В каких сферах деятельности может применяться компьютерное черчение
Обновлено: 07.07.2024
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.
Научная графика Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.
Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.
Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения.
Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.
Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок". Получение рисунков трехмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объемом вычислений. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчетов, учитывающих законы оптики.
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.
Компьютерная графика – это раздел информатики, который занимается проблемами получения изображений на компьютере. Изображения могут быть рисунками, чертежами, мультипликацией.
Рассмотрим сферы применения компьютерной графики.
Научная графика
В начале компьютерной эры вычислительная техника использовалась исключительно для решения научных и промышленных задач. Графика использовалась для интерпретации результатов. Например, при решении проектных задач, чертежи выводились на бумагу при помощи специального устройства графопостроителя, который выполнял чертеж, управляя движением пера по бумаге. Современная научная графика позволяет получать графическую интерпретацию научных расчетов на мониторе и выводить на печатные устройства. Для выполнения работ связанных с научной графикой используются специализированные прикладные пакеты программ, такие как Matlab, MathCad.
Деловая графика
Область компьютерной графики, которая занимается визуальным оформлением различных показателей работы организации. Чаще всего для этого используются различные виды диаграмм. На диаграммах можно наглядно представить сравнение плановых и фактических показателей, кривые спроса на продукцию, визуализировать показатели отчетной документации и т.д. Чаще всего используются те средства деловой графики, которые включены в состав табличных процессоров (MS Excel, Calc).
Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимостьКонструкторская графика
Конструкторская графика. Этот вид графики используется в работе инженеров. Графическими средствами инженеры создают чертежи приборов, изобретений, сооружений, котельных и т.д. Здесь применяются как изображения отдельных проекций, так и объемные чертежи. Для работы с конструкторской графикой используются специальные системы автоматизированного проектирования (САПР). Самые популярные из них AutoCAD, DraftSight, Компас. На рисунке показан фрагмент проекта котельной, выполненный в системе AutoCAD.
Компьютерная живопись и иллюстративная графика
Это сфера деятельности профессиональных художников. Средства для работы с иллюстративной графикой называются графическими редакторами. К самым популярным относится Adobe Photoshop, CorelDraw. Художники-иллюстраторы часто пользуются дополнительными приложениями: Corel Painter IX, Pixarra TwistedBrush, Alias SketchBook Pro. Здесь есть возможность использовать различные кисти и фильтры, прорисовывать в специальных техниках текстуры тканей или шерсть животных, имитировать такие техники рисования как карандаш, акварель масло.
Компьютерная анимация
Позволяет получить движущиеся изображения на мониторе. Существует несколько видов анимации:
-
Анимация по ключевым кадрам. Этот вид анимации близок к традиционной мультипликации. Сначала создаются ключевые кадры. Потом аниматор расставляет их в нужной последовательности. Далее специальная программа связывает последовательные кадры в движущееся изображение.
Создание анимированных изображений в формате *.jpg является вполне посильной задачей для непрофессионала. Для этого нужно:
Заготовить в графическом редакторе (например, в Paint) последовательность кадров и сохранить их в любом доступном формате (.jpg, .bmp, .jpg).
Добавить подготовленные кадры при помощи кнопки «Добавить».
Нажать кнопку «Готово» внизу экрана.
Запись движения. С реальных движущихся объектов снимаются датчиками данные о движении. Например, если нужно воссоздать движения человека, то нужно считывать данные о движении конечностей, отдельных суставов. Потом создается компьютерная модель движущегося объекта, и считанные данные переносятся на нее. Этим способом можно достаточно точно воссоздать даже мимику лица.
Процедурная анимация
Движения различных механических систем легко описываются математическими уравнениями в частных производных. Для многих тел и механизмов эти уравнения давно известны, поэтому положение объекта или части системы в любой момент времени можно рассчитать на основе этих уравнений. Процедурная анимация широко применяется в компьютерных играх для создания простых движений.
