Bilgisayar grafikleri

Bilgisayar grafikleri bir dalıdır bilgisayar bilimleri bilgisayar tabanlı konu eden görüntüleme ile geniş anlamda, görüntü işleme ilgilidir. Bilgisayar grafikleri kullanılarak oluşturulan görüntülere bilgisayar grafikleri denir.

Bilgisayar grafikleri, bir yandan, bileşenleri düzlemde iki boyutlu olarak tanımlanabilen grafiklerin üretimini içerir . Diğer alt alanlar, karmaşık şekillerin geometrik olarak nasıl modellenebileceği ve bunlardan oluşturulan sanal ortamlardan görüntülerin veya animasyonların nasıl hesaplanabileceği (işlenebileceği ) sorusuyla ilgilenir .

Bilgisayar grafiklerinin kökenleri, bilgisayarların grafik çıktı aygıtlarıyla donatıldığı 1950'lere dayanır . Sonuç olarak, bilgisayarların etkileşimli çalışmasını sağlayan ve her şeyden önce CAD ve CAM gibi bilimsel ve teknik uygulamaların yolunu açan giriş cihazları geliştirildi . Günümüzde bilgisayar grafikleri her yerde mevcuttur; Uygulamaları, grafik kullanıcı arayüzlerinden basılı ürünlere, bilgisayar oyunlarına ve film teknolojisinden ilaca kadar uzanmaktadır.

Tarih

SAGE sisteminden tabanca şeklinde bir ışık kaleme sahip bir konsol

Bilgisayar grafiklerinin başlangıcı, genellikle 1950'lerin başında MIT'de geliştirilen , katot ışınlı tüp ekranına ve bir ışık kalemine benzer bir giriş cihazına sahip olan ve doğrudan SAGE etkileşimliğine götüren ilk bilgisayar olan Whirlwind olarak kabul edilir hava gözetleme sistemi. Nokta ve çizgileri gösterebilen ilk ticari vektör ekranları da ortaya çıktı. Aynı zamanda, General Motors ilk etkileşimli CAD sistemi olan DAC-1'i geliştirdi .

Etkileşimli bilgisayar grafiklerinin geliştirilmesindeki özel etki, 1963'te Ivan Sutherland'ın modern grafik yazılımı etkileşiminde birçok yaygın olan Sketchpad- Zeichensystem'i hayal etmesine neden oldu . 1960'ların başında delikli kartlar hala ağırlıklı olarak kullanıldığından, etkileşimli kullanıcı arayüzlerine talep vardı, ancak bu tür sistemler son derece pahalıydı. Depolama tüpleri grafik ekranlarına ( Direct-View Storage Tubes ) sahip ilk bilgisayar terminalleri piyasaya çıktığından ve on binlerce kullanıcı bilgisayar grafiklerine uygun fiyatlı erişim sağladığından , bu durum on yılın sonlarına doğru değişti . Şu anda, ışın izleme ve tarama çizgisi algoritmaları gibi önemli 3B bilgisayar grafiği yöntemleri de geliştirildi.

Işık yansıtma ve kırılma efektlerine sahip ilk bilgisayar grafiklerinden biri (1980)
1980'lerden sprite içeren basit bir iki boyutlu C64 oyun grafiği

1980'lerde, fare ve grafik tablet gibi diğer giriş cihazları popüler hale geldi ; ve renkli yazıcılar piyasaya çıktı. Aynı zamanda, vektör ekranlar yavaş yavaş doldurulmuş alanları görüntüleyebilen raster ekranlarla değiştirildi. 1974 yılında , bilgisayar grafikleri alanında şu anda en büyük araştırmacılar ve endüstri temsilcileri birliği olan ACM SIGGRAPH ilk konferansını düzenledi. 1970'lerin sonundan itibaren toplu olarak üretilen kişisel bilgisayar , nispeten zayıf grafik yeteneklerine sahipti, ancak üreticileri ucuz çiziciler ve grafik tabletler üretmeye itti ve böylece bilgisayar grafiklerinin yayılmasına kesin bir katkı sağladı.

