Как компьютерная графика изменила мир
Обновлено: 02.07.2024
Развитие компьютерной графики и первая советская анимация
Впервые термин «компьютерная графика» ввел инженер-дизайнер Уильям Феттер, сотрудник авиастроительной компании «Боинг», в 1960 году. Он занимался отрисовкой дизайна кабины пилотов и именно так описал свою деятельность в отчетных документах. Спустя четыре года Феттер создал первую графическую модель человека, получившую название «человека Боинга».
В 1963 году Айвен Сазерленд, американский программист из МТИ создал первый графический интерфейс — комплекс Sketchpad. Он стал первым векторным редактором, который позволял работать с точками, линиями и окружностями, с помощью светового пера. В этом же году программист Эдвард Зейджек представил миру первую компьютерную анимацию. Она показывала движение спутника вокруг Земли. Для ее создания использовалась программа ORBIT, а обработка осуществлялась на компьютерах серий IBM 7090 и 7094.
Первая советская анимация была создана в 1968 году кафедрой учебной и научной фотографии и кинематографии МГУ. Это небольшой анимационный этюд о кошке, полностью созданный Большой электронной вычислительной машиной, или БЭСМ-4, которая решала дифференциальные уравнения.
В 1972 году Эдвин Катмулл представил первое в мире 3D-изоображение. Им стала его собственная левая рука, текстурированная в виде проволочной структуры. Сейчас Эдвин Катмулл — один из ведущих сотрудников анимационных корпораций Pixar и Walt Disney Animation Studios. Именно Pixar в 1995 году создали первый в истории мультфильм, выполненный только средствами компьютерной графики (иными словами, технологии CGI) — «Историю Игрушек».
В конце семидесятых годов индустрия персональных компьютеров приближается к пику своего развития. Теперь устройства есть не только на рабочих места и в специализированных учреждениях, но и дома у каждого желающего. Именно в это время зарождается индустрия видеоигр и компьютерных игр, для которых компьютерная графика — один из решающих факторов.
С развитием видеосистемы персональных компьютеров в восьмидесятые графика становится более детализированной и лучше передает цвет. Графическое моделирование позволяет создавать полноценные трехмерные объекты. Для этого необходимо пройти через пять последовательных технических этапов. Начать необходимо с создания трехмерной математической модели, которой назначаются растровые или процедурные текстуры — прозрачность, шероховатость и другие свойства материалов. После этого происходит работа с установкой источников света и анимированием модели. Для того, чтобы достичь максимального уровня реализма разработчики пользуются динамической симуляцией, а после приступают к рендерингу — отрисовке изображения по модели с помощью одной из компьютерных программ.
В современных компьютерных играх и фильмах бывает сложно отличить графику от реального изображения. Во многом это связано с развитием технологии захвата изображения, или motion capture — метод анимации персонажа, при котором движения реального человека оцифровываются и переносятся на трехмерную модель. Так, одним из самых известных современных проектов, использовавших в графике технологию захвата движения, стала игра французской компании Quantic Dreams «Детройт: стать человеком». В создании игры приняло участие 250 актеров, на основе мимики и действий которых создавалась графика.
Главная особенность киноремейка диснеевского полнометражного мультфильма 1967 года даже не голоса Скарлетт Йоханссон, Идриса Элбы и Кристофера Уокена (которых русский зритель все равно в дубляже не услышит), а то, что за 105 минут невероятно реалистичного фильма в кадре появляется всего один живой человек — Маугли, которого сыграл дебютант Нил Сетхи. Все остальные персонажи созданы при помощи компьютерной графики, за что режиссер Джон Фавро уже успел получить награду от организации PETA, так как во время съемок ни одно животное не то что не пострадало, а даже не работало на площадке.
Что было до
Первым фильмом, сделанным полностью при помощи компьютерной анимации (CGI), стала короткометражка «Колибри», выпущенная в Бельгии в 1967 году. Тогда никто не мог предположить, какое будущее ждет новую технологию. До начала 1990-х компьютерная графика, как и вся сфера IT, развивалась очень медленными по сегодняшним меркам темпами. Прорывом стал «Парк юрского периода» (1993) с его реалистичными компьютерными динозаврами. Два года спустя на экраны вышла «История игрушек» — первый полнометражный мультфильм, от начала до конца сделанный на компьютере.
2001 год стал переломным в истории CGI, графика разделилась на два направления. Был выпущен «Шрек», персонажи которого выглядели, с одной стороны, реалистичными, а с другой — все равно стилизованными. Тогда же вышел научно-фантастический фильм «Последняя фантазия», положивший начало фотореализму в CGI — стремлению создать персонажей, неотличимых от реальных живых существ. Продолжателями этого направления стали «Властелин Колец: Две крепости», «Беовульф», «Аватар», «Жизнь Пи» и, наконец, «Книга джунглей».
Что нового в «Книге джунглей»
При создании «Книги джунглей» Фавро и его команда задействовали все достижения в области CGI на полную. У режиссера богатый опыт использования компьютерной графики благодаря работе над тем же «Железным человеком», но в «Книге джунглей» Фавро захотел пойти еще дальше: рассказать сказку с помощью целиком фотореалистичного изображения. Нечто подобное мы уже видели в «Жизни Пи» — тогда некоторые зрители поначалу даже отказывались верить, что тигр в фильме полностью компьютерный. В «Книге джунглей» с помощью CGI уже сделан не только тигр (очень, кстати, впечатляющий и довольно страшный для детского мультфильма), но и целые джунгли. Руководил разработкой спецэффектов Роб Легато, ранее работавший над компьютерной графикой для «Аватара».
Как совмещаются реальные кадры и графика
Перенасыщенная цветовая схема компьютерной графики, которая выбивается по цветам из общей картины, разрушает весь реализм, а отрисованные персонажи попросту выпадают из сцены. Поэтому важнейшим процессом при создании компьютерной анимации является композитинг (от английского compositing — «компоновка»). На этом этапе 3D-модели встраиваются в окружающую действительность.
Композитинг подразумевает совмещение моделей персонажей с фоновым видео и другими элементами кадра, включая материал с живыми актерами (как правило, отснятый на зеленом фоне по системе хромакей). Сначала различные слои видео накладываются друг на друга, затем происходит выравнивание яркости слоев и цветокоррекция.
Создатели «Книги джунглей» старались сделать границу между реальностью и компьютерной графикой максимально незаметной. Для каждой отдельной сцены с участием Маугли выстраивались новые декорации, включая трехметровые джунгли. Затем отснятый в павильонах материал компоновали с компьютерными моделями. Так, в одной из сцен герой сначала ползет по вполне реальной грязи, а затем вскакивает на созданное при помощи компьютерной графики животное, которое помогает ему сбежать от опять же компьютерного Шерхана. Понять, где заканчивается реальность и начинается цифровая анимация, трудно даже специалисту.
Реалистичные движения и риггинг
Все заслуги гениальных художников, 3D-моделлеров и композеров может перечеркнуть нереалистичная физика. И одно дело — симуляция движений твердых тел, другое — правдоподобные перемещения живых персонажей. Нашумевшая сцена из «Властелина Колец», где Леголас прыгает по падающим камням, с точки зрения реализма воспринимается примерно так же, как мультфильм «Том и Джерри». За последние годы появляется все больше технологий, обсчитывающих движения живых существ. Например, разработка Dyna моделирует деформации мягких тканей человека при движении и добавляет частям тела вес.
Очень важен и качественный риггинг (от английского rig — «оснастка») — создание и разработка внутри трехмерной модели персонажа виртуального скелета и суставов. Всем составным элементам анимируемой фигуры (не только конечностям, но и мышцам лица, глазам, губам и т. д.) задаются характеристики, и между ними выстраивается иерархическая зависимость. Точная настройка позволяет делать по-настоящему реалистичные модели.
Захват движения (motion capture)
Захват движения применяется для создания мимики и движений персонажа. Широкое распространение технология получила в 1990-е, после того как ее впервые использовали для создания анимации персонажей компьютерной игры Virtua Fighter 2 в 1994 году. В кино motion capture стали активно применять в 2000-е («Властелин Колец», «Беовульф», «Аватар», «Гарри Поттер», «Жизнь Пи»).
Существуют маркерные и безмаркерные системы motion capture. Наиболее популярны первые, где применяется специальное оборудование: на актера надевают костюм с датчиками (для создания мимики датчики располагают на лице), данные с которых фиксируются и передаются в компьютер. В безмаркерных для записи данных используют технологии компьютерного зрения и распознавания образов. Затем компьютер сводит полученную информацию в единую трехмерную модель, а потом на ее базе создается соответствующая анимация.
Таким образом, motion capture служит для переложения движений и мимики реальных актеров на компьютерные модели, в результате чего достигается портретное сходство персонажей с озвучивавшими их актерами. Благодаря motion capture во «Властелине Колец» Голлум сохранил манеры сыгравшего его Энди Серкиса, а Смауг так похож на Бенедикта Камбербатча. В «Книге джунглей», кстати, не все герои похожи лицом на актера, который их играет. Удав Каа, например, от Скарлетт Йоханссон перенял только бархатный голос — Джон Фавро объяснял в интервью, что «делать змее еще и лицо, похожее на человека, было бы совсем нелепо».
Глаза и мимика
Фотографическая реалистичность персонажей невозможна без качественной передачи их мимики. Работа в этой области ведется по двум основным направлениям: непосредственное генерирование соответствующей анимации и ее наложение на персонажей. Сама анимация создается, как правило, при помощи той же техники захвата движения. Плавная смена выражений лица персонажа достигается в программах Autodesk Maya и 3DS Max при помощи техники блендшейпинга (морфинга).
Несмотря на стремительное развитие компьютерной графики в последние десятилетия, долгое время не существовало способа создания реалистичных человеческих глаз. В 2014 году компания Disney предложила следующий метод решения этой проблемы: при захвате выражения глаз ставить отдельные маркеры на глазное яблоко, роговицу и сетчатку, а затем компоновать полученные данные и накладывать их на трехмерную компьютерную модель глаза.
Эмоции и возраст
Специалисты Disney не так давно поделились тестовой версией необычного софта FaceDirector — подобия автотюна для эмоций. Программа позволяет совместить в реальном времени несколько дублей, изображающих целую палитру различных эмоций, и скорректировать актерскую игру. Программа предоставляет режиссеру возможность на постпродакшене скрестить несколько выражений лица, усилить или прибрать эмоциональный накал в определенный момент сцены.
Другая разработка — цифровая косметика, способная вернуть молодость актерам. Впечатляющее видео представил VFX-специалист Русселос Аравантинос, использовавший камеру Nikon V1 и программы NUKE и Mocha Pro. Аналогичные трюки проделывались в фильме «Загадочная история Бенджамина Баттона».
Волосы и шерсть
Создание реалистичного меха и волос — сложнейшая техническая задача, аниматоры бьются над ней уже давно. Волосы как 3D-модель — это целая система, которая должна сохранять свою целостность и характер, при этом в динамике каждый отдельный волосок должен вести себя независимо и реагировать на столкновения с другими волосками. Симуляции правдоподобно колышущейся шерсти при движении животного научились создавать относительно недавно, и упростили задачу аниматорам современные плагины для CGI-редакторов, такие как XGen. Известно, что именно этот генератор волос использовался при создании «Зверополиса» и «Истории игрушек-3».
Какие программы используются для создания спецэффектов и кто их создает
Многие крупные студии типа Pixar и Disney для создания компьютерной графики используют собственное программное обеспечение, но прибегают и к программам, доступным широкой публике, среди них — Autodesk Maya, Adobe After Effects, Adobe Premiere, Luxology Modo, Houdini. Так, большая часть спецэффектов в «Аватаре» была создана при помощи Maya, для композитинга использовалась Adobe After Effects.
CGI в нашей повседневности
Сложные технологии создания компьютерной анимации постепенно становятся доступны массовому пользователю. Среди последних достижений в этой области можно отметить выпущенную в 2014 году программу FaceRig или нашумевшее приложение белорусских разработчиков MSQRD. Они позволяют в режиме реального времени накладывать анимацию на лицо пользователя или попавших в объектив его камеры людей. Аналогичная функция имеется и в мессенджере Snapchat. Приложения отслеживают движения пользователя, анализируют их и в реальном времени накладывают полученные данные на трехмерные модели, то есть используют методы, аналогичные тем, которые применяются для передачи мимики персонажей фильмов и компьютерных игр.
В честь дня 2D художника вспоминаем людей, технику и программы, благодаря которым рисование на компьютере стало возможным.
2 декабря — день, когда можно поздравлять всех 2D художников с профессиональным праздником. Дату выбрали не случайно, а из-за удачного созвучия: 2nd of December —> 2D day. В честь этого неофициального, но родного праздника решили поговорить о том, как возникли и эволюционировали графические редакторы.
В 50-х годах началось развитие CG (computer graphics) как направления. Целью было создать инструмент, который помог бы ученым и инженерам визуализировать результаты исследований. Разработка началась в исследовательских центрах Bell Labs и Boeing, а в 60-х и 70-х к задаче подключились исследовательские университеты штатов Огайо, Юты и Северной Каролины, а также MIT, NYIT и Корнеллский университет.
Прародитель интерактивной графических приложений — SketchpadПервый графический редактор был разработан Айвеном Сазерлендом (Ivan Satherlend) в 1963 году во время работы над кандидатской диссертацией в MIT. Sketchpad умел чертить ровные линии, увеличивать и уменьшать изображение, создавать трехмерные объекты. В эти времена никто еще не слышал о чем-либо подобном компьютерной графике, и мало кто представлял, что на компьютере можно будет рисовать или ретушировать фотографии.
Айвен Сазерленд демонстрирует возможности Sketchpad. Практически все современные графические программы так или иначе выросли отсюдаДля работы в программе использовалось световое перо, которым можно было рисовать прямо на экране монитора.
Можно предположить, что перед нами первый стилус для работы с компьютерами Когда случилось первое разделение на растр и векторСпустя 21 год, в 1984 году появилась MacPaint — программа для первого компьютера семейства Macintosh. Софт был довольно простым, как по функциям, так и с точки зрения интерфейса. Любопытно, что современный художник легко разберется в инструментах MacPaint, так как иконки не претерпели значительных изменений до сих пор.
Ядром MacPaint стали более 8 тысяч строк кода на языках Паскаль и Ассемблер. Сейчас этого очень немного, особенно для графического редактора. Например, в современных версиях Adobe PS более 120 миллион строк кода. Но в то время были другие стандарты.Пользователи MacPaint могли работать только в одном окне и с одной картинкой. Размер окна и его положения нельзя было поменять, как и подвигать панели инструментов. Прочие программы для Mac уже умели производить такие операции, так что все эти ограничения сильно вредили MacPaint. Это ограничение сняли в версии 2.0.
Зато внутри MacPaint уже можно было двигать изображение, еще и без эффекта мерцания! Для этого софт использовал два отдельных буфера обмена: в одном хранились пиксели текущего положения, а во втором — пиксели предыдущего. Возможность вернуться к предыдущему состоянию рисунка подарила цифровым художникам их любимую функцию — отмену последнего действия.
Вместо привычного зума в программе использовали функцию FatBits: с ее помощью можно было увеличить небольшой участок полотна в 8 раз и изменять положение отдельных пикселей.
Каждый пиксель в режиме FatBits - кликабельный квадрат с белыми гранямиДля Mac существовал не только растровый редактор, но и векторный. Его назвали MacDraw. Программа использовалась прежде всего для создания диаграмм, блок-схем и чертежей. Благодаря интеграции с текстовым редактором к чертежам можно было добавлять пометки, что было весьма нужной функцией.
P.S. Если вам интересно, почему сейчас в основном речь идет о Mac, то причина простая: Windows 1.0 появилась только в 1985 году.
Нового графического редактора для Mac уже не пришлось ждать два десятилетия. Всего через два года, в 1986 г, появился SuperPaint. Теперь с растровыми и векторными изображениями можно было работать в одной программе, а еще в арсенале художников начали появляться новые функции: сначала автообводка, потом кривые Безье, вскоре добавились горячие клавиши и возможность настраивать панель инструментов и т.д.
В 1991 году вышел SuperPaint версии 3.0 с поддержкой цветных изображений, а к 1993 году SuperPaint даже научился работать с инструментами, реагирующими на силу нажатия.
Бесплатное участие. Свидетельство СМИ сразу.
До 500 000 руб. ежемесячно и 10 документов.
В жизни современного человека информация играет огромную роль. Наиболее эффективной и удобной для восприятия была, есть и будет информация графическая. Поэтому доля графических данных в профессиональной деятельности любого рода неуклонно растет. Следовательно, требуются средства для работы с изображениями, и специалисты, умеющие грамотно работать с этими средствами. Это - разработчики рекламной продукции, специалисты по компьютерной верстке, создатели Web-страниц, фотографы и др. Под «компьютерным художником» можно понимать любого, кто занимается созданием или редактированием изображений с помощью компьютера.
Роль компьютерной графики в жизни человека В жизни современного человека информация играет огромную роль. Наиболее эффективной и удобной для восприятия была, есть и будет информация графическая. Поэтому доля графических данных в профессиональной деятельности любого рода неуклонно растет. Следовательно, требуются средства для работы с изображениями, и специалисты, умеющие грамотно работать с этими средствами. Это разработчики рекламной продукции, специалисты по компьютерной верстке, создатели Webстраниц, фотографы и др. Под «компьютерным художником» можно понимать любого, кто занимается созданием или редактированием изображений с помощью компьютера. Умение работать с различными графическими редакторами является важной частью информационной компетентности подрастающего поколения. Поэтому компьютерная графика очень актуальна в настоящий момент и пользуется большой популярностью у обучающихся средних и старших классов. Цель исследования: Создать образец поздравительного плаката в графическом редакторе и прописать пошаговый алгоритм выполненной работы. Исходя из поставленной цели, в работе рассматриваются следующие задачи: 1. Дать понятие компьютерной графики и изучить её применение в разных областях; 2. Провести исследования среди учеников гимназии об увлечении компьютерной графикой; 3. Обработать полученные данные; 4. Дать рекомендации ученикам в виде подробного алгоритма по выполнению работ в различных графических редакторах. Гипотеза исследования: Начальные знания в области компьютерной графики помогут работать во всех сферах человеческой деятельности. Так ли это? Область информатики, редактирования изображений с помощью компьютеров, компьютерной графикой. занимающаяся методами создания и называют 1 Это сравнительно молодая дисциплина, в настоящее время уже сформировавшаяся как наука. Ее появлению способствовало развитие компьютерной техники на рубеже 80х и 90х годов. В данный момент персональные компьютеры имеют такие характеристики, которые позволяют профессионалам в области изобразительного искусства (дизайнерам, архитекторам), обходиться без традиционных инструментов художника: бумаги, красок, карандашей все это заменяет компьютер с установленными на него программами. Компьютерная графика используется почти во всех сферах нашей жизни. А еще не так давно, в момент появления первых компьютеров никто и не знал, что через некоторое время нашу жизнь невозможно будет представить без компьютерной графики. Мультфильмы, рекламные брошюры, баннеры на сайтах – все это сделано с помощью компьютерной графики. Области применения компьютерной графики: научная, деловая, конструкторская, иллюстративная, художественная и рекламная графика. Важным понятием в данной теме является компьютерная анимация, обозначающее «оживление». В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют на 3и вида: растровая, векторная и фрактальная. С растровой графикой я работала при изучении курса «Юный дизайнер». С векторной графикой я подробно познакомилась на курсах «Юный дизайнер» и «Компьютерные игры». С фрактальной графикой мне было интересно работать на курсе «Занимательное ЛОГОзнание». Выполненные работы в ходе занятий на этих курсах я сохранила и наилучшие из них поместила в небольшую брошюру. Накопленные знания и навыки по прохождению выше перечисленных курсов помогли сделать следующие выводы: 1. Для обработки изображений, фотографий, требующих различных оттенков в цвете подходит растровая графика. 2. Создание эмблем, построение чертежей, графиков и схем лучше выполнять в векторном редакторе. 3. Героев мультфильмов можно создавать в векторном и растровом редакторах. В школе ученики уделяют большое количество времени подготовке различных праздников. Важным атрибутом любого праздника является поздравительный плакат, помещенный на стенд, куда обращают внимание все 2 учащиеся школы. Раньше ребята вручную рисовали такие газеты, а мы предлагаем алгоритм создания плаката с помощью компьютера в графическом редакторе. Данная работа является более яркой, простой и быстрой. И потому, чтобы облегчить труд гимназистов, мы разработали алгоритм выполнения красочных газет в режиме любого графического редактора. Алгоритм работы: 1. Поиск материала (цветовое оформление, тематика поздравления); 2. Обработка найденной информации; 3. Создание эскиза работы на бумаге; 4. С помощью компьютера в графическом редакторе создать рамку окантовку; 5. Определить фон вашего плаката; 6. Отобразить ранее выполненный эскиз на листе графического редактора; 7. Раскрасить полученный рисунок; 8. Сделать поздравительную надпись; 9. Распечатать готовый документ на ватмане; 10. Презентовать и дать оценку своей работе. Выбрав иллюстративную область компьютерной графики, мы решили применить готовый алгоритм для выполнения поздравительного плаката в растровом редакторе Adobe Photoshop. Мы выбрали тематику плаката, посвященную празднику «День Татьяны», отмечаемый ежегодно 25 января. Подобрали материал к нашей газете, выбрали из всей информации наиболее удачное поздравление и «набросали» эскиз на бумаге. Затем приступили к работе за компьютером. Согласно алгоритму шаг за шагом выполняли работу. Установили цвет фона – светлоголубой, используя градиент. После этого в наборе «Природа» мы нашли необходимые графические объекты, которыми наполнили наш рисунок. На светлоголубом фоне появилось облако. Аналогичным образом вставили еще одно облако и солнце. Рисунок могут украшать разнообразные графические объекты: сердечки, цветочки, зверюшки и многое другое. Теперь необходимо создать текст поздравления, используя инструмент Горизонтальный текст (Horizontal Type tool (T)). Здесь можно выбрать любой рукописный шрифт для текста. 3 Синим цветом мы написали на плакате фразу «Поздравляем с днем Татьяны. ». В завершении мы дополнили наш документ графическими изображениями, вставили стихотворение и получили готовый результат в виде поздравительного плаката: Как же человек знакомится и использует в своей жизни компьютерную графику? Ответить на этот вопрос мы смогли через исследовательскую часть своей работы. Для получения более объективного представления о работе с компьютерной графикой, мы провели анкетирование среди учащихся гимназии №12. Всего было опрошено 100 человек. В итоге получились некоторые интересные данные, на которых мы хотели бы остановиться более подробно. Среди учащихся 7 – 9 классов были заданы следующие вопросы: 1. Используете ли Вы компьютерную графику в свободное от занятий время? На диаграмме видно, что большинство учащихся (а это 70%) в свободное время занимаются компьютерной графикой, скорее всего это те, кто планируют в будущем связать свою профессию с данным видом деятельности. Для школьников, активно работающих в программах с компьютерной графикой, был предложен следующий вопрос: 2. Для каких целей Вы используете компьютерную графику? 4 В результате мы выяснили, что учащиеся в основном отдают предпочтение обработке цифровых фотографий, а также тратят свободное время на развлечения за компьютерными играми и Интернет. В ходе данного опроса мы определили, что некоторые гимназисты имеют свои сайты в Интернете и именно знания работы с графическими редакторами позволяют им оформить дизайн сайта, создавать аватарки для друзей в сети. Поскольку компьютерная графика сегодня достаточно популярна среди подрастающего поколения, то испытуемые без труда дали ответ на такой вопрос: 3. Какую специальность в сфере компьютерной графики Вы бы предпочли? Из опроса следует, что большинство учащихся планируют в будущем работать в рекламе, многие хотят стать дизайнерами, фотографами и конструкторами. Всё это области использования компьютерной графики. Области, где хотят учащиеся расширить свои знания. Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. В результате нашей работы подведем итог: В своём исследовании мы продемонстрировали работу с программой Photoshop. Такими же красивыми плакаты могут получится и в других графических редакторах. Поэтому для школьников актуальным увлечением является компьютерная графика, умения и навыки с которой пригодятся при украшении нашей школы, да и в будущем при выборе профессии. Важно придерживаться четко разработанного алгоритма. Гипотеза о том, что начальные знания в области компьютерной графики помогут работать во многих сферах человеческой деятельности, подтвердилась. В перспективах мы планируем изучить и освоить практику с 3D графикой. Спасибо за внимание. 5
Читайте также: