Kompyuter grafikasi haqida qisqacha. 3D grafik va videoni qayta ishlash usullari

Tasvir va 3D grafika uchun eng yaxshi tizimlar
@ Eng yaxshi natija.

Tizim	Baho 1	Umumiy ball	Photoshop rang balansi / sozlash	Photoshop gradienti / aylanish/ miqyosi	Photoshop filtrlari	Photoshop 3D ko'rsatish	Asosiy narx, AQSh dollari
@ DayStar Digital Genesis MP 720+	7,4	2,2	1,6	2,5	2,6	2,0	10 714 2
DayStar Digital Genesis MP 360+	7,2	1,7	1,4	2,0	2,0	1,5	7814 2
Apple Power Macintosh 9500/180 MP	7,4	1,7	1,4	1,9	2,0	1,6	5699 3
Quvvat hisoblash Power-Tower Pro 225	7,9	1,4	1,3	1,5	1,4	1,6	4995
Umax Kompyuter Super-Mac S900L 604/200	7,8	1,4	1,2	1,4	1,3	1,5	3995
Apple Power Macintosh 9500/200	6,6	1,3	1,2	1,4	1,3	1,5	4899 3

1 Imkoniyatlar, ishlash, yangi texnologiyalar, ishlash, ishonchlilik, foydalanish qulayligi va narxiga asoslangan 2 RAM, saqlash, video karta va klaviatura uchun qo'shimcha xarajatlar 3 Klaviaturasiz
Sinov metodologiyasi Macworld Lab Adobe Photoshop -da 40 dan ortiq turli xil operatsiyalarni amalga oshirdi va bundan tashqari, 3D -modellashtirishning eng mashhur paketlarida - ko'p ishlov berishni qo'llab -quvvatlaydigan Strata Studio Pro Blitz -da ko'rsatish operatsiyasini amalga oshirdi; Specular International-dan Infini-D va Ray Dream-dan Ray Dream Designer. Barcha sinovdan o'tgan mashinalar 128 MB operativ xotira bilan jihozlangan. Benchmark Power Mac 9500/150 kompyuteri ko'rsatgan natijalarga asoslangan (Power Mac 9500/150 = 1.0). Tizimlar umumiy ishlashning kamayish tartibida keltirilgan. Mark Xerlou va Kris Ayterveyk Macworld Labs -da test sinovlarini olib borishdi.
Kompyuter monitorida ma'lumotlarni grafik shaklda taqdim etish birinchi marta 50-yillarning o'rtalarida ilmiy va harbiy tadqiqotlarda ishlatiladigan yirik kompyuterlar uchun amalga oshirilgan. O'shandan beri ma'lumotlarni aks ettirishning grafik usuli kompyuter tizimlarining ko'pchiligining, ayniqsa shaxsiy tizimlarining ajralmas qismiga aylandi. Grafik foydalanuvchi interfeysi bugungi kunda operatsion tizimlardan boshlab, har xil toifadagi dasturlar uchun amalda standart hisoblanadi.
Informatikaning maxsus sohasi mavjud bo'lib, u dasturiy va apparatli hisoblash tizimlari yordamida tasvirlarni yaratish va qayta ishlash usullari va vositalarini o'rganadi, - kompyuter grafikasi. U monitor ekranida yoki tashqi muhitda (qog'oz, plyonka, mato va hk) nusxasi sifatida inson idrok qilishi mumkin bo'lgan tasvirlarning barcha turlari va shakllarini o'z ichiga oladi. Kompyuter grafikasisiz nafaqat kompyuterni, balki oddiy, butunlay moddiy olamni ham tasavvur qilib bo'lmaydi. Ma'lumotni vizualizatsiya qilish inson faoliyatining turli sohalarida qo'llaniladi. Masalan, tibbiyot (kompyuter tomografiyasi), ilmiy tadqiqotlar (materiyaning tuzilishini, vektor maydonlarini va boshqa ma'lumotlarni vizualizatsiya qilish), matolar va kiyimlarni modellashtirish, eksperimental dizayn deylik.
Tasvirni yaratish uslubiga qarab, odatda, kompyuter grafikasi bo'linadi rastr, vektor va fraktal.

1 -rasm 2 -rasm 3 -rasm
Bu alohida mavzu uch o'lchovli (3D) grafikalar, virtual makonda ob'ektlarning hajmli modellarini yaratish texnikasi va usullarini o'rganish. Qoida tariqasida, u vektor va rastrli tasvirlash usullarini birlashtiradi.
Rangli gamutning xususiyatlari kabi tushunchalarni tavsiflaydi qora va oq va rangli grafikalar. Muayyan yo'nalishlar bo'yicha mutaxassislik ba'zi bo'limlarning sarlavhalari bilan ko'rsatiladi: muhandislik grafikasi, ilmiy grafikalar, veb -grafikalar, kompyuterda chop etish va boshqalar.
Kompyuter, televidenie va kino texnologiyalari chorrahasida nisbatan yangi soha vujudga keldi va tez rivojlanmoqda kompyuter grafikasi va animatsiya.
O'yin -kulgi kompyuter grafikasida katta o'rin tutadi. Hatto ma'lumotlarni grafik tarzda taqdim etish mexanizmi kabi tushuncha ham mavjud edi ( Grafik mexanizmi). O'yin dasturiy ta'minoti bozori o'nlab milliard dollarni tashkil etadi va ko'pincha grafik va animatsiyani takomillashtirishning keyingi bosqichini boshlaydi.
Kompyuter grafikasi faqat vosita bo'lsa -da, uning tuzilishi va usullari fundamental va amaliy fanlarning ilg'or yutuqlariga asoslangan: matematika, fizika, kimyo, biologiya, statistika, dasturlash va boshqalar. Bu eslatma kompyuterda tasvirlarni yaratish va qayta ishlash uchun dasturiy ta'minot va qo'shimcha qurilmalarga to'g'ri keladi. Shu sababli, kompyuter grafikasi informatikaning eng tez rivojlanayotgan tarmoqlaridan biri bo'lib, ko'p hollarda butun kompyuter sanoatini tortuvchi "lokomotiv" vazifasini bajaradi.
Fraktal grafikalar
Fraktal grafikalar matematik hisob -kitoblarga asoslangan. Fraktal grafikaning asosiy elementi - bu matematik formulaning o'zi, ya'ni hech qanday ob'ekt kompyuter xotirasida saqlanmagan va tasvir faqat tenglamalar asosida qurilgan. Shunday qilib, eng oddiy muntazam tuzilmalar ham, tabiiy landshaftlar va uch o'lchovli ob'ektlarga taqlid qiluvchi murakkab tasvirlar ham quriladi.
3D grafika
Uch o'lchovli grafikalar ilmiy hisob-kitoblar, muhandislik dizayni, jismoniy ob'ektlarni kompyuter modellashtirish kabi sohalarda keng qo'llanildi (3-rasm). Misol tariqasida, uch o'lchovli modellashtirishning eng murakkab versiyasini - haqiqiy jismoniy tananing harakatlanuvchi tasvirini yaratishni ko'rib chiqaylik.
Soddalashtirilgan shaklda ob'ektni fazoviy modellashtirish quyidagilarni talab qiladi:
· Ob'ektning haqiqiy shakliga to'liq mos keladigan virtual skeletini ("skeleti") loyihalash va yaratish;
· Vizualizatsiyaning fizik xossalarida haqiqiyga o'xshash virtual materiallarni loyihalash va yaratish;
· Materiallarni ob'ekt yuzasining turli qismlariga tayinlash (professional jargonda - "ob'ektga teksturalarni loyihalash");
· Ob'ekt ishlaydigan maydonning fizik parametrlarini rostlang - yoritish, tortishish kuchi, atmosfera xossalari, o'zaro ta'sir etuvchi ob'ektlar va sirtlarning xususiyatlarini belgilash;
· Ob'ektlar harakatining traektoriyasini o'rnating;
· Oxirgi animatsiyaga sirt effektlarini qo'llang.
Ob'ektning haqiqiy modelini yaratish uchun geometrik ibtidoiylar (to'rtburchaklar, kublar, to'plar, konus va boshqalar) va silliq deb ataladi. burama yuzalar. Ikkinchi holda, eng ko'p ishlatiladigan usul bir xil bo'lmagan to'rda (NURBS) bikubik ratsional B-spline. Bunday holda, sirt turi kosmosda joylashgan nazorat nuqtalari panjarasi bilan aniqlanadi. Har bir nuqtaga koeffitsient beriladi, uning qiymati uning nuqta yaqinidagi sirt qismiga ta'siri darajasini belgilaydi. Sirtning shakli va "silliqligi" umuman nuqtalarning nisbiy joylashuvi va koeffitsientlar kattaligiga bog'liq.
Ob'ektning "skeleti" shakllangandan so'ng, uning yuzasini materiallar bilan yopish kerak. Kompyuter modellashtirishning barcha xilma -xilligi sirt vizualizatsiyasiga, ya'ni sirt shaffoflik koeffitsientini va material va atrofdagi bo'shliq chegarasidagi yorug'lik nurlarining sinishi burchagini hisoblashga kamayadi.
Yuzalar Gouraud usullari yordamida bo'yalgan (Gouraud) yoki Fong (Fong). Birinchi holda, ibtidoiy rang faqat uning tepasida hisoblab chiqiladi, so'ngra sirt ustida chiziqli interpolyatsiya qilinadi. Ikkinchi holda, ob'ekt uchun odatdagidek oddiy narsa quriladi, uning vektori tarkibiy ibtidoiylar yuzasiga interpolyatsiya qilinadi va yorug'lik har bir nuqta uchun hisoblanadi.
Aniq bir nuqtada kuzatuvchiga qarab chiqadigan yorug'lik - bu komponentning yig'indisi bo'lib, u erda yuzaning materiali va rangi bilan bog'liq bo'lgan omilga ko'paytiriladi. Bu tarkibiy qismlarga quyidagilar kiradi:
Sirtning orqa qismidan keladigan yorug'lik, ya'ni singan nur (Singan);
Yorug'lik er yuzasiga bir tekis tarqalgan (Tarqoq);
Maxsus aks ettirilgan yorug'lik (Aks ettirilgan);
Yorqinlik, ya'ni manbalardan keladigan nur (Xususiy);
O'z sirtining porlashi (O'z -o'zini yoritish).
Keyingi qadam - ob'ektning simli ramkasining ma'lum joylariga teksturalarni o'rnatish ("dizayn"). Bunday holda, ularning ibtidoiylar chegaralariga o'zaro ta'sirini hisobga olish kerak. Ob'ekt uchun materiallarni loyihalash - rasmiylashtirish qiyin ish, u badiiy jarayonga o'xshaydi va ijrochidan hech bo'lmaganda minimal ijodiy qobiliyatni talab qiladi.
Ob'ektning dizayni va vizualizatsiyasi tugagandan so'ng, ular uni "jonlantirish" ni boshlaydilar, ya'ni harakat parametrlarini o'rnatadilar. Kompyuter animatsiyasi asosiy kadrlarga asoslangan. Birinchi kadrda ob'ekt asl holatiga o'rnatiladi. Muayyan vaqt oralig'idan so'ng (masalan, sakkizinchi kadrda), ob'ektning yangi pozitsiyasi o'rnatiladi va hokazo oxirgi holatiga qadar. Oraliq qiymatlar maxsus algoritm yordamida dastur tomonidan hisoblanadi. Bunday holda, faqat chiziqli yaqinlashish emas, balki ob'ektning nazorat nuqtalari holatining belgilangan shartlarga muvofiq silliq o'zgarishi kuzatiladi.
