Что нужно знать о видах компьютерной графики — основные сведения

Что такое компьютерная графика

Область компьютерной графики — это широкая и разнообразная область, которая существует на стыке информатики и дизайна. Ее интересует весь процесс создания компьютерных изображений, от создания цифровых трехмерных моделей до процесса текстурирования, рендеринга и освещения этих моделей до цифрового отображения этих изображений на экране.

Этот процесс начинается с простых методов рендеринга объектов для преобразования математических представлений трехмерных объектов в двумерное экранное изображение, вычисления проекционных преобразований вершин, а также перекрытия и глубины объектов.

Детализация и реалистичность добавляются к этим изображениям за счет моделирования материалов, текстур и освещения. Наиболее точные и реалистичные методы предполагают понимание того, как свет взаимодействует с объектами в физическом мире, и максимально точное моделирование этих взаимодействий на компьютере. Такие явления, как отражения, прозрачные пленки или рассеянное освещение, могут быть смоделированы с использованием множества различных алгоритмов, некоторые из которых разработаны с физической точностью, другие - с вычислительной эффективностью, в зависимости от различных потребностей. Изображения виртуальной реальности должны создаваться за считанные миллисекунды, в то время как детальный архитектурный рендеринг может занять несколько часов вычислительного времени.

Благодаря разработкам как в аппаратных средствах графических процессоров, так и в программном обеспечении движков рендеринга, разработки в области компьютерной графики продолжают расширять границы как точности, так и скорости создания компьютерных изображений.

Большинство изображений, которые мы видим на экране вашего компьютера, представляют собой растровые изображения. Селфи, на которое вы нажимаете с помощью мобильного телефона, является еще одним примером растрового изображения. Изображение составляется с использованием набора пикселей, называемых растровым изображением.

Интерактивная компьютерная графика: Интерактивная компьютерная графика предполагает двустороннюю связь между компьютером и пользователем. Здесь наблюдателю предоставляется некоторый контроль над изображением, предоставляя ему устройство ввода, например контроллер видеоигры для игры в пинг-понг. Это помогает ему передать свой запрос компьютеру.

Компьютер, принимающий сигналы от устройства ввода, может соответствующим образом изменять отображаемое изображение. Пользователю кажется, что картинка мгновенно меняется в ответ на его команды. Он может дать серию команд, каждая из которых генерирует графический ответ от компьютера. Таким образом, он поддерживает беседу или диалог с компьютером.

Интерактивная компьютерная графика влияет на нашу жизнь несколькими косвенными способами. Например, это помогает обучать пилотов наших самолетов. Мы можем создать авиасимулятор, который может помочь пилотам проходить обучение не в реальном самолете, а на полигонах за пультом авиасимулятора. Симулятор полета представляет собой макет летной палубы самолета, содержащий все обычные элементы управления и окруженный экранами, на которых мы видим проецируемые сгенерированные компьютером виды местности, видимые при взлете и посадке.

Летные тренажеры имеют много преимуществ перед реальными самолетами для учебных целей, включая экономию топлива, безопасность и возможность ознакомить обучаемого с большим количеством аэропортов мира.

Неинтерактивная компьютерная графика: В неинтерактивной компьютерной графике, иначе известной как пассивная компьютерная графика, пользователь не имеет никакого контроля над изображением. Изображение является всего лишь продуктом статической сохраненной программы и будет работать в соответствии с инструкциями, приведенными в программе линейно. Изображение полностью контролируется инструкциями программы, а не пользователем. Пример: экранные заставки.

Области применения компьютерной графики

Некоторые из применений компьютерной графики заключаются в следующем:

Компьютерное искусство: Используя компьютерную графику, мы можем создавать изобразительное и коммерческое искусство, которое включает пакеты анимации, пакеты рисования. Эти пакеты предоставляют средства для проектирования форм объектов и задания движения объектов.Также можно сделать мультяшный рисунок, картины, дизайн логотипа.

Компьютерное рисование: Проектирование зданий, автомобилей, самолетов выполняется с помощью автоматизированного черчения, это помогает в обеспечении мельчайших деталей чертежа и создании более точных и четких чертежей с лучшими техническими характеристиками.