Программируемая анимация
Этот вид анимации представляет собой нечто среднее между анимацией по ключевым кадрам и процедурной анимацией. Бесконечным циклом организуется непрерывная смена кадров. Но вместо ключевых кадров задается формула, по которой последующее положение объекта вычисляется через предыдущее.
Например, чтобы анимировать равномерное горизонтальное движение объекта, достаточно написать немного странную с точки зрения математики формулу: $x=x+1$. Эту формулу следует читать так: новое значение координаты x равно предыдущему значению, увеличенному на 1. Если шаг изменения координаты достаточно мал, то получится плавное движение объекта по горизонтали. Если прибавлять не 1, а, 10, то получится эффект движения рывками. Программируемую анимацию можно создать в любом языке программирования. В языках JavaScript и ActionScript существуют специальные средства для вставки такой анимации в веб-страницы.
В статье раскрывается понятие и сущность компьютерной графики, рассматриваются основные виды компьютерной графики, приводятся статистические данные и описываются основные способы применения графической информации в различных сферах общественной жизни.
Ключевые слова: изображения, графика, данные.
В условиях современного мира человек всё чаще сталкивается с большими объёмами информации, с которыми достаточно тяжело взаимодействовать, если они не представлены в удобном виде, поэтому сегодня трудно представить жизнь без таблиц, схем, графиков, диаграмм, картинок и видеоматериалов, так как именно эти средства представления информации помогают нам визуализировать любые данные. Графическая информация в компьютеризированной среде является конечным продуктом компьютерной графики — изображением.
Компьютерная графика является разделом информатики, изучающим методы и средства представления и визуализации данных в графическом виде посредством программно-аппаратных средств. Это самый быстрорастущий сегмент в области информационных технологий. Широкий спектр возможностей, которые может реализовать компьютерная графика, начиная с систем видеонаблюдения и заканчивая многопользовательскими онлайн играми и просмотром видео на видеохостингах, постоянно расширяется, позволяя нам всесторонне развивать своё окружение.
В зависимости от методов и приёмов создания графической информации выделяют растровые, векторные, фрактальные и трёхмерные (3D) компьютерные графики.
Смысл растровой компьютерной графики заключается в представлении изображения совокупностью пикселей разных цветов. Размер изображения в пикселях может выражаться в виде количества пикселей по ширине и по высоте (800×600px, 1024×768px, 1600×1200px и т. д.) или же в виде общего количества пикселей (например, в изображении 1920×1080 пикселей содержится около 2 миллионов и 74 тысяч точек, что равно 2 мегапикселям). Пиксель — простейший элемент растровой графики. Каждый пиксель имеет свой фиксированный размер, и каждому пикселю приписан свой атрибут цвета. Каждый цвет пикселя записывается в виде определённого сочетания битов. Количество цветов напрямую зависит от количества битов, которые для этого используются, а называется это качество растрового изображения цветовой глубиной. Важным показателем в растровой графике служит разрешение изображения. Данный показатель выражает количество пикселей на дюйм: чем больше данных пикселей, тем выше разрешение изображения и тем оно чётче. Выражается этот показатель в единицах измерения «dpi» (dots per inch — точек на дюйм) [1]. Растровое представление изображения используется в таких приборах, как мониторы, принтеры, сканеры, мобильные телефоны и цифровые фотоаппараты. Пример растрового изображения можно рассмотреть на рисунке 1.
Рис. 1. Пример растрового изображения
Векторная графика — вид компьютерной графики, в котором изображение представляется в виде совокупности отдельных объектов, описываемых математическими уравнениями [2, 60]. Таким образом, если в растровой графике построение изображения происходит посредством совокупного представления пикселей, то в векторной графике базовым элементом построения изображения является линия (контур). В векторной графике контур имеет свои свойства: форму, цвет, начертание (сплошной или пунктирный), толщину и форму концов (со стрелкой или закругленные). Каждый контур имеет две и более опорных точек, которые называются узлами — по ним и строится изображение. Контур может быть открытым и закрытым. Открытый контур — если его начальная опорная точка не совпадает с конечной опорной точкой. Закрытый контур — если его последняя опорная точка является одновременно и первой, и замыкающей.
Данный вид компьютерной графики применяется в электронной полиграфии, системах автоматического проектирования и для создания любых изображений, которые в будущем должны будут масштабироваться. Это происходит с учётом того, что в векторной графике, в отличие от растровой, при увеличении масштаба изображения качество картинки не портится и не наблюдается эффект, который называют «пикселизацией» (когда становятся заметны элементы растра). Пример векторного изображения можно рассмотреть на рисунке 2.
Рис. 2. Пример векторного изображения
Фрактальная графика — очередной вид представления изображения, посредством наследования каждого нового элемента определённых графических свойств предыдущих элементов. Говоря простым языком, это изображение, построенное из многократно повторяющихся одинаковых частей. Мелкие элементы фрактального объекта повторяют свойства всего объекта. Полученный объект носит название «фрактальной фигуры». Процесс наследования можно продолжать до бесконечности. Изменяя коэффициенты уравнения, можно получать совершенно различные друг от друга изображения, а меняя и комбинируя окраску фрактальных фигур, можно моделировать образы живой и неживой природы [2,74].
Основное свойство такого вида компьютерной графики состоит в том, что изображение при масштабировании почти не изменяется ни в геометрическом строении, ни по уровню разрешения. Такое изображение всегда остаётся одинаково сложным, а каждый её элемент в одинаковой степени похож на все остальные элементы. Фрактальная графика в современном мире особенно популярна, ведь это один из самых необычных и лёгких способов создания сложных изображений, ведь графическому редактору нужно только задать нужную математическую формулу и указать количество повторений.
Фрактальная графика позволяет создавать абстрактные композиции, где можно реализовать такие композиционные приёмы как горизонтали и вертикали, диагональные направления, симметрию и асимметрию и др. Фрактальная графика незаменима при создании изображений облаков, гор, водных и других поверхностей, очень напоминающих природные неевклидовые поверхности. Часто фрактальную графику применяют для создания рекламных вывесок, вебсайтов и приложений, ведь фрактальные изображения на подсознательном уровне привлекают внимание человека. Методами фрактальной графики часто моделируют турбулентные потоки и создают различные узоры. Фрактальная графика является на сегодняшний день одним из самых быстро развивающихся перспективных видов компьютерной графики. Пример фрактального изображения можно рассмотреть на рисунке 3.
Рис. 3. Пример фрактального изображения
Трёхмерная 3D графика — один из самых сложных видов компьютерной графики, но в то же время и один из самых полезных в жизни современного человека. 3D моделирование позволяет создать объёмную трёхмерную модель с учётом многих условий, которые можно менять самостоятельно. Под условиями понимаются такие вещи, как освещение, точка зрения на объект, его габариты относительно других объектов и т. д. Данный вид построения изображения имеет огромное количество преимуществ над всеми другими видами компьютерной графики, описанными мною выше. Трёхмерная графика применяется почти во всех сферах жизнедеятельности человека. Примерами является почти всё, что нас окружает, ведь подавляющее большинство предметов обихода, перед тем как пойти в производство, создаются в графических редакторах трёхмерных моделей [3]. Возьмём, к примеру, любой мобильный телефон. В процессе создания инженеры сначала рассчитывали примерную форму и компоновку всех деталей внутри корпуса, после чего создают 3D модель, отражающую точные минимальные габариты устройства. После этого дизайнеры, с учётом данных величин, проектируют, как должен выглядеть аппарат и накладывают поверх первичной 3D модели смартфона новые объекты и шкурки (слои изображения) и т. д. То есть данная технология позволяет спроектировать то или иное устройство сразу в его объёмном виде и с учётом многих нюансов, что естественно ускоряет и облегчает процесс конструирования объектов быта. Пример трёхмерной графики можно рассмотреть на рисунке 4.
