CC BY
86«етуушшим-шишаи» 2022 / technical science
55
УДК: 004.921
Шохоева А.И.
Российский Технологический Университет МИРЭА DOI: 10.24412/2520-6990-2022-31154-55-57 ТЕХНОЛОГИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДАННЫХ
Shokhoeva A.I.
Russian Technology University MIREA
COMPUTER GRAPHICS AND DATA VISUALIZATION TECHNOLOGIES
Аннотация
В статье рассмотрены виды и формы компьютерной графики, а также разобраны методы создания графических изображений с применением технологий визуализации данных. Приведены основные области применения технологий и их значимость в контексте различных сфер жизнедеятельности человека.
Abstract
The article discusses the types and forms of computer graphics, as well as the methods of creating graphic images using data imaging technologies. The main areas of technology application and their significance in the context of various spheres of human life are provided.
Ключевые слова: визуализация данных, векторная графика, растровая графика, 3D графика, рендеринг, текстурирование, освещение
Key words: data imaging, vector graphics, raster graphics, 3D graphics, rendering, texturing, lighting
Компьютерная графика - область компьютерных наук, которая фокусируется на цифровом создании и изменении визуального контента.
Изучение компьютерной графики включает в себя манипулирование геометрическими и визуальными данными посредством вычислений. Акцент делается на математических и вычислительных основах синтеза и обработки изображений и не ограничивается исключительно эстетическими соображениями.
Основные разделы компьютерной графики можно условно разделить на следующие категории:
1. Геометрия: изучает способы представления и обработки поверхностей объектов
2. Анимация: изучает способы отображения движения и управления им
3. Рендеринг: изучает алгоритмы для воспроизведения передачи светового пространства
4. Визуализация: изучает процесс получения изображений или их редактирования
5. Топология: изучает поведение пространств и поверхностей
Сегодня практически все изображения созданы с использованием компьютерной графики. Она имеет широкий спектр применений, от архитектурного рендеринга до киноиндустрии и фотографии.
Компьютерная графика, которая когда-то была чрезвычайно дорогим и сложным инструментом, теперь доступна абсолютно для каждого и может быть использована в качестве основного средства для работы с визуализацией данных. В конечном итоге она может полностью заменить традиционные методы иллюстрации, такие как живопись или рисунок.
Растровые изображения, часто известные как "растровые" изображения, состоят из нескольких крошечных квадратов, называемых пикселями. При сильном увеличении можно увидеть отдельные
пиксели. Разрешение растрового файла измеряется в DPI (dots per inch) или PPI (points per inch) и является основным фактором, определяющим размер файла.
Растровый образ изображения характеризуется определенным числом строк и столбцов. Изменение размера изображения такого типа неизбежно приводит к потерям. Чуть меньше они заметны при уменьшении размера изображения — отдельные детали просто исчезают с рисунка. Более отчетливо они проявляются при его увеличении — пиксели просто преобразуются в квадраты одного цвета, состоящие из нескольких пикселей. [2]
Растровые изображения используются в ситуациях, когда необходимо показать плавный переход цветов и оттенков.
Самые популярные приложения - это редактирование изображений и создание коллажей. Векторизованная версия того же изображения занимает меньше места на жестком диске, чем растрирован-ная версия. Photoshop - наиболее широко используемый редактор растровой графики.
Векторная графика - это метод представления объектов, который использует несколько векторных примитивов (например, опорные точки, линии, кривые, заливки) для формирования изображения.
В настоящее время существует более 10 различных векторных форматов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Одними из наиболее популярных и широко используемых форматов векторной графики являются EPS, PDF, SVG и AI.
Чтобы создать векторное изображение, необходимо очертить его контур с помощью точек, а затем без каких-либо затруднений провести векторные линии между ними, используя широкие возможности современных программ.
К преимуществам векторных изображений относятся:
TECHNICAL SCIENCE / «ШУУШШУМ-ШУШаи» #3И54)), 2022
56_
1. простота редактирования как изображения в целом, так и отдельных его элементов,
2. возможность как коррекции, так и существенного изменения размера изображения без потери качества (включая поворот на заданный пользователем угол) и изменения размера файла, небольшой размер самого файла,
3. возможность простого преобразования векторных изображений в любой растровый формат любого разрешения (в отличие от растровой графики, продукты которой не могут быть преобразованы в векторную графику).
Растровая графика не может свободно масштабироваться без потери качества, так как напрямую зависит от разрешения. Напротив, векторная графика может легко масштабироваться в соответствии с качеством оборудования, используемого для ее рендеринга. В то время как векторная графика часто лучше подходит для верстки или графического дизайна, растровая графика более практична при работе с картинками и фотореалистичными изображениями. Определение наилучшего разрешения изображения для данного принтера может быть непростой задачей, поскольку печатная продукция может содержать больше деталей, чем зритель может увидеть на мониторе. Современные компьютерные мониторы обычно отображают от 72 до 130 пикселей на дюйм (PPI), в то время как некоторые современные потребительские принтеры могут разрешать 2400 точек на дюйм (DPI) или более.