Презентационная графика: Для подготовки отчетов или обобщения финансовых, статистических, математических, научных, экономических данных для отчетов об исследованиях, управленческих отчетов, кроме того, создание гистограмм, круговых диаграмм, временных диаграмм может быть выполнено с использованием инструментов, представленных в компьютерной графике.

Развлечение: Компьютерная графика находит большую часть своей полезности в киноиндустрии и игровой индустрии. Используется для создания кинофильмов, музыкальных клипов, телевизионных шоу, мультипликационных анимационных фильмов. В игровой индустрии, где ключевыми игроками являются сосредоточенность и интерактивность, компьютерная графика помогает эффективно предоставлять такие функции.

Образование: Компьютерные модели чрезвычайно полезны для обучения огромному количеству концепций и основ в легкой для понимания и изучения форме. Используя компьютерную графику, можно создать множество образовательных моделей, с помощью которых у студентов может возникнуть больший интерес к предмету.

Обучение: Специализированная система обучения, подобная тренажерам, может быть использована для обучения кандидатов таким образом, чтобы их можно было освоить за короткий промежуток времени с лучшим пониманием. Создание обучающих модулей с использованием компьютерной графики просто и очень полезно.

Визуализация: Сегодня потребность в визуализации резко возросла, потребность в визуализации можно увидеть во многих передовых технологиях, визуализация данных помогает получить представление о данных, для проверки и изучения поведения процессов вокруг нас нам нужна соответствующая визуализация, которая может быть достигнута за счет правильного использования компьютерной графики

Обработка изображений: Различные виды фотографий или изображений требуют редактирования для использования в разных местах. Обработка существующих изображений в усовершенствованные для лучшей интерпретации является одним из многих применений компьютерной графики.

Машинный чертеж: Компьютерная графика очень часто используется для проектирования, модификации и создания различных частей машины и самой машины в целом, основной причиной использования компьютерной графики для этой цели является точность и четкость, которые мы получаем от такого чертежа, являются предельными и чрезвычайно желательными для безопасного изготовления машины с использованием этих чертежей.

Графический пользовательский интерфейс: Использование картинок, изображений, значков, всплывающих меню, графических объектов помогает создать удобную для пользователя среду, в которой работать легко и приятно, используя компьютерную графику, мы можем создать такую атмосферу, в которой все может быть автоматизировано, и любой может легко выполнить желаемое действие.
Таковы некоторые из применений компьютерной графики, благодаря которым ее популярность значительно возросла и будет продолжать расти с развитием технологий.

Какие задачи решает компьютерная графика

Важность компьютерной графики заключается в ее приложениях. В инженерных приложениях (например, автомобилестроение и космос) способность быстро визуализировать недавно разработанные формы незаменима. До появления компьютерной графики дизайнеры создавали дорогостоящие прототипы и отнимали много времени у глиняных моделей. Теперь дизайнеры могут интерактивно просматривать и изменять модели своих фигур с помощью компьютера.

Медицинская визуализация - это еще одно приложение, в котором компьютерная графика доказала свою ценность. Последние достижения в области технологий визуализации, таких как компьютерная томография и магнитно-резонансная томография, позволяют врачам получать 3D-рентгеновские снимки человеческого тела. Интерактивная компьютерная графика позволяет врачу интерпретировать этот большой объем данных новыми и полезными способами.

Компьютерная графика также расширила границы искусства и развлечений. В таких фильмах, как «Парк Юрского периода», широко используется компьютерная графика для создания изображений, которые проверяют границы воображения. Развитие компьютерной графики сделало возможной виртуальную реальность, синтетическую реальность, которая существует только внутри компьютера. Виртуальная реальность быстро становится незаменимым инструментом в образовании. Летные тренажеры используются для подготовки пилота к экстремальным условиям. Хирургические тренажеры используются для обучения начинающих хирургов, не подвергая опасности пациентов.

Обычно мы об этом не задумываемся, но компьютерная графика играет большую роль в большинстве наших жизней. Когда вы просматриваете Интернет, играете в игру на своем телефоне или смотрите фильм по телевизору, вы смотрите прямо в душу компьютерной графики.

Простое определение графики заключается в следующем: использование компьютеров для создания и обработки значимой информации в форме изображений. Это может быть как эскиз, как рисунок или даже специальная сеть кода, которая создает цифровое изображение. Каждый раз, когда вы включаете компьютер и видите даже столько же, сколько фон вашего рабочего стола, вы подвергаетесь воздействию графики.