PC'lerin ve iş istasyonlarının sistem performansı, son kullanıcıların artık kullanımı kolay programlarla bilgisayar grafikleri oluşturabilecekleri 1980'lerde yükseldi. Ek olarak, CAD ve CAM'in önemli uygulama alanlarında bir atılım gerçekleştirdi. İlk 3D grafik yazılımı hem bu hem de diğer uygulamalar için piyasaya çıktı . Sanatsal uygulamalar her zaman bilgisayar grafiklerine eşlik etmişti, ancak şimdi film ve reklam endüstrileri için Bilgisayarla Oluşturulan Görüntüler olarak bir pazar açtı .

1990'larda, geleneksel bilgisayarlar, bilgisayar grafikleri ve görüntü işleme veya görüntü ve ses içeriği gibi farklı teknolojileri birleştirmek için yeterli performans elde etti . Söylenen multimedya altında, saf bilgisayar grafikleri ile diğer alanlar arasındaki sınırlar bulanıklaştı. On yıl boyunca, vurgu, bilimsel ve teknikten teknik olmayan uygulama alanlarına da gittikçe daha fazla kaymıştır. Bu, diğer şeylerin yanı sıra, tamamen bilgisayar tarafından üretilen uzun metrajlı filmlerin üretilmesinde dikkat çekiciydi. 1990'ların ortalarında, profesyonel olmayan sektörde 3D bilgisayar grafikleri için donanım hızlandırması da tanıtıldı .

21. yüzyılın başından beri, hem fotoğrafçılıkta hem de görüntü sentezinde yüksek kontrastlı görüntülere ( yüksek dinamik aralıklı görüntüler ) canlı bir ilgi var . Gerçek zamanlı grafikler, programlanabilir gölgelendiriciler kullanarak çeşitli efektler oluşturabilen güçlü grafik işlemcilerinden yararlanır . Çabalar hesaplamak için küresel aydınlatma gerçekçi bir etki için sık sık vazgeçilmez içinde gerçek zamanlı bugüne kadar (2010) sadece kısmen başardılar.

İki boyutlu grafikler

Raster ve vektör grafikleri

Vektör ve raster grafiklerin karşılaştırılması. Soldan sağa: ideal çizim, vektör ekranındaki vektör komutları, raster grafikler, dolu alanlara sahip raster grafikler. Tarama grafiğinin renkli pikselleri burada daireler olarak gösterilir.

1980'lerden bu yana, yalnızca görüntülenecek görüntünün her birine bir renk değeri atanmış bir görüntü noktaları ( pikseller ) ile temsil edildiği raster ekranlar alışılagelmiştir . Bu formda bulunan görüntülere tarama grafikleri denir. Yazılım tarafından oluşturulabilir veya dijitalleşmenin sonucu olabilirler . Tarama ekranlarının önemli bir avantajı, renkli dolgulu alanları görüntüleme yeteneğidir. Birçok yazıcı ve diğer çıktı aygıtları da bir nokta matrisi kullanır. Bununla birlikte, raster grafikler , sınırlı görüntü çözünürlüğünün (piksel sayısı) bir sonucu olan merdiven efekti gibi görüntüleme sorunlarından muzdariptir . Grafik kartının özel bir bellek alanı olan çerçeve arabelleğinin görünen kısmı, cihaza bağlı bir veri formatında ekranda görüntülenen görüntüyü içerir .

Kalıcı depolama ve raster grafiklerin sistemler arası değişimi için çeşitli standartlaştırılmış dosya formatları geliştirilmiştir. Bu grafik formatları , örneğin çeşitli görüntü sıkıştırma yöntemlerinin desteklenmesinde, özelliklerinde önemli ölçüde farklılık gösterir . Bellek alanı nedeniyle, indekslenmiş renkler genellikle görüntüde kullanılan renklerin ayrı bir tabloda depolandığı grafik dosyalarında kullanılır. Raster grafikler, her pikselin "şeffaflığını" gösteren bir alfa kanalı da içerebilir.

Çizgi çizimleri veya diyagramlar gibi bazı görüntü türleri, vektör grafikleri olarak daha iyi kaydedilir. Burada piksel kaydedilmez , ancak görüntüyü oluşturan temel grafik nesneleri ( ilkeller ) kaydedilir. Bu tür bir temsil, görüntü çözünürlüğünden bağımsızdır ve görüntü içeriğinin kayıpsız işlenmesine izin verir. Bir vektör grafiğini raster ekranlarda görüntüleyebilmek için önce raster grafiğe dönüştürülmesi gerekir. Bu işleme tarama adı verilir.

Raster algoritmaları

Bir vektör grafiği rasterleştirirken, bu örnekte SVG formatında, elde edilen raster grafiğin piksel rengi değerleri belirlenmelidir.

2D vektör grafikleri için çeşitli temel grafik nesneleri kullanılır. Bunlar, çizgileri, daireleri, elipsleri, çokgenleri ve diğer eğrileri içerir. Tüm bu temel nesnelerin bir tarama ekranında görüntülenebilmesi için önce rasterleştirilmesi gerekir. Dolgu ve çizgi renkleri, çizgi genişlikleri ve çizgi stilleri gibi parametreler de dikkate alınmalıdır. Gelen hatları pikselleştirme , çevrelerinde , elipsler ve çokgenler , tekrarlı (adım adım) algoritmalar , genellikle edilir , aşağıdaki renkli gereken piksel karar olan, başlangıç noktasına göre, kullanılan.

Bir vektör grafiğinin rasterleştirilmesi genellikle belirli bir alanla, örneğin dikdörtgen bir pencere ile sınırlandırılmalıdır . Bunu yapmanın en kolay yolu, temel nesneleri tamamen rasterleştirmek, ancak yalnızca gerçekte istenen görüntü bölümünde bulunan pikselleri renklendirmektir. Bununla birlikte, temel bir nesnenin rasterleştirmeden önce görüntü bölümüne kırpıldığı çeşitli daha verimli yöntemler geliştirilmiştir. Bu tür kırpma algoritmaları hem 2D hem de 3D bilgisayar grafiklerinde kullanılır.

Bitişik renk alanlarını doldurmak için taşma algoritmaları uygulanır. Tek renkli rasterleştirme durumunda, kaçınılmaz merdiven etkisine ek olarak, çıktı cihazının sınırlı çözünürlüğü nedeniyle "eksik" pikseller gibi başka sorunlar ortaya çıkabilir. Bu özellikle karakterlerle ilgili bir sorundur. Küçük bir yazı tipi boyutunda veya düşük çözünürlüklü ekranlarda bile karakterleri mümkün olan en iyi kalitede görüntüleyebilmek için burada sözde ipucu kullanılmalıdır.

Tarama ve kenar yumuşatma

Kenar yumuşatma içeren ve içermeyen rasterleştirilmiş metin (kenar yumuşatma)

Bir görüntüyü rasterleştirirken, her piksele mümkün olduğu kadar bu noktada ideal görüntü açıklamasını temsil eden bir renk değeri atanmalıdır. Daha karmaşık bir görüntü tariflerin sadece tek noktalarda değerlendirilebilir yorumlanabilir olarak tarama açısından sinyal işleme . Küçük şekiller piksel ızgarasından düşebilir veya içinde düzenli olarak düzenlenen, çok küçük görüntü ayrıntılarının tamamen yanlış görüntülendiği örtüşme efektleri oluşabilir. İdeal görüntü sert nesne kenarları içerme eğiliminde olduğundan, bu sorun özellikle bilgisayar grafiklerinde belirgindir.

Tarama sonucunda ortaya çıkan istenmeyen etkileri azaltmaya çalışan yöntemlere kenar yumuşatma denir. Bu amaçla, bir pikseli çevreleyen görüntü bölgeleri rasterleştirmeye dahil edilir. İki piksel arasında olsalar bile, küçük ayrıntılar bile bir pikselin rengine akar. Merdiven etkisi ayrıca kenar yumuşatma ile önemli ölçüde azaltılabilir.

Parlaklık ve renk

Konik HSV renk uzayının görünümü

Bir raster grafiğindeki her pikselin renk değeri genellikle kırmızı, yeşil ve mavi (RGB) değerleri kullanılarak belirlenir. Bu üç renk kanalının her birinin alabileceği değerlerin sayısı renk derinliği ile belirtilir ; birçok ekran renk kanalı başına 256 değere izin verir ( gerçek renk ). Bununla birlikte, RGB renk alanı , kullanıcının renkleri seçmesi için en kullanıcı dostu değildir. Bir rengin ton, doygunluk ve açıklıkla tanımlandığı HSV renk uzayı gibi diğer renk uzayları çizim programlarında kullanılır. Ne zaman dört renkli baskı olduğunu CMYK renk modeli çalıştı.

Ekran piksellerinin parlaklığı, çerçeve tamponunda belirtilen renk değerleriyle orantılı değildir. % 50 gri tonlama değeri ekranda% 50 parlaklıkta gri olarak değil, daha koyu olarak gösterilir. Doğru parlaklığı elde etmek için, bilgisayarda oluşturulan görüntülerin her zaman bir gama düzeltmesinden veya - ekran türüne bağlı olarak - diğer parlaklık ayarlarından geçmesi gerekir . Renk yönetimi teknikleri , renklerin farklı cihazlarda olabildiğince tutarlı bir şekilde görüntülenmesini sağlamak için de kullanılabilir.

Bazen bir tarama grafiğindeki renk sayısını azaltmak gerekir. Bu, grafiği en iyi temsil eden renklerin seçilmesi gereken renk azaltma yoluyla yapılır . Ek olarak, renk azaltmanın neden olduğu hatayı yaymak için titreme kullanılabilir. Yazıcılarda çıktı için baskı rasterleri oluşturmanın özel yöntemleri vardır .

Bazı grafik formatları, bir görüntünün renk değerlerinin çok yüksek bir parlaklık aralığında belirlenmesine izin verir. Bu tür yüksek dinamik aralıklı görüntüler (HDRI'ler), geleneksel formatlara göre çok daha gerçekçi bir görüntü izlenimi kaydeder ve kalite kaybı olmaksızın parlaklıkta sonraki değişiklikleri mümkün kılar. Bununla birlikte, şu anda (2010'da) yalnızca birkaç ekran HDRI'ları yaklaşık olarak yeniden üretebilmektedir.

Geometrik modelleme

Yapıcı Katı Geometri ve ilişkili temel gövde kullanılarak modellenen bir nesne

Geometrik modelleme, hem iki boyutlu eğrilerin hem de üç boyutlu yüzeylerin ve gövdelerin bilgisayar destekli açıklamasıdır. Bilgisayar grafiklerinde kullanımının yanı sıra, fiziksel simülasyonlar gibi mühendislik ve bilimsel uygulamaların temelini oluşturur.

Organlar farklı şekillerde temsil edilebilir; her temsil şemasının bellek gereksinimleri, kesinlik ve karmaşıklık açısından avantajları ve dezavantajları vardır. Her şema, fiziksel olarak gerçekleştirilebilir bedenlerin her zaman temsil edildiğini garanti etmez. Vücudun kendi hacminin açıklandığı doğrudan temsil şemaları ile kenarları ve yüzeyleri kullanılarak bir gövdenin tanımlandığı dolaylı şemalar arasında bir ayrım yapılır. Bu iki yöntem de birleştirilebilir.

En yaygın iki temsil şeması, Yapıcı Katı Geometri (CSG) ve yüzey temsilleridir. CSG, nesnelerin küreler, küpler veya silindirler gibi temel gövdelerin yardımıyla modellendiği bir doğrudan temsil şemasıdır. Birleşim, kesişim ve farklılık gibi işlemler bu temel gövdelere uygulanır, böylece sonunda temel gövdelerin birbirine nasıl bağlandığını açıklayan bir formül ortaya çıkar. CSG, burada kullanılan nesnelerin çoğunu doğal bir şekilde tanımlamak için kullanılabildiğinden, CAD alanında özellikle yaygındır.

NURBS yüzeylerinden oluşan bir model. Kontrol noktaları yeşil renkte gösterilmiştir.

Yüzey gösteriminde ( Sınır Temsili ) , bununla birlikte, bir cisim, yüzeyine atıfta bulunularak tanımlanacaktır; bu nedenle dolaylı bir temsil şemasıdır. Yüzey gösterimi ile modellenen nesneler, çoğunlukla kontrol noktalarında deforme olabilen serbest biçimli yüzeylerden oluşmaktadır. Modelde yerel değişiklikler böylelikle kolayca mümkündür. Yaygın bir serbest biçimli yüzey türü, Düzgün Olmayan Rasyonel B-Spline'lardır (NURBS). Verimlilik nedeniyle, NURBS genellikle gösterilmeden önce poligon veya üçgen ağlara (üçgenleştirilmiş) dönüştürülür . Genel iki boyutlu eğriler de çoğunlukla eğrisi kontrol noktaları tarafından belirlenen eğriler kullanılarak tanımlanır . Burada , rasterleştirme için poligonal çizgilere dönüştürülen Bézier eğrileri kullanılır .

3B modellemenin sonucu , nesne geometrisine ek olarak, malzeme özelliklerini , ışık kaynaklarını ve sanal bir gözlemcinin bakış açısını ve yönünü içeren bir sahnedir .

Üç boyutlu grafikler

Bir sahneye bağlı olarak , 3B bilgisayar grafikleri, işleme olarak da bilinen görüntü sentezi kullanılarak hesaplanır. Modellemenin aksine, bu süreç otomatik olarak çalışır. Donanım hızlandırmanın en çok kullanıldığı gerçek zamanlı etkileşimli görüntü sentezi ile her şeyden önce yüksek görüntü kalitesi veya fiziksel doğruluğa vurgu yapılan gerçekçi görüntü sentezi arasında bir ayrım yapılır.

Gerçek zamanlı oluşturma

Yukarıda: Bir sanal gözlemci ile bir sahnenin görünümü, aşağıda: işlenmiş görüntü

Gerçek zamanlı görüntülemede, yüksek kare hızında bir dizi görüntü hesaplanır ve temeldeki sahne kullanıcı tarafından etkileşimli olarak değiştirilir. Birkaç istisna dışında, grafik donanımı yalnızca temel grafik nesneleri olarak noktaları, çizgileri ve üçgenleri destekler; bu nedenle diğer görüntüleme şemaları önce üçgen ağlara dönüştürülmelidir.

Gerçek zamanlı oluşturma ile, grafik boru hattı , sahneden bitmiş görüntüye giden yolu bir model olarak tanımlar. Bu işlem çoğunlukla günümüzün grafik kartları tarafından doğrudan donanımda gerçekleştirilmektedir. Çarpışma algılama , animasyon veya dönüştürme gibi sahneyi değiştiren ve uygulama programının sorumlu olduğu teknikler bir istisnadır .

Grafik işlem hattındaki birçok adım, diğer koordinat sistemlerinde sahnenin temel nesnelerini aşamalı olarak ifade etmek için kullanılır , bu da hesaplamayı basitleştirir. Bu genellikle perspektif bir görüntü elde etmek için merkezi bir projeksiyonu içerir . Kırpma ve ayırma teknikleri, görünür hacmin dışındaki alanları kesmek veya çıkarmak için de kullanılır. Çeşitli koordinat dönüşümlerini tamamladıktan sonra , yansıtılan temel nesneler ekranda doğru konumdadır. Orada kendilerine ait pikselleri boyayarak rasterleştirilirler. Üst üste gelen üçgenler olması durumunda yalnızca izleyicinin görebildiği kısımların görüntülenmesi gerektiğinden, Z-tamponlama kullanılarak bir kapatma hesaplaması gerçekleştirilir.

Grafik API'leri genellikle grafik donanımını soyutlayan ve programcıyı birçok görevden kurtaran grafik işlem hatlarını kontrol etmek için kullanılır. Profesyonel alanda, OpenGL standardı en büyük öneme sahipken , Windows altında çalışan programlar, özellikle bilgisayar oyunları, öncelikle DirectX kullanır.

Gölgelendirme

Genel olarak gölgeleme ("gölgeleme") olarak, ilgili malzeme özellikleri kullanılarak yüzeylerin renginin hesaplanmasına ve doğrudan ışık kaynaklarından gelenlere atıfta bulunulur. Gölgelendirme, hem gerçek zamanlı görüntülemede hem de gerçekçi görüntülemede kullanılır. Nesneler arasındaki ışık yansıması yoluyla dolaylı aydınlatma başlangıçta dikkate alınmaz. Fotogerçekçi olmayan sözde işleme , örneğin estetik nedenlerle yabancılaşmaların yaratıldığı özel bir durumu temsil eder.

Tümsek haritalama kullanarak yüzey pürüzlülüğünün simülasyonu

Bir yüzeyin yansıma davranışını tanımlamak için çeşitli malzemelerin simüle edilebildiği yerel aydınlatma modelleri kullanılır. Lambert yasa ise, duvar gibi mat yüzeylere örneğin uygundur phong yansıma modeli parlak yüzeyler temsil edilebilir. Gerçek zamanlı işlemede, renkler genellikle bir üçgenin köşe noktaları için hesaplanır ve ardından üçgenin içinde enterpolasyon yapılır ( Gouraud gölgelendirme ). Bu , üçgenlerin tek bir renkle eşit şekilde doldurulduğu düz gölgelemeden daha az açılı bir görünümle sonuçlanır .

Yüzey ayrıntılarını simüle etmek için, bir fonksiyon veya raster grafik kullanarak yüzey üzerindeki her noktada malzeme veya geometri özelliklerini değiştiren haritalama teknikleri kullanılır. Örneğin, bir yüzey üzerinde iki boyutlu bir görüntüyü (dokuyu) eşlemek için doku eşleme kullanılır . Diğer bir teknik, yüzey düzensizliklerini tasvir etmek için kullanılabilen tümsek haritalamadır . Yansıtma efektleri , ortam haritalama ile gerçek zamanlı işlemede elde edilebilir .

Gerçekçi render

Işın izleme ile hesaplanan küresel aydınlatmaya sahip gerçekçi bilgisayar grafikleri
Islak kürk simülasyonu

İşlenmiş bir görüntünün gerçekçi görünüp görünmediği, büyük ölçüde bir sahne içindeki ışığın dağılımının simüle edilme derecesine bağlıdır. Gölgelendirmede yalnızca doğrudan aydınlatma hesaplanırken, dolaylı aydınlatma ile nesneler arasındaki ışığın yansıması rol oynar. Bu, yalnızca ışıktaki dar bir aralıkla aydınlatılan odalar gibi efektler sağlar. Tüm ışık yansıması türleri hesaba katılırsa, küresel aydınlatmadan söz edilir . Gerçekçi bir sonuç için küresel aydınlatma dikkate alınmalıdır ve gerçek zamanlı yöntemlerle mümkün değildir veya çok sınırlı bir ölçüde mümkündür. Matematiksel olarak render denklemi ile tanımlanır .

Gerçekçi görüntü sentezinde kullanılan yöntemlerden biri ışın izlemedir . Işın izleme, öncelikle ışınların emisyonuna dayalı olarak maskelemeyi hesaplamak için kullanılan bir algoritmadır, ancak genişletilmiş formlardaki ışık yansımalarını ve kırılmalarını da hesaplayabilir. Küresel aydınlatmayı simüle etmek için , ışın izlemeye dayalı yol izleme veya foton haritalama gibi yöntemler kullanılır.

Gerçekçi görüntü sentezi için bir başka algoritma da radyasyondur . Yüzeylerin, işleme denkleminin sayısal olarak çözüldüğü küçük kısmi alanlara bölünmesine dayanır . Temel biçiminde, radyozite yalnızca ideal olarak dağınık yüzeylerde kullanılabilir. Işın izlemenin aksine, ışık dağılımı bakış açısına bakılmaksızın hesaplanır. Bu, radyoyu, zaman alıcı bir tahminin haklı olduğu gerçek zamanlı olarak statik sahneleri oluşturmak için özellikle uygun hale getirir.

Film endüstrisinde, esas olarak, sahnenin yüzeylerinin, rengin ayrı ayrı hesaplandığı çok küçük çokgenlere bölündüğü REYES yöntemi kullanılır.

Hacim grafiği

İle hacmi grafik , yüzeyler olarak açıklanmamaktadır işlenip nesneleri, uzaysal veri setleri olarak adlandırılan voksel ızgaralar . Bunlar, bir nesnenin belirli bir noktadaki "yoğunluğunu" tanımlayan bir ızgarada düzenlenmiş değerlerdir. Bu veri gösterimi biçimi, özellikle net hatları olmayan bulutlar gibi nesneler için uygundur. Voksel ızgaraları oluşturmak için sıçratma gibi özel teknikler geliştirilmiştir. Birçok görüntüleme işlemi voksel verileri ürettiğinden, hacim grafikleri tıp için özellikle önemlidir.

animasyon

Bilgisayar animasyon filminden Elephants Dream (2006) sahnesi

Bilgisayar destekli animasyon üretimi, tek tek görüntülerin statik modellemesinin ve sentezinin ötesine geçen teknikler gerektirir. Çoğu bilgisayar animasyonu, nesnelerin konumu ve şekli veya kameranın yönü gibi sahne parametrelerinin yalnızca birkaç ayrı görüntü için ayarlandığı ana kare animasyonuna dayanır . Bu parametrelerin değerleri, uygun eğriler kullanılarak aradaki görüntüler için enterpolasyonludur. Nesnelerin dönüşü, matematiksel yöntemler kullanılarak da enterpolasyonlu hale getirilebilir.

Nesneler genellikle animasyon için hiyerarşik olarak modellenir, böylece hiyerarşide daha yüksek bir nesnenin hareketi tüm alt nesneleri etkiler. Bir örnek, uyduların gezegenler etrafında döndüğü ve bunların da güneşin etrafında döndüğü bir gezegen sistemidir. Bazı durumlarda, robotikte olduğu gibi, nesneler , münferit parçaları birbirine eklemlerle bağlanan tutarlı bir yapı olarak modellenir. Bu tür yapılar, doğrudan veya ters kinematik kullanılarak canlandırılabilir. Karakter animasyonu için daha karmaşık hareket yakalama teknikleri de mevcuttur .

Bir partikül sistemi kullanarak dumanın animasyonu

Birden çok nesneyi canlandırmak için genellikle çarpışma algılama teknikleri gerekir. Özellikle bilgisayar oyunlarında yapay zeka , grup simülasyonu çerçevesinde nesneleri belirli bir hedefi gerçekleştirecek şekilde canlandırmak için kullanılır. Daha büyük düzinelerce nesne grubuyla, nispeten basit teknikler kullanılarak makul bir şekilde simüle edilebilen sürü davranışı genellikle ortaya çıkar . Parçacık sistemleri tarafından daha da fazla sayıda nesne tanımlanabilir . Patlamalar, sıvılar, duman veya ateş gibi olayları simüle etmek için binlerce çok küçük parçacığa kuvvet uygulanır. Ancak gerçekten gerçekçi sonuçlar ancak karmaşık hesaplamalar gerektiren fiziksel tabanlı tekniklerle elde edilebilir.

Başvurular

Sanal gerçekliğin uygulama alanı olan simülatörde bir deniz subayının eğitimi
Tıpta difüzyon tensör
görüntüleme kullanılarak sinir yollarının görselleştirilmesi

Bilgisayar grafikleri , etkileşimli sistemlerin kullanıcı dostu tasarımını ve kullanıcı arayüzlerini inceleyen bilgisayar bilimi dalı olan insan-bilgisayar etkileşiminde önemli bir uygulama bulmaktadır . Bu alan genellikle yalnızca grafik kullanıcı arayüzleri veya süreç görselleştirme ile ilgilendiği için değil , aynı zamanda bilgisayar grafikleri alanındaki araştırmacıların o zamanlar yeni olan giriş ve çıkış cihazlarına erken erişime sahip olması nedeniyle bilgisayar grafikleriyle birlikte ele alındı. Bilgisayar grafikleri, sunum grafikleri biçiminde veya masaüstü yayıncılık belgelerinde her yerde bulunur .

Görüntü işleme , bilgisayar grafiklerinin ilişkili ancak farklı bir alanıdır . İçeriklerini otomatik olarak değerlendirmek için halihazırda var olan görüntülerin hazırlanmasıyla ilgilenir, yani bilgisayar grafiklerinin zıt görevini yerine getirir. Görüntü işleme teknikleri de bir dereceye kadar görüntü işlemede kullanılmaktadır .

Bilgisayar grafiğinin başlamasıyla gelişen görsel dijital sanat . Bilgisayar grafiklerinin sanatsal tasarımı, giderek karmaşıklaşan 3B modeller ve gelişmiş işleme algoritmaları kullanan bilgisayar oyunlarında kullanılmaktadır. Gelen film teknolojisi ve bilgisayar grafik teknolojilerinin reklam neredeyse her tür için kullanılan karikatürler yaratmak ve bilgisayar tarafından oluşturulan görüntüler. Pek çok modern film, ayrı ayrı filme alınmış ön plan sahnelerini bir arka plan üzerine kaplamak için dijital birleştirme tekniklerini kullanır.

CAD , makine parçalarını ve diğer ürünleri tasarlamak veya bilgisayar destekli imalat kullanarak sonraki üretim süreçlerini kontrol etmek için bilgisayar teknolojisini bir "sanal çizim tahtası" olarak kullanır . Olarak kurması ve coğrafi bilgi sistemleri , bilgisayar grafik coğrafi ve diğer mekansal ölçüm verileri hem hassas ve şematik temsillerini oluşturmak için kullanılır.

Sanal ortamların simülasyonları ve görselleştirmeleri, mimarinin temsilinden bilimsel ve güvenlik açısından kritik alanlara kadar çeşitlilik gösterir. Hem sanal hem de artırılmış gerçeklik , başını döndürürken bakış açısını değiştirmek gibi izleyiciyle etkileşime odaklanır. Hem 3 boyutlu bilgisayar grafikleri hem de son derece gelişmiş görüntüleme teknolojileri kullanılmaktadır. Sanal gerçeklikte dünyalar tamamen bilgisayarda üretilirken, artırılmış gerçeklik yapay nesnelerin, örneğin başa takılan ekranlar aracılığıyla gerçekliğe entegrasyonuyla ilgilenir .

Tıpta, görüntüleme süreçleri ile elde edilen verilerden olabildiğince anlamlı görüntüler üretilir. Bu, esas olarak hacim grafikleri aracılığıyla yapılır.

Bilgisayar grafikleri, bilgisayar görselliği , görsel hesaplama , medya bilişimi ve bilgisayar bilimi derslerinin bir parçasıdır .

Edebiyat

Kitabın:

  • Michael Bender, Manfred Brill: Bilgisayar grafikleri: uygulamaya yönelik bir ders kitabı . Hanser, Münih 2006, ISBN 3-446-40434-1 .
  • Hans-Joachim Bungartz , Michael Griebel, Christoph Zenger: Bilgisayar grafiğine giriş: temel bilgiler, geometrik modelleme, algoritmalar . 2. Baskı. Vieweg, Braunschweig / Wiesbaden 2002, ISBN 3-528-16769-6 .
  • James Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes: Bilgisayar Grafikleri: İlkeler ve Uygulama . 2. Baskı. Addison-Wesley, Okuma 1996, ISBN 0-201-84840-6 .
  • David Rogers: Bilgisayar Grafikleri için Prosedür Öğeleri . WCB / McGraw-Hill, Boston 1998, ISBN 0-07-053548-5 .
  • Peter Shirley, Michael Gleicher, Stephen R. Marschner, Erik Reinhard, Kelvin Sung, Wiliam B. Thompson, Peter Willemsen: Temel Bilgisayar Grafikleri . Hayır. 2 . AK Peters, Wellesley 2005, ISBN 1-56881-269-8 .
  • Natascha Adamowsky (Ed.): Dijital Modernizm. Matthias Zimmermann'ın model dünyaları . Hirmer Verlag, Münih 2018, ISBN 978-3-7774-2388-3

Dergiler (seçim):

İnternet linkleri

Commons : Bilgisayar grafikleri  - resim, video ve ses dosyalarının koleksiyonu

Bireysel kanıt

  1. ↑ James Foley ve diğerleri: Computer Graphics: Principles and Practice . S. 2
  2. ↑ Peter Shirley ve diğerleri: Bilgisayar Grafiğinin Temelleri . S. 1
  3. ^ A b Carl Machover: Four Decades of Computer Graphics. IEEE Computer Graphics and Applications 14, 6 (Kasım 1994): 14-19, burada s. 14, ISSN  0272-1716
  4. ^ Carl Machover: Four Decades of Computer Graphics . S. 17
  5. ^ Carl Machover: Four Decades of Computer Graphics . S. 18
  6. ^ Max Agoston: Bilgisayar Grafikleri ve Geometrik Modelleme: Uygulama ve Algoritmalar . Springer, Londra 2005, ISBN 1-85233-818-0 , s.157 .
  7. ↑ Tomas Akenine-Möller, Eric Haines: Gerçek Zamanlı İşleme . AK Peters, Natick MA 2002, ISBN 1-56881-182-9 , s.7 .
  8. ↑ Peter Shirley ve diğerleri: Bilgisayar Grafiğinin Temelleri . S. 2
Bu makale, bu sürümde 26 Temmuz 2008 tarihinde mükemmel makaleler listesine eklenmiştir .