Что такое порог в компьютерной графике

Обновлено: 06.07.2024

CG — это глубокое море непонятных терминов. Прежде чем погрузиться в него с головой, новичкам некоторое время приходится плескаться в лягушатнике, робко поглядывая за буйки, где угадываются очертания совсем уж монструозных определений. Мы собрали для вас краткий словарь основных понятий, который поможет вам подготовиться к неизбежному выходу в свободное плавание.

Многофункциональный редактор для работы преимущественно с растровыми изображениями. Также имеет несколько векторных инструментов. Является лидером рынка в области коммерческих средств редактирования растровых изображений. Работает на Microsoft Windows, Mac OS и IPadOS

Редактор трехмерной графики. Обладает широкой функциональностью 3D-анимации, моделирования и визуализации. Широко применяется в кинематографе, на телевидении и в игровой индустрии. Работает на Microsoft Windows, Mac OS и Linux

Программное обеспечение для 3D-моделирования, анимации и рендеринга. Является одним из главных инструментов в области визуализации высококачественных архитектурных проектов, моделирования интерьеров и объектов с высокой степенью детализации. Работает на Microsoft Windows и Mac OS

Свободный пакет для создания компьютерной 2D и 3D графики. Включает в себя средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки видео, а также создания интерактивных игр. Работает на Microsoft Windows, Mac OS, Solaris, FreeBSD, OpenBSD, GNU/Linux и IRIX. Имеет открытый исходный код

Программа для 3D моделирования, отличительной особенностью которой является имитация процесса «лепки» трехмерной скульптуры. Широко используется в киноиндустрии и геймдеве. Работает на Microsoft Windows и Mac OS

Пакет для высокополигональной лепки 3D-моделей. Аналог ZBrush с более понятным для пользователей продуктами Autodesk интерфейсом. Работает на Microsoft Windows, Mac OS, Linux

Программный пакет для моделирования, VFX и рендеринга. Является средой визуального программирования. Чаще всего Houdini используется для создания эффектов в фильмах, для создания рекламы и игровых объектов. Работает на Microsoft Windows, Mac OS, Linux

Unreal Engine

Игровой движок, позволяющий создавать как двухмерные игры на мобильные устройства, так и AAA-проекты на консоли и ПК. Обладает мощным риалтайм рендером, благодаря чему успешно используется при создании фильмов с большим количеством VFX эффектов. Работает на Microsoft Windows, Mac OS и Linux

Marvelous Designer

Программа для моделирования и анимации одежды. Обеспечивает реалистичную симуляцию ткани, Поддерживает импорт и экспорт 3D-моделей большинства популярных форматов. Работает на Microsoft Windows

Substance Painter

Пакет для работы с текстурами и материалами 3D-объектов. Рабочий процесс базируется на слоях — как в Photoshop. Используется в сфере создания игр, фильмов, архитектуры и дизайна. Работает на Microsoft Windows, Mac OS, Linux

Substance Designer

Мощный нодовый инструментом текстурирования для PBR рендера (Physically Based Rendering). Используется для текстурирования ассетов и запекания различной информации о модели. Широко используются в более чем 50 игровых проектов AAA-класса. Работает на Microsoft Windows, Mac OS и Linux

Технология визуализации растений в 3D графике. Множество разработчиков используют данную технологию в компьютерных играх для ПК, PlayStation, Xbox и других платформ, однако, технология также может использоваться в дизайнерских целях и при создании спецэффектов к фильмам. Работает с Unreal Engine и Unity на Microsoft Windows и Mac OS

Встроенный интерактивный рендерер для Maya и 3Ds Max с поддерживаемыми подключаемыми модулями для Houdini, Cinema 4D и Katana. Arnold используется в более чем 300 студиях по всему миру, включая ILM, Framestore, MPC, The Mill и Digic Pictures. Доступен в качестве автономного средства визуализации в Microsoft Windows, Mac OS и Linux

Программное обеспечение для композитинга. Применяется при обработке, наложении эффектов, финальной сборке отснятого видеоматериала, при создании рекламных роликов, мультфильмов и кинофильмов. Работает на Microsoft Windows, Mac OS и Linux

Приложение для композитинга с ускорением на графическом процессоре. Начав как инструмент для ротоскопии в индустрии визуальных эффектов, со временем был расширен до приложения для композитинга. Поддерживает возможность морфинга, преобразования 2D в 3D и альтернативные методы мэттинга. Работает на Microsoft Windows, Mac OS и Linux