Что вы должны использовать в компьютерной графике

Если вы планируете создавать или редактировать сложную картину в цифровом формате, вам не захочется использовать векторную графику, поскольку это полностью ограничит количество деталей в вашем изображении. Аналогично, если вы планируете создать только простое изображение, возможно, в виде логотипа или диаграммы, векторная графика гораздо более универсальна и создает более четкое изображение.

Иногда у вас может даже не быть выбора. Фотографии всегда будут открываться в формате растрового файла, что означает, что вы будете работать с ними в растровом программном обеспечении. Это тоже не обязательно плохо, так как вы, скорее всего, захотите внести подробные изменения в сложную фотографию.

Стоит отметить, что многие проекты фактически сочетают растровые и векторные изображения. Например, буклет или брошюра могут содержать логотип или график, созданные в виде векторного изображения, а затем подробное изображение продукта, модели или местоположения, представляющее собой растровое изображение. Если вы работаете над рекламой, скорее всего, вам придется работать как с растровыми, так и с векторными изображениями, поэтому полезно ознакомиться с ними обоими.

Детали и различия компьютерной графики могут показаться немного ошеломляющими при первом взгляде, но, как вы, возможно, уже поняли, на самом деле все довольно просто. Разбираясь в двух различных типах компьютерной графики, вы можете легко определить, какой из них вам следует использовать, в зависимости от вашей конечной цели. Скорее всего, вы даже сможете определить, что есть что, когда увидите рекламу и изображения, используемые другими компаниями.

Виды компьютерной графики

Компьютерная графика может быть сложной темой для изучения. Любой быстрый поиск в Google найдет вас по колено в новой терминологии, пока вы не потеряетесь в океане дизайна и вычислений.

Виды компьютерной графики

Компьютерную графику можно разделить на две основные категории: растровую графику и векторную графику. Хотя оба, по сути, нацелены на достижение одной и той же цели (получение высококачественного цифрового изображения), они используют разные методы и, следовательно, имеют разные сильные и слабые стороны.

Растровая графика
Можно с уверенностью сказать, что большинство людей будут лучше знакомы с растровой графикой. Также известная как растровые изображения, растровая графика состоит из отдельных цветных пикселей, каждый из которых вносит свой вклад в общее изображение. Если вы когда-либо открывали изображение и увеличивали его до упора, чтобы обнаружить, что оно превращается в беспорядок размытых квадратов, вы смотрите на растровое изображение.

Векторная

Векторная графика

Наиболее заметным отличием векторной графики от растровой является отсутствие детализации. Поскольку векторы состоят из фигур, каждая из которых имеет свой собственный цвет, они не могут работать с градиентами, тенями или любыми сложными деталями. Из-за этого векторные изображения лучше всего использовать для простых дизайнов, которые имеют сплошные цвета.

С положительной стороны, поскольку векторы являются математическими, их можно масштабировать бесконечно без ущерба для качества. Это происходит потому, что при увеличении масштаба векторного изображения математическое уравнение пересчитывается, представляя изображение в виде четкого четкого снимка, но большего размера. Из-за этого векторные изображения отлично подходят для таких вещей, как логотипы, простые иллюстрации продукта и иллюстрации, но не для детальной живописи или редактирования фотографий.

Растровая

Более общий термин pixmap относится к карте пикселей, где каждый из них может хранить более двух цветов, таким образом, используя более одного бита на пиксель. Часто для этого также используется растровое изображение. В некоторых контекстах термин bitmap подразумевает один бит на пиксель, в то время как pixmap используется для изображений с несколькими битами на пиксель.

Растровые изображения способны отображать сложные изображения, в которых используется широкий диапазон цветов и градиентов. Это позволяет пользователю создавать детализированные изображения с возможностью, возможно, даже придать им реалистичный вид. Качество изображения будет зависеть от количества пикселей на дюйм или ppi. Если изображение содержит больше пикселей в дюйме, можно содержать больше отдельных цветов, что делает градиент общего изображения более плавным. Скажем, например, у вас есть изображение с разрешением 8ppi, тогда вы сможете вписаться в более постепенное изменение цветов, чем изображение с разрешением 4ppi.