Рис. 4. Пример трёхмерной графики
Сегодня компьютерная графика является одним из самых быстроразвивающихся направлений информационных технологий: графическая информация используется почти во всех сферах жизнедеятельности человека [5].
Помимо сферы досуга и развлечений, компьютерная графика незаменима и в области здравоохранения, так как условии современного мира вынуждают искать более совершенные средства борьбы с различными заболеваниями. В связи с этим подавляющее большинство стран мира последние 30 лет упорно старается внедрять современные информационные технологии в область медицины. И в этом процессе модернизации одно из наиболее значимых мест занимает внедрение компьютерной графики. Она активно применяется в создании моделей внутренних органов, обработке и выводе на экран компьютера изображения со сканера УЗИ и компьютерной томографии. Все эти данные записываются в память компьютера и в последствии на их основе составляется объёмное изображение. С помощью данных технологий выявляется около 80 % всех заболеваний даже на ранних стадиях, что существенно упрощает процесс лечения пациентов.
Особое внимание графической информации уделяется среди научных деятелей и в области образования. В данных отраслях человеку просто необходимо графическое сопровождение почти во всех вопросах, начиная от школьных презентаций в PowerPoint и заканчивая сложными графическими моделями протекания различных химических реакций. В данных направлениях компьютерная графика позволяет сделать преждевременные предположения о происхождении каких-либо процессов, на протекание которых ушло бы не одно тысячелетие. Примерами служат компьютерные графические программы, моделирующие зарождение жизни на земле, различные природные катаклизмы и столкновение элементарных частиц (программа анализа результатов деятельности большого адронного коллайдера).
Однако развитие и использование графической информации не достигли предела, и на сегодня существует множество планов по внедрению компьютерную графику в обиход. Например, во многих странах планируется искать информацию о преступниках по фотографиям и записям видеокамер в Интернете посредством использования нейронных сетей. На данный момент данная технология изучена не до конца и имеет определённый процент погрешности, но по заверениям учёных данная технология будет в полной мере освоена уже в ближайшее время.
Огромное значение для людей имеют транспортные средства, но в силу многих обстоятельств, человечеству было бы удобнее отстраниться от самостоятельного управления автомобилями. Зная это, компания Google запустила тестирование своих беспилотных автомобилей ещё в 2009 году, информационный портал ITC.ua представил следующую статистику: «C 2009 года беспилотники Google накатали около 2.72 млн км, из них около 1.7 млн км в режиме автопилота. За это время автомобили стали участниками 11 незначительных аварий»., что ярко отличается от количества аварий по вине человека [6]. Алгоритм управления транспортом, используемый в программе Google, намного практичнее, так как учитывает множество факторов, фиксирующихся с помощью камер с применением технологий, основанных на компьютерной графике (например, уровень освещённости на дороге, расстояние до дорожной разметки и других объектов, поведение других машин), а после производит расчет за доли секунд и позволяет реагировать на любые изменения в окружающей обстановке почти моментально.
Таким образом, графическая информация является очень удобным инструментом представления данных. С внедрением в обиход компьютеров начали развитие досуг и развлечения, здравоохранение, бизнес, образование, искусство и пр. Процесс развития представления графической информации и средств её обработки имеет высокую скорость. За 20–25 лет технологии компьютерной графики достигли небывалых высот, и то, что раньше казалось фантастикой, сейчас используется повсеместно, например, виртуальная реальность [7]. В конце 1960-х американским компьютерным художником Майроном Крюгером был сформулирован термин «искусственная реальность», определяющий технически созданный объектный мир, переданный человеку посредством его ощущений. В 1964 году польский философ и писатель Станислав Лем в своей книге «Сумма Технологии» впервые теоретически описал возможность создания окружающей действительности, почти не отличающейся от нашей, но подчиняющейся другим законам. Ровно через 20 лет была создана первая система, позволяющая манипулировать объектами на экране с помощью движения рук, а в 1989 был введён сам термин «виртуальная реальность». На сегодняшний день из простых манипуляторов и теоретических предположений эта технология переросла в полноценную аппаратно-программную систему, позволяющую человеку посредством контроллеров и специального шлема очутиться в виртуальном мире и управлять находящимися там объектами. Поэтому скорость развития графических технологий высока, и с каждым годом методы представления графической информации становятся более доступными для обычного пользователя.
