Grafika komputerowa

Co to jest grafika
komputerowa?

• Grafika komputerowa – dziedzina informatyki zajmująca się

wykorzystaniem technik komputerowych do celów wizualizacji
artystycznej oraz wizualizacji rzeczywistości. Grafika komputerowa
jest obecnie narzędziem powszechnie stosowanym w nauce,
technice oraz rozrywce.

• Chociaż grafika komputerowa koncentruje się głównie na

specjalistycznych algorytmach i strukturach danych to jednak siłą
rzeczy musi czerpać wiedzę z rzeczywistości. Na przykład, aby
uzyskać obrazy fotorealistyczne, należy wiedzieć jak w
rzeczywistym świecie światło oddziałuje z przedmiotami.

• Od kilkunastu lat grafika komputerowa jest też kolejną dyscypliną

artystyczną – dzieła powstałe przy jej zastosowaniu nazywa się
grafiką cyfrową

Przykładowe zastosowania:

• kartografia,

• wizualizacja danych pomiarowych (2D i

3D),

• wizualizacja symulacji komputerowych,

• diagnostyka medyczna,

• kreślenie i projektowanie wspomagane

komputerowo,

• przygotowanie publikacji,

• efekty specjalne w filmach,

• gry komputerowe

Wizualizacja danych pomiarowych

Wizualizacja danych to temat niezwykle szeroki, który ogólnie polega

obrazowym przedstawianiu danych.

Nadrzędnym celem wizualizacji jest stworzenie skutecznego, a więc

maksymalnie zrozumiałego przekazu zawartych w nich treści.

Ogólnie rzecz biorąc, wizualizacja danych stanowi wspólny obszar

zainteresowań dla badaczy i osób trudniących się zarządzaniem

informacjami.

Przetworzone dane można zaprezentować w różny sposób. Jeden z

teoretyków zajmujących się tematem wizualizacji zakłada dwie

główne metody przekazu:

wykresy statystyczne

oraz

kartografię tematyczną.

1. Najważniejszy i najciekawszy

obraz 3D tworzy skaner

ciała ludzkiego – np. tomograf, a

nie człowiek – grafik

komputerowy.

2. Na coraz większą skale tworzy

się modele 3D oraz 4D

poszczególnych organów,

wnętrza organizmu – jest to

bardzo

specyficzny, nowy świat dla

Nowoczesnej Grafiki

Komputerowej, bo występują tu

konkretne zjawiska fizyczne,

biologiczne, jest wyraźnie

zdefiniowana swoista scena,

czyli występuje takie samo

podejście do Nowoczesnej

Grafiki Komputerowej jak

w naukach technicznych.

Diagnostyka medyczna

Na początku lat 90. XX wieku świat zachwycił

się na widok techniki komputerowej, która

szturmem weszła do produkcji kinowych.

Modele i zjawiska nadprzyrodzone były

tworzone przez komputery. Wciąż

pozostawały one jednak luksusem

dostępnym wyłącznie dla

wysokobudżetowych superprodukcji jak

„Terminator 2: Dzień sądu” Jamesa

Camerona (1991) nagrodzony czterema

Oscarami, czy „Park Jurajski” Stevena

Spielberga (1993) – trzy Oscary. Nie

można także zapomnieć o Rolandzie

Emmerichu, który stworzył tak efektowne

obrazy jak „Gwiezdne wrota” (1994) czy

„Dzień niepodległości” (1996).

Ogromny przełom w stosowaniu

komputerowych efektów specjalnych

nastąpił wraz z pojawieniem

się filmu „Matrix „(1999) braci

Wachowskich.

Efekty specjalne w filmach

Jedną z głównych dziedzin

zastosowań grafiki

komputerowej jest szeroko

rozumiany przemysł

rozrywkowy, w

szczególności gry

komputerowe i filmy.

Uznaje się, że pierwszym

filmem, w którym zaczęto

stosować grafikę

komputerową był Tron, a

pierwszym

pełnometrażowy filmem

stworzonym całkowicie

przy użyciu komputera

było Toy Story. Rozwój

grafiki powodował

powstawanie coraz to

doskonalszych wizualizacji

scen i postaci.

Gry komputerowe i filmy

Rys historyczny grafiki

komputerowej

Początki grafiki komputerowej sięgają

lat 50 XX wieku, jednak ze względu

na duże koszty komputerów i

urządzeń graficznych, aż do lat 80.

grafika komputerowa była wąską

specjalizacją, a na jej zastosowania

praktyczne mogły pozwolić sobie

ośrodki badawcze, duże firmy oraz

instytucje rządowe. Dopiero gdy w

latach osiemdziesiątych

rozpowszechniły się komputery

osobiste, grafika komputerowa

stała się czymś powszechnym.

Rozwój nowych technik graficznych

wymusił głównie przemysł filmowy

wymagający realistycznych

efektów specjalnych. Obecnie

grafika komputerowa znajduje

zastosowanie w bardzo wielu

dziedzinach życia.

Rys historyczny grafiki

komputerowej

• Dla zrozumienia wielu kwestii w dzisiejszej Nowoczesnej Grafice

Komputerowej trzeba prześledzić jak powstała i jak się rozwijała
ogólnie rozumiana grafika komputerowa od jej początków do
dnia dzisiejszego.

• Lata 1950 – pierwsze monitory graficzne, zastosowania militarne
• 1962 – pierwsza stacja graficzna (sketchpad) składająca się z

monitora, pióra świetlnego i oprogramowania do interaktywnej
obsługi skonstruowana przez Ivana Sutherlanda

• 1964 – zespół naukowy zajmujący się algorytmami w grafice

komputerowej pracujący na Uniwersytecie w Utah (m.in. Ivan
Sutherland, James Blinn, Edwin Catmull)

• 1965 – pierwsza komercyjna stacja graficzna: IBM 2250 Display

Unit wraz z komputerem IBM 1130

• 1969 – powstanie grupy SIGGRAPH (Special Interest Group

on GRAPHics) w ramach organizacji ACM (Association for
Computing Machinery) skupiającej profesjonalistów związanych z
informatyką

Rys historyczny grafiki

komputerowej

• 1974 – powstanie laboratorium graficznego w New York Institute

of Technology

• 1980 – publikacja artykułu Turnera Whitted’a o realistycznym

tworzeniu obrazów, powstanie metody śledzenia promieni (ray
tracing)

• 1982 – TRON- pierwszy film, w którym zastosowano grafikę

komputerową. Pierwsza scena całkowicie wygenerowana
komputerowo w filmie Star Trek II: Gniew Khana (The wrath of
Khan)

• 1983 – rozwój technik fraktalnych i ich zastosowanie w grafice

komputerowej. Fraktale wykorzystano np. w filmie Star Trek II: The
wrath of Khan

• 1984 – praca C. Gorala, K.Torrance’a, D.Greenberga i B.Battaile’a

proponująca nowe podejście do wizualizacji – metodę energetyczną
(radiosity)

• 1988 – pierwsza sekwencja filmowa z wykorzystaniem morfingu

w Willow

Rys historyczny grafiki

komputerowej

• 1989 - pierwsza postać wygenerowana za pomocą grafiki 3D w

wytwórni Industrial Light & Magic (ILM)

• 1993 – dinozaury w Parku Jurajskim - pierwsze kompletne i

szczegółowe organizmy żywe wygenerowane w technice cyfrowej

• 1995 – film Toy Story zrealizowany w całości za pomocą grafiki

komputerowej; pierwsze fotorealistyczne włosy oraz futro
wygenerowane komputerowo

• 1999 – pierwsza postać z kompletną ludzką

anatomią wygenerowana komputerowo w wytwórni ILM

• 2001 – mapowanie fotonowe (photon mapping) jako rozwój metody

śledzenia promieni

• 2009 – film Avatar – rewolucja kina 3D

Klasyfikacja:

• Grafika rastrowa – prezentacja obrazu za pomocą pionowo-

poziomej siatki odpowiednio kolorowanych pikseli na monitorze
komputera, drukarce lub innym urządzeniu wyjściowym.
Grafika rastrowa została opatentowana pierwszy raz przez
firmę Texas Instruments w latach 70. i jest teraz wszechobecna.
Obrazki z głębią kolorów RGB często składają

się z kolorowych kwadratów zdefiniowanych
przez trzy bajty – jeden bajt (czyli 8 bitów)
na kolor czerwony, jeden na zielony i jeden

na kolor niebieski.

Grafika rastrowa

• grafika rastrowa – obraz budowany jest

z prostokątnej siatki punktów

(pikseli). Najważniejsze formaty plików

to: Bitmap, OpenRaster, ICO (Microsoft

file format). Formaty takie jak JPEG, TIFF,

PNG oraz GIF także przechowują obraz

według koncepcji rastrowej,

natomiast dodatkowo pojawia się w tych

formatach kompresja. Najważniejsze

edytory graficzne: Photoshop, MS Paint

oraz GIMP.

Grafika wektorowa

• grafika wektorowa - jest rozszerzeniem grafiki rastrowej. Stosuje ona

prymitywy graficzne takie jak: punkty, linie, krzywe oraz kształty
do przedstawienia obrazów w grafice komputerowej. Wszystkie
te prymitywy graficzne bazują na równaniach
matematycznych. Podstawowym standardem grafiki wektorowej jest
SVG. Podstawowe edytory graficzne: CorelDRAW, Adobe Illustrator,
oraz Inkscape.
Typy prymitywów najczęściej używane w grafice wektorowej:
• linie i polilinie,
• poligony,
• okręgi i elipsy,
• bezigony,
• tekst np. TrueType,

Różnice

W przeciwieństwie do grafiki rastrowej grafika wektorowa jest grafiką

w pełni skalowalną, co oznacza, iż obrazy wektorowe można

nieograniczenie powiększać oraz zmieniać ich proporcje bez

uszczerbku na jakości. Ma to swoje uzasadnienie w matematycznym

opisie elementów (prymitywów), dlatego też obraz może być

wyświetlony w maksymalnie dostępnej dla ekranu czy wydruku

rozdzielczości. Sama jakość obrazu uzależniona jest wyłącznie od

dokładności opisu obrazu przez prymitywy: czarne włosy rysowanej

postaci można określić jako zamkniętą krzywą wypełnioną na czarno,

choć można też opisać każdy włos krzywą o względnie niewielkiej

grubości i czarnym kolorze.

W przypadku grafiki rastrowej obrót obrazu może zniekształcić go

powodując utratę jakości (w szczególności, jeśli nie jest to obrót o

wielokrotność kąta prostego). Typowe edytory grafiki wektorowej

pozwalają oprócz zmiany parametrów i atrybutów prymitywów także

na przekształcenia na obiektach, np.: obrót, przesunięcie, odbicie

lustrzane, rozciąganie, pochylanie, czy zmiana kolejności obiektów na

osi głębokości. Jest to więc kolejny stopień opisu obrazu ideowego,

nie zaś literalnego.

Rozdzielczość

Parametr określający dokładność odwzorowania szczegółów obrazu

stosowany przy opisie urządzeń (nośników) rejestrujących oraz

wyświetlających obraz; rozdzielczość wyraża się przez

zdefiniowanie najmniejszego rozróżnialnego elementu obrazu i

przeliczenie jego liczby w pionie i poziomie np. 1920×1080 lub

przez podanie liczby przypadającej na jednostkę miary np. 600 dpi

(dot per inch); w przypadku tradycyjnej fotografii oraz filmu

najmniejszą wyróżnialną cząstką jest ziarno, zaś w przypadku

urządzeń (nośników) cyfrowych mówi się o pikselu.

• grafiki rastrowej
Adobe Photoshop
Photoline
Corel Photo-Paint
IrfanView
GIMP
Paint
PaintShopPro

• grafiki wektorowej
1. Dwuwymiarowej
Adobe FreeHand
Adobe Illustrator
CorelDraw
inkscape
2. Trójwymiarowej (3D)
3ds Max
Blender
Cinema 4D
Imagine 3D
LightWave 3D
Maya
Softimage
Solid Edge
True Space

Najpopularniejsze programy do

grafiki komputerowej

Grafika dwuwymiarowa

Grafika 2D -Termin ten

odnosi się zarówno do działu

informatyki zajmującego się

grafiką dwuwymiarową i

technikami dotyczącymi jej

obróbki, jak i do

samych obrazów

cyfrowych mogących składać

się z tekstu, grafiki oraz

obiektów 2D.

