Компьютерная графика. Технические средства компьютерной графики. История компьютерной графики Разновидности компьютерной граф

Определение.
Раздел информатики, занимающийся проблемами создания и обработки на компьютере графических изображений, называется компьютерной графикой.
Изображение на экране – отображение информации, находящейся в компьютерной памяти.

История компьютерной графики
Результатами расчетов на первых компьютерах являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге.
Для того чтобы осознать полученные результаты, человек брал бумагу, карандаши, линейки и другие чертежные инструменты и чертил графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций.

Человек в ручную производил графическую обработку результатов вычислений.
В графическом виде такие результаты становятся более наглядными и понятными.
Возникла идея поручить графическую обработку самой машине.
Первоначально программисты научились получать рисунки в режиме символьной печати.

На бумажных листах с помощью символов получались рисунки, напоминающие мозаику.
На бумажных листах с помощью звездочек, точек, крестиков, букв печатались графики функций, изображались физические процессы, получались художественные изображения.
В редком компьютерном центре стены не украшались распечатками с портретами Эйнштейна, репродукциями Джоконды и другой машинной живописью.

Затем появились специальные устройства для графического вывода на бумагу – графопостроители (плоттеры). С помощью такого устройства на лист бумаги чернильным пером наносятся графические изображения: графики, диаграммы, технические чертежи и прочее. Для управления работой графопостроителей стали создавать специальное программное обеспечение.

Появление графического дисплея – настоящая революция в компьютерной графике. На экране стало возможным получать рисунки, чертежи в таком же виде, как на бумаге с помощью карандашей, красок, чертежных инструментов.
Рисунок из памяти компьютера может быть выведен не только на экран, но и на бумагу с помощью принтера.

Научная графика
Это направление появилось первым.
Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Назначение научной графики - наглядное изображение объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика
область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Назначение деловой графики - создание иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы.

Конструкторская графика
используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения.

Назначение конструкторской графики – использование в работе инженеров-конструкторов и изобретателей для создания чертежей.
Компьютерные приложения, работающие в этой области, получили название САПР — Системы Автоматизированного ПРоектирования.

Графика в сочетании с расчетами позволяет проводить в наглядной форме поиск оптимальной конструкции, наиболее удачной компоновки деталей, прогнозировать последствия, к которым может привести изменения в конструкции.
Средствами конструкторской графики можно получать плоские изображения (проекции, сечения и пространственные, трехмерные изображения.

Иллюстративная графика
Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.
Программные средства, позволяющие человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов, относятся к иллюстративной графике.

Художественная и рекламная графика
Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок". Получение рисунков трехмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объемом вычислений. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчетов, учитывающих законы оптики.

Компьютерная анимация
Получение движущихся изображений на ЭВМ называется компьютерной анимацией. Слово "анимация" обозначает "оживление". В недавнем прошлом художники мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку.

Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создать на экране рисунки лишь начального и конечного состояния движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитает и изобразит компьютер. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения.
Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений. Приложения компьютерной графики очень разнообразны. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.

Картинки компьютер показывает на мониторе, печатает на принтере, считывает со сканера, фото и видео камер. Используются и другие устройства для ввода и вывода графической информации.

Схема системы вывода изображения на экран

Схема показывает, что монитор (дисплей) и видеоадаптер через информационную магистраль связан с центральным процессором и оперативной памятью.
Видеоадаптер – устройство, управляющее работой дисплея.
Видеоадаптер состоит из двух частей:
Видеопамять – предназначена для хранения двоичного кода изображения, выводимого на экран;
Дисплейный процессор – читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ней управляет работой дисплея.

Видеокарта (видеоадаптер)
Видеокарта располагается в системном блоке и представляет собой маленький графический компьютер со своими процессором и памятью.
Видеокарта (другие названия: графическая карта, видеоадаптер) управляет работой монитора, освобождая процессор от построения кадров изображения.
От качества видеокарты зависит скорость обработки видеоинформации, чёткость изображения, число цветов на экране и разрешение, в котором будет работать монитор

Монитор
В XIX веке во Франции возникла техника живописи, которую назвали пуантилизмом: рисунок составлялся из разноцветных точек, наносимых кистью на холст. Подобный принцип используется и в компьютерах.

Растровый принцип вывода изображений
Точки на экране компьютера выстроены в ровные ряды. Совокупность точечных строк образуют графическую сетку или растр.
Одна точка носит название пиксель (picture element). Чем гуще сетка пикселей на экране, тем лучше качество изображения.

Размер графической сетки (растра)
Размер графической сетки обычно представляется в форме произведения числа точек в горизонтальной строке на число строк.
Размер графической сетки называется разрешением экрана. Разрешение обычно указывают в виде двух величин через знак умножения. Первая величина задает число столбцов пиксельной матрицы, вторая — число строк.

На современных мониторах используются такие размеры графической сетки:
640 х 480
1024 х 768
1280 х 1024
Размер экрана монитора принято измерять по длине диагонали в дюймах. Один дюйм — это 2,54 сантиметра. Дюймы обозначают двойным штрихом вверху.
Для работы с компьютерными рисунками подойдёт монитор с диагональю 15", но профессионалы используют мониторы с диагоналями 17", 19", 21" и даже больше.

Виды мониторов
Существуют мониторы, основанные на разных физических принципах. На экране электронно-лучевого монитора изображение выводится по “строчкам”, которые рисует электронный луч, пробегая по экрану. Достоинства электронно-лучевого монитора :
хорошее качество изображения;
сравнительно невысокая цена.
Недостатки электронно-лучевого монитора :
Вредное воздействие на здоровье человека.

Экран жидкокристаллического монитора представляет собой матрицу, каждый элемент которой — жидкий кристалл (как в электронных часах). Кристаллы освещаются специальными лампами. Под действием электрических сигналов кристаллы меняют свои оптические свойства, моделируя на экране элементы изображения.
Достоинства жидкокристаллического монитора :
отсутствие вредного излучения;
занимает мало места;
потребляет мало электроэнергии.
Недостатки жидкокристаллического монитора :
высокая стоимость;
не очень качественная цветопередача.

Устройства ввода изображения в компьютер
Сканер позволяет ввести в компьютер изображение: фотографию, страницу журнала, книги, рукопись. То есть, сканер — это устройство ввода.
Можно отсканировать страницу с текстом (как картинку), а затем при помощи специальной программы преобразовать изображение в настоящий текст, с которым можно работать в текстовом редакторе.
Сканирование выполняется при помощи светового луча. Источник света перемещается вдоль оригинала, считывая изображение.

Изображение в компьютер может вводиться с цифрового фотоаппарата и с цифровой видеокамеры. Фотографии и видеофильмы в этих устройствах сохраняются в виде двоичного кода на магнитных дисках. Затем, используя кабельное соединение, их можно переписать на компьютерный диск.
Сканер распознает изображение, автоматически создает его электронную копию, которая может быть сохранена в памяти компьютера.