Компьютерная графика

                                Муниципальное образовательное  учреждение     

                                 «Средняя общеобразовательная  школа №17» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                  
 
 

    Доклад по информатике на тему: 

     «Компьютерная графика» 

                                     
 

                 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                           Выполнила ученица

                                                                                            8А класса

                                                                                            Сухарева Ксения  

                                                                                             Проверила учитель

                                                                                             информатики

                                                                                             Зайцева О. В.

                          Содержание 
 

Титульный лист                                                                            1 

Содержание                                                                                     2 

Введение                                                                                           3                                                                                          

Основная  часть                                                                              4 - 10 

Заключение                                                                                     11  

Список  использованных источников                                        12

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                              Введение

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было

реализовано в середине 50-х годов для больших  ЭВМ, применявшихся в научных  и

военных исследованиях. С тех пор графический  способ отображения данных стал

неотъемлемой  принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в

особенности персональных. Графический интерфейс  пользователя сегодня является

стандартом  “де-факто” для программного обеспечения  разных классов, начиная с

операционных  систем.

Существует  специальная область информатики, изучающая методы и средства создания

и обработки  изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных

комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы

представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране

монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и

прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только

компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных

находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера

назовем медицину (компьютерная томография), научные  исследования (визуализация

строения  вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и

одежды, опытно-конструкторские  разработки.

В зависимости  от способа формирования изображений компьютерную графику принято

подразделять  на  растровую, векторную и фрактальную.

                                             

Рисунок 1                                                       Рисунок 2

Рисунок 3

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы

и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как

правило, в ней сочетаются векторный и  растровый способы формирования

изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и

цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия

некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика,

компьютерная  полиграфия и прочие.

На стыке  компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации. 
 

Основная  часть

Виды  компьютерной графики

 Фрактальная графика

Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом

фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких

объектов  в памяти компьютера не хранится и  изображение строится исключительно

по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так

и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

Трехмерная  графика

Трехмерная  графика нашла широкое применение в таких областях, как научные

расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических

объектов (рис. 3). В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант

трехмерного моделирования – создание подвижного изображения реального

физического тела.

В упрощенном виде для пространственного моделирования  объекта требуется:

·         спроектировать и создать виртуальный каркас (“скелет”) объекта,

наиболее  полно соответствующий его реальной форме;

·         спроектировать и создать виртуальные  материалы, по физическим

свойствам визуализации похожие на реальные;

·         присвоить материалы различным  частям поверхности объекта (на

профессиональном  жаргоне – “спроектировать текстуры на объект”);

·         настроить физические параметры  пространства, в котором будет

действовать объект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы,

свойства  взаимодействующих объектов и поверхностей;

·         задать траектории движения объектов;

·         рассчитать результирующую последовательность кадров;

·         наложить поверхностные эффекты  на итоговый анимационный ролик.

Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы

(прямоугольник,  куб, шар, конус и прочие) и  гладкие, так называемые 

сплайновые  поверхности. В последнем случае применяют чаще всего метод

бикубических  рациональных В-сплайнов на неравномерной  сетке (NURBS). Вид

поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных

точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет

степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного

расположения  точек и величины коэффициентов  зависит форма и “гладкость”

поверхности в целом.

После формирования “скелета” объекта необходимо покрыть  его поверхность

материалами. Все многообразие свойств в компьютерном моделировании сводится к

визуализации  поверхности, то есть к расчету коэффициента прозрачности

поверхности и угла преломления лучей света  на границе материала и окружающего

пространства.

Закраска  поверхностей осуществляется методами Гуро (Gouraud) или Фонга

(Phong). В первом случае цвет примитива рассчитывается лишь в его вершинах,

а затем линейно интерполируется по поверхности. Во втором случае строится

нормаль к объекту в целом, ее вектор интерполируется  по поверхности

составляющих  примитивов и освещение рассчитывается для каждой точки.

Свет, уходящий с поверхности в конкретной точке  в сторону наблюдателя,

представляет  собой сумму компонентов, умноженных на коэффициент, связанный с

материалом  и цветом поверхности в данной точке. К таковым компонентам

относятся:

·         свет, пришедший с обратной стороны  поверхности, то есть преломленный

свет  (Refracted);

·         свет, равномерно рассеиваемый поверхностью (Diffuse);

·         зеркально отраженный свет (Reflected);

·         блики, то есть отраженный свет источников (Specular);

·         собственное свечение поверхности  (Self Illumination).

Следующим этапом является наложение (“проектирование”) текстур на

определенные  участки каркаса объекта. При  этом необходимо учитывать их

взаимное  влияние на границах примитивов. Проектирование материалов на объект

– задача трудно формализуемая, она сродни художественному процессу и требует

от исполнителя  хотя бы минимальных творческих способностей.

После завершения конструирования и визуализации объекта приступают к его

“оживлению”, то есть заданию параметров движения. Компьютерная анимация

базируется на ключевых кадрах. В первом кадре объект выставляется в исходное

положение. Через определенный промежуток (например, в восьмом кадре) задается

новое положение  объекта и так далее до конечного  положения. Промежуточные

значения  вычисляет программа по специальному алгоритму. При этом происходит