Методическая разработка по теме: «Возможности и перспективы развития компьютерной графики»

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования «Районный центр детского творчества»

Партизанского муниципального района

 

 

 

 

 

 

Методическая разработка по теме:

 

«Возможности и перспективы развития компьютерной графики»

 

 

 

разработчик:

педагог ДО

Мазильникова Е. А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с. Владимиро-Александровское

2023

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………...3

ГЛАВА …………………………………………………………………………... 5

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА: ПОНЯТИЕ, ВИДЫ…………………………. 5

1.1. Основные этапы развития компьютерной графики ……………………….5

1.2. Определение и основные задачи компьютерной графики ………………..8

1.3. Виды компьютерной графики ………………………………………………9

ГЛАВА ………………………………………………………………………….. 12

РАЗВИТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ ….12

2.1. Области применения компьютерной графики ……………………………12

2.2. Перспективы развития компьютерной графики ………………………….14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………….17

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Актуальным темы в том, что в настоящее время компьютерная графика стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, так как в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. Она сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении, которое используется для построения изображений. Сейчас компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для обеспечения наглядности и хорошего восприятия изучаемой информации.

Тема исследования: Возможности и перспективы развития компьютерной графики.

Проблема исследования: Какие на данный момент существуют возможности и перспективы развития компьютерной графики?

Объект исследования: процесс применения компьютерной графики в различных областях.

Предмет исследования: возможности и перспективы развития компьютерной графики.

Цель: рассмотреть существующие виды компьютерной графики, сферы ее применения в свете современных тенденций и перспективы ее развития.

В соответствии с целью, объектом и предметом исследования были поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть основные вопросы развития, понятия, задачи и виды компьютерной графики, используя материал Интернет-ресурсов.

2. Определить области применения компьютерной графики и возможности развития в каждой из них.

3. Сформировать основные представления о будущем компьютерной графики, возможностях ее развития и применения.

Гипотеза исследования: в каждой области, где используется компьютерная графика, имеются огромные перспективы ее развития.

Методы исследования: изучение и анализ материал о проблемной теме, преобразование полученной информации.

 

 

 

 

ГЛАВА 1 КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА: ПОНЯТИЕ, ВИДЫ

 

 

1.1. Основные этапы развития компьютерной графики

Отправной точкой развития компьютерной графики можно считать 1930 год, когда в США нашим соотечественником Владимиром Зворыкиным, работавшим в компании «Вестингхаус», была изобретена электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), впервые позволяющая получать изображения на экране без использования механических движущихся частей.

В 1950 году Бенджамин Лапоски, математик, художник и чертежник, начал экспериментировать с рисованием на осциллографе. Танец света создавался сложнейшими настройками на этом электронно-лучевом приборе. Для запечатления изображений применялись высокоскоростная фотография и особые объективы, позже были добавлены пигментированные фильтры, наполнявшие снимки цветом.

Началом эры собственно компьютерной графики можно считать декабрь 1951 года, когда в Массачусеттском технологическом институте (МТИ) для системы противовоздушной обороны военно-морского флота США был разработан первый дисплей для компьютера «Вихрь». Изобретателем этого дисплея был инженер из МТИ Джей Форрестер.

В 1952 году появилась первая наглядная компьютерная игра – OXO, или крестики-нолики, разработанная Александром Дугласом для компьютера EDSAC в рамках кандидатской диссертации как пример взаимодействия человека с машиной. Ввод данных осуществлялся дисковым номеронабирателем, вывод выполнялся матричной электронно-лучевой трубкой.

В 1955 году родилось световое перо. На кончике пера находится фотоэлемент, испускающий электронные импульсы и одновременно реагирующий на пиковое свечение, соответствующее моменту прохода электронного луча. Достаточно синхронизировать импульс с положением электронной пушки, чтобы определить, куда именно указывает перо. Световые перья вовсю использовались в вычислительных терминалах образца 1960-х годов.

В 1957 году для компьютера SEAC образца 1950-го при Национальном бюро стандартов США команда под руководством Расселла Керша разработала барабанный сканер, при помощи которого была получена первая в мире цифровая фотография. Изображение, на котором запечатлен трехмесячный сын ученого, получилась размером 5×5 см в разрешении 176×176 точек. Компьютер самостоятельно вычленил контуры, распознал символы и отобразил цифровое изображение на экране осциллографа.

В 1958 году в МТИ запущен компьютер Lincoln TX-2, впервые использующий графическую консоль. С этого момента компьютерная графика обретает настоящее приложение методик и наработок – векторный дисплей.

Считается, что термин «компьютерная графика» придумал в 1960 году дизайнер Уильям Феттер, хотя сам он утверждает, будто авторство принадлежит его коллеге Верну Хадсону. На тот момент возникла нужда в средствах описания строения человеческого тела, причем одновременно с высокой точностью и в пригодном для изменения виде. Для решения поставленной задачи компьютерная графика подходила идеально.

Одним из отцов-основателей компьютерной графики считается Айвен Сазерленд, который в 1962 году все в том же МТИ создал программу компьютерной графики под названием «Блокнот». Эта программа могла рисовать достаточно простые фигуры (точки, прямые, дуги окружностей), могла вращать фигуры на экране.

В 1963 году Айвен Сазерленд написал компьютерную программу «Альбом» (Sketchpad). Она дала машинной графике огромный толчок вперед, послужила прообразом для систем автоматизированного проектирования (САПР), впервые описала элементы современных пользовательских интерфейсов и объектно ориентированных языков программирования. «Альбом» посредством светового пера позволял рисовать на дисплее векторные фигуры, сохранять их, обращаться к готовым примитивам.

В 1967 году на базе Университета Юты организован исследовательский центр компьютерной графики мирового масштаба. Ее сформировали Айвен Сазерленд и Дэвид Эванс, вплотную изучающий аспекты визуального взаимодействия компьютера с человеком. Техническое оснащение созданной лаборатории, всесторонне сфокусировавшейся на вопросах создаваемых компьютерами изображений (CGI), было достаточно мощным, чтобы привлечь целую когорту перспективных специалистов.

В 1968 году группой под руководством Н.Н. Константинова была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.

В 1975 году французский математик Бенуа Мандельброт, программируя компьютер модели IBM, построил на нем изображение результатов вычисления комплексной математической формулы (множество Мандельброта), и в результате анализа полученных повторявших закономерностей дал красивым изображениям название – фрактал (с лат. дробный, разбитый). Так возникла фрактальная геометрия и новое перспективное направление в компьютерной графике – фрактальная графика.

В 1979 году для космических кораблей «Шаттл» появились лётные тренажеры, основанные на компьютерной графике.

В 1982 году на экраны кинотеатров вышел фильм «Трон», в котором впервые использовались кадры, синтезированные на компьютере.

В 1984 году был выпущен первый Macintosh, название которого произошло от сорта яблок «Макинтош» с их графическим интерфейсом пользователя. Первоначально областью применения ПК были не графические приложения, а работа с текстовыми процессорами и электронными таблицами, но его возможности как графического устройства побуждали к разработке относительно недорогих программ как в области САПР, так и в более общих областях бизнеса и искусства.

В период 1965-1971 годов на основе BeFlix режиссером-экспериментатором Стэном Вандербиком была создана серия мультипликаций Poem Field. Анимация велась на мейнфрейме IBM 7094, записывалась микрофильмирующим аппаратом Stromberg-Carlson 4020, стоила тогда 500 долларов за минуту.

 

1.2. Определение и основные задачи компьютерной графики

Компьютерная графика – это наука, предметом изучения которой является создание, хранение и обработка моделей и их изображений с помощью ЭВМ, т.е. это раздел информатики, который занимается проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи:

• представление изображения в компьютерной графике;
• подготовка изображения к визуализации;
• создание изображения;
• осуществление действий с изображением.

Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью компьютера. Под графической информацией понимаются модели объектов и их изображения.

1.3. Виды компьютерной графики

Различают четыре вида компьютерной графики. Это растровая графика, векторная графика, фрактальная графика и трехмерная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровый метод – изображение представляется в виде набора окрашенных точек. Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художниками, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры.

Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации.

Векторный метод – это метод представления изображения в виде совокупности отрезков и дуг и т.д. В данном случае вектор – это набор данных, характеризующих какой-либо объект.

Программные средства для работы с векторной графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики много проще.

 

 

Таблица 1. Сравнительная характеристика растровой и векторной графики.

Критерии сравнения	Растровая графика	Векторная графика
Способ представления изображения	Растровое изображение строится из множества пикселей.	Векторное изображение описывается в виде последовательности команд.
Представление объектов реального мира	Растровые рисунки эффективно используются для представления реальных образов.	Векторная графика не позволяет получать изображения фотографического качества.
Качество редактирования изображения	При масштабировании и вращении растровых картинок возникают искажения.	Векторные изображения могут быть легко преобразованы без потери качества.
Особенности печати изображения	Растровые рисунки могут быть легко напечатаны на принтерах.	Векторные рисунки иногда не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы.

Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании.

Фрактальная графика, как и векторная – вычисляемая, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину.

Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.

Трёхмерная графика (3D-графика) изучает приёмы и методы создания объёмных моделей объектов, которые максимально соответствуют реальным. Такие объёмные изображения можно вращать и рассматривать со всех сторон. Для создания объёмных изображений используют разные графические фигуры и гладкие поверхности. При помощи их сначала создаётся каркас объекта, потом его поверхность покрывают материалами, визуально похожими на реальные. После этого делают осветление, гравитацию, свойства атмосферы и другие параметры пространства, в котором находиться объект. Для двигающихся объектом указывают траекторию движения, скорость. 3D графика широко применяется в моделировании и проектировании интерьера, экстерьера, архитектуры, помещений, конструкций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2 РАЗВИТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

 

 

2.1. Области применения компьютерной графики

Область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации. Конструкторы, разрабатывая новые модели автомобилей и самолетов, используют трехмерные графические объекты, чтобы представить окончательный вид изделия. Архитекторы создают на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть, как оно впишется в ландшафт.

Можно рассмотреть следующие области применения компьютерной графики.

Научная графика – визуализация объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика – эта область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различный учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки.

Иллюстративная графика – программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчение подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линиек и других инструментов.

Художественная и рекламная графика – это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярная во многом благодаря телевиденью. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации и многое другое.

Графика для Интернета. Появление глобальной сети Интернет привело к тому, что компьютерная графика стала занимать важное место в ней. Все больше совершенствуются способы передачи визуальной информации, разрабатываются более совершенные графические форматы, ощутимо желание использовать трехмерную графику, анимацию, весь спектр мультимедиа.

Компьютерная анимация – это получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Мультимедиа – это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Первые компьютеры появились в 40-х годах XX века, но только недавно они стали использоваться для создания художественных изображений. В 50-х годах идея об использовании технологии для создания визуальных эффектов была реализована путем создания телевизоров, осциллографов и экранов радаров. Первым глобальным шагом в этом направлении была, вероятно, придуманная в 1961 году Иваном Сазерлендом система Sketchpad, положившая начало эре компьютерной графики. С помощью светового пера пользователи могли создавать рисунки непосредственно на поверхности экрана. Векторная графика представляет собой примитивный штриховой рисунок, часто использовавшийся в первых видеоиграх и кино.

В 1967 году Сазерленд начал совместную работу с Дэвидом Эвансом с целью создания учебного курса компьютерной графики, в котором были бы слиты воедино искусство и наука. Университет штата Юта, в котором были начаты эти исследования, заработал хорошую репутацию в области исследования компьютерной графики и привлек людей, которые впоследствии сыграли важную роль в развитии данной отрасли. Среди них были: Джим Кларк – основатель компании Silicon Graphics Inc., Эд Кэтмул – один из первопроходцев в области создания фильмов с помощью компьютера и Джон Вэрнок – основатель компании Adobe Systems и разработчик таких известных продуктов, как Photoshop и Postscript.

 

2.2. Перспективы развития компьютерной графики

Исторически САПР являются одними из первых систем, в которых применялись и применяются методы и средства компьютерной графики. По данным аналитической компании Daratech, в 2005 году объем мирового рынка САПР для проектирования промышленных объектов превысил 700 млн. долларов, а в 2006 году, по прогнозу, увеличится на 11% и достигнет примерно 801 млн. долларов. Это свидетельствует о продолжающемся росте спроса на такие системы в связи с развитием производства и повышением цен на нефть и другие энергоносители.

Научные лаборатории продолжают генерировать новые идеи в области визуализации. Задача сообщества компьютерной графики состоит в создании удобных инструментов и эффективных технологий, позволяющих пользователям продолжать научные изыскания за границей возможного и безопасного эксперимента. Например, проект виртуального туннеля NASA Исследовательский центр Эймса переносит аэродинамические данные в мир виртуальной реальности, интерес к которой значительно вырос в девяностые годы. NASA Ames было одним из пионеров в использовании и развитии технологий погружения людей в мнимую реальность. Специалисты NASA занимались разработкой специальных шлемов и дисплеев, трехмерных аудиоустройств, уникальных устройств ввода для оператора и созданием соответствующего программного обеспечения. Возник ряд компаний, занимающихся виртуальной реальностью, например: Fakespace, Cristal River Engineering и Telepresence Research.

Грядет всплеск использования графики в анимации, особенно в области индустрии развлечений. Кинофильм Стивена Спилберга Парк Юрского периода установил в 1993 году новый стандарт фотореализма в графике. Этот фильм не единичный случай применения компьютерной графики в кино, и Голливуд расширяет сферу использования специальных эффектов компьютерной графики.

В вышедшем в 2002 фильме «Властелин колец: Две крепости» режиссера Питера Джексона было 920 эпизодов с компьютерными эффектами и 15 компьютерных персонажей. По приблизительным подсчетам, если бы всех компьютерных персонажей фильма «рендерили» на обычном домашнем компьютере, на это ушло бы порядка 460 лет, что составляет 4 миллиона процессорных часов. На аппаратной базе проводившей основную работу над фильмом студии Weta, состоящей более чем из тысячи рабочих станций Silicon Graphics и IBM Linux, обработка заняла около 10 месяцев. Этот фильм как нельзя лучше отображает текущий уровень компьютерной графики и технологий.

Лаборатория Media Lab МТИ является уникальным исследовательским центром разработки совершенных систем взаимодействия человек-компьютер. Например, система News в проекте Future использует последние достижения в области графики, реконструкции звука и изображений, а также моделировании различных объектов для представления новых результатов исследований и их презентации в виде соответствующих текстов, графики, аудио и видео.

В 1998 году произошла так называемая трехмерная революция, когда появились новые модели трехмерных ускорителей, интегрированных в обычные видеокарты. С этого момента рынок переживал планомерное падение удельной цены компьютерной графики для персональных компьютеров. В настоящее время положительные внедрения в процесс оптимизации обработки графической информации возникают чуть ли не каждый день, а стоимость аппаратных решений постоянно уменьшается. В конечном итоге можно ожидать появления видеокарт с потрясающими возможностями при низком уровне цен на них.

Компьютерные игры, разработанные в последнее время, как нельзя лучше отражают текущее состояние компьютерной графики. Производители игр стремятся как можно сильнее приблизиться к заветному рубежу реальности, предъявляя все более высокие требования к аппаратуре компьютера. Это, в свою очередь, подстегивает промышленность находить решения для удовлетворения запросов конечных пользователей. В итоге получается замкнутый круг, и вырваться из него вряд ли когда-либо получиться.

Уровень компьютерной графики достиг такого состояния, о котором не приходилось мечтать 30-40 лет назад. С каждым годом наблюдается все большее и большее совершенствование технологий и программного обеспечения. Растут потребности как профессиональных аниматоров, так и конечных пользователей. Компании, специализирующиеся на компьютерной графике, постоянно предлагают свои новые продукты, чтобы удовлетворить самые высокие запросы человечества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

Компьютерной графикой в последнее время занимаются многие, что обусловлено высокими темпами развития вычислительной техники. Более 90% информации человек получает через зрение или ассоциирует с геометрическими пространственными представлениями. Компьютерная графика имеет огромный потенциал для облегчения процесса познания и творчества. Работа с компьютерной графикой – одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета.

Необходимость широкого использования графических программных средств стала особенно ощутимой в связи с развитием Интернета. У страницы, оформленной без компьютерной графики мало шансов привлечь к себе массовое внимание. Область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации. Конструкторы, разрабатывая новые модели автомобилей и самолетов, используют трехмерные графические объекты, чтобы представить окончательный вид изделия. Архитекторы создают на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть, как оно впишется в ландшафт. Информация, содержащаяся в изображении, представлена в наиболее концентрированной форме, и эта информация, как правило, более доступна для анализа: для ее восприятия получателю достаточно иметь относительно небольшой объем специальных знаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

1.     4.2. Виды компьютерной графики - Персональный сайт Юнусовой Г. Р. [Электронный ресурс] : образовательный портал / Юнусова Г.Р. Режим доступа: https://sites.google.com/site/unusovagaliya1/komputernaa-grafika/4-2-vidy-komputernoj-grafiki, свободный.

2.     Возможности и перспективы компьютерной графики [Электронный ресурс] : образовательный портал / Режим доступа: https://www.myunivercity.ru/Информатика/Возможности_и_перспективы_компьютерной_графики/486280_3521520_страница2.html, свободный.

3.     История развития компьютерной графики timeline | Timetoast timelines [Электронный ресурс] : образовательный портал / Режим доступа: https://www.timetoast.com/timelines/6248910a-e70f-4a32-b27c-e13ef9c355dc, свободный.

4.     История развития компьютерной графики - Основы компьютерной графики [Электронный ресурс] : образовательный портал / Режим доступа: https://studref.com/534413/informatika/istoriya_razvitiya_kompyuternoy_grafiki, свободный.