектов и их изображения.

В случае, если пользователь может управлять характеристиками объектов, говорят об интерактивной компьютерной графике, т.е. способность компь-ютерной системы создавать графику и вести диалог с человеком. В настоящее время почти любую программу можно считать системой интерактивной компью-терной графики.

Интерактивная компьютерная графика – это также использование ком-пьютеров для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользова-тель имеет возможность оперативно вносить изменения в изображение непосред-ственно 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 содер-жимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления.

Сейчас становятся все более популярными геоинформационные системы (ГИС). Это разновидность систем интерактивной компьютерной графики. Они аккумулируют в себе методы и алгоритмы многих наук и информационных тех-нологий. Такие системы используют последние достижения технологий баз дан-ных, в них заложены многие методы и алгоритмы математики, физики, геодезии, топологии, картографии, навигации и, конечно же, компьютерной графики. Сис-темы типа ГИС зачастую требуют значительных мощностей компьютера как в плане работы с базами данных, так и для визуализации объектов, которые нахо-дятся на поверхности Земли. Причем, визуализацию необходимо делать с раз-личной степенью детализации – как для Земли в целом, так и в границах отдель-ных участков. В настоящее время заметно стремление разработчиков ГИС повы-сить реалистичность изображений пространственных объектов и территорий.

Развитие компьютерной графики, особенно на ее начальных этапах, в пер-вую очередь связано с развитием технических средств и в особенности дисплеев:

– произвольное сканирование луча;

– растровое сканирование луча;

– запоминающие трубки;

– плазменная панель;

– жидкокристаллические индикаторы;

– электролюминисцентные индикаторы;

– дисплеи с эмиссией полем.

Произвольное сканирование луча. Дисплейная графика появилась, как попытка использовать электроннолучевые трубки (ЭЛТ) с произвольным скани-рованием луча для вывода изображения из ЭВМ. Как пишет Ньюмен " по–видимому, первой машиной, где ЭЛТ использовалась в качестве устройства выво-да была ЭВМ Whirlwind–I (Ураган–I), изготовленная в 1950г. в Массачусетском технологическом институте. С этого эксперимента начался этап развития вектор-ных дисплеев (дисплеев с произвольным сканированием луча, каллиграфиче-ских дисплеев). На профессиональном жаргоне вектором называется отрезок прямой. Отсюда и происходит название «векторный дисплей».