Еволюція комп’ютерної графіки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство культури України

Київський національний університет культури і мистецтв

Факультет економіки та інформаційних технологій

Кафедра комп'ютерних наук

Реферат

з дисципліни «Комп'ютерна графіка»

на тему «Еволюція комп'ютерної графіки»

Виконала: Бойченко М.О.

Перевірила: Толмач М.С.

Київ -- 2015

Зміст

Вступ

1. Етапи розвитку комп'ютерної графіки

1.1 1940-1970 рр. Період великих комп'ютерів

1.2 1971-1985 рр. Розвиток у період появи персональних комп'ютерів

• 1.3 1986-1990 рр. Поява технології мультимедіа
• 1.4 З 1991 по сьогодні
• 2. Вітчизняний досвід в галузі комп'ютерної графіки
• Висновки
• Список використаних джерел

• Вступ
• Поняття комп'ютерної графіки. Визначним досягненням людства в останні десятиріччя є швидкий розвиток електроніки, обчислювальної техніки та створення на їхній основі багатопланової автоматизованої системи комп'ютерної графіки.
• На початку свого розвитку комп'ютерну графіку розглядали як частину системного програмування для ЕОМ або один з розділів систем автоматизованого проектування (САПР). Сучасна комп'ютерна графіка становить ряд напрямів і різноманітних застосувань. Для одних із них основою є автоматизація креслення технічної документації, для інших - проблеми оперативної взаємодії людини й комп'ютера, а також задачі числової обробки, розшифрування та передачі зображень.
• Однією з основних підсистем САПР, що забезпечує комплексне виконання проектних робіт на основі ЕОМ, є комп'ютерна графіка (КГ).
• Комп'ютерною, або машинною, графікою називають наукову дисципліну, яка розробляє сукупність засобів та прийомів автоматизації кодування, обробки й декодування графічної інформації. Іншими словами, комп'ютерна графіка розробляє сукупність технічних, програмних, інформаційних засобів і методів зв'язку користувача з ЕОМ на рівні зорових образів для розв'язання різноманітних задач при виконанні конструкторської та технічної підготовки виробництва.

• 1. Етапи розвитку комп'ютерної графіки
• 1.1 1940-1970 рр. Період великих комп'ютерів
• Комп'ютерна графіка в початковий період свого виникнення була далеко не такою ефектною, якою вона стала в нинішні дні. В ті роки комп'ютери знаходилися на ранній стадії розвитку і були здатні відтворювати тільки найпростіші контури (лінії). Ідея комп'ютерної графіки не відразу була підхоплена, але її можливості швидко росли, і поступово вона стала займати одну з найважливіших позицій в інформаційних технологіях.
• Першою офіційно визнаною спробою використання дисплея для виведення зображення з ЕОМ було створення в Массачусетському технологічному університеті машини Whirlwind - I в 1950 р.. Таким чином, виникнення комп'ютерної графіки можна віднести до 1950-х років. Сам же термін "комп'ютерна графіка" придумав в 1960 р. співробітник компанії Boeing У. Феттер.
• Перше реальне застосування комп'ютерної графіки зв'язують з ім'ям Дж. Уітні. Він займався кіновиробництвом в 50-60-х роках і уперше використовував комп'ютер для створення титрів до кінофільму.
• Батьком-засновником 3D графіки можна назвати Івана Сазерленда - цей талановитий чоловік за часів роботи в університеті аспірантом у 1961 році створив додаток SketchPad. SketchPad - невелика, але революційна програма в світі комп'ютерних технологій, яка дозволяла виробляти на світ перші 3D об'єкти. Програма використовувала світлове перо для зображення простих фігур на екрані. Отримані картинки можна було зберігати і відновлювати. У цій програмі було розширене коло основних графічних примітивів, зокрема, окрім ліній і точок був введений прямокутник, який задавали розмірами і розташуванням. Саме SketchPad стала тим самим «поштовхом», який послужив бурхливому розвитку тривимірного зображення - саме завдяки SketchPad ми маємо таке 3D, яке воно є.
• У тому ж 1961 р. студент Стів Рассел створив першу комп'ютерну відеогру Spacewar ("Зоряна війна"), а науковий співробітник Bell Labs Едвард Зеджек створив анімацію "Simulation of a two - giro gravity control system".
• Захистивши свою дисертацію, що розповідає про світ, яким би він був у 3D (тоді ще ця абревіатура не застосовувалася), спільно з доктором Девідом Евансом Іван запускає в громадськість свій новий проект - першу в світі кафедру комп'ютерних технологій, а саме векторної і растрової графіки. Переслідують Еванс і Сазерленд при цьому тільки благородні цілі - залучення талановитих вчених до розробки та вивчення сучасних комп'ютерних та інформаційних технологій. Не встигнувши розігнатися на своєму новому терені, вони знайшли нового союзника - колишнього в той час студентом Еда Катмулла (сьогодні він є технічним директором знаменитої мультиплікаційної студії Pixar). Його безумовним досягненням є те, що саме Ед вперше зміг зробити тривимірний об'єкт. Цим об'єктом була модель його власної кінцівки - кисть руки. Тоді це було дуже великим досягненням, і прираховувалося до технологій майбутнього. В 1969 році співпраця Івана з Едом виросла у їх першу власну компанію, що займається розробкою і масовим виробництвом CG (розшифровується, як computer graphics - комп'ютерна графіка). Назвали її досить просто - «Еванс і Сазерленд».
• Спочатку комп'ютерна графіка була векторною, тобто зображення формувалося з тонких ліній. Ця особливість була пов'язана з технічною реалізацією комп'ютерних дисплеїв. Надалі ширше застосування отримала растрова графіка, заснована на представленні зображення на екрані у вигляді матриці однорідних елементів (пікселів).

