Grafika komputerowa - Wikipedia, wolna encyklopedia

Wolna encyklopedia

Wytworzony komputerowo, fotorealistyczny obraz

Grafika komputerowa – dział informatyki zajmujący się wykorzystaniem komputerów do generowania obrazów oraz wizualizacją rzeczywistych danych. Grafika komputerowa jest obecnie narzędziem powszechnie stosowanym w nauce, technice, kulturze oraz rozrywce.

Przykładowe zastosowania:

kartografia,
wizualizacja danych pomiarowych (np. w formie wykresów dwu- i trójwymiarowych),
wizualizacja symulacji komputerowych,
diagnostyka medyczna,
kreślenie i projektowanie wspomagane komputerowo (CAD),
przygotowanie publikacji (DTP),
efekty specjalne w filmach,
gry komputerowe.

Chociaż grafika komputerowa koncentruje się głównie na specjalistycznych algorytmach i strukturach danych, to jednak siłą rzeczy musi czerpać z innych dziedzin wiedzy. Na przykład aby uzyskać obrazy fotorealistyczne, należy wiedzieć jak w rzeczywistym świecie światło oddziałuje z przedmiotami. Podobnie, aby symulacja jazdy samochodem była jak najwierniejsza, należy wiedzieć, jak obiekty fizyczne ze sobą oddziałują. Od kilkunastu lat grafika komputerowa jest też kolejną dyscypliną artystyczną - dzieła powstałe przy jej zastosowaniu nazywa się grafiką cyfrową, infografią, digitalprintem.

Rys historyczny

Sekcja wymaga poszerzenia.
Zajrzyj na stronę dyskusji, by dowiedzieć się, czego brakuje i uzupełnij braki, jeśli to możliwe.

Początki grafiki komputerowej sięgają lat 50. XX wieku, jednak ze względu na duże koszty komputerów i urządzeń graficznych, aż do lat 80. grafika komputerowa była wąską specjalizacją, a na jej zastosowania praktyczne mogły pozwolić sobie ośrodki badawcze, duże firmy oraz instytucje rządowe. Dopiero gdy w latach osiemdziesiątych rozpowszechniły się komputery osobiste, grafika komputerowa stała się czymś powszechnym.

Klasyfikacja

Sekcja wymaga poszerzenia.
Zajrzyj na stronę dyskusji, by dowiedzieć się, czego brakuje i uzupełnij braki, jeśli to możliwe.




Obrazek wektorowy	Obrazek rastrowy
Porównanie jakości obrazków wektorowych i rastrowych podczas skalowania.

Ponieważ celem grafiki jest generowanie obrazów, dlatego jednym z głównych kryteriów klasyfikacji jest technika ich tworzenia:

Grafika wektorowa: obraz jest rysowany za pomocą kresek lub łuków. Niegdyś powstawał tak obraz na ploterach kreślących, ale jeszcze do lat 80. XX wieku były wykorzystywane monitory CRT, które kreśliły obraz w analogiczny sposób jak oscyloskopy.
Grafika rastrowa: obraz jest budowany z prostokątnej siatki leżących blisko siebie punktów (tzw. pikseli). Głównym parametrem w przypadku grafiki rastrowej jest wielkość bitmapy, czyli liczba pikseli, podawana na ogół jako wymiary prostokąta.

Identyczny podział istnieje, jeśli weźmie się pod uwagę reprezentację danych w programach komputerowych:

Grafika wektorowa – w tym przypadku nazwa może być nieco myląca, ponieważ obrazy mogą składać się nie tylko z wektorów (odcinków), ale również z innych figur geometrycznych. Cechą grafiki wektorowej jest to, że zapamiętywane są charakterystyczne dla danych figur dane (parametry), np. dla okręgu będzie to środek i promień, dla odcinka współrzędne punktów końcowych, a dla krzywych parametrycznych współrzędne punktów kontrolnych. Program, jeśli musi narysować obraz na urządzeniu (bądź to rastrowym, bądź wektorowym), na podstawie posiadanych danych wygeneruje obraz tych figur – bardzo ważną zaletą tej reprezentacji to możliwość dowolnego powiększania obrazów, bez straty jakości.
Grafika rastrowa – do zapamiętania obrazu rastrowego potrzebna jest dwuwymiarowa tablica pikseli nazywana powszechnie bitmapą. Nazwa wzięła się stąd, że początkowo były rozpowszechnione systemy wyświetlające obrazy czarno-białe, więc w takim przypadku pojedynczy piksel mógł być opisany przez jeden bit. Jednak gdy powszechniejsza stała się grafika kolorowa, piksele zaczęły być opisywane więcej niż jednym bitem – wówczas pojawiła się nazwa pixmapy, która jednak nie przyjęła się (chociaż jest stosowana np. w X Window).

Przewagą reprezentacji wektorowej nad rastrową jest to, że zawsze istnieje dokładna informacja o tym, z jakich obiektów składa się obraz. W przypadku obrazów bitmapowych tego rodzaju informacja jest tracona, a jedyne, czego można bezpośrednio się dowiedzieć, to kolor piksela. Istnieją jednak metody, które pozwalają wydobyć z obrazów bitmapowych np. tekst, czy krzywe.

W chwili obecnej dominują wyświetlacze rastrowe, więc programy wykorzystujące grafikę wektorową są zmuszone przedstawiać idealne figury geometryczne w skończonej rozdzielczości.

Kolejnym kryterium, wg którego klasyfikuje się zastosowania grafiki, jest charakter danych:

Grafika dwuwymiarowa (grafika 2D): wszystkie obiekty są płaskie (w szczególności każdy obraz rastrowy wpada do tej kategorii).
Grafika trójwymiarowa (grafika 3D): obiekty są umieszczone w przestrzeni trójwymiarowej i celem programu komputerowego jest przede wszystkim przedstawienie trójwymiarowego świata na dwuwymiarowym obrazie.

Jeszcze jednym kryterium jest cykl generacji obrazu:

Grafika nieinterakcyjna: program wczytuje uprzednio przygotowane dane i na ich podstawie tworzy wynikowy obraz. Tak działa np. POV-Ray, który wczytuje z pliku definicję sceny trójwymiarowej i na jej podstawie generuje obraz sceny.
Grafika interakcyjna: program na bieżąco uaktualnia obraz w zależności od działań użytkownika, dzięki temu użytkownik może od razu ocenić skutki. Bardzo ważne w tym przypadku jest, że czas odświeżenia obrazu nie może być zbyt długi. Dlatego w przypadku grafiki interakcyjnej akceptuje się i stosuje uproszczone metody rysowania obiektów, aby zminimalizować czas oczekiwania.
Grafika czasu rzeczywistego: program musi bardzo szybko (kilkadziesiąt razy na sekundę) regenerować obraz, aby wszelkie zmiany były natychmiast uwidocznione. Grafika czasu rzeczywistego ma szczególnie znaczenie w różnego rodzaju symulatorach, jest również powszechna w grach komputerowych.