Grafika dwuwymiarowa jest

wykorzystywana głównie w

tych zastosowaniach, w

których pierwotnie używano

tradycyjnych

technologii drukowania oraz

rysowania -

m.in. typografii, kartografii, k

reślarstwie, reklamie, filmie

animowanym itp.

W tych zastosowaniach dwuwymiarowy obraz jest nie tylko

reprezentacją obiektu ze świata rzeczywistego, ale niezależnym

elementem, któremu nadano konkretne znaczenie. Dwuwymiarowy

model jest w tym wypadku preferowany, ponieważ daje bardziej

bezpośrednią kontrolę nad obrazem niż model trójwymiarowy, który

lepiej odnosi się do fotografii niż do typografii.

Grafika komputerowa 2D rozpoczęła swój rozwój w latach 50. XX

wieku od urządzeń grafiki wektorowej. Z czasem zostały one

wyparte przez urządzenia grafiki rastrowej. Język PostScript oraz

system X Window były jednymi z najważniejszych projektów w tej

dziedzinie

Grafika dwuwymiarowa

Grafika trójwymiarowa

• Grafika trójwymiarowa (3D) tworzona jest przez programy do

projektowania przestrzennego. Daje złudzenie głębi obrazu mimo
że jest on wyświetlany na płaskim obrazie. Obrazy oraz projekty
wykonane za pomocą tej metody budzą zachwyt oraz zapierają
dech w piersiach. Metoda tego rodzaju pozwala na wierne i
przestrzenne przedstawienie obiektu lub obrazu. Grafika ta jest
bardzo ważnym aspektem w grach komputerowych.

Grafika nieinterakcyjna i czasu

rzeczywistego

• Grafika nieinterakcyjna – program wczytuje uprzednio

przygotowane dane i na ich podstawie tworzy wynikowy obraz. Tak
działa np. POV-Ray, który wczytuje z pliku definicję sceny
trójwymiarowej i na jej podstawie generuje obraz sceny.

• Grafika czasu rzeczywistego – program musi bardzo szybko

(kilkadziesiąt razy na sekundę) regenerować obraz, aby wszelkie
zmiany były natychmiast uwidocznione. Grafika czasu
rzeczywistego ma szczególnie znaczenie w różnego rodzaju
symulatorach, jest również powszechna w grach komputerowych

Popularne formaty graficzne

Popularne formaty grafiki rastrowej:

•

JPEG – niewątpliwie najpopularniejszy format plików graficznych,

•

JPEG 2000 – nowsza wersja formatu JPEG, oferująca lepszą kompresję,

•

TIFF- popularny format plików graficznych udostępniający wiele rodzajów
kompresji.

•

PNG – popularny format grafiki (szczególnie internetowej), obsługiwany
przez większość przeglądarek WWW

•

GIF – popularny format grafiki (szczególnie internetowej); obsługiwany
przez prawie wszystkie przeglądarki WWW; może przechowywać wiele
obrazków w jednym pliku tworząc z nich animację;

•

BMP – oferuje zapis z kompresją

Popularne formaty graficzne

Formaty grafiki wektorowej:

• SVG – format oparty na języku XML; promowany jako standard

grafiki wektorowej; umożliwia tworzenie animacji,

• CDR (Corel Draw) – format opatentowany przez firmę Corel

Corporation

• SWF (Adobe Flash) – format grafiki wektorowej popularny w

internecie; umożliwia tworzenia animacji, a nawet całych aplikacji,

• EPS – format PostScript z ograniczeniami

Źródła:

Grafika komputerowa:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_komputerowa

Rys historyczny:

http://brasil.cel.agh.edu.pl/~12sustrojny/krotka-historia-grafiki-komputerowej/
http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_komputerowa#Rys_historyczny

Grafika rastrowa:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_rastrowa

Grafika wektorowa:

Http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_wektorowa

Grafika dwuwymiarowa:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika_dwuwymiarowa

Grafika trójwymiarowa:

http://grafikabyme.blogspot.com/2011/05/rodzaje-grafiki-komputerowej-grafika_2192.html

Popularne formaty graficzne:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Formaty_plik%C3%B3w_graficznych

Document Outline