Bu shartlar ob'ektlar ierarxiyasi (ya'ni, ularning bir -biri bilan o'zaro ta'siri qonunlari), ruxsat etilgan harakat tekisliklari, burilish burchaklarining chegaralanishi, tezlik va tezlik qiymatlari bilan belgilanadi. Bu yondashuv usul deb ataladi teskari harakat kinematikasi. Mexanik qurilmalarni simulyatsiya qilishda yaxshi ishlaydi. Tirik ob'ektlarga taqlid qilingan taqdirda skelet modellari. Ya'ni, modellashtirilgan ob'ektga xos bo'lgan nuqtalarda harakatlanadigan ma'lum bir ramka yaratiladi. Nuqtalar harakati oldingi usul yordamida hisoblanadi. Keyin modellashtirilgan sirtlardan tashkil topgan ramkaga qobiq qo'llaniladi, ular uchun ramka boshqaruv nuqtalari to'plami, ya'ni simli ramka modeli. Tel -ramka yorug'lik sharoitiga qarab sirt to'qimalarining qoplamasi yordamida amalga oshiriladi. Ob'ektning harakati paytida tirik mavjudotlarning harakatlariga juda ishonarli taqlid olinadi.
Animatsiyaning eng ilg'or usuli - bu jismoniy ob'ektning haqiqiy harakatini tasvirga olish. Masalan, yorqin yorug'lik manbalari nazorat nuqtalarida odamga o'rnatiladi va ma'lum bir harakat video yoki filmga yoziladi. Keyin ramkalardagi nuqtalarning koordinatalari plyonkadan kompyuterga o'tkaziladi va simli ramka modelining mos keladigan ankraj nuqtalariga tayinlanadi. Natijada, simulyatsiya qilingan ob'ektning harakatlari tirik prototipdan deyarli farq qilmaydi.
Haqiqiy tasvirlarni hisoblash jarayoni deyiladi ko'rsatish(vizualizatsiya). Ko'pgina zamonaviy renderlar bunga asoslangan Orqa tarafdagi Ray Tracing. Murakkab matematik modellardan foydalanish portlashlar, yomg'ir, olov, tutun, tuman kabi jismoniy ta'sirlarni simulyatsiya qilish imkonini beradi. Render tugagandan so'ng, 3D kompyuter animatsiyasi yakka mahsulot sifatida yoki tayyor mahsulotning alohida qismlari yoki ramkalari sifatida ishlatiladi.
Haqiqiy vaqtda 3D modellashtirishning maxsus maydoni texnik jihozlar simulyatorlari - avtomobillar, kemalar, samolyotlar va kosmik transport vositalari bilan ifodalanadi. Ularda ob'ektlarning texnik parametrlari va atrofdagi fizik muhit xususiyatlarini juda aniq bajarish kerak. Oddiy versiyalarda, masalan, er usti transport vositalarini boshqarishni o'rgatishda simulyatorlar shaxsiy kompyuterlarda amalga oshiriladi.
Bugungi kunga qadar eng ilg'or qurilmalar kosmik kemalar va harbiy samolyotlarni boshqarishni o'rgatish uchun yaratilgan. Bunday simulyatorlarda ob'ektlarni modellashtirish va vizualizatsiya qilish kuchli qurilmalarda qurilgan bir nechta maxsus grafik stantsiyalar tomonidan qo'llaniladi RISC-protsessorlar va apparat 3D grafik tezlatgichli yuqori tezlikli video adapterlar. Tizimning umumiy boshqaruvi va o'zaro ta'sir stsenariylarini hisoblash o'nlab va yuzlab protsessorlardan tashkil topgan superkompyuterga yuklatilgan. Bunday komplekslarning narxi to'qqiz xonali raqamlar bilan ifodalanadi, lekin ulardan foydalanish tezda o'zini oqlaydi, chunki haqiqiy qurilmalarda o'qitish o'n barobar qimmat.
Raster grafikasi
Nuqtalardan tashkil topgan rastrli tasvirlar uchun tushuncha ruxsatnomalar, birlik uzunlikdagi ballar sonini ifodalash. Bunday holda, quyidagilarni ajratish kerak.
· Asl nusxasini hal qilish;
· Ekran tasvirining aniqligi;
· Chop etilgan tasvirning aniqligi.