Количество пикселей в дюйме также влияет на качество изображения при увеличении. Если вы увеличите изображение или увеличите его масштаб для печати большего размера, изображение с низким разрешением ppi будет выглядеть как размытое изображение, состоящее из четко видимых квадратов или пикселей. В свою очередь, изображение с более высоким ppi можно увеличить еще больше, прежде чем оно начнет жертвовать качеством.

Фрактальная

Фракталы используются во многих областях, таких как:

Астрономия − Для анализа галактик, колец Сатурна и т.д.

Биология/Химия — Для изображения культур бактерий, химических реакций, анатомии человека, молекул, растений.

Другое — Для изображения облаков, береговой линии и границ, сжатия данных, диффузии, экономики, фрактального искусства, фрактальной музыки, пейзажей, спецэффектов и т.д.

Генерация фракталов

Фракталы можно генерировать, повторяя одну и ту же форму снова и снова. Мы можем выполнять неограниченное количество итераций для создания желаемой формы. В терминах программирования для создания таких фигур используется рекурсия.

Геометрические фракталы имеют дело с формами, встречающимися в природе, которые имеют нецелые или фрактальные размеры. Чтобы геометрически построить детерминированный неслучайный самоподобный фрактал, мы начинаем с заданной геометрической формы, называемой инициатором. Подразделы инициатора затем заменяются шаблоном, называемым генератором.

Сравнительная характеристика основных видов компьютерной графики

Растровая графика

Растровые изображения используют битовые карты для хранения информации. Это означает, что для большого файла требуется большое растровое изображение. Чем больше изображение, тем больше места на диске будет занимать файл изображения. В качестве примера, для изображения размером 640 x 480 требуется, чтобы информация сохранялась на 307 200 пикселей, в то время как для изображения размером 3072 x 2048 (с 6,3-мегапиксельной цифровой камеры) требуется хранить информацию на целых 6 291 456 пикселей.

Мы используем алгоритмы, которые сжимают изображения, чтобы помочь уменьшить эти размеры файлов. Форматы изображений, такие как jpeg и gif, являются распространенными форматами сжатых изображений. Уменьшить масштаб этих изображений несложно, но увеличение растрового изображения делает его пикселизированным или просто размытым. Следовательно, для изображений, которые необходимо масштабировать до разных размеров, мы используем векторную графику.

Расширения файлов: .BMP, .TIF, .GIF, .JPG.

Векторная графика

Использование последовательных команд или математических утверждений или программ, которые размещают линии или фигуры в 2-D или 3-D среде, называется векторной графикой. Векторная графика лучше всего подходит для печати, так как она состоит из ряда математических кривых. В результате векторная графика печатается четко, даже когда она увеличена.

Преобразования

Преобразование вектора в растр: Принтеры и устройства отображения являются растровыми устройствами. В результате нам необходимо преобразовать векторные изображения в растровый формат, прежде чем их можно будет использовать, то есть отобразить или распечатать. Требуемое разрешение играет жизненно важную роль в определении размера создаваемого растрового файла. Здесь важно отметить, что размер векторного изображения, подлежащего преобразованию, всегда остается неизменным. Конвертировать векторный файл в различные форматы растровых / растровых файлов удобно, но идти по противоположному пути сложнее. (потому что иногда нам нужно редактировать изображение при преобразовании из растра в вектор)

Преобразование растра в вектор: Трассировка изображений в вычислительной технике может быть отнесена к векторизации, и это просто преобразование растровых изображений в векторные изображения. Интересным применением векторизации является обновление изображений и восстановление работы. Векторизация может быть использована для извлечения информации, которую мы потеряли. Paint в Microsoft Windows создает выходной файл растрового изображения. Легко заметить неровные линии в краске. При таком преобразовании размер изображения резко уменьшается. В результате точное преобразование в этом сценарии невозможно. Из-за различных приближений и редактирования, которые выполняются в процессе преобразования, преобразованные изображения не имеют хорошего качества.

Различия между векторной и растровой графикой

Основное различие между векторной и растровой графикой заключается в том, что растровая графика состоит из пикселей, в то время как векторная графика состоит из контуров. Растровая графика, такая как gif или jpeg, представляет собой массив пикселей различных цветов, которые вместе образуют изображение.

Программы для работы с каждым видом компьютерной графики

Графическое программное обеспечение создает, редактирует и управляет двумерными изображениями. Эта компьютерная графика может быть клипартами, веб-графикой, логотипами, заголовками, фоном, цифровыми фотографиями или другими видами цифровых изображений.

Общие области применения

Фотография заката, редактируемая в программе Windows 10 Paint 3D
Распространенные графические редакторы включают Photoshop, Illustrator, Paint Shop Pro, CorelDRAW, плагины Apple Photos от Macphun, Adobe Lightroom, Digital Image Suite, Canva и связанные с ними программы.

В Windows 10 программа Paint 3D является ядром операционной системы.

Некоторые графические программы предлагают некоторые ограниченные возможности редактирования, но оптимизированы для отображения. Программа «Фотографии» в Windows 10 является отличным примером, как и бесплатный просмотрщик IrfanView.

Программное обеспечение, которое люди считают графическим программным обеспечением, но которым оно не является, включает программы, которые напрямую не управляют отдельными изображениями. В эту категорию попадают программы для верстки страниц, такие как InDesign, QuarkXPress и Publisher. Аналогично, программное обеспечение для презентаций, такое как PowerPoint или Apple Keynote, не является графическими программами. В общем, программное обеспечение для домашней публикации или творческой печати также не подходит для этого случая.

Две основные категории графических программ — это графические редакторы на основе пикселей и графические редакторы на основе контуров. В двух словах, изображение состоит либо из серии маленьких точек (пикселей), либо из серии команд о том, как нарисовать изображение. Вы узнаете разницу между изображениями на основе пикселей и контуров, увеличив их масштаб. Если они приближаются очень близко, не кажутся нечеткими и пятнистыми, вы работаете с изображением на основе контура.

Существуют и нетрадиционные способы использования, такие как редактирование видео в Photoshop или 3D-рисование в Illustrator.

Приложения компьютерной графики

Графический пользовательский интерфейс (GUI): Это способ взаимодействия с компьютером с помощью значка, меню и другой визуальной графики, с помощью которой пользователь легко взаимодействует.
Искусство: Компьютерная графика предоставляет новый способ создания дизайна. Многие художники и дизайнеры используют illustrator, coral draw, Photoshop, adobe muse и другие типы приложений для создания новых дизайнов.
Развлечения: Компьютерная графика позволяет пользователю создавать анимационные фильмы и игры. Для создания сцен используется компьютерная графика. Компьютерная графика также используется для специальных эффектов и анимации.
Презентации: Компьютерная графика используется для создания диаграмм, гистограмм и других изображений для целей презентации, с помощью графического представления пользователь может легко понять суть.
Инженерные чертежи: Компьютерная графика также предоставила нам гибкость для создания 3D-моделей, схем домов, инженерных чертежей и т.д. что очень полезно для нас.
Образование и профессиональная подготовка: Компьютерная графика также используется для обучения студентов на тренажерах. Студенты могут узнать о машинах, не испытывая их физически.
Медицинская визуализация: МРТ, компьютерная томография и другие внутренние сканирования возможны благодаря компьютерной графике.
Симулятор полета: Компьютерная графика используется для обучения пилотов воздушных судов. Пилоты уделяют много времени симулятору полета на земле вместо реальных самолетов.
Технология печати: Компьютерная графика используется в текстильном дизайне и флексографской печати.
Типография: Использование изображений персонажей для замены грубой формы прошлого в печати.
Спутниковые снимки: Компьютерная графика используется для прогнозирования движения облаков и прогнозирования погоды.
Картография: При составлении карт используется компьютерная графика.
CAD/CAM: CAD/CAM также известен как автоматизированное проектирование и автоматизированное производство. CAD /CAM используется для проектирования и создания прототипов, готовой продукции и производственных процессов.

Бесплатные программы графического дизайна

Scribus
Самоописывается как открытая программа дизайна и композиции, позволяет создавать интерактивные и анимированные презентации. С момента своего создания в 2001 году они поддерживали учеников и разработчиков с помощью инструмента, ориентированного на графический дизайн.

