Техник программист

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Пензенской области «Пензенский колледж информационных и промышленных технологий (ИТ-колледж)»

Специальность 15.02.15. Технология металлообрабатывающего производства

РЕФЕРАТ

на тему: «Роль компьютерной графики в проектировании рабочих чертежей.»

Дисциплина «Компьютерная графика»

Принял: Выполнил:

Преподаватель студент группы 19ПТ12

_______________/М.Ш. Асмаева/ _________/Д.А. Захаров/ Подпись Подпись

Пенза, 2021 г

Компьютерная графика (также машинная 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.

Основные области применения

Научная графика — первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производилась их графическая обработка, строились графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получались в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства — графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика даёт возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика — область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчётная документация, статистические сводки — вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей. Это обязательный элемент САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трёхмерные изображения.

Иллюстративная графика — это произвольное рисование и черчение на экране монитора. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика стала популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и движущихся картинок. Получение рисунков трёхмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объёмом вычислений. Передача освещённости объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчётов, учитывающих законы оптики.

Пиксель арт — пиксельная графика, важная форма цифрового искусства, создаётся с помощью программного обеспечения для растровой графики, где изображения редактируются на уровне пикселей. В увеличенной части изображения отдельные пиксели отображаются в виде квадратов, и их легко увидеть. В цифровых изображениях пиксель (или элемент изображения) — это отдельная точка в растровом изображении. Пиксели размещаются на регулярной двумерной сетке и часто представлены точками или квадратами. Графика в большинстве старых (или относительно ограниченных) компьютерных и видеоигр, графические калькуляторные игры и многие игры для мобильных телефонов — в основном пиксельная графика.

Компьютерная анимация — это получение движущихся изображений на экране дисплея. Художник создаёт на экране рисунки начального и конечного положения движущихся объектов; все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчёты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Такая анимация называется мультипликация по ключевым кадрам. Также существуют другие виды компьютерной анимации: процедурная анимация, шейповая анимация, программируемая анимация и анимация, где художник сам отрисовывает все кадры вручную. Полученные рисунки, последовательно выводимые на экран с определённой частотой, создают иллюзию движения.

Мультимедиа — это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Научная работа

Компьютерная графика является также одной из областей научной деятельности. В области компьютерной графики защищаются диссертации, а также проводятся различные конференции:

1. конференция Siggraph, проводится в США

2. конференции Eurographics, проводятся ассоциацией Eurographics ежегодно в странах Европы

3. конференция Графикон, проводится в России

4. CG-событие, проводится в России

5. CG Wave 2008, CG Wave, проводится в России

История

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 использовались ЭВМ первого поколения на электронных лампах для получения и обработки изображений. 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 1563 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 1563 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 Ульям 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 1172 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 2970 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 70-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 (фантастическая эпопея 1977 г. «Звёздные войны» режиссёра Джорджа Лукаса, фантастический ужастик «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 алгорим 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 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.), позже Apple Macintosh (1984 г.)

В 1980-х годах, с развитием видеосистемы персональных компьютеров IBM PC (1981 г.) графика становится более детализированной и цветопередающей (повышается разрешение изображений и расширяется цветовая палитра). Появляются первые видеостандарты MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA. Разработаны первые стандарты файловых графических форматов, например GIF (1987), возникает графическое моделирование.