3Б-графика или трехмерная графика - это область компьютерной графики, набор техник и инструментов, позволяющих создавать трехмерные объекты с использованием текстур и цвета. Трехмерная графика отличается от двумерных изображений процессом создания геометрической проекции трёхмерной модели сцены (виртуального пространства) в 2D. Это выполняется с помощью специализированного программного обеспечения. Полученная модель может быть копией объектов реального мира (например, здание, человек, автомобиль), или быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
3Б-графика является одним из наиболее эффективных инструментов в рекламе, позволяющим расширить воздействие на потенциального клиента и повысить качество рекламы, благодаря тому, что с ее помощью можно визуализировать как реальный, так и виртуальный миры. Трехмерная графика позволяет создавать точную копию любого объекта и создавать совершенно новые, несуществующие объекты, из собственного воображения.
В то время как пиксели в двумерной графике обладают свойствами положения, цвета и яркости, трехмерные пиксели добавляют свойство глубины, которое указывает, где точка находится на воображаемой оси Z. Когда объединяется множество трехмерных пикселей, каждый со своим собственным значением глубины, в результате получается трехмерная поверхность, называемая текстурой. В дополнение к текстурам, 3D-графика также поддер-
живает множество отдельных объектов, взаимодействующих друг с другом. Сложная трехмерная графика использует такие методы, как трассировка лучей, для нанесения реалистичных теней на изображение.
Преобразование информации о трехмерных объектах в битовую карту, которая может быть отображена, называется рендерингом и требует значительной памяти и вычислительной мощности. В прошлом 3D-графика была доступна только на мощных рабочих станциях, но сейчас 3D-графиче-ский ускоритель обычно используется и в персональных компьютерах. Графический ускоритель содержит память и специализированный микропроцессор для обработки множественных операций трехмерного рендеринга.
Очевидные области применения компьютерной графики включают компьютерное искусство, CGI—фильмы, архитектурные чертежи и графический дизайн - но есть также много неочевидных применений, и не все из них являются "художественными". Научная визуализация - это способ получения графических результатов на основе компьютерных моделей, чтобы людям было легче их понять. Компьютеризированные модели глобального потепления дают на выходе обширные таблицы чисел, разобраться в которых мог бы только кандидат наук в области климатологии, но, если создать ускоренную анимированную визуализацию - в которой Земля приобретает голубой цвет по мере того, как становится холоднее, и красный по мере того, как становится жарче, — любой сможет понять, что происходит. Медицинская визуализация -еще один хороший пример того, насколько важна компьютерная графика. Когда врачи показывают вам сканирование мозга или тела, вы смотрите на компьютерное графическое изображение, составленное с использованием огромных объемов данных, полученных в результате тысяч или, возможно, даже миллионов измерений. Потрясающие фотографии, переданные из космоса профессиональными устройствами, такими как космический телескоп Хаббл, обычно улучшаются с помощью компьютерной графики, называемой обработкой изображений.
Область компьютерной графики - это широкая и разнообразная сфера, которая существует на стыке информатики и дизайна. Она включает в себя весь процесс визуализации сцен и объектов, от создания цифровых моделей и процесса текстуриро-вания, рендеринга и освещения, до отображения готовых изображений на экране. Компьютерная графика превращают сложную информацию в наглядную проекцию, которую любой человек может постичь мгновенно и интуитивно.
Список литературы
1. Ковалев А. С., Шалимова О. А., Польшакова Н. В. Новые технологии компьютерной графики объемного 3d моделирования и их практическая реализация // Успехи современного естествознания. 2010. № 10. С. 85-88
«ШУШ(ШШиМ-Ши©Ма1> #3И534), 2022 / TECHNICAL SCIENCE
57
2. Михалина, А. Д. Технологии компьютерной графики и их практическая реализация / А. Д. Ми-халина, Т. С. Логвинова, Н. В. Польшакова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 2 (136). — С. 58-61. — URL: https://moluch.ru/archive/136/38109/
3. Аркабаев, Д. А. Компьютерная графика и сферы ее применения / Д. А. Аркабаев, А. С. Мо-хова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 4 (294). — С. 14-18. — URL: https://moluch.ru/archive/294/66793/
4. Introduction to computer graphicsEssential. Need-to-know definitions and fundamentals. [Electronic resource]. - Access mode. - URL: https://www.splento.com/blog/photography/introduc-tion-to-computer-
graphics/?ysclid=la6wa9sm77751766155
5. Hong Qin. Center for Visual Computing (CVC). Stony Brook University. Introduction to Computer Graphics Techniques and Applications. URL: https://www3.cs.stonybrook.edu/~qin/courses/geome-try/computer-graphics-overview.pdf