Доступный для нескольких операционных систем, этот инструмент является надежным, и на его веб-сайте вы сможете узнать о нескольких проектах, разработанных на нем. Единственным неблагоприятным моментом является то, что он недоступен на испанском языке.

Inkscape
Как и Scribus, это также бесплатный инструмент с открытым исходным кодом. Его инструменты имеют функции, похожие на то, что вы найдете в Adobe Illustrator, например.

У них есть сообщество на испанском языке, которое может оказаться полезным для запуска, и из того, что мы видели там, они упоминают довольно хорошее удобство использования этой программы.

Irfanview
Они являются одним из пионеров в области бесплатных программ с открытым исходным кодом, хотя их страница не доступна на испанском языке, можно установить плагин с языком в инструменте. С помощью этой программы можно конвертировать изображения в другие форматы, создавать презентации, сканировать и печатать в большом формате, среди других.

Vector
Их идея сделать графический дизайн доступным для всех, привело их быть одним из самых загруженных инструментов с точки зрения векторного редактирования. Они верят в быструю кривую обучения, которая была у любителей с использованием этого инструмента, пока они не превратятся в экспертов. Хотя он не доступен на испанском языке, это, безусловно, один из лучших бесплатных инструментов.

Canva
Известный и используемый многими, это отличный инструмент, который спасет вас в более чем спешке, а также поможет вам стать экспертом. Хотя он работает не как программа, а как веб-приложение, его возможности для создания бесконечны. Вы можете создать свою учетную запись бесплатно, но есть некоторые функции и инструменты, за которые вам придется заплатить. Их инструмент интуитивно понятен и имеет достаточно контента на испанском языке, где они учат вас шаг за шагом, как создавать грандиозные проекты.

Платные программы графического дизайна

Adobe Illustrator
Без сомнения, один из самых известных инструментов среди графических дизайнеров. Его потенциал невообразим благодаря векторному редактированию, что означает, что вы можете создавать или вмешиваться в изображение независимо от его размера. Его универсальность для работы в различных операционных системах и его интеграция с другими инструментами Adobe Cloud делают его одним из наиболее часто используемых, и, хотя это может показаться сложным, в Интернете есть немало курсов и материалов, чтобы узнать, как работать с ним.

На самом деле существуют графические дизайнеры, чья специальность-работа с этим инструментом из-за большого потенциала и возможностей, которые он предлагает.

Чтобы побудить вас узнать часть своих функций, они предлагают бесплатную пробную версию.

Adobe Photoshop
Почти невозможно не думать об этом слове, когда вы думаете о отредактированной фотографии, и это потому, что благодаря ему можно творить чудеса (даже высококачественные мемы).

Как и Illustrator, он принадлежит Adobe Cloud, что позволяет выполнять параллельную и взаимодополняющую работу между ними.

Хотя сложность использования, как и в Illustrator, требует подготовки, существует довольно много контента, связанного с тем, как научиться использовать этот мощный инструмент.

Он также предлагает бесплатную пробную версию.

Corel Draw
Так же, как существуют программы семейства Adobe, Corel также имеет программы, ориентированные на дизайн, это один из фаворитов среди профессиональных дизайнеров.

Одним из основных ограничений для этой программы является то, что она доступна только для Windows. Подобно Illustrator с возможностью манипулировать изображениями векторным способом, эта программа используется любителями и экспертами в области графического дизайна.

Он имеет дружественный интерфейс, который облегчает обучение и имеет бесплатную пробную версию.

Преимущества компьютерной графики

Некоторыми важными преимуществами компьютерной графики являются:

1. Повышение производительности.
2. Компьютерная графика дает нам инструменты для создания изображений твердых объектов, а также теоретических, спроектированных объектов.
3. Компьютерная графика также указывает на движущиеся изображения.
4. Компьютер может хранить сложные чертежи и отображать сложные изображения.
5. Звуковые карты используются для того, чтобы компьютеры создавали звуковые эффекты, приводящие к другим видам использования графики.

Недостатки компьютерной графики

Некоторые проблемы с компьютерной графикой заключаются в:

1. Характеристики и стоимость оборудования.
2. Технические проблемы.
3. Проблемы со связью (отображение с симуляцией).
4. Проблема с определением движения.
5. Структура чертежей (делает структуру явной).
6. Удаление скрытой линии.
7. Программное обеспечение и визуализация.