After Effects

Программное обеспечение для редактирования видео и динамических изображений, композитинга, анимации и создания цифровых эффектов. Широко применяется в обработке отснятого видеоматериала, при создании рекламных роликов, музыкальных клипов, в производстве анимации. Работает на Microsoft Windows и Mac OS

3D Equalizer

Программа для 3D трекинга, объединяющая кадры, отснятые вживую с цифровыми визуальными эффектами с максимально возможным качеством. Широко используется во всей индустрии VFX. Работает на Microsoft Windows, Mac OS и Linux

Мощный и простой для изучения язык программирования. Он предлагает простой, но эффективный подход к объектно-ориентированному программированию. Также Python можно применять как язык расширений для настраиваемых приложений

Компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения. Широко используется для разработки программного обеспечения, являясь одним из самых популярных языков программирования

В век информационных технологий компьютерная графика получила широкое распространение во всем мире. Почему она так популярна? Где она применяется? И вообще, что такое компьютерная графика? Давайте разберемся!

Компьютерная графика: что такое?

Проще всего – это наука. Кроме того, это один из разделов информатики. Он изучает способы обработки и форматирования графического изображения с помощью компьютера.

Уроки компьютерной графики на сегодняшний день существуют и в школах, и в высших учебных заведениях. И трудно сегодня найти область, где она не была бы востребована.

Также на вопрос: «Что такое компьютерная графика?» - можно ответить, что это одно из многих направлений информатики и, кроме того, относится к наиболее молодым: оно существует около сорока лет. Как и всякая иная наука, она имеет свой определенный предмет, цели, методы и задачи.

Какие задачи решает компьютерная графика?

Если рассматривать этот раздел информатики в широком смысле, то можно увидеть, что средства компьютерной графики позволяют решать следующие три типа задач:

1) Перевод словесного описания в графическое изображение.

2) Задача распознавания образов, то есть перевод картинки в описание.

3) Редактирование графических изображений.

Направления компьютерной графики

Несмотря на то что сфера применения этой области информатики, бесспорно, крайне широка, можно выделить основные направления компьютерной графики, где она стала важнейшим средством решения возникающих задач.

Во-первых, иллюстративное направление. Оно является самым широким из всех, так как охватывает задачи начиная от простой визуализации данных и заканчивая созданием анимационных фильмов.

Во-вторых, саморазвивающееся направление: компьютерная графика, темы и возможности которой поистине безграничны, позволяет расширять и совершенствовать свои навыки.

В-третьих, исследовательское направление. Оно включает в себя изображение абстрактных понятий. То есть применение компьютерной графики направлено на создание изображения того, что не имеет физического аналога. Зачем? Как правило, с целью показать модель для наглядности либо проследить изменение параметров и скорректировать их.

Какие существуют виды компьютерной графики?

Еще раз: что такое компьютерная графика? Это раздел информатики, изучающий способы и средства обработки и создания графического изображения с помощью техники. Различают четыре вида компьютерной графики, несмотря на то, что для обработки картинки с помощью компьютера существует огромное количество различных программ. Это растровая, векторная, фрактальная и 3-D графика.

Каковы их отличительные черты? В первую очередь виды компьютерной графики различаются по принципам формирования иллюстрации при отображении на бумаге или на экране монитора.

Растровая графика

Базовым элементом растрового изображения или иллюстрации является точка. При условии, что картинка находится на экране, точка называется пикселем. Каждый из пикселей изображения обладает своими параметрами: цветом и расположением на холсте. Разумеется, что чем меньше размеры пикселей и больше их количество, тем лучше выглядит картинка.

Основная проблема растрового изображения – это большие объемы данных.

Второй недостаток растровой графики – необходимость увеличить картинку для того, чтобы рассмотреть детали.

Кроме того, при сильном увеличении происходит пикселизация изображения, то есть разделение его на пиксели, что в значительной степени искажает иллюстрацию.

Векторная графика

Элементарной составляющей векторной графики является линия. Естественно, что в растровой графике тоже присутствуют линии, однако они рассматриваются как совокупность точек. А в векторной графике все, что нарисовано, является совокупностью линий.

Этот тип компьютерной графики идеален для того, чтобы хранить высокоточные изображения, такие как, например, чертежи и схемы.

Информация в файле хранится не как графическое изображение, а в виде координат точек, с помощью которых программа воссоздает рисунок.

Соответственно, для каждой из точек линии резервируется одна из ячеек памяти. Необходимо заметить, что в векторной графике объем памяти, занимаемый одним объектом, остается неизменным, а также не зависит от его размера и длины. Почему так происходит? Потому что линия в векторной графике задается в виде нескольких параметров, или, проще говоря, формулой. Что бы мы ни делали с ней в дальнейшем, в ячейке памяти будут изменяться лишь параметры объекта. Количество ячеек памяти останется прежним.

Таким образом, можно прийти к выводу, что векторные файлы, по сравнению с растровыми, занимают гораздо меньший объем памяти.

Трехмерная графика

3D-графика, или трехмерная графика, изучает методы и приемы создания объемных моделей объектов, максимально соответствующие реальным. Подобные изображения можно рассмотреть со всех сторон.

Гладкие поверхности и разнообразные графические фигуры используются с целью создания объемных иллюстраций. С их помощью художник создает сначала каркас будущего объекта, а потом поверхность покрывают такими материалами, которые визуально похожи на реальные. Далее делают гравитацию, осветление, свойства атмосферы и прочие параметры пространства, в котором находится изображаемый объект. Затем, при условии, что объект движется, задают траекторию движения и его скорость.

Фрактальная графика

Фракталом называется рисунок, состоящий из одинаковых элементов. Большое количество изображений являются фракталами. К примеру, снежинка Коха, множество Мандельброта, треугольник Серпинского, а также «дракон» Хартера-Хейтчея.

Фрактальный рисунок можно построить либо с помощью какого-либо алгоритма, либо путем автоматического создания изображения, которое осуществляется путем вычислений по заданным формулам.

Модификация изображения происходит при внесении изменений в структуру алгоритма или смене коэффициентов в формуле.

Главным преимуществом фрактальной графики является то, что в файле изображения сохраняются только формулы и алгоритмы.

Области применения компьютерной графики

Однако необходимо заметить, что выделение данных направлений весьма условно. Кроме того, оно может быть детализировано и расширено.

Итак, перечислим основные области компьютерной графики:

3) отображение визуальной информации;

4) создание пользовательского интерфейса.

Где применяется компьютерная графика?

В инженерном программировании широко используется трехмерная компьютерная графика. Информатика в первую очередь пришла на помощь инженерам и математикам. Средствами трехмерной графики происходит моделирование физических объектов и процессов, например, в мультипликации, компьютерных играх и кинематографе.

Растровая графика широко применяется при разработке полиграфических и мультимедийных изданий. Очень редко иллюстрации, которые выполняются средствами растровой графики, создаются с помощью компьютерных программ вручную. Зачастую с этой целью пользуются отсканированные изображения, которые художник изготовил на фотографии или бумаге.

В современном мире широко применяются цифровые фото- и видеокамеры с целью ввода растровых фотографий в компьютер. Соответственно, подавляющее большинство графических редакторов, которые предназначены для работы с растровой графикой, ориентированы не на создание изображений, а на редактирование и обработку.

Растровые изображения применяются в интернете в том случае, если есть необходимость передать всю цветовую гамму.

А вот программы для работы с векторной графикой, наоборот, чаще всего используются с целью создания иллюстраций, ежели для обработки. Подобные средства нередко используют в издательствах, редакциях, дизайнерских бюро и рекламных агентствах.

Средствами векторной графики гораздо проще решаются вопросы оформительских работ, которые основаны на применении простейших элементов и шрифтов.

Бесспорно, существуют примеры векторных высокохудожественных произведений, однако они являются скорее исключением, чем правилом, по той простой причине, что подготовка иллюстраций средствами векторной графики необычайно сложна.

Для автоматического создания изображений с помощью математических расчетов созданы программные средства, работающие с факториальной графикой. Именно в программировании, а не в оформлении или рисовании состоит создание факториальной композиции. Факториальная графика редко применяется с целью создания электронного или печатного документа, однако ее нередко используют в развлекательных целях.

Что если я скажу, что мир не настоящий, а хорошо проработанная компьютерная графика, помещенная в виртуальную реальность? Тогда создатель этого мира по праву может считать себя богом. Звучит как сюжет фантастического фильма? Дайте CG десяток лет, и фантазии превратятся в пугающую реальность.

Однако, уже сейчас освоив компьютерную графику вы сможете использовать ее для веб-дизайна, 3D-игр, 3D-печати, анимации, виртуальной реальности, архитектурной визуализации, эффектов для кино и многого другого. В этой статье мы разберем основы компьютерной графики и ответим на два важных вопроса: “С чего начать?” и “Какой софт использовать?”. Сосредоточьтесь, мы начинаем.

Двумерная графика

Двумерную графику обычно разделяют на векторную и растровую, хотя отдельно называют еще и фрактальный тип обособления изображений, говорить о котором мы не будем. Это тема отдельной статьи.

Это все очень интересно, теперь у вас есть базовое понимание о двумерной графике, которое пригодится веб-дизайнерам, 2D аниматорам, художникам. А теперь перейдем к графике будущего.

Трехмерная графика

Независимо от того, в какой области вы хотите развиваться, базовое понимание 3D необходимо во всех, и то, что вы узнаете в одной области, часто можно применить в другой. Скажем, вы смоделировали персонажа. Можно нацепить на него скелет и анимировать, чтобы создать короткометражный мультик или же экспортировать его в игровой движок как персонажа. Его можно напечатать на 3D принтере, внедрить в виртуальную реальность, или просто сделать красивой отрендеренной картинкой. Так что начало работы с любой из этих областей требует базового понимания 3D. И что же это за основы? Ну, их можно сформулировать так:

Вот и все основные пункты. Думаю, для начала этого будет достаточно. К нашему списку еще можно добавить еще два пункта, которые ближе к работе с видео и кино.

Частички полезны в системах, когда они как-то взаимодействуют с другими частичками рядом. В зависимости от правил этого взаимодействия, система частиц может вести себя похожим на воду, огонь, песок, желе, снег и еще много каким образом, подчиняясь заданным в симуляции силам и взаимодействуя с объектами в сцене. Например, эффекты магии в фентезийных фильмах созданы как раз на основе симуляции частиц.

…мы ищем обширные художественные и технические навыки, а не способность запускать программы.
— Pixar, Careers Page

Чтобы стать хорошим специалистом в CG потребуется освоить много сложной, но не менее интересной информации. Вот небольшая подборка интернет ресурсов, которые могут вам помочь:

Компьютерная графика уже очень очень востребованная сфера, а в будущем станет еще более востребованной. Читайте книги по моделированию, смотрите видео (благо таких предостаточно). И когда-нибудь в будущем сможете создать свой мир с блэкджеком и анимированными мечами.

Сейчас не сложно найти информацию по компьютерной графике. Все уже изложено, описано, и ничего нового в этой статье я не расскажу. Никакого смысла писать статью до недавнего времени не было, пока не появилась статья «Продвинутая графика». Изначально я думал, что автор данной статьи, просто решил не выкладывать теории, а реализовал только практическую часть, на что я и указал в комментариях, что неплохо бы привести ссылку на теорию, и привел примеры тригонометрических преобразований, которые были упущены в статье. На что получил довольно странный ответ, что я оказывается, замкнут в тех знаниях, которые дали мне: школа, институт, самообразование, а для новых знаний я совершенно закрыт. А вот автор не несет на себе столь тяжкий груз знаний и поэтому перед ним открывается мир полный волшебства.

Дальше новатор заявил, что подобное преобразование классическим способом сделать невозможно.

В очередной раз убедился, что дискутировать с подобными личностями бесполезно, все аргументы разбиваются в пропасти отсутствия знаний. Если человек не знаком с тригонометрией, невозможно ему объяснить тригонометрические преобразования.

По ключевым словам «1С, графика» теперь поисковик выдаст столь интересную статью на инфостарте, потом найдется деятель, который напишет статью на другом ресурсе: «1С-ник – не программист, на примере компьютерной графики».

Теория

Все преобразования в данной статье будут рассматриваться в 2-мерной системе координат. Сразу отмечу, что преобразования в 3-мерной системе координат сильно не отличаются. Как правило объекты перемещаются и вращаются. С перемещением в декартовой системе координат все просто - координаты точек изменяются простым и понятным образом. Операция поворот – намного сложнее. Как выполнить преобразование поворот? Вычислить длину вектора, найти текущий угол, добавить угол поворота, получить новые координаты – сложно, но можно упростить.

Рассмотрим поворот точки А на угол d. Начальное положение точки рассмотрим, относительно точки А0 - вектор с 0 градусом поворота. Тогда координаты точки A будут равны:

Координаты точки A1 будут равны

x1 = x0 * cos(c + d)

y1 = x0 * sin(c + d)

cos(c + d) = cos (c) * cos(d) - sin(c) * sin(d)

sin(c + d) = sin(c) * cos(d) + sin(d) * cos(c)

x1 = x0 *cos (c) * cos(d) - x0 *sin(c) * sin(d)

x1 = x * cos (d) – y * sin(d)

y1 = x0 * sin(c) * cos(d) + x0 * sin(d) * cos(c)

y1 = y * cos(d) + x * sin(d)

Получившиеся выражения мы можем представить в виде произведения матриц

Надеюсь в этом месте многим в голову пришел вопрос: «Зачем приводить к произведению матриц?».

Дело в том что у произведения матриц есть свойство ассоциативности, которое выглядит следующим образом A * B * C = A * (B * C). Всего-то порядок действий изменился, но это свойство окажется очень полезным в компьютерной графике, к нему вернемся позже.

Как уже многие догадались, все преобразования мы будем приводить к произведению матриц, с поворотом уже все ясно, как же выполнять остальные преобразования, например, перемещение.

Делается это следующим образом – матрицу точек будем задавать тремя значениями (x, y, 1).

Теперь матрица поворота будет выглядеть следующим образом

Где Tx, Ty смещение по x и y.

Это далеко не весь перечень возможных преобразований, но на этом остановимся, дальше будем рассматривать на примерах.

Примеры графических преобразований

Для демонстрации примеров работы с графикой, я создал обработку в управляемом интерфейсе «графика.epf».

Работать мы будем всего с двумя объектами: окружность и квадрат. Каждый из объектов состоит из прямых линий, линии - состоят из координат концов.

Начало координат я сместил примерно в центр, т.е. окружность расположена в начале координат.

Над квадратом мы будем выполнять следующие преобразования:

Вращение вокруг центра квадрата.
Вращение вокруг центра окружности.

Начальное положение квадрата – смещение по X на радиус сферы. Т.е. чтобы получить координаты нужно матрицу М каждой точки, умножить на матрицу преобразования – перемещения T1.

Теперь, допустим мы хотим повращать квадрат вокруг его центра, делать мы это будем следующим образом: сначала переместим квадрат M * T1, затем умножим на матрицу поворота R2

Теперь повернем квадрат относительно своего центра. Т.е. теперь мы должны матрицу М умножить на матрицу поворота R3

Затем умножить на матрицу перемещения T1, а потом снова на матрицу поворота R2.

Запишем в другой форме – матрицы преобразования вращения квадрата вокруг центра обозначим K с индексом, вокруг окружности O, а также перемещение квадрата на радиус окружности P.

Тогда преобразования примут вид:

M * K1 * K2 * … * KN * P * O1 * O2 * … ON

воспользуемся свойством ассоциативности

M * (K1 * K2 * … * KN) * (P * O1 * O2 * … ON)

т.е. нам не нужно хранить и каждый раз перемножить все матрицы преобразований, достаточно хранить матрицы преобразований на каждом этапе перехода к новой системе исчисления.

Для квадрата таковых три:

Вращение вокруг собственного центра (а также масштабирование);
Вращение по радиусу окружности;
Перемещение окружности (а также другие преобразования).

Другие преобразования - это, например, проецирование.

Не знаю где в двухмерной графике может применяться проецирование, но выглядит эффектно, преобразование работает и на окружность, и на квадрат.

Зато в трехмерной графике проецирование – вещь очень важная. Дело в том угол человеческого зрения – не прямой, а как раз мы видим проекцию, т.е. чем дальше от нас предмет, тем он меньше, подобным образом трехмерное изображение проецируется на плоскость монитора.

После умножения матрицы координат точки на матрицу проецирования – изменится третье значение матрицы координат, которое обычно равняется 1. В данном случае, третье значение будет отличаться от 1, матрица координат примет вид (x, y, s). Что делать с третьим значением? Нужно каждую координату умножить на полученный коэффициент s.

Трехмерная графика

Если статья окажется интересной для посетителей Инфостарта, в следующей статье напишу про основы трехмерной графики, там тоже есть интересные моменты.

Читайте также: