Учитель Начальной – Курс компьютерной графики (страница 1)
Учитель Начальной
Курс компьютерной графики
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНУЮ ГРАФИКУ
1.1. Что такое компьютерная графика
Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся созданием,
обработкой, анализом и визуализацией изображений с помощью вычислительных
систем. Она находится на стыке математики, физики, алгоритмов и аппаратного
обеспечения.
Основные задачи компьютерной графики:
- Синтез изображений (rendering) - создание картинки по описанию сцены
- Обработка изображений - фильтрация, улучшение, сжатие, анализ
- Геометрическое моделирование - описание формы объектов
- Анимация - создание движения
- Визуализация данных - представление научной и инженерной информации
1.2. Краткая история
1950-1960-е годы
- 1950 - Ben Laposky создаёт первые "осциллонные" абстрактные изображения
- 1961 - Spacewar! - одна из первых компьютерных игр (MIT)
- 1963 - Sketchpad Айвена Сазерленда: интерактивное черчение световым пером.
Эта работа считается рождением интерактивной компьютерной графики.
- 1968 - Сазерленд демонстрирует первый HMD (шлем виртуальной реальности)
1970-е годы
- Алгоритмы затенения Гуро (1971) и Фонга (1975)
- Z-буфер Эдвина Катмулла (1974)
- Первые системы CAD
- Появление персональных компьютеров с графическими возможностями
1980-1990-е
- Появление графических ускорителей (SGI, позже 3dfx Voodoo, NVIDIA, ATI)
- OpenGL (1992) и DirectX
- Фотореалистичный оффлайн-рендеринг в кино (Pixar, Industrial Light & Magic)
- Расцвет 3D-игр (Quake, Unreal)
2000-2020-е
- Программируемые шейдеры (DirectX 8/9, OpenGL 2.0)
- Физически корректный рендеринг (PBR)
- Аппаратный ray tracing (NVIDIA RTX, 2018)
- Нейросетевой рендеринг, Gaussian Splatting, генеративный ИИ
1.3. Основные направления
1. Синтез изображений (Computer-Generated Imagery, CGI)
Создание изображений "с нуля" по геометрическому и физическому описанию сцены.
2. Обработка и анализ изображений
Работа с уже существующими растрами: фильтрация, сегментация, распознавание,
компьютерное зрение.
3. Геометрическое моделирование
Способы представления формы: полигональные сетки, NURBS, неявные поверхности,
воксели, облака точек.
4. Компьютерная анимация
Ключевые кадры, скелетная анимация, физическая симуляция, motion capture.
5. Научная и информационная визуализация
Отображение многомерных данных, потоков, объёмных сканов (КТ, МРТ).
6. Виртуальная, дополненная и смешанная реальность (VR / AR / MR)
1.4. Области применения
- Кино и телевидение (визуальные эффекты, полная CGI-анимация)
- Компьютерные игры и интерактивные развлечения
- Промышленный дизайн, CAD/CAM/CAE
- Архитектура и строительство (BIM)
- Медицина (визуализация томографии, хирургические симуляторы)
- Научные исследования (молекулярная графика, астрофизика, CFD)
- Симуляторы (авиационные, автомобильные, военные)
- Реклама, дизайн интерфейсов, картография
- Образование и тренажёры
1.5. Базовые понятия
Пиксель (pixel) - наименьший элемент растрового изображения.
Разрешение - количество пикселей (например, 1920x1080).
Глубина цвета - сколько бит отведено на цвет одного пикселя (8, 24, 32 бит).
Кадр (frame) - одно полное изображение.
Частота кадров (FPS) - количество кадров в секунду.