• Рис. 1. Одна з перших ЕОМ для роботи з комп'ютерною графікою
• У середині 60-х кількома талановитими фізиками була організована компанія «Вищих Математичних Технологій», яка повинна була займатися вивченням радіаційних полів. Саме вони зробили наступний широкий крок вперед - їх ПЗ Synthavision, запущене для вивчення радіації перенесло ряд змін - після глобальної адаптації, Synthavision стало можливим застосовувати для рендерингу та як основу «трасування променів» - саме способом трасування променів стало можливим прораховувати геометричні об'єкти, відображення, різні відблиски і т.д.
• Рис. 2. Результат роботи програми Synthavision

• Євген Трубецькой і англієць Карл Людвіг внесли, мабуть, найбільший внесок у розвиток "ray-tracing", внісши велику кількість різних змін і налагодивши її роботу до дрібниць. Незважаючи на те, що тогочасні комп'ютери були колосально великими - графіка, відтворена ними, була дуже незграбною. Комп'ютери в той час відрізнялися досить скромними технічними характеристиками, що й перешкоджало просуванню і роботі 3D графіки.
• Рис. 3. Принцип роботи "ray-tracing"
• комп'ютерний графіка мультимедіа автоматизація
• Необхідний був прийнятний результат, а отже, і більш потужні робочі станції. Джим Кларк - один з професорів кафедри CG Стенфордського університету - об'єднавшись з Еббі Сільверстоуном, відкриває в Наприкінці 1981 року компанію, відому як «Силіконова графіка». Випустивши IRIS 1000 - сучасну за тими мірками і дуже потужну машину, Джим і Еббі вирішили продовжити свою діяльність. І вже через кілька місяців, у світ виходить кілька комп'ютерів, оснащених ОС Unix.
• 1.2 1971-1985 рр. Розвиток у період появи персональних комп'ютерів
• Університет штату Юта стає центром досліджень в області комп'ютерної графіки завдяки Д. Евансу і А. Сазерленду, які в цей час були найпомітнішими фігурами в цій області. Пізніше їх коло стало швидко розширюватися. Учнем Сазерленда став Е. Кетмул, майбутній творець алгоритму видалення невидимих поверхонь з використанням Z-буфера (1978). Тут також працювали Дж.Варнок, автор алгоритму видалення невидимих граней на основі розбиття області (1969) і засновник Adobe System (1982), Дж.Кларк, майбутній засновник компанії Silicon Graphics (1982). Усі ці дослідники дуже сильно просунули алгоритмічну сторону комп'ютерної графіки.
• У 1970-і роки відбувся різкий стрибок в розвитку обчислювальної техніки завдяки винаходу мікропроцесора, внаслідок чого почалася мініатюризація комп'ютерів і швидке зростання їх продуктивності. І в цей же час починає інтенсивно розвиватися індустрія комп'ютерних ігор. Одночасно комп'ютерна графіка починає широко використовуватися на телебаченні і в кіноіндустрії. Дж.Лукас створює відділення комп'ютерної графіки на Lucasfilm. У 1977 р. з'являється новий журнал "Computer Graphics World".
• В середині 1970-х років графіка продовжує розвиватися у бік все більшої реалістичності зображень. Е. Кетмул в 1974 р. створює перші алгоритми текстурування криволінійних поверхонь. У 1975 р. з'являється згаданий раніше метод зафарбовування Фонга. У 1977 г. Дж.Блін пропонує алгоритми реалістичного зображення шорстких поверхонь (мікрорельєфів); Ф. Кроу розробляє методи усунення ступінчастого ефекту при зображенні контурів (антиелайзінг). Дж.Брезенхем створює ефективні алгоритми побудови растрових образів відрізків, кіл і еліпсів. Рівень розвитку обчислювальної техніки до цього часу вже дозволив використовувати "жадібні" алгоритми, що вимагають великих об'ємів пам'яті, і в 1978 р. Кетмул пропонує метод Z -буфера, в якому використовується область пам'яті для зберігання інформації про "глибину" кожного пікселя екранного зображення. У цьому ж році Сайрус і Бек розвивають алгоритми відсікання ліній. А в 1979 р. Кей і Грінберг уперше реалізують зображення напівпрозорої поверхні.

• Рис. 3.1 Знімок екрану однієї з перших систем тривимірного моделювання
• У 1980 р. Т. Уіттед розробляє загальні принципи трасування променів, що включають віддзеркалення, заломлення, затінювання і методи антиелайзингу. У 1984 р. групою дослідників (Горел, Торренс, Грінберг та ін.) була запропонована модель випромінювання, одночасно розвиваються методи прямокутного відсікання областей.
• Рис. 4. Знімок екрану системи Lightwave

• 1.3 1986-1990 рр. Поява технології мультимедіа
• У 1980-і роки з'являється цілий ряд компаній, що займаються прикладними розробками в області комп'ютерної графіки. У 1982 г. Дж.Кларк створює Silicon Graphics, тоді ж виникає Ray Tracing Corporation, Adobe System, в 1986 р. компанія Pixar відгалужується від Lukasfilm.
• Рис. 5. Векторний дисплей
• У ці роки комп'ютерна графіка вже міцно впроваджується в кіноіндустрію, розвиваються додатки до інженерних дисциплін. У 1990-і роки у зв'язку з виникненням мережі Internet у комп'ютерної графіки з'являється ще одна сфера застосування.
• Рис. 6. Знімок екрану програми Power Animator

• 1.4 З 1991 по сьогодні
• У 90-х стираються відмінності між комп'ютерною графікою і обробкою зображення. Машинна графіка часто має справу з векторними даними, а основою для обробки зображень є піксельна інформація. Ще кілька років тому кожен користувач вимагав робочу станцію з унікальною архітектурою, а зараз процесори робочих станцій мають швидкодію, достатню для того, щоб управляти як векторною, так і растровою інформацією.
• Крім того, з'являється можливість роботи з відео. Додайте аудіо можливості - і ви маєте комп'ютерну середу мультимедіа. Всі області застосування - чи це інженерна чи наукова, бізнес або мистецтво - є сферою застосування комп'ютерної графіки. Зростаючий потенціал персональних комп'ютерів і їх величезне число - порядку 100 000 000 - забезпечує стійке зростання індустрії в даній галузі. Графіка все ширше проникає в бізнес - сьогодні фактично немає документів, створених без використання будь-якого графічного елементу.
• Художники, архітектори, дизайнери, вже не уявляють своєї роботи без використання комп'ютерної графіки. Тривимірна графіка дозволяє змоделювати архітектурний об'єкт і дозволяє оцінити його достоїнства більш об'єктивно, ніж це, можливо, зробити на основі креслень або макетів. Дизайнер інтер'єру зараз може запропонувати замовнику майже фотографічне зображення його майбутнього житла, тоді як раніше, можливо було задовольнятися тільки ескізами.
• Особливо часто в повсякденному житті ми стикаємося з векторними зображеннями. Майже на будь-якому виробі є логотип компанії-виробника. Розробляється логотип у векторах. Але не можна й переоцінювати можливості комп'ютера. Адже це всього лише інструмент, яким би досконалим він не був. Комп'ютер лише полегшує роботу людині з графічними зображеннями, але не створює їх. Спочатку можна було створювати лише прості векторні об'єкти - зображення, що складаються з, так званих, «векторів» - функцій, які дозволяють обчислити положення точки на екрані або папері. Наприклад, функція, графіком якої є коло, пряма лінія або інші більш складні криві.
• З розвитком комп'ютерної техніки і технологій з'явилася безліч способів виконання графічних зображень. Приблизно в 1995 році в Росії з'явилися свої розробники мультимедіа програм, зародилися електронні видавництва. Якісний рівень програмних продуктів, виконаних вітчизняними художниками і програмістами не поступаються, а іноді і перевершують якість програм зарубіжних авторів. Ще одним напрямком сучасної комп'ютерної графіки став «Веб-Дизайн». З 1995 року у всьому світі спостерігається розгортання глобальної світової комп'ютерної мережі - Інтернет.
• Інтернет є найбільшим у світі сховищем інформації і пов'язує сьогодні майже 80% всіх комп'ютерних систем світу. На мою думку, Інтернет став новим напрямом для комп'ютерних художників-дизайнерів. За своїм жанром він дуже близький до книжкової і журнальної графіки.

• 2. Вітчизняний досвід в галузі комп'ютерної графіки
• У вітчизняній науці теж були свої розробки, серед яких можна назвати ряд технічних реалізацій дисплеїв, виконаних в різні роки:

· 1968, ВЦ АН СРСР, машина БЭСМ- 6, ймовірно, перший вітчизняний растровий дисплей з відеопам'яттю на магнітному барабані;

· 1972, Інститут автоматики і електрометрії (ИАиЭ), векторний дисплей "Символ";

· 1973, ИАиЭ, векторний дисплей "Дельта";

· 1977, ИАиЭ, векторний дисплей ЭПГ- 400;

· 1982, Київ, НДІ периферійного устаткування, векторний дисплей СМ- 7316, 4096 символів, роздільна здатність 2048х2048;

· 1979-1984, Інститут прикладної фізики, серія растрових кольорових півтонових дисплеїв "Гамма". Останні дисплеї цієї серії мали таблицю колірності, підтримували вікна, плавне масштабування.

Висновки

У даному рефераті було розглянуто поняття комп'ютерної графіки, розробки вітчизняних вчених в області комп'ютерної графіки, її етапи від 1940-х років до сьогодні.

1940-1970рр. - Час великих комп'ютерів (ера до персональних комп'ютерів). Графікою займалися тільки при виведенні на принтер. У цей період закладені математичні основи.

Особливості: користувач не мав доступу до монітора, графіка розвивалася на математичному рівні і виводилася у вигляді тексту, що нагадує на великій відстані зображення. Графобудівники з'явилися наприкінці 60-х років і практично були не відомі.

1971-1985рр. - З'явилися персональні комп'ютери, тобто з'явився доступ користувача до дисплеїв. Роль графіки різко зросла, але спостерігалося дуже низька швидкодія комп'ютера. Програми писалися на асемблері. З'явилося кольорове зображення (256).

Особливості: цей період характеризувався зародженням реальної графіки. 1986-1990рр. - Поява технології Multimedia (Мультимедіа). До графіку додалися обробка звуку і відеозображення, спілкування користувача з комп'ютером розширилося.

Особливості: поява діалогу користувача з персональним комп'ютером; поява анімації і можливості виводити кольорове зображення.

1991-2015рр. - Поява графіки нашого дня Virtual Reality. З'явилися датчики переміщення, завдяки яким комп'ютер змінює зображення за допомогою сигналів посилаються на нього. Поява стереоокулярів (монітор на кожне око), завдяки високій швидкодії яких, проводиться імітація реального світу. Уповільнення розвитку цієї технології через побоювання медиків, тому завдяки Virtual Reality можна дуже сильно порушити психіку людини, завдяки потужному впливу кольору на неї.

Список використаних джерел

1. Поняття комп'ютерної графіки [Електронний ресурс]. Режим доступу-http://lib.lntu.info/book/tf/pavp/2013/13-59/page9.html

2. Еволюція комп'ютерної графіки [Електронний ресурс]. Режим доступу-http://cpu3d.com/grhist/istoriya-kompyuternoy-grafiki/

3. Розвиток комп'ютерної графіки [Електронний ресурс]. Режим доступу-http://www.art.ioso.ru/wiki/index.php/Развитие_компьютерной_графики#.D0.98.D1.81.D1.82.D0.BE.D1.80.D0.B8.D1.8F

4. Історія комп'ютерної графіки [Електронний ресурс]. Режим доступу-http://life-prog.ru/view_komputernaya_grafika.php?id=2

Размещено на Allbest.ru