Файл: Статья о компьтерной графике в целом. О трёхмерной компьютерной графике, использующейся в изобразительном искусстве, печати, кинематографических спецэффектах, на телевидении и в симуляторах см.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 24
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Эта статья — о компьтерной графике в целом. О трёхмерной компьютерной графике, использующейся в изобразительном искусстве, печати, кинематографических спецэффектах, на телевидении и в симуляторах см. CGI (графика).
Запрос «2D-графика» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью.
Компью́терная гра́фика (также маши́нная графика) — область деятельности, в которой компьютеры наряду со специальным программным обеспечением используются в качестве инструмента как для создания (синтеза) и редактирования изображений, так и для оцифровки визуальной информации, полученной из реального мира, с целью дальнейшей её обработки и хранения.
Первые вычислительные машины 40-х годов XX века («ABC», 1942 г., «ЭНИАК», 1946 г., «EDSAC», 1949 г., «МЭСМ», 1950 г.) разрабатывались и использовались строго для расчётов и не имели отдельных средств для работы с графикой. Однако уже тогда некоторые энтузиасты пытались использовать ЭВМ первого поколения на электронных лампах для получения и обработки изображений [источник не указан 42 дня]. Программируя память ЭВМ и устройств вывода информации, построенных на основе матрицы электрических ламп, можно было получать простые узоры. Лампы накаливания включались и отключались в определённом порядке, образуя изображения различных фигур.
В конце 1940-х и начале 1950-х годов во многих компьютерах стали применяться электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) в виде осциллографов, или трубок Вильямса, которые использовались как оперативная память. Теоретически, записывая 0 или 1 в определённом порядке в такую память, на экране можно было отобразить определённое изображение, но на практике это не использовалось. В 1952 году британский инженер Александр Дуглас (Alexander Shafto «Sandy» Douglas) написал шуточную программу «OXO» (крестики-нолики) для программируемого компьютера EDSAC (1949 г.), ставшую в истории первой компьютерной игрой. Изображение решётки и ноликов с крестиками строилось путём программирования трубки Вильямса или прорисовывалось на соседнем ЭЛТ.
В 1950-х годах вычислительные возможности компьютеров и графические возможности периферийных устройств не позволяли получить высокую детализацию
, но давали возможность осуществить посимвольный вывод изображений на экраны мониторов и типовых принтеров. Изображения строились из алфавитно-цифровых символов (символьная графика, позже пришло название ASCII-графика и ASCII-Art). Принцип прост: разница в плотности алфавитно-цифровых знаков и неспособность человеческого зрения различать детали с расстояния позволили создавать на компьютере рисунки и псевдографические объекты. Подобные изображения на бумаге создавали машинистки на печатных машинках в конце XIX века.
В 1950 году энтузиаст Бенджамин Лапоски (Ben Laposky), математик, художник и чертёжник, начал экспериментировать с экраном осциллографа, строя сложные динамичные фигуры — осцилионы. Танец света создавался сложнейшими настройками на этом электронно-лучевом приборе. Для запечатления изображений применялись высокоскоростная фотография и особые объективы, позже были добавлены пигментированные фильтры, наполнявшие снимки цветом.
В 1951 году в военном компьютере Whirlwind-I (по-русски «Вихрь», «Ураган»), встроенном позже в систему SAGE противовоздушной обороны США, впервые был применён монитор как средство отображения визуальной и графической информации.[источник не указан 2333 дня]
В 1955 году в лаборатории Массачусетского технологического института (MIT) было изобретено световое перо (Light pen). Это светочувствительное устройство ввода компьютера. В основе его — стилус, который используется для выбора текста, рисования изображений и взаимодействия с элементами пользовательского интерфейса на экране компьютера или монитора. Перо хорошо работает только с ЭЛТ(CRT)-мониторами, поскольку они сканируют экран попиксельно, что даёт компьютеру способ отслеживать ожидаемое время сканирования электронным лучом и определять положение пера на основе последней метки времени сканирования. На кончике пера находится фотоэлемент, испускающий электронный импульсы и одновременно реагирующий на пиковое свечение, соответствующее моменту прохода электронного луча. Достаточно синхронизировать и сопоставить импульс с положением электронной пушки, чтобы определить, куда именно указывает перо.
Световые перья широко использовались в вычислительных терминалах 1960-х годов. С появлением ЖК (LCD)-мониторов в 90-х годах они практически вышли из употребления, так как с экранами этих устройств работа светового пера стала невозможной.
В 1957 году инженер Рассел Кирш (
Russell A. Kirsch) из Национального бюро стандартов США изобрёл для компьютера SEAC первый сканер и получил на нём первое цифровое изображение — скан-фото своего сына Уолдена (анг. Walden).[источник не указан 2333 дня]
В 60-е годы XX века начался реальный расцвет компьютерной графики. С приходом новых высокопроизводительных по тем меркам компьютеров на транзисторах с мониторами (2-е поколение ЭВМ) и позже на микросхемах (3-е поколение ЭВМ) машинная графика стала не только сферой энтузиастов, но серьёзным научно-практическим направлением развития компьютерных технологий. Появились первые суперкомпьютеры (СDС 6600 и Cray-1), позволившие работать не только с быстрыми вычислениями, но и с компьютерной графикой на новом уровне.
В 1960 году инженер-дизайнер Уильям Феттер (William Fetter) из авиастроительной корпорации Боинг (англ. Boeing) впервые ввёл термин «компьютерная графика». Рисуя дизайн кабины пилотов самолёта на рабочем компьютере, он решил таким образом описать в технической документации род своей деятельности. В 1964 г. Ульям Феттер создал на компьютере также проволочную графическую модель человека под названием «человек Боинга», он же «первый человек», использованную позже в телерекламе 70-х годов.
В 1962 году программист Стив Рассел (Steve Russell) из МТИ на компьютере DEC PDP-1 разработал отдельную программу с графикой — компьютерную игру «Spacewar!». Создание её заняло около 200 человеко-часов. Игра использовала джойстик и обладала интересной физикой с симпатичной графикой. Однако первой компьютерной игрой, но без графики, можно считать программу Александра Дугласа «OXO» («Крестики-нолики», 1952)
В 1963 году на основе компьютера «TX-2» американский инженер-программист из МТИ, пионер компьютерной графики Айвен Сазерленд (Ivan Edward Sutherland) создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad[en], позволявший рисовать точки, линии и окружности на трубке световым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, ставший прообразом современных САПР (систем автоматизированного проектирования), таких как AutoCAD или Компас-3D. Также эту программу можно считать первым графическим интерфейсом, вышедшим за 10 лет до Xerox Alto (1973 г.), раньше появления самого термина. В 1968 г. Айвеном Сазерлендом был создан прообраз первого компьютерного шлема виртуальной реальности, названный «Дамокловым мечом» по аналогии с древнегреческой легендой.
В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину (графопостроитель).
В 1963 году программист из Bell Labs Эдвард Зейджек (Edward E. Zajac) разработал первую компьютерную анимацию — движение спутника вокруг Земли. Анимация демонстрировала теоретический спутник, использовавший гироскопы для поддержки своей ориентации относительно Земли. Вся компьютерная обработка была сделана на компьютерах серий IBM 7090 или 7094 с использованием программы ORBIT.[источник не указан 1942 дня]
В последующие годы выходят и другие, более сложные и значимые анимации: «Tesseract» («Тессеракт», он же «Гиперкуб», 1965 г.) Майкла Нолла из «Bell Labs», «Hummengbird» («Колибри», 1967 .) Чарльза Цури и Джеймса Шаферса, «Кошечка» (1968 г.) Николая Константинова, «Metadata» («Метаданные», 1971 г.) Питера Фолдерса и т..д.
В 1964 году выпущен IBM 2250, первый коммерческий графический терминал для мейнфрейма IBM/360.
В 1964 году компания General Motors совместно с IBM представляет систему автоматизированного проектирования DAC-1.
В 1967 году профессор Дуглас Энгельбарт (Douglas Carl Engelbart) конструирует первую компьютерную мышь (указатель XY-координат) и показывает её возможности на выставке в Сан-Франциско в 1968 г.
В 1967 году сотрудник IBM Артур Аппель описывает алгоритм удаления невидимых рёбер (в том числе частично скрытых), позднее названный лучевым кастингом, отправной точкой современной 3D-графики и фотореализма.
В 1968 году[1] в СССР группой под руководством Н. Н. Константинова создана компьютерная модель имитации движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка»[2] — прорыв для своего времени. Аналогичные алгоритмы динамики движения были переоткрыты на западе только в 80-х годах. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.
В том же году[источник не указан 3740 дней] компьютерная графика делает существенный прогресс с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерный дисплей — электронно-лучевую трубку. Появляются первые растровые мониторы.
В 1970-х годах появляются первые цветные мониторы и цветная графика — новый рывок в развитии компьютерной графики. Суперкомпьютеры с цветными дисплеями стали использоваться для создания спецэффектов в кино. Впервые в полнометражном фильме компьютерная графика использовалось в «Мире Дикого Запада», вышедшем на экраны в 1973 году
[3]. Затем появились созданные с использованием компьютерной графики фантастическая эпопея 1977 года «Звёздные войны» режиссёра Джорджа Лукаса, фантастический фильм ужасов «Чужой» (анг. «Alien») киностудии XX век Fox и режиссёра Ридли Скотта, позже недооценённый научно-фантастический фильм 1982 года «Трон» (англ. Tron) студии Walt Disney и режиссёра Стивена Лисбергера). В этот период компьютеры стали ещё более быстродействующими, их научили рисовать 3D-изображения, возникла трёхмерная графика и новое направление визуализации — фрактальная графика. Появились персональные компьютеры с графическими интерфейсами, использующие компьютерную мышь (Xerox Alto, 1973 г.).
В 1971 году математик Анри Гуро, в 1972 году Джим Блинн и в 1973 году Буй Туонг Фонг разрабатывают модели затенения, позволяющие графике выйти за рамки плоскости и точно отобразить глубину сцены. Джим Блинн стал новатором в области внедрения карт рельефа, техники моделирования неровных поверхностей, а алгоритм Фонга впоследствии стал основным в современных компьютерных играх.
В 1972 году пионер компьютерной графики Эдвин Катмулл (Edwin Catmull) создаёт первое 3D-изображение — проволочную и текстурированную модель собственной левой руки.
В 1973 году появляется первый компьютер с полностью графическим интерфейсом — Xerox Alto.
В 1975 году французский математик Бенуа Мандельброт (Benoît B. Mandelbrot), программируя компьютер модели IBM, строит на нём изображение результатов вычисления комплексной математической формулы (множество Мандельброта), и в результате анализа полученных повторявших закономерностей даёт красивым изображениям название «фрактал» (с лат. дробный, разбитый). Возникает фрактальная геометрия и новое перспективное направление в компьютерной графике — фрактальная графика.
В конце 1970-х годов, с появлением персональных компьютеров 4-го поколения — на микропроцессорах, графика с промышленных систем переходит на рабочие места и в дома простых пользователей. Зарождается индустрия видеоигр и компьютерных игр. Первым массовым персональным компьютером с цветной графикой стал ПК Apple II (1977 г.) Это инициировало развитие компьютерной графики как массового явления[4].
В 1980-х годах, с развитием персональных компьютеров графика становится более детализированной и цветопередающей (повышается разрешение изображений и расширяется цветовая палитра). Это расширяет возможности компьютерной графики и компьютерного дизайна