Компьютерная анимация и видеографика
- история машинной графики
- векторная и растровая графика
История машинной графики.
В 1978 году машинную графику (МГ) называли "средством от неизвестной болезни". Сейчас ее рассматривалают как "средство от всех известных болезней", которое обеспечивает мощную взаимосвязь между человеком и компьютером, заставляя компьютер говорить с человеком на языке изображений. Прошло несколько лет, пока машинная графика стола основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения.
Можно считать, что первые системы машинной графики появились вместе с первыми цифровыми компьютерами. Проект WHIRLWIND ("вихрь") Массачусетского технологического института был отмечен как начало эры МГ. Как отметил один из разработчиков WHIRLWIND Норм Тейлор, компьютер "содержал около четверти акра электроники (1000 кв.м) и имел дисплей". Коментатор Эдвард Мирроу, в том 1951 году провел первое "интервью" с компьютером в телевизионной программе. Тейлор заметил тогда: "Было ясно, что дисплеи привлекают внимание потенциальных пользователей, а машинное кодирование - нет".
WHIRLWIND стал основой создания опытного образца командно-управляемой системы воздушной защиты, разработанной как средство преобразования данных, полученных от радара, в наглядную форму.
К середине 1960-х наступил период плодотворной работы и в промышленных приложениях МГ. Нод руководством Тирбера Мофетта и Нормана Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертежную машину. В 1964 году General Motors представила свою DAC-1 - систему автоматизированного проектирования, разработанную совместно с IBM. К октябрю 1966 года даже Wall Street Journal уже публиковал статьи о МГ.
В конце шестидесятых - начале семидесятых в области МГ начали работать новые фирмы. Если ранее для выполнения каких-либо работ покупателям приходилось устанавливать уникальное оборудование и разрабатывать новое программное обеспечение, то с появлением разнообразных пакетов программ, облегчающих процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов, ситуация существенно изменилась. За десятилетие системы "под ключ" стали настолько совершенны, что почти полностью изолировали пользователя от проблем, связанных с программным обеспечением. Итогом десятилетия для покупателей стали "проблемно-ориентированные устройства", специально предназначенные для решения конкретной задачи.
В конце семидесятых в МГ произошли значительные изменения. Появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое, немерцающее изображение, работа с цветом и недорогие мониторы. Однако впервые стало возможным получение цветовой гаммы. Растровая технология в конце семидесятых стала явно доминирующей.
Возможно, наиболее знаменательным событием в области МГ было создание в конце семидесятых персонального компьютера. В 1977 году Commodore выпустила свой РЕТ (персональный электронный делопроизводитель), а компания Apple создала Apple-II. Появление этих устройств вызывало смешанные чувства: графика была ужасной, а процессоры медленными, как улитки. Однако ПК стимулировали процесс разработки периферийных устройств: недорогих графопостроителей и графических планшетов.
Конечно, ПК развивались как важная часть машинной графики, особенно с появлением в 1984 году модели Apple Macintosh с их графическим интерфейсом пользователя. Первоначально областью применения ПК были не графические приложения, а работа с текстовыми процессорами и электронными таблицами, но его возможности как графического устройства побуждали к разработке относительно недорогих программ как в области CAD/CAM, так и в более общих областях бизнеса и искусства. К концу 80-х программное обеспечение имелось для всех сфер применения: от комплексов управления до настольных издательских систем.
В конце восьмидесятых возникло новое направление рынка на развитие аппаратных и программных систем сканирования, автоматической оцифровки. Оригинальный толчок в таких системах должна была создать магическая машина Ozalid, которая бы сканировала и автоматически векторизовала чертеж на бумаге, преобразуя его в стандартные форматы CAD/CAM. Однако, акцент сдвинулся в сторону обработки, хранения и передачи сканируемых пиксельных изображений.
В 90-х стираются отличия между МГ и обработкой изображения. Машинная графика часто имеет дело с векторными данными, а основой для обработки изображений является пиксельная информация. Еще несколько лет назад каждый пользователь требовал рабочую станцию с уникальной архитектурой, а сейчас процессоры рабочих станций имеют быстродействие, достаточное для того, чтобы управлять как векторной, так и растровой информацией. Кроме того, появляется возможность работы с видео. Прибавьте аудиовозможности - и вы имеете компьютерную среду мультимедиа.
Все области применения - будь то инженерная и научная, бизнес и искусство/развлечения - являются сферой применения МГ. Возрастающий потенциал ПК и их громадное число - порядка 100 миллионов - обеспечивает устойчивый рост индустрии в данной сфере.
Векторная и растровая графика.
Основным неделимым элементом векторного изображения является геометрический объект или примитив, в качестве которого принимаются такие простые фигуры, как прямоугольник, окружность, эллипс, линия. Каждому примитиву можно назначить определенные атрибуты (свойства) - толщину и цвет линии, разнообразные цветовые заливки.
Преимущество векторной графики заключается в том, что форма, пространственное положение и цвет объектов описывается с помощью математических формул. Это обеспечивает сравнительно небольшие размеры файлов изображений, высокое качество трансформации объектов и независимость от разрешения печатающего устройства или монитора.
Например, для того, чтобы изобразить окружность на мониторе или принтере, программе векторной графики нужно задать только координаты центра окружности и ее радиус. Все точки для изображения окружности рассчитываются непосредственно перед выводом по математической формуле окружности.
В настоящее время лидерами среди программных пакетов обработки векторной графики можно назвать CorelDraw (версии 7, 8 и 9), Adobe Illustrator 7 и 8, программу FreeHand. Однако, создание на основе векторной графики фотореалистичных изображений является очень трудоемким процессом и требует особых навыков и техники. Большинство устройств вывода, включая матричные принтеры, лазерные принтеры и мониторы, являются растровыми устройствами. Это означает, что все объекты, должны быть преобразованы перед выводом в растровую форму. Для удобства обработки объекты векторной графики не преобразовываются в растровую форму вплоть до последнего момента - пока не будут определены все размеры и разрешение принтера. PostScript принтеры, имеют аппаратный растеризатор (RIP - Raster Image Proceccor), который преобразует векторные данные на языке PostScript в растровую форму. Графические данные в векторной форме могут выводиться на различных устройствах, с различными разрешениями и размерами.
Компьютерное растровое изображение представляется в виде прямоугольной матрицы, каждая ячейка которой представлена цветной точкой. При оцифровке изображения оно делится на такие крошечные ячейки, что глаз человека их не видит, воспринимая все изображение как целое. Сама сетка получила название растровой карты (bitmap), а ее единичный элемент (квадратная ячейка) называется пикселем (от английского pixel - picture element). Пиксели подобны зернам фотографии и при значительном увеличении они становятся заметными. Растровая карта представляет собой набор (массив) троек чисел: две координаты пикселя на плоскости и его цвет.
С помощью средств растровой графики можно отразить и передать всю гамму нюансов и тонких эффектов, присущих реальному изображению. Растровое изображение ближе к фотографии поскольку позволяет более точно воспроизводить основные характеристики фотографии: освещенность, прозрачность и глубина резкости. В отличии от векторных изображений, при создании растровых изображений математические формулы не используются, поэтому для синтеза растровых изображений необходимо задавать разрешение (resolution) и размеры изображения. Наиболее часто растровые изображения получают с помощью сканирования фотографий и других изображений, с помощью цифровой фотокамеры или путем "захвата" кадра видеосъемки. Растровые изображения можно получить и непосредственно в программах растровой графики или в программах векторной графики путем преобразовании векторных изображений в растровые. Размер растровых изображений можно изменять, используя операцию ресэмплинг (resampling). Просле применения этой операции качество изображения становиться хуже.
Существует тенденция к сближению. Большинство современных векторных редакторов способны использовать растровые картинки в качестве фона, а то и переводить в векторный формат части изображения встроенными средствами. Причем обычно имеются средства редактирования загруженного фонового изображения хотя бы на уровне различных встроенных или устанавливаемых фильтров. 8-я версия Illustrator'a способна загружать .psd-файлы Photoshop'a и использовать каждый из полученных слоев. Кроме того, для использования тех же фильтров, может осуществляться непосредственный перевод сформированного векторного изображения в растровый формат и дальнейшее использование как нередактируемого растрового элемента. Причем, все это помимо обычно имеющихся конвертеров из векторного формата в растровый с получением соответствующего файла.