Számítógépes grafika. Számítógépes grafika. Számítógépes grafika jelentése. Számítógépes grafika története. Számítógépes grafika története

Számítógépes grafika

Számítógépes grafika

Rendes Péter [email protected]

Kommunikáció – Tanszéki szeminárium – 2007.04.23

Számítógépes grafika jelentése Általánosságban: a számítógépes grafika majdnem minden, ami megjelenik a számítógépen a szöveg és a hangon kívül. Konkrétan a következőket jelentheti: • képi adatok bemutatása, manipulálása számítógép segítségével; • különböző technológiák, amik segítségével képeket lehet létrehozni és manipulálni; • a képek, amik így készültek; • a számítástechnika alterülete , ami vizuális tartalmak digitális létrehozásával és manipulálásával foglalkozik. Kommunikáció – Tanszéki szeminárium – 2007.04.23

Számítógépes grafika története ENIAC - az első általános célú digitális számítógép (1946) Az ENIAC 17.468 elektroncsövet tartalmazott, több mint 100 kW elektromos energiát fogyasztott és 450 m2 helyet foglalt el (több mint 30 m hosszú termet építettek az elhelyezéséhez). A gép tömege 30

• • • •

Jelentése Története Felhasználási lehetőségek Alapfogalmak


Számítógépes grafika története Pre-történelem A számítógépes grafika létrejöttéhez szükséges legfontosabb rajzi és matematikai „invenciók”: • Euklédesz (kb. ie. 300 - 250 BC): geometriai alap koncepció; • Filippo Brunelleschi (1377 - 1446) építész, aranyműves és szobrász: perspektíva kidolgozása • Rene Descartés (1596-1650) analitikus geometria kidolgozása, koordináta rendszer (segítségével megadható a térben egy alakzat, vagy objektum helye) • Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 - 1716) és Isaac Newton (1642 -1727): dinamikus rendszerek leírására szolgáló számítási módszer. • James Joseph Sylvester (1814 - 1897): mátrix; • I. Schoenberg (1903 - 1990): spline; • J. Presper Mauchly (1919 - 1995) és John William Mauchly (1907 - 1980): ENIAC számítógép megépítése;


Számítógépes grafika története 1950-es évek • Whirlwind Project: repülésszimulátor • SAGE: légvédelmi rendszer

tonna volt, megépítése tízmillió dollárba került. Három nagyságrenddel gyorsabb volt, mint a relés számítógépek: az összeadást 0,2 ms, a szorzást 3 ms alatt végezte el. A programja azonban fixen be volt “drótozva” a processzorba és csak mintegy kétnapos kézi munkával, villamos csatlakozások átkötésével lehetett megváltoztatni. A gép memóriája 20 db tízjegyű előjeles decimális számot tudott tárolni.

1960-as évek • Ivan Sutherland: sketchpad (1963) • Grafikai algoritmusok: vonal, kör rajzoló algoritmus raszteres képernyőn, takart élek, felületek árnyékolása, takarása

Az ENIAC tervezését a második világháború alatt kezdte el katonai célokra John Presper Mauchly és John William Eckert. A gépet a Pennsylvania egyetemen építették, a munkát 1946-ban fejezték be. Ezt a számítógépet már szabadalmaztatták.



1

Számítógépes grafika története

Számítógépes grafika története

1970-es évek • Rendering (shading) • Keyframe animáció • Első rajzoló program (Xerox PARC) • Rekurzív raytracing algoritmus • Apple I., II. személyi számítógépek • Első számítógépes játékok: Pong • Pascal nyelv 1980-as évek • Apple Macintosh (1984) • Intel x86 • C nyelv • Texture mapping • VGA (IBM) • SGI – valós idejű raszteres grafika • NASA – VR, adatkesztyű

1990-es évektől napjainkig • 3D gyorsítókártyák • Számítási teljesítmény és tárolókapacítás jelentős növekedése • WWW • CAD rendszerek széleskörű terjedése • Filmipar egyre inkább felhasználja a CGI-t • Minden területen elterjed a számítógépes grafika • Képernyőfelbontás jelentősen növekszik • Számítógépes játékok fejlődése • 3D (sztereoszkópikus) grafika és megjelenítés



Számítógépes grafika története 1990-es évektől napjainkig • 3D gyorsítókártyák • Számítási teljesítmény és tárolókapacitás jelentős növekedése • WWW • CAD rendszerek széleskörű terjedése • Filmipar egyre inkább felhasználja a CGI-t • Minden területen elterjed a számítógépes grafika • Képernyőfelbontás jelentősen növekszik • Számítógépes játékok fejlődése • 3D (sztereoszkópikus) grafika és megjelenítés

Felhasználási lehetőségek Gyakorlatilag csaknem az élet minden területén • • • • • • • • •


A számítógépes grafika jellemző felhasználási területei • • • • • • • • • •

Számítógéppel segített tervezés/gyártás Térképészet Prezentáció támogatása grafikával Folyamatok felügyelete grafikai rendszerek segítségével Számítógépes szimuláció Filmipar Szövegszerkesztés, kiadványkészítés Virtuális valóság Játékprogramok készítése Foterealisztikus képek


Felhasználói felületek (Pl. Windows) Interaktív diagrammok, hisztogrammok (2D vagy 3D ) Térképészet Orvostudomány Tervezés (CAD/CAM) Multimédia rendszerek Tudományos kísérletek eredményeinek megjelenítése Szórakoztatóipar stb.


Számítógéppel segített tervezés/gyártás • Az autógyártásban, a közlekedési eszközök tervezésében, mérnöki tervezésben a CAD/CAM rendszereknek (Computer Aided Design and Manufacturing) nagy szerepe van. • Bonyolult tervezési feladatoknál, összetett elemek tervezésénél nagy szükség van a számítógép támogatására, mert: – a számítógép elvégzi az automatizált feladatokat a tervezés során, a mérnöki tervezésre több idő marad, – módosítások sokkal könnyebben, gyorsabban elvégezhetők a tervezés folyamata során, – gyártás előtt lehetőség van szimuláció során tesztelni a terméket, – a tervezett eszköz valósághű megjelenítésére is lehetőség van, a megrendelő ezen információ birtokában még módosíthat elképzelésein.


2

Térképészet, térinformatika • A számítógépes grafika rohamosan fejlődő területe a térképek informatikai eszközökkel történő feldolgozásán alapuló rendszerek (GIS - Geographical Information System). • Ezek vektoros vagy raszteres térképadatokat kapcsolnak össze különféle adatbázisokkal. • Néhány példa: – útvonaltervezők, – digitális térképek, – valós idejű térképes nyilvántartások, például a mentőszolgálatok irányítási rendszere, mely térképen mutatja, hogy egy mentőautó éppen hol tartózkodik a városon belül. Kommunikáció – Tanszéki szeminárium – 2007.04.23

Folyamatok felügyelete grafikai rendszerek segítségével

Prezentáció támogatása grafikával • Prezentáció készítése során sokszor érdemes olyan grafikai elemeket alkalmazni, melyek képesek tendenciákat, folyamatokat, összefüggéseket vizuálisan megjeleníteni (diagramok, folyamatábrák). • A vizuális információkat az emberi érzékelés sokkal gyorsabban befogadja, értelmezi, mint a szöveges információkat, emellett esztétikai értéke is van.


Folyamatok felügyelete grafikai rendszerek segítségével

• Bonyolultabb folyamatok számítógépes felügyelete során a számítógéphez különböző érzékelők vannak kapcsolva, melyek a rendszer aktuális állapotáról információt küldenek a számítógépnek (atomerőművek, közlekedésirányítás, üzemek gyártósorai). • Az emberi észlelés sokkal lassabb, mint a számítógépes adatfeldolgozás. • Az emberi tényezők (észlelés gyorsasága, figyelmetlenség, pontatlanság) kiküszöbölése sokkal biztonságosabbá teszi ezen rendszerek működését. • Az események felügyeletét az emberek grafikus felületeken végzik, a vizuális elemek plusz információhoz juttatják a rendszer működését felügyelő személyzetet (pl. villogás, színek, hangok, figyelmeztető üzenetek). Kommunikáció – Tanszéki szeminárium – 2007.04.23

Számítógépes szimuláció • Grafikával támogatott számítógépes szimulációt már régóta használnak (repülőgép- és űrhajó szimulátorok). • A valóságközeli szituációk reprodukálása nagy erőforrást igényel (hardver és szoftver tekintetében egyaránt), ezért szélesebb felhasználói körben csak az utóbbi időben terjedt el. • Néhány példa: – – – – –

szimulátor alkalmazása gépjárművezetés oktatásánál (szélsőséges útviszonyok szimulálása), gyors folyamatok szimulálása, melyeket az ember nem tud észlelni (kémiai reakciók lépései, biológiai folyamatok), túl lassú folyamatok szimulálása, ezáltal az időnek, mint tényezőnek kiiktatása, – katonai alkalmazás (harci események szimulálása), – katasztrófahelyzetek szimulálása, – időjárás-előrejelzés.



Filmipar, számítógépes animáció • A filmkészítésben manapság nagyon gyakoriak az animációs filmek. • A számítógépes animációk a következő területeken alkalmazhatók például: – – – – –

reklámfilmek készítése science-fiction készítése, mesefilmek készítése, oktató filmek készítése weblapok esztétikájának növelése, – prezentáció alátámasztása, – stb. Kommunikáció – Tanszéki szeminárium – 2007.04.23

3

Szövegszerkesztés, kiadványkészítés

Virtuális valóság • Az emberi képzelet által megalkotott világok számítógépes modellezését virtuális valóságnak nevezzük. • Ezeket a mesterséges, háromdimenziós világokat az ember megtekintheti, felfedezheti. • A virtuális valóság és az ember között különféle perifériák kommunikálnak (Cyberglove, Head Mounted Display). • A jövőbeni cél, hogy a virtuális valóság az ember összes érzékelő rendszerére hatni tudjon. • Augmented Reality (kiterjesztett valóság): valós tér és virtuális tér együttes megjelenítése


• Fontos szerepe van a számítógépes grafikának a képek készítésénél, logók tervezésénél, előállításánál, betűtípusok tervezésénél.


Számítógépes játékok • A számítógépes grafika egyik legprofitorientáltabb, leggyorsabban fejlődő ága. • A szórakoztató ipar ezen ága finanszírozza döntő többségében a grafikai kutatásokat, fejlesztéseket.


Fotórealisztikus képek • Egy képet akkor nevezünk fotorealisztikusnak, ha a kép számítógépes grafikával készült, mégis nehezen tudjuk megkülönböztetni a fényképtől.


Hardver feltételek, perifériák

Kijelzők

• • •

•

Megjelenítők Input eszközök Egyéb output eszközök

• • • •

•


a felbontás megadja a raszteres képen megjeleníthető pixelek számat: 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1680x1060, 1920x1024 stb. képátmérő: pl.: 14, 17, 21 inch, stb. Képarány: 4:3, 16:9 kép-pontátmérő: a képernyőn beszínezhető pixelek nagyságát adja meg. a képfrissítési frekvencia megadja a másodpercenként kirajzolt teljes képernyők számát interlace vagy noninterlace, mód


4

Rajzoló programok

Raszteres (bittérképes) kép fő tulajdonságai

• Raszteres/bittérképes • Vektoros • 3D modellező

• • • •


Felbontás Színmélység Tömörítés Képformátum


Felbontás

DPI

• X,Y • Pl. 1280x960 v. 1 megapixel

• Kép felbontása és mérete adja meg a minőségét • DPI – Dot Per Inch:

A felbontás mértékegysége. Egy inch (25.4 mm) hosszban elhelyezkedő képpontok mennyisége.

• Pl. 1772x1181 pixel, 15x10 cm DPI? • 300 DPI


Bittérképes képek előnyei • Fényképek, tájképek, portrék, stb. valósághűen képes visszaadni megfelelő felbontás esetén • Számítógépes utómunka, retusálás lehetősége (akár pixelenként)


Retusálás a digitális képek előtti időkben

Lenin, Trockij, Kamenyev

Lenin



5



Vorosilov, Molotov, Sztálin, Jezsov

1. Nyikolaj Antyipov, Sztálin, Szergej Kirov, Nyikolaj Svernyik 2. Sztálin, Szergej Kirov, Nyikolaj Svernyik 3. Sztálin, Szergej Kirov 4. Sztálin

Vorosilov, Molotov, Sztálin


Bittérképes képek hátrányai


Vektorgrafika

• Méretük nem nagyítható minőségromlás nélkül • Viszonylag nagy fájlméret

Megoldás: tömörítés (pl. JPEG)


Vektorgrafika • A vektorgrafikus rendszerek a képet geometriai objektumokból építik fel. • Az objektumok a képen belül önállóan léteznek, tárolásuk egy adatbázisban történik. • Így vissza lehet keresni egy-egy objektumot, lehet magát az objektumot módosítani úgy, hogy csak maga az objektum változzon, a kép többi része változatlan maradjon. • Definiálni tudjuk a képet felépítő elemek közötti hierarchiát (alá- fölérendeltség stb.), a strukturális kapcsolatokat. Kommunikáció – Tanszéki szeminárium – 2007.04.23


Vektorgrafikus adatbázisok • A különféle geometriai objektumokra vonatkozó adatokat – az objektum neve, azonosítója, – az alakzatot felépítő geometriai alakzatok típusai, felépítő alakzatok kapcsolatai az egyeden belül, – méretére, nagyságára vonatkozó adatok, – helyzetére vonatkozó adatok, – tulajdonságaira vonatkozó adatok, – megjelenítésére vonatkozó adatok.

• A geometriai objektumok közötti strukturális kapcsolatokat – illeszkedések, – alárendeltségek, fölérendeltségek, – megjelenítés jellegű kapcsolatok, stb.

• Az objektumokhoz tartozó mennyiségi és szervezési – adatokat – csoportok, stb.


6

Vektorgrafika

Színkeverés

Előnyei: • Kisebb méret megfelelő kép esetén • Szabadon átméretezhető

• Additív (összeadó) színkeverés RGB

Hátrányai: • Ha a képet nem lehet egyszerű alakzatokra bontani, akkor nem használható • Összetett rajznál lassú lehet a megjelenítés

Pl.: DXF, AI, CDR, DRW, WMF Kommunikáció – Tanszéki szeminárium – 2007.04.23

Színkeverés alapszínekből Szín Fehér Sárga Lila Cián Vörös Zöld Kék Fekete

Vörös 255 255 255 0 255 0 0 0

Zöld 255 255 0 255 0 255 0 0

Kék 255 0 255 255 0 0 255 0


HSB

pl.: vörös + zöld=sárga; zöld + kék=kékeszöld; kék + vörös=bíbor; vörös + zöld + kék=fehér

• Szubsztraktív (kivonó) színkeverés CMY(K)

pl.: sárga + bíbor=vörös; bíbor+ kékeszöld=kék; kékeszöld + sárga=zöld; sárga + bíbor + kékeszöld=fekete (ill. szürke).


CMYK • Nyomdai előkészítésnél használhatjuk


Színválasztás

• Szín (Hue) : visszavert vagy áteresztett fény hullámhossza • Telítettség (Saturation) : szín tisztasága és ereje • Világosság (Brightness): 0%-tól 100 %-ig terjed



7

Színmélység

Néhány képfájl formátum

A legelterjedtebb színmélységek a következők: – 8 bit 256 különböző szín – 16 bit 65.536 különböző szín – 24 bit 16.777.216 különböző szín – 32 bit 4.294.967.296 különböző szín

-


BMP TIFF JPG TGA PNG PCX GIF


8

Számítógépes grafika. Számítógépes grafika. Számítógépes grafika jelentése. Számítógépes grafika története. Számítógépes grafika története

Recommend Documents