Компьютерная графика (информатика) - Computer graphics (computer science)
Компьютерная графика - это подраздел компьютерных наук, изучающий методы цифрового синтеза и управления визуальным контентом. Хотя этот термин часто относится к изучению трехмерной компьютерной графики , он также охватывает двухмерную графику и обработку изображений .
Обзор
Компьютерная графика изучает анестезирующие манипуляции с визуальной и геометрической информацией с помощью вычислительных методов. Он фокусируется на математических и вычислительных основах создания и обработки изображений, а не на чисто эстетических вопросах. Компьютерная графика часто отличается от области визуализации , хотя эти две области имеют много общего.
Связанные исследования включают:
- Прикладная математика
- Вычислительная геометрия
- Вычислительная топология
- Компьютерное зрение
- Обработка изображений
- Визуализация информации
- Научная визуализация
Приложения компьютерной графики включают:
История
Существует несколько международных конференций и журналов, в которых публикуются наиболее значимые результаты в области компьютерной графики. Среди них SIGGRAPH и Eurographics конференции и Ассоциация по вычислительной технике (ACM) Операции на графическом журнале. Совместная серия симпозиумов Eurographics и ACM SIGGRAPH включает основные места проведения более специализированных подполей: симпозиум по обработке геометрии, симпозиум по рендерингу, симпозиум по компьютерной анимации и высокопроизводительной графике.
Как и в остальной части информатики, публикации на конференциях по компьютерной графике обычно более значимы, чем публикации в журналах (и, следовательно, имеют более низкие показатели принятия).
Подполя
Широкая классификация основных подполей компьютерной графики может быть следующей:
- Геометрия : способы представления и обработки поверхностей
- Анимация : способы представления и управления движением
- Рендеринг : алгоритмы воспроизведения светового транспорта
- Визуализация : получение изображений или редактирование изображений
Геометрия
Подполе геометрии изучает представление трехмерных объектов в дискретной цифровой среде. Поскольку внешний вид объекта во многом зависит от его внешнего вида, чаще всего используются граничные представления . Двумерные поверхности являются хорошим представлением для большинства объектов, хотя они могут быть не- многообразием . Поскольку поверхности не конечны, используются дискретные цифровые аппроксимации. Полигональные сетки (и, в меньшей степени, поверхности подразделения ) являются наиболее распространенным представлением, хотя представления на основе точек стали в последнее время более популярными (см., Например, Симпозиум по точечной графике). Эти представления являются лагранжевыми, что означает, что пространственные положения образцов независимы. В последнее время эйлеровы описания поверхностей (то есть с фиксированными пространственными образцами), такие как наборы уровней , были разработаны в полезное представление для деформирования поверхностей, которые претерпевают множество топологических изменений ( наиболее ярким примером являются жидкости ).
Подполя геометрии включают:
- Неявное моделирование поверхностей - более старое подполе, которое исследует использование алгебраических поверхностей, конструктивной твердотельной геометрии и т. Д. Для представления поверхностей.
- Цифровая обработка геометрии - реконструкция поверхности , упрощение, обтекание, ремонт сетки, параметризация , изменение сетки, создание сетки , сжатие поверхности и редактирование поверхности - все это относится к этому заголовку.
- Дискретная дифференциальная геометрия - зарождающаяся область, которая определяет геометрические величины для дискретных поверхностей, используемых в компьютерной графике.
- Графика на основе точек - это недавняя область, в которой основное внимание уделяется точкам как основному представлению поверхностей.
- Подразделение поверхностей
- Обработка сетки вне ядра - еще одна недавняя область, в которой основное внимание уделяется наборам данных сетки, которые не помещаются в основную память.
Анимация
Подполе анимации изучает описания поверхностей (и других явлений), которые перемещаются или деформируются с течением времени. Исторически сложилось так, что большая часть работ в этой области была сосредоточена на параметрических моделях и моделях, управляемых данными, но в последнее время физическое моделирование стало более популярным, поскольку компьютеры стали более мощными в вычислительном отношении.
Подполя анимации включают:
- Захват производительности
- Анимация персонажей
- Физическое моделирование (например, моделирование ткани , анимация гидродинамики и т. Д.)
Рендеринг
При рендеринге изображения создаются из модели. Визуализация может имитировать перенос света для создания реалистичных изображений или может создавать изображения с определенным художественным стилем в нефотореалистичной визуализации . Две основные операции в реалистичном рендеринге - это перенос (сколько света проходит из одного места в другое) и рассеяние (как поверхности взаимодействуют со светом). Дополнительные сведения см. В разделе « Рендеринг (компьютерная графика)» .
Подполя рендеринга включают:
- Транспорт описывает, как освещение в сцене передается из одного места в другое. Видимость - важная составляющая легкового транспорта.
- Рассеяние: модели рассеяния (как свет взаимодействует с поверхностью в данной точке ) и затенения (как свойства материала меняются по поверхности) используются для описания внешнего вида поверхности. В графике эти проблемы часто изучаются в контексте рендеринга, поскольку они могут существенно повлиять на разработку алгоритмов рендеринга . Описание рассеяния обычно дается в терминах функции распределения двунаправленного рассеяния (BSDF). Последний вопрос касается того, как различные типы рассеяния распределяются по поверхности (т. Е. Какая функция рассеяния и где применяется). Подобные описания обычно выражаются с помощью программы, называемой шейдером . (Обратите внимание, что существует некоторая путаница, поскольку слово «шейдер» иногда используется для программ, описывающих локальные геометрические вариации.)
- Не фотореалистичный рендеринг
- Физически обоснованный рендеринг - связан с созданием изображений в соответствии с законами геометрической оптики.
- Рендеринг в реальном времени - ориентирован на рендеринг для интерактивных приложений, обычно с использованием специализированного оборудования, такого как графические процессоры.
- Переосвещение - недавняя область, связанная с быстрым повторным рендерингом сцен.
Известные исследователи
- Артур Аппель
- Джеймс Арво
- Брайан А. Барски
- Джим Блинн
- Джек Э. Брезенхэм
- Лорен Карпентер
- Эдвин Кэтмелл
- Джеймс Х. Кларк
- Роберт Л. Кук
- Франклин К. Кроу
- Поль Дебевек
- Дэвид С. Эванс
- Рон Федкив
- Стивен К. Файнер
- Джеймс Д. Фоули
- Дэвид Форсайт
- Генри Фукс
- Эндрю Гласснер
- Анри Гуро (ученый-компьютерщик)
- Дональд П. Гринберг
- Эрик Хейнс
- РА зал
- Пэт Ханрахан
- Джон Хьюз
- Джим Каджиа
- Такео Канаде
- Кеннет Ноултон
- Марк Левой
- Мартин Ньюэлл (ученый-компьютерщик)
- Джеймс О'Брайен
- Кен Перлин
- Мэтт Фарр
- Буй Туонг Фонг
- Пшемыслав Прусинкевич
- Уильям Ривз
- Дэвид Ф. Роджерс
- Холли Рашмайер
- Питер Ширли
- Джеймс Сетиан
- Иван Сазерленд
- Деметри Терзопулос
- Кеннет Торранс
- Грег Терк
- Андрис ван Дам
- Хенрик Ванн Йенсен
- Грегори Уорд
- Джон Варнок
- Дж. Тернер Уиттед
- Лэнс Уильямс
Приложения для их использования
Растровый дизайн / редактирование изображений
Векторный рисунок
Архитектура
Редактирование видео
Скульптура, анимация и 3D-моделирование
- Блендер 3D
- Крылья 3D
- ZBrush
- Sculptris
- SolidWorks
- Rhino3D
- SketchUp
- Гудини
- 3ds Max
- Cinema 4D
- майя
- Гудини
Цифровая композиция
Рендеринг
Примеры других приложений
- ACIS - геометрическое ядро
- Autodesk Softimage
- Пов-луч
- Scribus
- Силос
- Шестиугольник
- Световая волна
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Foley et al . Компьютерная графика: принципы и практика .
- Ширли. Основы компьютерной графики .
- Ватт. 3D компьютерная графика .
внешние ссылки
Промышленность
Промышленные лаборатории, занимающиеся исследованием графики "голубого неба", включают:
Основные киностудии, известные своими исследованиями в области графики, включают: