bugorwiki.info
на главную

Компьютерная графика (информатика)

Эта статья о научной дисциплине компьютерной графики. Для других целей, см. Компьютерная графика (значения).
Современный рендеринг чайника в Юте, культовой модели в трехмерной компьютерной графике, созданной Мартином Ньюэллом в 1975 году.

Компьютерная графика - это область компьютерных наук, которая изучает методы цифрового синтеза и манипулирования визуальным контентом. Хотя этот термин часто относится к изучению трехмерной компьютерной графики, он также охватывает двумерную графику и обработку изображений.

обзор

Компьютерная графика изучает манипулирование визуальной и геометрической информацией с использованием вычислительных методов. Основное внимание уделяется математическим и вычислительным основам формирования и обработки изображений, а не чисто эстетическим вопросам. Компьютерная графика часто отличается от области визуализации, хотя эти два поля имеют много общего.

Связанные исследования включают в себя:

  • Прикладная математика
  • Вычислительная геометрия
  • Вычислительная топология
  • Компьютерное зрение
  • Обработка изображения
  • Визуализация информации
  • Научная визуализация

Приложения компьютерной графики включают в себя:

  • Полиграфический дизайн
  • Цифровое искусство
  • Спецэффекты
  • Видео игры
  • Визуальные эффекты

история

Смотрите также: История компьютерной анимации

Одним из первых показов компьютерной анимации был Futureworld (1976), который включал анимацию человеческого лица и руки, созданную Эдом Кэтмаллом и Фредом Парке в Университете Юты. Шведский изобретатель Хокан Ланс подал заявку на первый патент на цветную графику в 1979 году.

Существует несколько международных конференций и журналов, где публикуются наиболее значимые результаты компьютерной графики. Среди них конференции SIGGRAPH и Eurographics, а также журнал транзакций на графике Ассоциации вычислительной техники (ACM). В серии совместных симпозиумов Eurographics и ACM SIGGRAPH представлены основные места проведения более специализированных подполей: симпозиум по обработке геометрии, симпозиум по визуализации и симпозиум по компьютерной анимации. Как и в остальной информатике, публикации на конференциях по компьютерной графике, как правило, более значимы, чем публикации в журналах (и впоследствии имеют более низкий уровень принятия).

Подполя

Широкая классификация основных подполей в компьютерной графике может быть:

  1. Геометрия: изучает способы представления и обработки поверхностей
  2. Анимация: изучает способы представления и управления движением
  3. Рендеринг: изучает алгоритмы воспроизведения светового транспорта
  4. Imaging: изучает получение изображений или редактирование изображений
  5. Топология: изучает поведение пространств и поверхностей.

Геометрия

Последовательные аппроксимации поверхности, вычисленные с использованием квадратичных метрик ошибок.

Подполе геометрии изучает представление трехмерных объектов в дискретной цифровой обстановке. Поскольку внешний вид объекта во многом зависит от его внешнего вида, чаще всего используются граничные представления. Двумерные поверхности - хорошее представление для большинства объектов, хотя они могут быть немногообразны. Поскольку поверхности не являются конечными, используются дискретные цифровые приближения. Полигональные сетки (и в меньшей степени поверхности деления) являются, безусловно, наиболее распространенным представлением, хотя точечные представления стали более популярными в последнее время (см., Например, Симпозиум по точечной графике). Эти представления являются лагранжевыми, что означает, что пространственные местоположения выборок являются независимыми. В последнее время описания эйлеровых поверхностей (т. Е. Там , где пространственные выборки фиксированы), такие как наборы уровней, превратились в полезное представление для деформируемых поверхностей, которые претерпевают множество топологических изменений (при этом жидкости являются наиболее заметным примером).

Подполя геометрии
  • Неявное моделирование поверхности - старое подполе, в котором рассматривается использование алгебраических поверхностей, конструктивной геометрии твердого тела и т. Д. Для представления поверхности.
  • Цифровая обработка геометрии - восстановление поверхности, упрощение, выравнивание, восстановление сетки, параметризация, повторное смешивание, генерация сетки, сжатие поверхности и редактирование поверхности - все это относится к этой статье.
  • Дискретная дифференциальная геометрия - возникающее поле, которое определяет геометрические величины для дискретных поверхностей, используемых в компьютерной графике.
  • Точечная графика - это недавнее поле, которое фокусируется на точках как фундаментальном представлении поверхностей.
  • Подразделение поверхностей
  • Внешняя обработка сетки - еще одно недавнее поле, которое фокусируется на наборах данных сетки, которые не помещаются в основную память.

Анимация

Подполе анимации изучает описания поверхностей (и других явлений), которые движутся или деформируются с течением времени. Исторически большинство работ в этой области было сосредоточено на параметрических и управляемых данными моделях, но в последнее время физическое моделирование стало более популярным, поскольку компьютеры стали более мощными в вычислительном отношении.

Подполя
  • Захват производительности
  • Анимация персонажа
  • Физическое моделирование (например, моделирование ткани, анимация динамики жидкости и т. Д.)

Rendering

Косвенное диффузное рассеяние моделируется с использованием трассировки пути и кэширования освещенности.

Рендеринг генерирует изображения из модели. Рендеринг может имитировать перенос света для создания реалистичных изображений или может создавать изображения, которые имеют определенный художественный стиль в нефотореалистичном рендеринге. Две основные операции в реалистичном рендеринге - это перенос (сколько света проходит от одного места к другому) и рассеяние (как поверхности взаимодействуют со светом). См. Rendering (компьютерная графика) для получения дополнительной информации.

Транспорт

Транспорт описывает, как освещение в сцене попадает из одного места в другое. Видимость является основным компонентом легкого транспорта.

рассеивающий

Модели рассеяния и затенения используются для описания внешнего вида поверхности. В графике эти проблемы часто изучаются в контексте рендеринга, поскольку они могут существенно повлиять на разработку алгоритмов рендеринга. Затенение можно разбить на две ортогональные проблемы, которые часто изучаются независимо:

  1. рассеяние - как свет взаимодействует с поверхностью в данной точке
  2. затенение - как свойства материала меняются по поверхности

Первая проблема относится к рассеянию, т.е. взаимосвязи между входящим и исходящим освещением в данной точке. Описания рассеяния обычно даются в терминах двунаправленной функции распределения рассеяния или BSDF. Последний вопрос касается того, как различные типы рассеяния распределяются по поверхности (т. Е. Какая функция рассеяния применяется где). Описания такого рода обычно выражаются с помощью программы, называемой шейдером. (Обратите внимание, что существует некоторая путаница, поскольку слово «шейдер» иногда используется для программ, которые описывают локальные геометрические вариации.)

Другие подполя
  • физическое рендеринг - связан с генерацией изображений по законам геометрической оптики
  • рендеринг в реальном времени - фокусируется на рендеринге для интерактивных приложений, обычно с использованием специального оборудования, такого как графические процессоры
  • нефотореалистичный рендеринг
  • Пересвет - недавняя область, связанная с быстрым рендерингом сцен

Известные исследователи

  • Артур Аппель
  • Джеймс Арво
  • Брайан А. Барский
  • Джим Блинн
  • Джек Э. Брезенхем
  • Лорен Карпентер
  • Эдвин Кэтмалл
  • Джеймс Х. Кларк
  • Роберт Л. Кук
  • Франклин С. Кроу
  • Пол Дебевец
  • Дэвид С. Эванс
  • Рон Федкиу
  • Стивен К. Фейнер
  • Джеймс Д. Фоли
  • Дэвид Форсайт
  • Генри Фукс
  • Эндрю Гласснер
  • Анри Гуро (ученый-компьютерщик)
  • Дональд П. Гринберг
  • Эрик Хейнс
  • Зал РА
  • Пэт Ханрахан
  • Джон Хьюз
  • Джим Каджия
  • Такео Канаде
  • Кеннет Ноултон
  • Марк Левой
  • Мартин Ньюэлл (ученый-компьютерщик)
  • Джеймс О'Брайен
  • Кен Перлин
  • Мэтт Фарр
  • Буй Туонг Фонг
  • Пшемыслав Прусинкевич
  • Уильям Ривз
  • Дэвид Ф. Роджерс
  • Холли Рушмайер
  • Питер Ширли
  • Джеймс Сифиан
  • Иван Сазерленд
  • Деметрий Терзопулос
  • Кеннет Торранс
  • Грег Тюрк
  • Андриес ван Дам
  • Хенрик Ванн Дженсен
  • Грегори Уорд
  • Джон Уорнок
  • Дж. Тернер Уитед
  • Ланс Уильямс

просмотров: 125