Что такое компьютерная графика и с чем её едят? Если говорить научным языком, то в первую очередь, это один из разделов информатики, занимающийся созданием и обработкой различных изображений на компьютере. С развитием компьютерных технологий этот вид деятельности приобретал особую значимость и становился всё более популярным среди широких слоёв населения. И теперь уже не только профессиональные дизайнеры и художники могут работать в этой области, но и любители.
На данный момент существует множество сфер применения компьютерной графики. К примеру, назначением научной графики является получение наглядных изображений, а именно построение графиков, чертежей и диаграмм, помогающих при решении сложных производственных задач, проведении экспериментов. Говоря о работе инженеров, изобретателей и архитекторов, нельзя не упомянуть про такой раздел, как конструкторская графика. Построение чертежей вручную отнимает много времени, другое дело компьютерная программа, позволяющая оптимизировать процесс в поиске наиболее удачного решения. В любом учреждении время от времени возникает необходимость классификации данных, создании статистических сводок и упорядочиванию отчетной документации. И здесь уж никак нельзя обойтись без помощи специальных графических приложений, предназначенных для наглядного представления показателей работы предприятия.
Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Это помогает не только упростить восприятие информации, но и сэкономить время, ведь изображение воспринимается гораздо легче, нежели нудный и скучный текст. Включая компьютер или выходя в Интернет, пользователь встречается с графически интерфейсом: рабочий стол, значок любимого браузера или даже фоновая заставка, всё это, несомненно, радует глаз и в тоже время упрощает работу за компьютером.
С разработкой всё более совершенных программ и приложений, появилось множество способов создания компьютерных иллюстраций и анимации, что послужило своеобразным прорывом в области изобразительного искусства. Рисование на бумаге или холсте с помощью красок, кисточек, карандашей и других инструментов постепенно заменяется на использование программных средств, таких как не безызвестный Photoshop, Painter, GIMP и др. Конечно, они не способны в полной мере передать все аспекты создания традиционной картины, эти программы лишь имитируют живопись. Для художников профессионалов, естественно, нет ничего не возможного. Отличить работу, созданную на компьютере от той, что нарисована при помощи классических материалов, бывает порой не просто.
Более того рисование на компьютере является более выгодным с финансовой точки зрения. Нет необходимости тратиться на закупку специальных принадлежностей. Всё что требуется, это скачать подходящую программу. Единственное неудобство, с коим многие сталкиваются, это компьютерная мышка, совершенно не приспособленная к подобному роду деятельности. Однако именно для этих целей был изобретён графический планшет, значительно облегчающий процесс. Такой способ позволяет не только быстро и качественно создать изображение, но и подвергнуть его компьютерной обработке.
В зависимости от того как создаётся изображение на компьютере, графику подразделяют на векторную, растровую и фрактальную. Эти направления относятся к двухмерной графике. В последнее время набирает обороты и 3D-моделирование, используемое в науке и технике, сейчас оно вовсю применяется в рекламе, видеоиграх, кинофильмах и анимации.
Существует множество приложений компьютерной графики, для каждой области своё. С каждым годом создатели графических программ радуют пользователей всё новыми и новыми дополнениями и усовершенствованиями, упрощающими работу в различных сферах деятельности. Таким образом, компьютерная графика стала неотъемлемой частью жизни современного человека.
Читайте также: