Комп'ютерна графіка та сфери її застосування

Аркабаєв, Д. А. Комп'ютерна графіка та сфери її застосування / Д. А. Аркабаєв, А. С. Мохова. - Текст: безпосередній // Молодий учений. - 2020. - № 4 (294). - С. 14-18. - URL: https://moluch.ru/archive/294/66793/ (дата звернення: 12.11.2024).

У статті розкривається поняття та сутність комп'ютерної графіки, розглядаються основні види комп'ютерної графіки, наводяться статистичні дані та описуються основні способи застосування графічної інформації у різних сферах суспільного життя.

Ключові слова: зображення, графіка, дані.

В умовах сучасного світу людина все частіше стикається з великими обсягами інформації, з якими досить важко взаємодіяти, якщо вони не представлені у зручному вигляді, тому сьогодні важко уявити життя без таблиць, схем, графіків, діаграм, картинок та відеоматеріалів, оскільки саме ці засоби Подання інформації допомагають нам візуалізувати будь-які дані. Графічна інформація в комп'ютеризованому середовищі є кінцевим продуктом комп'ютерної графіки зображення.

Комп'ютерна графіка є розділом інформатики, що вивчає методи та засоби подання та візуалізації даних у графічному вигляді за допомогою програмно-апаратних засобів. Це найшвидше зростаючий сегмент у галузі інформаційних технологій. Широкий спектр можливостей, які може реалізувати комп'ютерна графіка, починаючи з систем відеоспостереження і закінчуючи розрахованими на багато користувачів онлайн іграми і переглядом відео на відеохостингах, постійно розширюється, дозволяючи нам всебічно розвивати своє оточення.

Залежно від методів та прийомів створення графічної інформації виділяють растрові, векторні, фрактальні та тривимірні (3D) комп'ютерні графіки.

Сенс растрової комп'ютерної графіки полягає у поданні зображення сукупністю пікселів різних кольорів. Розмір зображення в пікселях може виражатися у вигляді кількості пікселів по ширині та по висоті (800×600px, 1024×768px, 1600×1200px тощо) або у вигляді загальної кількості пікселів (наприклад, у зображенні 1920×1080 близько 2 мільйонів та 74 тисяч точок, що дорівнює 2 мегапікселям). Піксель – найпростіший елемент растрової графіки. Кожен піксель має фіксований розмір, і кожному пікселю приписаний свій атрибут кольору. Кожен колір пікселя записується як певного поєднання бітів. Кількість кольорів безпосередньо залежить від кількості бітів, які для цього використовуються, а називається ця якість растрового зображення глибиною кольору. Важливим показником у растрової графіці є роздільна здатність зображення. Цей показник виражає кількість пікселів на дюйм: чим більше даних пікселів, тим вище роздільна здатність зображення і тим воно чіткіше. Виражається цей показник в одиницях виміру dpi (dots per inch - точок на дюйм) [1]. Растрове представлення зображення використовується у таких приладах, як монітори, принтери, сканери, мобільні телефони та цифрові фотоапарати. Приклад растрового зображення можна побачити малюнку 1.

Мал. 1. Приклад растрового зображення

Векторна графіка - вид комп'ютерної графіки, в якому зображення подається у вигляді сукупності окремих об'єктів, що описуються математичними рівняннями [2, 60].Отже, якщо у растрової графіці побудова зображення відбувається у вигляді сукупного представлення пікселів, то векторної графіці базовим елементом побудови зображення є лінія (контур). У векторній графіці контур має свої властивості: форму, колір, зображення (суцільний або пунктирний), товщину і форму кінців (зі стрілкою або закруглені). Кожен контур має дві і більше опорних точок, які називаються вузлами - за ними будується зображення. Контур може бути відкритим та закритим. Відкритий контур — якщо початкова опорна точка не збігається з кінцевою опорною точкою. Закритий контур - якщо його остання опорна точка є одночасно і першою, і замикаючою.

Даний вид комп'ютерної графіки застосовується в електронній поліграфії, системах автоматичного проектування та створення будь-яких зображень, які в майбутньому повинні будуть масштабуватися. Це відбувається з урахуванням того, що у векторній графіці, на відміну від растрової, зі збільшенням масштабу зображення якість картинки не псується і немає ефект, який називають «пікселізацією» (коли стають помітні елементи растру). Приклад векторного зображення можна розглянути малюнку 2.

Мал. 2. Приклад векторного зображення

Фрактальна графіка - черговий вид подання зображення, за допомогою успадкування кожного нового елемента певних графічних властивостей попередніх елементів. Говорячи простою мовою, це зображення, побудоване з однакових частин, що багато разів повторюються. Дрібні елементи фрактального об'єкта повторюють властивості об'єкта. Отриманий об'єкт зветься «фрактальної фігури». Процес успадкування можна продовжувати до безкінечності.Змінюючи коефіцієнти рівняння, можна отримувати абсолютно різні один від одного зображення, а змінюючи та комбінуючи забарвлення фрактальних фігур, можна моделювати образи живої та неживої природи [2,74].

Основна властивість такого виду комп'ютерної графіки полягає в тому, що зображення при масштабуванні майже не змінюється ні в геометричній будові, ні за рівнем роздільної здатності. Таке зображення завжди залишається однаково складним, а кожен її елемент однаковою мірою схожий на решту елементів. Фрактальна графіка в сучасному світі особливо популярна, адже це один із найнезвичайніших і найлегших способів створення складних зображень, адже графічному редактору потрібно лише задати потрібну математичну формулу та вказати кількість повторень.

Фрактальна графіка дозволяє створювати абстрактні композиції, де можна реалізувати такі композиційні прийоми як горизонталі та вертикалі, діагональні напрямки, симетрію та асиметрію та ін. Часто фрактальну графіку застосовують для створення рекламних вивісок, вебсайтів та програм, адже фрактальні зображення на підсвідомому рівні привертають увагу людини. Методами фрактальної графіки часто моделюють турбулентні потоки та створюють різні візерунки. Фрактальна графіка є на сьогоднішній день одним з перспективних видів комп'ютерної графіки, що найшвидше розвиваються. Приклад фрактального зображення можна розглянути малюнку 3.

Мал. 3. Приклад фрактального зображення

Тривимірна 3D графіка — один із найскладніших видів комп'ютерної графіки, але водночас і один із найкорисніших у житті сучасної людини.3D моделювання дозволяє створити об'ємну тривимірну модель з урахуванням багатьох умов, які можна змінювати самостійно. Під умовами розуміються такі речі, як освітлення, погляд на об'єкт, його габарити щодо інших об'єктів тощо. буд. Даний вид побудови зображення має величезну кількість переваг над іншими видами комп'ютерної графіки, описаними мною вище. Тривимірна графіка застосовується майже в усіх галузях життєдіяльності людини. Прикладами є майже все, що оточує нас, адже переважна більшість предметів побуту, перед тим як піти у виробництво, створюються в графічних редакторах тривимірних моделей [3]. Візьмемо, наприклад, будь-який мобільний телефон. У процесі створення інженери спочатку розраховували зразкову форму та компонування всіх деталей усередині корпусу, після чого створюють 3D модель, що відображає точні мінімальні габарити пристрою. Після цього дизайнери, з урахуванням даних величин, проектують, як має виглядати апарат і накладають поверх первинної 3D моделі смартфона нові об'єкти та шкірки (шари зображення) тощо. буд. Тобто дана технологія дозволяє спроектувати той чи інший пристрій одразу в його об'ємному вигляді та з урахуванням багатьох нюансів, що природно прискорює та полегшує процес конструювання об'єктів побуту. Приклад тривимірної графіки можна розглянути малюнку 4.

Мал. 4. Приклад тривимірної графіки

Сьогодні комп'ютерна графіка є одним із напрямків інформаційних технологій, що найшвидше розвиваються: графічна інформація використовується майже у всіх сферах життєдіяльності людини [5].

Велику частку від усієї графічної інформації, представленої в Інтернеті, займає розважальний контент.За допомогою сайтів, онлайн ігор, програм для смартфонів та соціальних мереж користувачі мережі організують свій вільний час. Зокрема, варто звернути увагу на сильну інтегрованість графічної інформації у сфері розваг та дозвілля. Підтвердженням цього є статистика сайту YouTube.com від листопада 2019 [4]. Цей ресурс створений для перегляду відеоматеріалів за різними тематиками, яким користуються 1,9 мільярда людей у ​​світі — це другий за популярністю сервіс після Facebook. Іншими словами, 79% користувачів мережі Інтернет мають власний обліковий запис на сайті YouTube, який доступний 80 різними мовами. Щохвилини на YouTube по всьому світу завантажується 500 годин відео, що в перерахунку означає завантаження 30 000 годин відео щогодини. На перегляд цих відео у людини пішло б приблизно 82 роки. 62% компаній використовують YouTube як канал для публікації відеоконтенту, причому 90% користувачів відкривають для себе нові бренди та продукти саме на YouTube. Отже, вищеописана статистика доводить нам, що інтернет та графічна інформація, яку суспільство отримує за його допомогою, відіграє істотну роль у житті сучасного суспільства.

Крім сфери дозвілля та розваг, комп'ютерна графіка незамінна і в галузі охорони здоров'я, оскільки умови сучасного світу змушують шукати більш досконалі засоби боротьби з різними захворюваннями. У зв'язку з цим переважна більшість країн світу останні 30 років наполегливо намагається впроваджувати сучасні інформаційні технології в галузі медицини. І на цьому процесі модернізації одне з найбільш значних місць займає використання комп'ютерної графіки.Вона активно застосовується у створенні моделей внутрішніх органів, обробці та виведенні на екран комп'ютера зображення зі сканера УЗД та комп'ютерної томографії. Всі ці дані записуються в пам'ять комп'ютера і на їх основі складається об'ємне зображення. За допомогою цих технологій виявляється близько 80% всіх захворювань навіть на ранніх стадіях, що спрощує процес лікування пацієнтів.

Особлива увага графічної інформації приділяється серед наукових діячів та у галузі освіти. У цих галузях людині просто потрібний графічний супровід майже у всіх питаннях, починаючи від шкільних презентацій у PowerPoint і закінчуючи складними графічними моделями перебігу різних хімічних реакцій. У цих напрямах комп'ютерна графіка дозволяє зробити передчасні припущення про походження будь-яких процесів, протікання яких пішло не одне тисячоліття. Прикладами є комп'ютерні графічні програми, що моделюють зародження життя на землі, різні природні катаклізми і зіткнення елементарних частинок (програма аналізу результатів діяльності великого адронного колайдера).

Проте розвиток та використання графічної інформації не досягли межі, і на сьогодні існує безліч планів щодо впровадження комп'ютерної графіки в ужиток. Наприклад, у багатьох країнах планується шукати інформацію про злочинців за фотографіями та записами відеокамер в Інтернеті через використання нейронних мереж. На даний момент ця технологія вивчена не до кінця і має певний відсоток похибки, але, за запевненнями вчених, ця технологія буде повною мірою освоєна вже найближчим часом.

Величезне значення для людей мають транспортні засоби, але через багато обставин, людству було б зручніше відсторонитися від самостійного керування автомобілями. Знаючи це, компанія Google запустила тестування своїх безпілотних автомобілів ще в 2009 році, інформаційний портал ITC.ua представив таку статистику: «З 2009 року безпілотники Google накатали близько 2.72 млн. км, з них близько 1.7 млн. км в режимі автопілота. За цей час автомобілі стали учасниками 11 незначних аварій», що яскраво відрізняється від кількості аварій з вини людини [6]. Алгоритм керування транспортом, що використовується в програмі Google, набагато практичніший, оскільки враховує безліч факторів, що фіксуються за допомогою камер із застосуванням технологій, заснованих на комп'ютерній графіці (наприклад, рівень освітленості на дорозі, відстань до дорожньої розмітки та інших об'єктів, поведінка інших машин) , а потім робить розрахунок за частки секунд і дозволяє реагувати на будь-які зміни в навколишній обстановці майже миттєво.

Таким чином, графічна інформація є дуже зручним інструментом представлення даних. З використанням у вжиток комп'ютерів почали розвиток дозвілля і розваги, охорону здоров'я, бізнес, освіту, мистецтво та ін. Процес розвитку подання графічної інформації та засобів її обробки має високу швидкість. За 20-25 років технології комп'ютерної графіки досягли небувалих висот, і те, що раніше здавалося фантастикою, зараз використовується повсюдно, наприклад, віртуальна реальність [7]. Наприкінці 1960-х американським комп'ютерним художником Майроном Крюгером було сформульовано термін «штучна реальність», що визначає технічно створений об'єктний світ, переданий людині у вигляді його відчуттів.У 1964 році польський філософ і письменник Станіслав Лем у своїй книзі «Сума Технології» вперше теоретично описав можливість створення навколишньої дійсності, що майже не відрізняється від нашої, але підкоряється іншим законам. Рівно через 20 років була створена перша система, що дозволяє маніпулювати об'єктами на екрані за допомогою руху рук, а в 1989 році було введено сам термін «віртуальна реальність». На сьогоднішній день з простих маніпуляторів і теоретичних припущень ця технологія переросла в повноцінну апаратно-програмну систему, що дозволяє людині за допомогою контролерів і спеціального шолома опинитися у віртуальному світі і керувати об'єктами, що знаходяться там. Тому швидкість розвитку графічних технологій висока, і з кожним роком методи представлення графічної інформації стають доступнішими для звичайного користувача.

1. Растрова графіка // Stockers.ru: Сайт про фотобанки. URL: http://stockers.ru/articles/rastr/ (дата звернення: 24.12.2019).
2. Васильєв В. Є., Морозов А. В. Комп'ютерна графіка. Спб.: СЗТУ, 2005-101с. .
3. Долінін А. А. Застосування комп'ютерної графіки / / Сайт Долініна Андрія Олександровича - викладач ІКТ. URL: http://www.dolinin-infografika.narod.ru/p0005.htm (дата звернення: 21.12.2019).
4. 10 YouTube Stats Every Marketer Should Know in 2020 [Infographic] // www.oberlo.com. URL: https://www.oberlo.com/blog/youtube-statistics (дата звернення: 09.01.2020).
5. Комп'ютерна графіка // Wikipedia.org: Універсальна інтернет-енциклопедія. URL: https://ua.wikipedia.org/wiki/Комп'ютерна_графіка (дата звернення: 08.01.2020).
6. Статистика. "Беспілотники". Google. // ITC.ua: Інформаційний портал у галузі ІТ.URL: http://itc.ua/blogs/za-shest-let-bespilotniki-google-popali-v-avarii-vsego-11-raz-ni-razu-po-vine-avtomobilya/ (дата звернення: 13.01. 2020).
7. Віртуальна реальність // Wikipedia.org: Універсальна інтернет-енциклопедія. URL: https://ua.wikipedia.org/wiki/Віртуальна_реальність (дата звернення: 13.01.2020).

Основні терміни (генеруються автоматично): комп'ютерна графіка, графічна інформація, векторна графіка, графік, зображення, вид, піксель, растрова графіка, растрове зображення, тривимірна графіка.

Що таке комп'ютерна графіка

Комп'ютерна графіка — це важлива область інформаційних технологій, що широко використовується. Вона включає різні методи і техніки обробки графічних зображень з використанням комп'ютерів. У цій статті ми розглянемо різні види комп'ютерної графіки та їх особливості.

Комп'ютерну графіку у своїй роботі використовують веб-дизайнери та графічні дизайнери. Розпочати кар'єру у сфері дизайну можна на курсах від Bang Bang Education: «Графічний дизайнер» та «UX/UI дизайнер».

Що таке комп'ютерна графіка?

Комп'ютерна графіка – це спосіб візуалізації та обробки зображень за допомогою комп'ютера. Її можна робити для картинок, малюнків, фотографій та навіть мультфільмів. Це допомагає робити ретушування фотографій, створення логотипів, розробка відеоігор та багато іншого. Все це відбувається завдяки спеціальним програмам та технологіям, які допомагають працювати із зображеннями. Комп'ютерна графіка має широкий спектр застосувань, включаючи дизайн, мистецтво, наукові та інженерні дослідження, анімацію, ігри та багато іншого.

Історія комп'ютерної графіки

Історія комп'ютерної графіки - це захоплююча подорож від найпростіших алгоритмів до сучасних віртуальних світів.На початку були ЕОМ (електронно-обчислювальні машини) у США та Росії, де фахівці, як програмісти та архітектори, почали використовувати комп'ютери для вирішення геометричних завдань. Вони створювали алгоритми для відображення простих форм, таких як квадрати та кола, використовуючи пам'ять машини.

Згодом з'явилася растрова графіка, завдяки якій стало можливим створювати складніші зображення. Це було з розвитком технологій пам'яті та збільшенням її обсягу, що дозволило комп'ютерам обробляти великі масиви даних. Фахівці почали ділити зображення на безліч маленьких точок - пікселів, кожен з яких міг бути пофарбований в окремий колір.

Потім з'явилося поняття комп'ютерної графіки (Computer Graphics), і на цей момент починається нова ера. Програмісти та художники стали використовувати комп'ютери для створення штучних світів, анімацій та тривимірних моделей. Це призвело до революції у кінематографі, відеоіграх та маркетингу, де комп'ютерна графіка почала активно використовуватися для створення реклами та спецефектів.

З розвитком інтернету та доступності апаратних засобів, комп'ютерна графіка стала доступною не тільки професіоналам, а й звичайним користувачам. Сьогодні кожен може навчитися створювати дивовижні графічні роботи за допомогою доступних інструментів, таких як графічні планшети та спеціалізоване програмне забезпечення.

Сфери застосування комп'ютерної графіки

Комп'ютерна графіка має широкі та різноманітні сфери застосування.

Наукова. Комп'ютерна графіка використовується в сучасній науці для додаткових графіків, діаграм та зображень, які допомагають вченим візуалізувати дані та результати досліджень.Ми спостерігаємо розвиток у науці, тому, наприклад, це програмування можна використовуватиме показу зміни температури чи розподілу популяції на графіках.

Ділова. У бізнесі комп'ютерна графіка застосовується для презентацій проектів, рекламних матеріалів конфіденційності та документів із гарними елементами. Так компанії роблять інформацію більш привабливою та зрозумілою для клієнтів та роботи партнерів. Наприклад, створення логотипів, брошур та діаграм для звітів.

Конструкторська графіка. Тут комп'ютерна графіка використовується для креслень, планів та моделей різних механізмів та деталей. Наприклад, інженери роблять її для проектування автомобілів, будівель та інших виробів людини.

Ілюстративна. Ця сфера застосування пов'язана зі створенням персональних малюнків, картин та ілюстрацій для книг, журналів, реклами та інших медіа-матеріалів. Художники та дизайнери малюють комп'ютерну графіку для візуальних творів та рекламних матеріалів своєї роботи.

Художня/рекламна. Це коли художники та дизайнери беруть комп'ютер, щоб творити красиві та привабливі картинки для мистецтва, реклами, брошур, плакатів та навіть упаковки товарів. З її допомогою можна робити картинки, які привертають увагу та передають потрібне повідомлення.

Піксель-арт. Це як створення картинок, використовуючи маленькі квадратики, які називаються пікселями. Цей арт надає зображенням старомодного чи ретро вигляду, і його часто можна побачити у відеоіграх, особливо у старих іграх, щоб відтворити почуття ностальгії та оригінальності.

Комп'ютерна анімація - рухомі картинки, які з'являються за допомогою комп'ютера. Її можна зустріти у мультфільмах, сайтах, відеоіграх і навіть рекламних роликах.Це допомагає творити персонажів та історії, які можуть рухатися та взаємодіяти, як у справжньому світі.

Мультимедіа означає використання різних видів інформації разом. Ми часто бачимо це в інтерактивних книгах, відеоплеєрах, веб-сайтах та музичних додатках. Це допомагає знайти інформацію через звук та текст одночасно, роблячи процес більш цікавим та зрозумілим.

Зібрали добірку курсів від онлайн-шкіл із сайту tutortop, на яких детальніше розповідають про графік:

Види комп'ютерної графіки

Комп'ютерна графіка буває кількох видів. Вони допомагають працювати з різними типами зображень та візуальними ефектами.

Растрова графіка

Растрова графіка - це тип графіки, в якому зображення розбивається на крихітні квадратики, які називаються пікселями. Кожен піксель має свій колір, і вони укладаються разом, щоб зробити картинку. Коли ви збільшуєте растрове зображення, ви бачите, як пікселі стають більшими, і картинка може виглядати розмито.

Цей тип графіки часто використовується для фотографій та зображень, які мають багато відтінків та деталей. Однак, якщо ви збільшуєте растрове зображення занадто сильно, воно може втратити як, тому що пікселі стають видимими.

Приклади форматів растрової графіки включають JPEG, PNG та BMP. Ці формати потрібні для збереження та обміну растровими зображеннями.

Векторна графіка

Векторна графіка – це малювання 2D зображень з використанням математичних формул, векторів та ліній замість крихітних квадратиків (пікселів), як у растровій графіці. Її часто малюють у Adobe Photoshop чи CorelDRAW.

Коли ви малюєте векторне двовимірне зображення, ви створюєте лінії та форми, які описують об'єкти на екрані.Одна з головних переваг такої графіки - це те, що ви можете масштабувати, не втративши при цьому чіткість.

Ця графіка часто використовується для логотипів, іконок, а також для малювання діаграм та схем. Файли з векторною графікою зазвичай займають менше місця та їх легше редагувати.

Приклади форматів векторної графіки включають SVG, AI та EPS.

Фрактальна графіка

Фрактальна графіка - це особливий вид комп'ютерної графіки, де картинка складається з безлічі дрібніших копій самого себе.

Фрактали виглядають дуже цікаво і барвисто, і вони можуть мати складні, повторювані візерунки.

Фрактальна графіка є у мистецтві, наукових дослідженнях та навіть у створенні красивих шпалер. Це дозволяє дослідити дивовижні та складні візерунки за допомогою комп'ютера.

Тривимірна графіка

Тривимірна графіка — це спосіб малювання зображень, які мають об'єм та глибину, як справжні об'єкти у 3D-світі. .

3D-графіку часто можна зустріти в іграх, фільмах та архітектурному проектуванні.

• Полігональна - це один з методів створення тривимірних файлів. Вона використовує безліч інструментів та маленьких багатокутників (полігонів), щоб описати поверхні об'єктів. Коли ці багатокутники поєднуються, вони створюють моделі.
• Воксельна – це інший метод для 3D. Тут ми представляємо об'єкти у вигляді маленьких 3д-блоків, які називаються вокселями, які заповнюють простір як кубики. Цей метод підходить для об'єктів з великою кількістю деталей та об'єму.

Для 3D-графіків використовуються спеціальні програми та технології, які дозволяють нам моделювати та анімувати об'єкти у тривимірному просторі. Про ці програми розповідають на навчанні від онлайн-шкіл:

Колірні моделі комп'ютерної графіки

У комп'ютерній графіці існує кілька моделей, але три основні та широко використовувані – це RGB, CMYK та HSL.

RGB

Модель RGB (Red, Green, Blue) – це спосіб представлення кольорів на екранах. Вона працює на основі трьох основних відтінків: червоного (Red), зеленого (Green) та синього (Blue).

У цій моделі тон створюється шляхом змішування різних кількостей цих трьох основних кольорів. Якщо ви змішаєте червоний та зелений, ви отримаєте жовтий. Якщо додати синій, то екран стане білим. Якщо ви зменшите кількість трьох кольорів до нуля, то отримаєте чорний.

RGB застосовується в моніторах та дисплеях. Коли ви дивитеся на мультиплікації на екрані, кожна точка формується з комбінації червоного, зеленого і синього. Змінюючи яскравість і співвідношення комп'ютер створює різноманітні зображення, які ми бачимо на екрані.

CMYK

Модель CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key/Black) — ця модель кольорів часто можна побачити у пресі, наприклад, при малюванні барвистих брошур та журналів.

• Cyan (блакитний), Magenta (пурпурний) та Yellow (жовтий) — це три основні кольори моделі CMYK.
• Key (чорний) — цей чорний потрібен для покращення якості та контрасту друку. Він називається «Key» (ключовим), тому що він контролює інтенсивність та деталі у друкованих формах.

У моделі CMYK все створюється шляхом нанесення блакитної, пурпурової та жовтої фарби на білий папір. При цьому чим більше фарби використовується, тим інтенсивніше стає відтінок.

Модель CMYK ефективно працює у друку, оскільки вона дозволяє створювати широкий спектр, який може бути точно відтворений на папері.

HSL

Модель HSL (Hue, Saturation, Lightness) - це спосіб опису системи за допомогою трьох основних характеристик:

1. Відтінок (Hue).Це визначає «тип», наприклад, червоний, синій або зелений.
2. Насиченість (Saturation)Це вказує на те, наскільки яскравим або блідим ви хочете зробити тон.
3. Світлість (Lightness)Це визначає, наскільки світлим або темним буде колір.

За допомогою цих трьох характеристик ви можете точно налаштувати та описати кольори, тому модель HSL дуже зручна для дизайну та редагування схем.

Формати графічного файлу

Формати графічних файлів - це спеціальні способи зберігання та організації.

• JPEG (або JPG) - це тип, що ідеально підходить для кольорових фотографій, оскільки він стискає файли для зменшення розміру, хоча і потенційно жертвуючи деякою якістю. Він широко використовується для показу фотографій в Інтернеті.
• PNG — це тип, який зберігає прозорість та високу роздільну здатність без стиснення. Він ідеально підходить для зображень, що потребують деталізації та прозорості.
• GIF-файли широко застосовуються для коротких анімованих зображень, таких як нові меми, відео чи значки.
• BMP зберігає якість без стиснення, забезпечуючи високу роздільну здатність, але призводячи до великого розміру електронних файлів. Зазвичай він необхідний зберігання несжатых зображень.
• TIFF — це тип файлу, який зазвичай використовується у професійному друку та технічному дизайні для збереження у найвищій якості на різних пристроях.
• SVG — це програмний тип файлу, в якому зображення зберігаються за допомогою математичних обчислень та ліній, що легко змінює розмір зображення та інтерфейс екрану. Зазвичай він потрібний для зображень, що складаються з фігур та використовуються на веб-сайтах у різний час.

Кожен цифровий напрямок має свої особливості та застосування, і вибір формату залежить від конкретних потреб, можливостей та цілей роботи.

Спеціально для вас ми зібрали окрему добірку кращих онлайн-курсів з вивчення комп'ютерної графіки на ринку та порівняли їх за ціною, тривалістю та відгуками студентів.

Комп'ютерна графіка

Комп'ютерна графіка – це візуальний контент для відображення на моніторах, проекторах та окулярах віртуальної реальності, створений за допомогою комп'ютера. В англійській є аналогічний термін computer graphics, що часто скорочується до абревіатури CG.

Комп'ютерна графіка використовується в таких сферах, як кіно, мультфільми, комп'ютерні ігри, програми, VFX, VR/AR, 3D-друк, реклама, дизайн, наука, бізнес, інженерна справа, будівництво та освіта.

Нижче розглянемо історію, галузі застосування та класифікацію комп'ютерної графіки.

Вперше необхідність відображення зображення на дисплеї виникла не в індустрії розваг, а в науці та авіації - для створення екрану радара літака. Незабаром після цього на екрані звичайного осцилографа була створена Tennis for Two для розваги відвідувачів, які прийшли на день відкритих дверей до Брукхейвенської національної лабораторії.

Важливою віхою у розвитку комп'ютерної графіки стала поява пристроїв уведення інформації. Американський учений Айвен Сазерленд створив програму Sketchpad, працюючи в якій користувач міг малювати на екрані фігури за допомогою стілусу на фотоелементах. Отримані малюнки можна було зберегти та завантажити у пам'ять повторно. В основі багатьох алгоритмів сучасних програм лежать процеси, вигадані Сазерлендом у 60-х роках XX ст.

Активного розвитку комп'ютерна графіка отримала, як у ній побачили потенціал багатомільйонні корпорації. Наприклад, компанія Boeing використала CG для дослідження вібрації фюзеляжу літака. А компанія Renault доручила своєму інженеру П'єру Безьє розробити технологію проектування корпусів машин. Математичні моделі, які створив інженер, отримали його ім'я – так з'явилися криві Безьє.

У сімдесяті роки графіка почала робити перші кроки до фотореалізму. З'явився алгоритм визначення видимої поверхні — тепер те, що бачив користувач на екрані, залежало від його кута огляду.Якщо об'єкт «будинок» знаходився за предметом «огорож», то глядач бачив об'єкт «огорожу» повністю, а об'єкт «будинок» лише частково. З'явилися технології шейдингу (за допомогою bump-тектур прості об'єкти стали здаватися рельєфнішими) і знаменита тестова модель «Чайник з Юти» (див. нижче). З'явилися аркадні ігри Pong, Space Invaders, Gun Fight. Джордж Лукас почав створювати оригінальну трилогію «Зоряних війн».

У 1980-ті, завдяки аркадним автоматам, ігри стали доступні широкій аудиторії. З'явилися персональні комп'ютери з графічним інтерфейсом користувача. Процесори ставали потужнішими, удосконалювалися технології рендерингу зображення, з'явилася технологія глобального освітлення, хромакей. У фільмі "Молодий Шерлок Холмс" з'явився перший персонаж, створений за допомогою комп'ютерної графіки у графічному редакторі студії Pixar. На створення 30 секунд інноваційної анімації пішло півроку.

У наступному десятилітті графічні процесори еволюціонували настільки, що домашні комп'ютери стали здатні рендерувати картинку, для якої раніше були потрібні місяці роботи великих студій. З'явилися технології OpenGL та DirectX, ігрові приставки, 3D-перегони та 3D-файтинги. У 1995 році Pixar випустила "Історію іграшок" - першу повнометражну комп'ютерну анімацію.

У 2000-х реалістичність комп'ютерної графіки досягла такого рівня, що з'явився термін «ефект зловісної долини» — розробники зрозуміли, що якщо штучно створений персонаж схожий на людину, це починає відштовхувати глядача. Згадайте, наприклад, Соніка чи персонажів із мюзиклу «Кішки».З'явилася можливість перерозподілу математичних обчислень із центрального процесора на графічний процесор відеокарти, що збільшило точність та продуктивність рендеру.

У 2013 році Google випустила на масовий ринок перші очки доповненої реальності. Однак було б неправильно назвати цю технологію новинкою. Перший наголовний дисплей створив вже знайомий нам Айвен Сазерленд ще 1966 року. Головне, чому цим пристроям так довго довелося чекати свого часу, — це технологічні обмеження та ціна. Згодом окуляри віртуальної реальності стали компактнішими і дешевшими, що дозволило VR стати однією з найперспективніших ніш на IT-ринку.

Де застосовується комп'ютерна графіка

Багато галузей неможливо уявити без комп'ютерної графіки. Весь контент у сучасних програмах це комп'ютерна графіка, якщо це не програмний код або звук. Хоча це визначення є дуже умовним, адже зображення зберігаються у вигляді двійкового коду.

Індустрія розваг
CG потрібна для створення оточення (від реалістичного до стилізованого), персонажів, спецефектів та інтерфейсів. Також графіка використовується для того, щоб оживляти уявні світи та створювати сцени, які надто небезпечно знімати в реальності. При цьому пайплайни кіно та ігор тісно пов'язані - так, наприклад, у кіно все частіше використовують ігровий движок Unreal Engine.

Сфера мистецтва
Двовимірна графіка справила революцію й у світі мистецтва, надавши художникам новий спосіб висловлювання ідей. Художники використовують графічні пакети для створення картин, ілюстрацій та анімації. CG у кілька разів прискорило роботу художників.При цьому піднялася планка входу в індустрію: тепер від художників-початківців чекають не тільки знання Photoshop, а й вільне володіння пакетами 3D-моделювання, вміння накладати текстури і генерувати частинки.

За кілька десятиліть використання комп'ютерної графіки стало настільки поширеним, що багато галерей світу оцифрували свої витвори мистецтва та пропонують відвідувачам віртуальні тури музейними залами.

Проектування та будівництво
Архітектори, інженери та дизайнери використовують графічні пакети для створення реалістичних цифрових макетів будівель та інтер'єрів. Робота над сучасним будівельним проектом починається з розробки інформаційної цифрової моделі в ArchiCAD, Softdesk або Renga. Цифрові плани будівель дозволяють спроектувати одразу кілька варіантів дизайну, проаналізувати безпеку для майбутніх мешканців та оцінити загальну естетику проекту.

Реклама
Комп'ютерна графіка використовується в рекламі для створення візуально привабливого контенту, який запам'ятається цільовій аудиторії. Чим вища впізнаваність бренду, тим легше його просувати. CG використовується в рекламі для створення логотипів, сайтів, програм, упаковки продуктів, буклетів та анімаційних відеороликів.

Медицина
Сфери використання комп'ютерної графіки не обмежуються розважальним контентом. Комп'ютерна графіка відіграє у таких методах медичної візуалізації, як комп'ютерна томографія (КТ), магнітно-резонансна томографія (МРТ) і ультразвук. Алгоритми CG використовуються для покращення якості зображення за рахунок зменшення шуму, покращення контрастності та виправлення артефактів. 3D-технологія стала особливо корисною в ортопедичній та черепно-лицьовій хірургії.Інша важлива для медицини CG-технологія – це симуляція. Хірургічні симулятори створюють віртуальне середовище, де студенти-медики можуть виконувати навчальні операції на віртуальних пацієнтах.

Наука
Тривимірна графіка та 2D використовуються у наукових дослідженнях для візуального представлення складних даних та явищ. За допомогою CG вчені створюють докладні візуалізації наукових концепцій, моделей, симуляцій та результатів експериментів. Це полегшує обмін інформації між дослідниками у різних галузях, включаючи фізику, хімію, біологію, астрономію, геологію та медицину.

Освіта
Використовуючи інтерактивну графіку, викладачі можуть зробити заняття більш наочними та цікавими. Ілюстрації, презентації, анімація та 3D-моделі допомагають студентам краще зрозуміти абстрактні ідеї, природні явища та перебіг історичних подій. Важко уявити захист сучасних дипломів будь-яких спеціальностей без застосування мультимедіа: слайдів, картинок та схем, створених за допомогою комп'ютерної графіки.

Основні види комп'ютерної графіки

Комп'ютерну графіку можна розділити на два великі напрямки: двовимірну та тривимірну. 2D-зображення плоске, тоді як у 3D-об'єктів з'являється третій вимір - глибина. 3D сьогодні набирає великої популярності, але двомірну графіку витіснити з ринку складно, без 2D не створити концепти, текстури та інший контент, необхідний для виробництва тривимірної графіки.

Двовимірна графіка (2D)

Двовимірну графіку можна розділити на великі групи.

Цікавий приклад застосування растрової графіки - це піксель-арт, який сьогодні можна побачити в інди-іграх, анімації та графічному дизайні. Це форма цифрового мистецтва, де для створення зображень використовуються пікселі.У кожного пікселя свій колір, і в поєднанні вони утворюють кольорові «мозаїки». Ця технологія з'явилася в ранніх комп'ютерних іграх 1980-х через технічні обмеження того часу — екрани просто не були розраховані на більш досконалу графіку. Але широко використовується і в наші дні завдяки своїй естетичності та невибагливості до ресурсів. Приклади піксель-арт ігор: Blasphemous, Stardew Valley, Graveyard Keeper, To the Moon.

Растрові графічні редактори: Adobe Photoshop, GIMP, Krita, PhotoFiltre, Paint.NET та Canva.

Векторна графіка
На відміну від растрової графіки, вектор використовує математичні рівняння, які визначають положення точок, ліній, кривих, форм і кольорів. Тому головною перевагою векторної графіки є створення плавних і масштабованих зображень. Розмір векторних зображень можна змінювати без втрати якості. Така графіка найчастіше використовується для створення ілюстрацій, інфографіки, логотипів та креслень. Проте, витіснити растрову графіку з ринку непросто — растрові зображення краще справляються з фотореалістичністю.

Векторна графіка знайшла широке застосування у друкарні - мистецтві створення шрифтів. Якщо растрові шрифти проектуються під заздалегідь відомий розмір, векторні можна збільшувати або зменшувати до будь-якого розміру. Ергономічні шрифти, розміри, стилі, інтервали та вирівнювання використовуються для створення візуально привабливого та читаного тексту у графічному дизайні, рекламі, веб-дизайні та друкованих ЗМІ.

Векторні графічні редактори: Adobe Illustrator, CorelDraw, Inkscape та Figma.

Тривимірна графіка (3D)

Існує кілька способів створити 3D-модель. Кожен із них має свої плюси і встиг зайняти свою нішу у сфері тривимірної графіки.Нижче розберемо кілька цікавих прикладів.

Створення примітивів
Примітив - це мінімалістична тривимірна фігура (куб, сфера, циліндр, піраміда), яку можна створити в будь-якому 3D-пакеті в два кліки. Примітиви часто використовуються для блокінгу – підготовчого етапу моделювання, на якому геймдизайнер, рухаючись від загального до приватного, створює силует персонажа або план локації для гри.

Полігональне моделювання
У будь-якій точці (їх у полігональному моделюванні ще називають вертекси) у просторі є три координати: x, y, z. Якщо взяти три вертекси та з'єднати їх між собою, вийде трикутник – полігон. Часто полігонами називають два трикутники, які утворили квадрат, а окремий трикутник - трис. Сумарну кількість полігонів в об'єкті або сцені називають полікаунт. Переміщуючи точки у просторі та створюючи нові полігони, художники створюють різні об'єкти – від персонажів до об'єктів архітектури. Мабуть, створення полігонального 3D - одна з найбільш затребуваних в іграх - область застосування комп'ютерної графіки.

NURBS-моделювання
Моделювання 3D-об'єктів з кривих часто порівнюють із векторною 2D-графікою. Художник задає форму кривої, а програма (цей інструмент є майже у всіх сучасних пакетах 3D-графіки) розраховує на її основі складні гладкі поверхні. Криву легко редагувати та масштабувати – програма швидко перерахує математичну формулу та оновить 3D-об'єкт. NURBS-моделювання популярне у інженерів-конструкторів під час створення технічних креслень.

Скульптинг
Цей спосіб схожий на полігональне моделювання у пакетах 3ds Max або Autodesk
Maya, але у вас у руках інші інструменти. Замість маніпуляторів переміщення, обертання та масштабування у ZBrush у вас набір пензлів.За допомогою них ви працюєте з моделлю як із глиною, поступово збільшуючи кількість полігонів для більшої деталізації. Без скульптингу складно уявити моделювання органіки: людей, тварин та вигаданих істот.

Процедурне моделювання
Створення об'єктів у тривимірній графіці відбувається не тільки при редагуванні об'єкта безпосередньо (як, наприклад, у випадку скульптингу). Інший підхід - створення моделі з набору правил та алгоритмів шляхом з'єднання нод та програмного коду. Процедурне моделювання часто використовують у кіно для створення унікальних предметів, імітації природних явищ, симуляції руйнувань та інших цілей. Є в таких пакетах як Houdini, Blender, Cinema 4D, Modo, SpeedTree.

Фотограмметрія
Ще один спосіб створення 3D-моделі - відтворення об'єкта за фотографіями, зробленими з кількох ракурсів. Фотографії завантажуються в спеціальну програму (наприклад, RealityCapture або 3DF Zephyr) і на виході виходить реалістична високополігональна модель, що досить близько передає деталі оригіналу. Однак, автоматично згенерована сітка полігонів буде далекою від ідеальної: щоб використовувати такі моделі для ігор та фільмів, їх доведеться доопрацювати та почистити від артефактів.

Симуляція
Для спецефектів згідно законів фізики (політ стріли в Skyrim, відскок м'яча у FIFA, зіткнення машин у GTA) вам потрібно створити симуляцію. Для цього у сцені розробляється спеціальний об'єкт із відповідними налаштуваннями. Наприклад, для отримання реалістичного багаття знадобиться вказати кількість частинок, їх колір та напрямок руху. Комп'ютер розрахує, як частинки рухатимуться і що станеться у кожному кадрі, коли ми запустимо рендер.Анімація вогню, диму, вибухів, коливання води та поведінки об'єктів у 3D-сцені робиться за допомогою симуляцій, і це не повний перелік можливостей, які представляє комп'ютерна графіка.

Воксельне моделювання
Воксель - це піксель, який отримав третій вимір. Вперше вокселі з'явилися в медицині для відображення результатів комп'ютерної томографії. Після цього рендеринг на основі вокселів почали використовувати в іграх та кіно. Вище ми розповідали про піксель-арт — популярний напрямок 2D-арту. У 3D є щось схоже – воксель-арт. Приклади ігор, що використовують комбінацію воксель-арту та полігональних моделей: Monument Valley, Minecraft, Roblox.

Майбутнє комп'ютерної графіки