Computergrafik

A Mixer 2.45 Screenshot mit der Anzeige des 3D -Testmodell Suzanne

Computergrafik befasst sich mit generieren Bilder mit Hilfe von Computers. Heute ist Computer Graphics eine Kerntechnologie für digitale Fotografie, Film, Videospiele, Handy- und Computerdisplays sowie viele spezielle Anwendungen. Es wurde viel spezialisierte Hardware und Software entwickelt, wobei die Anzeigen der meisten Geräte von gesteuert werden Computergrafikhardware. Es ist ein riesiger und kürzlich entwickelter Bereich der Informatik. Der Satz wurde 1960 von den Computergrafikforschern Verne Hudson und William Fetter of Boeing geprägt. Es wird oft als CG oder typischerweise im Kontext des Films als CG abgekürzt Computer generiertes Bild (CGI). Die nicht kartistischen Aspekte der Computergrafik sind Gegenstand von Informatik Forschung.^[1]

Einige Themen in Computergrafiken umfassen UI-Design, Sprite -Grafik, Rendering, Strahlenverfolgung, Geometrieverarbeitung, Computeranimation, Vektorgrafiken, 3D Modellierung, Shader, GPU Entwurf, implizite Oberflächen, Visualisierung, Wissenschaftliches rechnen, Bildverarbeitung, Computerfotografie, Wissenschaftliche Visualisierung, Computergeometrie und Computer Vision, unter anderen. Die Gesamtmethode hängt stark von den zugrunde liegenden Wissenschaften von ab Geometrie, Optik, Physik, und Wahrnehmung.

Computergrafik ist verantwortlich für die effektive und sinnvolle Anzeige von Kunst- und Bilddaten für den Verbraucher. Es wird auch zur Verarbeitung von Bilddaten verwendet, die aus der physischen Welt empfangen werden, z. B. Foto- und Videoinhalte. Die Entwicklung von Computergrafiken hat erhebliche Auswirkungen auf viele Arten von Medien und revolutioniert Animation, Filme, Werbung, Videospiele, Im Algemeinen.

Überblick

Der Begriff Computergrafik wurde in einem breiten Sinne verwendet, um "fast alles auf Computern zu beschreiben, das nicht Text oder Ton ist".^[2] Typischerweise der Begriff Computergrafik bezieht sich auf verschiedene Dinge:

• Die Darstellung und Manipulation von Bilddaten durch einen Computer
• die verschiedenen Technologien Wird verwendet, um Bilder zu erstellen und zu manipulieren
• Methoden zum digital synthetisierenden und manipulierenden visuellen Inhalt siehe Untersuchung von Computergrafiken

Heute ist die Computergrafik weit verbreitet. Solche Bilder finden sich in und im Fernsehen, in Zeitungen, Wetterberichten und in verschiedenen medizinischen Untersuchungen und chirurgischen Eingriffen. Ein gut konstruiertes Graph Kann komplexe Statistiken in einer Form vorlegen, die leichter zu verstehen und zu interpretieren ist. In den Medien "Solche Diagramme werden verwendet, um Papiere, Berichte, Thesen und andere Präsentationsmaterialien zu veranschaulichen.^[3]

Es wurden viele Tools entwickelt, um Daten zu visualisieren. Computergenerierte Bilder können in verschiedene Typen eingeteilt werden: zweidimensionale (2D), dreidimensionale (3D) und animierte Grafiken. Wie sich die Technologie verbessert hat, 3D -Computergrafik sind häufiger geworden, aber 2D -Computergrafik sind noch weit verbreitet. Computergrafik hat sich als Unterfeld von herausgestellt Informatik Welche Methoden zum digital synthetisierenden und manipulierenden visuellen Inhalt untersucht. In den letzten zehn Jahren wurden andere spezialisierte Felder entwickelt wie wie Informationsvisualisierung, und Wissenschaftliche Visualisierung mehr besorgt mit der Visualisierung von dreidimensional Phänomene (architektonisch, meteorologisch, medizinisch, medizinisch, biologischusw.), wo der Schwerpunkt auf realistische Darstellungen von Bänden, Oberflächen, Beleuchtungsquellen usw. liegt, vielleicht mit einer dynamischen (Zeit-) Komponente ".^[4]

Geschichte

Die Vorläuferwissenschaften der Entwicklung moderner Computergrafiken waren die Fortschritte in Elektrotechnik, Elektronik, und Fernsehen Das fand in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts statt. Bildschirme könnten Kunst seit dem anzeigen Lumiere Brüder' Gebrauch von Mattes Um Spezialeffekte für die frühesten Filme aus dem Jahr 1895 zu erzeugen, waren solche Displays jedoch begrenzt und nicht interaktiv. Der Erste Kathodenstrahlröhre, das Braun Tube, wurde 1897 erfunden - es würde das wiederum erlauben Oszilloskop und das Militär Schalttafel -Die direkteren Vorläufer des Feldes, da sie die ersten zweidimensionalen elektronischen Anzeigen lieferten, die auf programmatische oder Benutzereingaben reagierten. Trotzdem blieb die Computergrafik als Disziplin bis in die 1950er Jahre und nach der Post relativ unbekanntZweiter Weltkrieg Periode - während dieser Zeit entstand die Disziplin aus einer Kombination von beiden rein Universität und Labor akademische Forschung zu fortgeschritteneren Computern und der Militär der Vereinigten StaatenDie Weiterentwicklung von Technologien wie Radar, fortschrittlich Luftfahrt, und Raketentechnik während des Krieges entwickelt. Es wurden neue Arten von Displays benötigt, um die Fülle von Informationen zu verarbeiten, die aus Projekten resultieren, was zur Entwicklung von Computergrafiken als Disziplin führte.

1950er Jahre

SALBEI Sektorkontrollraum.

Frühe Projekte wie die Wirbelwind und Salbeiprojekte stellte die vor Crt als lebensfähig Anzeige und Interaktionsschnittstelle und führte die ein Lichtstift als an Eingabegerät. Douglas T. Ross Von dem Wirbelwind -Sage -System führte er ein persönliches Experiment durch, in dem er ein kleines Programm schrieb, das die Bewegung seines Fingers erfasste und seinen Vektor (seinen nachverfolgten Namen) in einem Display -Bereich zeigte. Eines der ersten interaktiven Videospiele mit erkennbaren, interaktiven Grafiken - Tennis für zwei - wurde für ein Oszilloskop von erstellt William Higinbotham Besucher 1958 bei unterhalten Nationales Labor von Brookhaven und simulierte ein Tennisspiel. Im Jahr 1959, Douglas T. Ross Innovationen bei der MIT erneut innovativ, um mathematische Aussagen in computergenerierte 3D -Werkzeugmaschinenvektoren zu verwandeln, indem Sie sich die Gelegenheit nutzen, um ein Bildbereichsbild von a zu erstellen Disney Karikatur Charakter.^[5]

Elektronik Pioneer Hewlett Packard gingen 1957 an die Börse, nachdem er das Jahrzehnt zuvor eingebaut hatte und starke Beziehungen zu Universität in Stanford durch seine Gründer, die waren Alumni. Dies begann die jahrzehntelange Transformation des Südens San Francisco Bay Area in den weltweit führenden Computertechnologiezentrum - jetzt bekannt als Silicon Valley. Das Gebiet der Computergrafiken entwickelt mit der Entstehung von Computergrafikhardware.

Weitere Fortschritte bei der Berechnung führten zu größeren Fortschritten in Interaktive Computergrafiken. 1959 die TX-2 Computer wurde entwickelt bei Labor des MIT's Lincoln. Die TX-2 integrierte eine Reihe neuer Mannschaftsgrenzflächen. EIN Lichtstift könnte verwendet werden, um Skizzen auf dem Computer zu zeichnen Ivan Sutherland'S revolutionär Sketchpad -Software.^[6] Mit einem leichten Stift erlaubte SketchPad einen einfachen Formen auf dem Computerbildschirm, speichern Sie sie und erinnern Sie sie sich später sogar. Der Lichtstift selbst hatte einen kleinen Photoelektrische Zelle in seiner Spitze. Diese Zelle gab einen elektronischen Impuls aus, wenn sie vor einem Computerbildschirm und auf dem Bildschirm platziert wurde Elektronenpistole direkt darauf gefeuert. Durch einfaches Timing des elektronischen Impulses mit der aktuellen Position der Elektronenpistole war es leicht zu bestimmen, genau zu bestimmen, wo sich der Stift zu einem bestimmten Zeitpunkt auf dem Bildschirm befand. Sobald dies bestimmt war, konnte der Computer dann einen Cursor an diesem Ort zeichnen. Sutherland schien die perfekte Lösung für viele der Grafikprobleme zu finden, mit denen er konfrontiert war. Noch heute haben viele Standards der Computergrafik -Schnittstellen mit diesem frühen Sketchpad -Programm begonnen. Ein Beispiel hierfür ist das Zeichnen von Einschränkungen. Wenn man zum Beispiel ein Quadrat zeichnen möchte, müssen sie sich keine Sorgen machen, vier Zeilen perfekt zu zeichnen, um die Ränder der Box zu bilden. Man kann einfach angeben, dass sie eine Box zeichnen und dann den Ort und die Größe der Box angeben möchten. Die Software erstellt dann eine perfekte Box mit den richtigen Abmessungen und am richtigen Ort. Ein weiteres Beispiel ist, dass die Software von Sutherland Objekte modellierte - nicht nur ein Bild von Objekten. Mit anderen Worten, mit einem Modell eines Autos könnte man die Größe der Reifen ändern, ohne den Rest des Autos zu beeinflussen. Es könnte den Körperkörper dehnen, ohne die Reifen zu verformen.

1960er Jahre

Weltraumpost! Laufen auf der Computergeschichte Museum's PDP-1

Der Ausdruck "Computergrafiken" wurde zugeschrieben William Fetter, ein Grafikdesigner für Boeing 1960 führte Fetter wiederum Verne Hudson, ebenfalls bei Boeing, zu.^[6][7]

1961 ein anderer Student am MIT, Steve Russellerstellte einen weiteren wichtigen Titel in der Geschichte von Videospiele, Weltraumpost! Geschrieben für die Dez PDP-1, Weltraumpater war ein sofortiger Erfolg und Kopien flossen zu anderen PDP-1-Eigentümern und schließlich erhielt Dec eine Kopie. Die Ingenieure von DEC nutzten es als Diagnoseprogramm für jedes neue PDP-1, bevor es es versandt. Die Vertriebsmitglied hat dies schnell genug erfasst und bei der Installation neuer Einheiten das "erste Videospiel der Welt" für ihre neuen Kunden ausführen. (Higginbotham Tennis für zwei hatte geschlagen Weltraumpater Um fast drei Jahre, aber es war fast unbekannt außerhalb einer Forschung oder eines akademischen Umfelds.)

Etwa zur gleichen Zeit (1961–1962) an der Universität von Cambridge schrieb Elizabeth Waldram Code, um Radio-Astronomie-Karten auf einer Kathodenrahtschlauch anzuzeigen.^[8]

E. E. Zajac, ein Wissenschaftler bei Bell Telefonlabor (BTL) erstellte 1963 einen Film namens "Simulation eines Zwei-Giro-Schwerkraft-Einstellungskontrollsystems".^[9] In diesem computergenerierten Film zeigte Zajac, wie die Haltung eines Satelliten verändert werden konnte, wenn er die Erde umkreist. Er hat die Animation auf einem erstellt IBM 7090 Hauptrechner. Auch bei BTL, Ken Knowlton, Frank Sinden, Ruth A. Weiss und Michael Noll begann im Bereich Computergrafik zu arbeiten. Sinden schuf einen Film namens namens Kraft, Masse und Bewegung Illustrieren Newtons Bewegungsgesetze in Betrieb. Etwa zur gleichen Zeit erstellten andere Wissenschaftler Computergrafiken, um ihre Forschung zu veranschaulichen. Bei Lawrence Strahlungslabor, Nelson Max hat die Filme erstellt Fluss einer viskosen Flüssigkeit und Ausbreitung von Schockwellen in fester Form. Boeing -Flugzeuge Erstellt einen Film namens namens Schwingung eines Flugzeugs.

Auch irgendwann in den frühen 1960er Jahren, Automobile würde auch einen Schub durch die frühe Arbeit von verleihen Pierre Bézier bei Renault, wer benutzte Paul de CasteljauKurven - jetzt genannt Bézier -Kurven Nach Béziers Arbeit vor Ort - um 3D -Modellierungstechniken für zu entwickeln Renault Autokörper. Diese Kurven würden die Grundlage für viel Kurvenmodellierung auf dem Gebiet bilden, da Kurven-im Gegensatz zu Polygonen-mathematisch komplexe Entitäten sind, die man gut zeichnen und modellieren kann.

Pong Arcade -Version

Es dauerte nicht lange, bis große Unternehmen sich für Computergrafiken interessierten. TRW, Lockheed-Georgia, General Electric und Sperry Rand gehören zu den vielen Unternehmen, die Mitte der 1960er Jahre in Computergrafiken begonnen haben. IBM reagierte schnell auf dieses Interesse, indem er die veröffentlichen IBM 2250 Grafikterminal, der erste im Handel erhältliche Grafikcomputer. Ralph Baer, ein Überwachungsingenieur bei Sanders Associates, kam ein Zuhause Videospiel 1966 wurde das später lizenziert Magnavox und genannt das Odyssee. Obwohl es sehr simpel ist und ziemlich kostengünstige elektronische Teile erforderte, ermöglichte es dem Spieler, auf einem Bildschirm Lichtpunkte zu bewegen. Es war das erste Produkt von Consumer Computer Graphics. David C. Evans war Director of Engineering bei Bendix CorporationDie Computerabteilung von 1953 bis 1962 arbeitete er für die nächsten fünf Jahre als Gastprofessor in Berkeley. Dort setzte er sein Interesse an Computern fort und wie sie sich mit Menschen umwandelt. 1966 die Universität von Utah Rekrutierte Evans, um ein Informatikprogramm zu bilden, und Computergrafiken wurden schnell zu seinem Hauptinteresse. Diese neue Abteilung würde bis in die 1970er Jahre das weltweit Hauptforschungszentrum für Computergrafiken werden.

Auch 1966, Ivan Sutherland Weiter innovativ am MIT, als er den ersten computergesteuerten erfunden hat am Kopf befestigter Bildschirm (HMD). Es zeigte zwei separate Drahtrahmenbilder, eines für jedes Auge. Dies ermöglichte dem Betrachter die Computerszene in Stereoskopisches 3D. Die schwere Hardware, die für die Unterstützung des Displays und des Trackers erforderlich ist, wurde aufgrund der potenziellen Gefahr als Schwert von Damokles bezeichnet, wenn es auf den Träger fallen sollte. Nach Erhalt seiner Ph.D. Von MIT wurde Sutherland Direktor für Informationsverarbeitung bei ARPA (Advanced Research Projects Agency) und später Professor in Harvard. 1967 wurde Sutherland von Evans rekrutiert, um dem Informatikprogramm bei der Universität von Utah - Eine Entwicklung, die diese Abteilung für fast ein Jahrzehnt danach fast ein Jahrzehnt zu einem der wichtigsten Forschungszentren in Grafik verwandeln würde und schließlich einige der wichtigsten Pioniere auf diesem Gebiet hervorbringt. Dort perfektionierte Sutherland seine HMD; Zwanzig Jahre später würde die NASA seine Techniken wieder entdecken virtuelle Realität Forschung. In Utah wurden Sutherland und Evans von großen Unternehmen sehr gefragt, aber sie waren frustriert über den Mangel an Grafikhardware, die zu diesem Zeitpunkt verfügbar waren, und sie begannen, einen Plan zur Gründung eines eigenen Unternehmens zu formulieren.

1968 gründeten Dave Evans und Ivan Sutherland die erste Computergrafik -Hardware -Firma. Evans & Sutherland. Während Sutherland ursprünglich wollte, dass sich das Unternehmen in Cambridge, Massachusetts, befindet, wurde Salt Lake City stattdessen aufgrund ihrer Nähe zur Forschungsgruppe der Professoren an der Universität von Utah ausgewählt.

Auch 1968 beschrieb Arthur Appel den ersten Ray Casting Algorithmus, der erste einer Klasse von Strahlenverfolgung-basierte Rendering -Algorithmen, die seitdem für das Erreichen von grundlegender Bedeutung sind Fotorealismus In Grafiken durch Modellieren der Pfade, die Lichtstrahlen von einer Lichtquelle bis hin zu Oberflächen in einer Szene und in die Kamera nehmen.

1969 die ACM initiierte eine spezielle Interessengruppe für Grafiken (Siggraph) was organisiert Konferenzen, Grafikstandardsund Veröffentlichungen im Bereich der Computergrafik. Bis 1973 fand die erste jährliche Siggraph -Konferenz statt, die zu einem der Schwerpunkte der Organisation geworden ist. Siggraph ist an Größe und Bedeutung gewachsen, da das Feld der Computergrafik im Laufe der Zeit erweitert wurde.

1970er Jahre

Das Utah Teekanne durch Martin Newell und seine statischen Renderschaften wurden in den 1970er Jahren für die CGI -Entwicklung ein Symbol für die CGI.

Anschließend traten eine Reihe von Durchbrüchen auf dem Feld - besonders wichtige frühe Durchbrüche bei der Transformation von Grafiken von utilitarisch zu realistisch - auf dem Universität von Utah in den 1970er Jahren, die eingestellt hatten Ivan Sutherland. Er wurde mit mit David C. Evans Um eine fortgeschrittene Computergrafikklasse zu unterrichten, die viel Gründungsforschung auf diesem Gebiet beitrug und mehrere Schüler beigebracht hat, die einige der wichtigsten Unternehmen der Branche gründen würden - nämlich Pixar, Siliziumgrafik, und Adobe Systems. Tom Stockham leitete die Bildverarbeitungsgruppe an der UU, die eng mit dem Computergrafiklabor zusammenarbeitete.

Einer dieser Schüler war Edwin Catmull. Catmull war gerade von gekommen Die Boeing Company und hatte an seinem Abschluss in Physik gearbeitet. Aufwachsen auf DisneyCatmull liebte Animation und stellte jedoch schnell fest, dass er nicht das Talent zum Zeichnen hatte. Jetzt sah Catmull (zusammen mit vielen anderen) Computer als natürliche Fortschritt der Animation und wollten Teil der Revolution sein. Die erste Computeranimation, die Catmull sah, war seine eigene. Er kreierte eine Animation seiner Hand Öffnung und Schließung. Er war auch Pionier Textur-Mapping Texturen auf dreidimensionalen Modellen im Jahr 1974 zu malen, nun als eine der grundlegenden Techniken in angesehen 3D Modellierung. Es wurde eines seiner Ziele, ein Spielfilm mit Computergrafiken zu erstellen-ein Ziel, das er zwei Jahrzehnte später nach seiner Gründungsrolle in erreichen würde Pixar. In der selben Klasse, Fred Parke erstellte eine Animation des Gesichts seiner Frau. Die beiden Animationen wurden im Spielfilm von 1976 aufgenommen Zukünftige Welt.

Als UU Computer Graphics Laboratory zog Menschen aus aller Welt an, John Warnock war ein weiterer dieser frühen Pioniere; Er gründete später Adobe Systems und schaffen eine Revolution in der Verlagswelt mit seiner PostScript Seitenbeschreibung Sprache und Adobe würde später fortgesetzt, um den Branchenstandard zu erstellen Fotobearbeitung Software in Adobe Photoshop und eine prominente Filmindustrie Spezialeffekte Programm in Adobe After Effects.

James Clark War auch da; Er gründete später Siliziumgrafik, ein Hersteller fortschrittlicher Rendering-Systeme, die das Gebiet der High-End-Grafiken bis Anfang der neunziger Jahre dominieren würden.

Ein großer Fortschritt in 3D -Computergrafiken wurde an der UU von diesen frühen Pionieren erstellt. Versteckte Oberflächenbestimmung. Um eine Darstellung eines 3D -Objekts auf dem Bildschirm zu zeichnen, muss der Computer bestimmen, welche Oberflächen aus der Sicht des Betrachters "hinter" des Objekts "hinter" stehen, und sollte daher "versteckt" werden, wenn der Computer das Bild erstellt (oder rendert). Das 3D -Kerngrafiksystem (oder Kern) war der erste grafische Standard, der entwickelt wurde. Eine Gruppe von 25 Experten der ACM Besondere Interessengruppe Siggraph entwickelte diesen "konzeptionellen Rahmen". Die Spezifikationen wurden 1977 veröffentlicht und wurde zu einer Grundlage für viele zukünftige Entwicklungen auf diesem Gebiet.

Auch in den 1970er Jahren, Henri Gouraud, Jim Blinn und Bui Tuong Phong beitrug zu den Grundlagen von Schattierung in CGI über die Entwicklung der Gouraud -Schattierung und Blinn -Phong -Schattierung Modelle, die es Grafiken ermöglichen, über einen "flachen" Aussehen hinaus zu sein, um eine genauere Darstellung der Tiefe zu erkennen. Jim Blinn Ebenfalls 1978 weiter innoviert durch Einführung Bump -Mapping, Eine Technik zur Simulation von ungleichmäßigen Oberflächen und dem Vorgänger für viele fortgeschrittenere Arten von Kartierungen, die heute verwendet werden.

Das moderne Videospiel Arkade Wie heute bekannt ist, wurde in den 1970er Jahren mit den ersten Arcade -Spielen geboren Echtzeit 2d Sprite Grafik. Pong 1972 war eines der ersten Hit -Arcade -Kabinettsspiele. Geschwindigkeitsrennen 1974 bewegten sich Sprites vertikal entlang Scrollen Straße. Schusskampf 1975 zeigte sich menschlich aussehende animierte Charaktere Rauminvasoren 1978 zeigte sich eine große Anzahl von Animationsfiguren auf dem Bildschirm; Beide verwendeten eine Spezialisierung Fassschieber Schaltung aus diskreten Chips, um ihren zu helfen Intel 8080 Mikroprozessor animieren ihre Bildspeicher, Framebuffer Grafik.

1980er Jahre

Donkey Kong war einer der der Videospiele Das half in den 1980er Jahren, Computergrafiken für ein Massenpublikum zu populär.

Die 1980er Jahre begannen die Modernisierung und Kommerzialisierung von Computergrafiken. Als die Heimcomputer Proliferated, ein Thema, das zuvor eine Disziplin nur für Akademiker war, wurde von einem viel größeren Publikum übernommen, und die Anzahl der Computergrafikentwickler stieg erheblich an.

In den frühen 1980er Jahren, Metal -Oxid -Jemonductor (Mos) Sehr große Integration (VLSI) -Technologie führte zur Verfügbarkeit von 16-Bit Zentrale Verarbeitungseinheit (ZENTRALPROZESSOR) Mikroprozessoren und der erste Grafikkarte (GPU) Chips, die anfing, Computergrafiken zu revolutionieren und aktivieren hohe Auflösung Grafiken für Computergrafikterminals sowie persönlicher Computer (PC) Systeme. NEC's µPD7220 war die erste GPU, erfunden auf einem voll integrierten Nmos VLSI Chip. Es unterstützte bis zu 1024x1024 Auflösungund legten die Grundlagen für den aufstrebenden PC -Grafikmarkt. Es wurde in einer Reihe von verwendet Grafikkartenund wurde für Klone wie die lizenziert Intel 82720, der erste von Die Grafikverarbeitungseinheiten von Intel.^[10] MOS -Speicher wurde auch in den frühen 1980er Jahren billiger und ermöglichte die Entwicklung von erschwinglichem Bildspeicher, Framebuffer Erinnerung,^[11] vor allem Video Ram (VRAM) eingeführt von Texas Instrumente (Ti) Mitte der 1980er Jahre.^[12] 1984,, Hitachi veröffentlichte den Artc HD63484, der erste Komplementäre Mos (CMOS) GPU. Es war in der Lage, hochauflösende im Farbmodus und bis zu 4K -Auflösung Im Monochrommodus wurde es in einer Reihe von Grafikkarten und Terminals in den späten 1980er Jahren verwendet.^[13] 1986 stellte Ti die vor TMS34010die erste voll programmierbare Mos Grafikprozessor.^[12]

Computergrafik-Terminals in diesem Jahrzehnt wurden immer intelligenter, halb-standalone und eigenständige Workstationen. Grafik und Anwendungsverarbeitung wurden zunehmend in die Intelligenz in der Workstation migriert, anstatt sich weiterhin auf den zentralen Mainframe zu verlassen und Mini-Computer. Typisch für den frühen Wechsel zu hochauflösenden Computergrafiken intelligente Workstationen für den computergestützten Ingenieurmarkt waren die Orca 1000, 2000 und 3000 Workstations, die von Orcatech of Ottawa entwickelt wurden, eine Ausgründung von Bell-Nordforschungund angeführt von David Pearson, einem frühen Workstation Pioneer. Der Orca 3000 basiert auf dem 16-Bit Motorola 68000 Mikroprozessor und AMD Bit-Slice Prozessoren und hatten Unix als Betriebssystem. Es wurde genau auf das anspruchsvolle Ende des Konstruktionstechniksektors ausgerichtet. Künstler und Grafikdesigner begannen den PC, insbesondere den PC, insbesondere den Commodore Amiga und MacintoshAls ernstes Design -Tool, das Zeit sparen und genauer ziehen kann als andere Methoden. Der Macintosh bleibt ein sehr beliebtes Tool für Computergrafiken zwischen Grafikdesignstudios und Unternehmen. Moderne Computer aus den 1980er Jahren, oft verwenden Grafische Benutzeroberflächen (GUI), um Daten und Informationen mit Symbolen, Symbolen und Bildern und nicht mit Text zu präsentieren. Grafiken sind eines der fünf Schlüsselelemente von Multimedia Technologie.

Im Bereich des realistischen Renders, Japan's Osaka University entwickelte die Links-1 Computergrafiksystem, a Supercomputer Das wurde bis zu 257 verwendet Zilog Z8001 Mikroprozessoren1982, um realistisch zu machen 3D -Computergrafik. Nach Angaben der Informationsverarbeitungsgesellschaft Japans: "Der Kern des 3D -Bildwechsels besteht darin Lichtquelleund Objektposition. Das LINKS-1-System wurde entwickelt, um eine Bildwechselmethode zu realisieren, bei der jedes Pixel parallel verarbeitet werden kann Strahlenverfolgung. Durch die Entwicklung einer neuen Softwaremethode speziell für das Hochgeschwindigkeitsbild-Rendering konnte Links-1 schnell realistische Bilder machen. Es wurde verwendet, um den ersten 3D der Welt zu schaffen Planetarium-ähnliches Video des gesamten Himmel Das wurde vollständig mit Computergrafiken hergestellt. Das Video wurde am vorgestellt Fujitsu Pavillon bei der internationalen Ausstellung 1985 in Tsukuba. "^[14] Die Links-1 war die mächtigste der Welt der Welt Computerab 1984.^[15] Auch im Bereich des realistischen Renderings der General Rendern der Gleichung von David Imel und James Kajiya wurde 1986 entwickelt - ein wichtiger Schritt zur Implementierung Globale Beleuchtung, was notwendig ist, um zu verfolgen Fotorealismus in Computergrafiken.

Die anhaltende Popularität von Krieg der Sterne und andere Science -Fiction Lucasfilm und Industrielicht & Magie wurde von vielen anderen Studios für erstklassige Computergrafiken im Film als "Go-to" -Haus bekannt. Wichtige Fortschritte in Chroma Keying ("Bluescreening" usw.) wurden für die späteren Filme der ursprünglichen Trilogie gemacht. Zwei weitere Videostücke würden die Ära auch als historisch relevant überdauern: Dire -Straits'ikonisch, nahezu CGI-Video für ihren Song "Geld für nichts"1985, in dem CGI unter Musikfans dieser Zeit populär gemacht wurde, und eine Szene von Junge Sherlock Holmes Im selben Jahr mit der ersten vollständig CGI-Figur in einem Feature-Film (ein animiertes Buntglas Ritter). 1988 der erste Shader - Kleine Programme, die speziell entwickelt wurden, um dies zu tun Schattierung als separater Algorithmus - wurden von entwickelt von Pixar, die bereits als separate Einheit von Industrial Light & Magic abgeschaltet hatte - obwohl die Öffentlichkeit die Ergebnisse solcher technologischer Fortschritte erst im nächsten Jahrzehnt sehen würde. In den späten 1980er Jahren, Siliziumgrafik (SGI) Computer wurden verwendet, um einige der ersten vollständig computergenerierten zu erstellen Kurzfilme bei Pixarund Siliziumgrafikmaschinen wurden während des Jahrzehnts als Hochwassermarke für das Feld angesehen.

Die 1980er Jahre werden auch die genannt goldene Ära von Videospiele; Millionen-verkaufte Systeme von Atari, Nintendo und Segaunter anderen Unternehmen, die erstmal MS-DOS-basierte PCs, Computer, Apfel iis, Macs, und AmigasAll dies ermöglichte es den Benutzern auch, ihre eigenen Spiele zu programmieren, wenn sie ausreichend qualifiziert waren. Für die Arkaden, Fortschritte wurden im Werbespot gemacht, Echtzeit 3D -Grafik. 1988 der erste engagierte Echtzeit 3D Grafikplatten wurden für Arkaden mit dem eingeführt NAMCO -System 21^[16] und Taito Luftsystem.^[17] Auf der professionellen Seite, Evans & Sutherland und SGI entwickelten 3D-Raster-Grafikhardware, die den späteren Single-Chip direkt beeinflussten Grafikkarte (GPU), eine Technologie, in der ein separater und sehr leistungsstarker Chip verwendet wird Parallelverarbeitung mit einer Zentralprozessor Grafiken optimieren.

Im Jahrzehnt wurden auch Computergrafiken auf viele zusätzliche professionelle Märkte angewendet, darunter standortbasierte Unterhaltung und Ausbildung mit E & S Digistar, Fahrzeugdesign, Fahrzeugsimulation und Chemie.

1990er Jahre

Quarxs, Serienplakat, Maurice Benayoun, François schuden, 1992

Die überwältigende Notiz der 90er Jahre war die Entstehung von 3D Modellierung auf einer Massenskala und einem beeindruckenden Anstieg der Qualität von CGI im Allgemeinen. Heimcomputer wurden in der Lage, Aufgaben zu übernehmen, die zuvor auf Arbeitsstationen beschränkt waren und Tausende von Dollar kosten. wie 3D -Modellierer wurde für Heimsysteme erhältlich, die Popularität von Siliziumgrafik Arbeitsstationen nahmen ab und mächtig Microsoft Windows und Apple Macintosh Maschinen laufen Autodesk Produkte wie 3D -Studio oder eine andere Home -Rendering -Software, die von Bedeutung aufgestiegen ist. Bis zum Ende des Jahrzehnts die GPU Würde seinen Aufstieg zu der Bekanntheit beginnen, die es heute noch genießt.

Das Feld begann die ersten gerenderten Grafiken zu sehen, die wirklich als passieren konnten fotorealistisch zum ungeschulten Auge (obwohl sie dies noch nicht mit einem ausgebildeten CGI -Künstler tun konnten) und 3D -Grafik wurde weitaus populärer in Spiele, Multimedia, und Animation. Ende der 1980er Jahre und zu Beginn der neunziger Jahre wurden in Frankreich die allererste Computergrafik -TV -Serie erstellt: La Vie des Bêtes von Studio Mac Govf Ligne (1988), Les Fables Géométriques (1989–1991) von Studio Fantôme und Quarxs, die erste HDTV -Computergrafikserie von Maurice Benayoun und François schuden (Studio Z-A Production, 1990–1993).

Im Film, Pixar begann seinen ernsthaften kommerziellen Anstieg in dieser Ära unter Edwin Catmullmit seiner ersten großen Filmveröffentlichung im Jahr 1995 - Spielzeuggeschichte -Ein kritischer und kommerzieller Erfolg von neunstelliger Größe. Das Studio, um das programmierbare zu erfinden Shader Würde viele animierte Hits haben, und seine Arbeit an vorgeborenen Videoanimationen wird immer noch als Branchenführer und Forschungsstraße angesehen.

In Videospielen, 1992,, Virtua -Rennenauf der SEGA -Modell 1 Arcade System Boardlegte die Grundlagen für vollständig 3D Rennspiele und populäre Echtzeit 3D polygonale Grafik unter einem breiteren Publikum in der Videospielbranche.^[18] Das Sega Modell 2 im Jahr 1993 und Sega Modell 3 1996 überschritt anschließend die Grenzen der kommerziellen Echtzeit-3D-Grafiken. Zurück auf dem PC, Wolfenstein 3d, Untergang und Beben, drei der ersten massiv beliebten 3D Ego-Shooter Spiele wurden von veröffentlicht von ID -Software zu kritischen und beliebten Anerkennung in diesem Jahrzehnt mit einem Rendering -Engine innovativ^[vage] in erster Linie von John Carmack. Das Sony PlayStation, Sega Saturn, und Nintendo 64, unter anderem, verkauft in Millionen und populär gemacht 3D -Grafiken für Heimspieler. Bestimmte 3D-Titel der ersten Generation der späten 1990er Jahre wurden als Einfluss auf die Popularisierung von 3D-Grafiken unter Konsolenbenutzern, wie z. Plattformspiele Super Mario 64 und Die Legende von Zelda: Ocarina of Timeund früh 3D Kampfspiele wie Virtua -Kämpfer, Battle Arena Toshinden, und Tekken.

Technologie und Algorithmen zur Wiedergabe verbesserten sich weiter. 1996 haben Krishnamurty und Levoy erfunden Normale Zuordnung - Eine Verbesserung gegenüber Jim Blinns Bump -Mapping. 1999 Säge Nvidia Lösen Sie das Samen GeForce 256, das erste Zuhause Grafikkarte in Rechnung gestellt Grafikkarte oder GPU, die in seinen eigenen Worten "integriert" enthielt verwandeln, Beleuchtung, Dreiecks -Setup/Ausschnitt, und Rendering Motoren ". Am Ende des Jahrzehnts haben Computer gemeinsame Frameworks für die Grafikverarbeitung verwendet, wie z. DirectX und OpenGL. Seitdem sind Computergrafiken aufgrund von leistungsfähigeren detaillierter und realistischer geworden Grafikhardware und 3D -Modellierungssoftware. AMD In diesem Jahrzehnt wurde auch ein führender Entwickler von Graphics Boards und schuf ein "Duopol" auf dem Gebiet, das an diesem Tag existiert.

2000er Jahre

Ein Screenshot aus dem Videospiel Boden töten, eingebaut Unwirklicher Motor 2. Persönliche Computer und Konsole -Videospiele machte in den 2000er Jahren einen großartigen grafischen Sprung nach vorne und kann Grafiken in der Lage sein, in Echtzeit -Computer Das war bisher nur möglich vorgefertigt und/oder auf Hardware auf Unternehmensebene.

CGI wurde in dieser Ära ernsthaft allgegenwärtig. Videospiele und CGI Kino hatte die Reichweite der Computergrafiken bis Ende der neunziger Jahre auf den Mainstream verbreitet und tat dies in den 2000er Jahren weiterhin in einem beschleunigten Tempo. CGI wurde ebenfalls adoptiert en masse zum Fernsehwerbung In den späten 1990er und 2000er Jahren wurde ein massives Publikum so bekannt.

Der anhaltende Anstieg und die zunehmende Raffinesse der Grafikkarte waren für dieses Jahrzehnt von entscheidender Desktop-Computer Macher anbieten. Das Nvidia GeForce Die Grafikkartenlinie dominierten den Markt im frühen Jahrzehnt mit gelegentlich erheblichen konkurrierenden Präsenz von Ati.^[19] Im Laufe des Jahrzehnts enthielten sogar Low-End-Maschinen normalerweise eine 3D-fähige GPU als Nvidia und AMD Beide stellten preisgünstige Chipsätze ein und dominierten weiterhin den Markt. Shader die in den 1980er Jahren eingeführt worden war, um eine spezielle Verarbeitung der GPU bis zum Ende des Jahrzehnts durch die meisten Verbraucherhardware zu unterstützen, die Grafiken erheblich beschleunigen und erheblich verbessert werden können Textur und Schattierung in Computergrafiken über die weit verbreitete Einführung von Normale Zuordnung, Bump -Mappingund eine Vielzahl anderer Techniken, die die Simulation vieler Details ermöglichen.

Computergrafiken, die in Filmen verwendet werden und Videospiele allmählich begann realistisch zu sein, bis es eintritt Unheimliches Tal. CGI Filme vermehrten sich mit traditionellen Animation Karikatur Filme mögen Eiszeit und Madagaskar sowie zahlreiche Pixar Angebote wie Findet Nemo dominieren die Abendkasse in diesem Bereich. Das Final Fantasy: Die Geister innenIm Jahr 2001 veröffentlicht, war der erste vollständig computergenerierte Spielfilm, der photorealistische CGI-Charaktere verwendet und vollständig mit Motion Capture gemacht wurde.^[20] Der Film war jedoch kein Kassenerfolg.^[21] Einige Kommentatoren haben vorgeschlagen, dass dies teilweise darauf zurückzuführen sein könnte, dass die führenden CGI -Charaktere Gesichtszüge hatten, die in die "fielen"Unheimliches Tal".^{[Anmerkung 1]} Andere Animationsfilme mögen Der Polarexpress machte sich zu dieser Zeit auch aufmerksam. Krieg der Sterne Auch mit seiner Prequel -Trilogie tauchte wieder auf und die Effekte setzten weiterhin eine Bar für CGI im Film.

Im Videospiele, das Sony Playstation 2 und 3, das Microsoft Xbox Konsolenlinie und Angebote von Nintendo so wie die Spielwürfel behielt eine große Anhängerschaft bei, ebenso wie das Windows PC. Festzelt-CGI-hochwertige Titel wie die Serie von schwerer Kraftfahrzeugdiebstahl, Überzeugung eines Attentäters, Final Fantasy, Bioshock, Königreichsherzen, Spiegelrand und Dutzende anderer näherten sich weiter Fotorealismus, erweitern Sie die Videospielbranche und beeindrucken, bis die Einnahmen dieser Branche mit denen von Filmen vergleichbar wurden. Microsoft entschieden sich für die Enthüllung DirectX Leichter für die unabhängige Entwicklerwelt mit der Xna Programm, aber es war kein Erfolg. DirectX selbst blieb jedoch ein kommerzieller Erfolg. OpenGL auch weiter reifen, und es und und es DirectX stark verbessert; Die Shadersprachen der zweiten Generation HLSL und GLSL begann in diesem Jahrzehnt beliebt zu sein.

Im Wissenschaftliches rechnen, das Gpgpu Die Technik, um große Datenmengen zwischen einer GPU und einer CPU zu bestehen, wurde erfunden; Beschleunigung der Analyse auf vielen Arten von Bioinformatik und Molekularbiologie Experimente. Die Technik wurde auch für verwendet Bitcoin Bergbau und Anwendungen in Computer Vision.

2010er

A Diamantplatte Textur Nahaufnahme mit Verwendung physisch basiertes Rendering Prinzipien - zunehmend ein aktives Forschungsbereich für Computergrafiken in den 2010er Jahren.

In den 2010er Jahren war CGI in der Videos nahezu allgegenwärtig. Vorbereitete Grafiken sind fast wissenschaftlich fotorealistischund Echtzeitgrafiken in einem angemessen hohen System können den Photorealismus dem ungeübten Auge simulieren.

Textur-Mapping ist zu einem mehrständigen Prozess mit vielen Schichten gereift; Im Allgemeinen ist es nicht ungewöhnlich, Texturzuordnung zu implementieren. Bump -Mapping oder Isos Flurfe oder Normale Zuordnung, Beleuchtungskarten einschließlich Spekulare Highlights und Betrachtung Techniken und Schattenvolumen in einen Rendering -Engine verwenden Shader, die erheblich reifen. Shaders sind jetzt nahezu eine Notwendigkeit für fortgeschrittene Arbeiten vor Ort und bieten erhebliche Komplexität bei der Manipulation Pixel, Eckpunkte, und Texturen per Elektrobasis und unzählige mögliche Auswirkungen. Ihre Shadersprachen HLSL und GLSL sind aktive Bereiche der Forschung und Entwicklung. Physisch basiertes Rendering oder PBR, das viele Karten implementiert und eine erweiterte Berechnung durchführt, um real zu simulieren optisch Lichtfluss ist auch ein aktiver Forschungsgebiet, zusammen mit fortgeschrittenen Bereichen wie Umgebungsverschluss, Untergrundstreuung, Rayleigh Streuung, Photon Mapping, und viele andere. Experimente in die Verarbeitungsleistung, die für die Bereitstellung von Grafiken in erforderlich ist Echtzeit Bei ultrahoch-Auflösungsmodi wie wie 4k Ultra HD Beginnen Sie, obwohl jenseits der Reichweite aller außer der Hardware mit höchster Endung.

Im Kino die meisten Animationsfilme sind jetzt CGI; Es werden sehr viele animierte CGI -Filme pro Jahr gedreht, aber nur wenige, wenn überhaupt, versuchen den Photorealismus aufgrund der anhaltenden Ängste vor der Unheimliches Tal. Die meisten sind 3D Cartoons.

In Videospielen die Microsoft Xbox eins, Sony Playstation 4, und Nintendo Switch Derzeit dominieren Sie den Heimatraum und sind alle mit hoch fortschrittlichen 3D -Grafiken in der Lage. das Windows PC ist immer noch eine der aktivsten Spielplattformen.

Bildtypen

Zweidimensional

Rastergrafik Sprites (links) und Masken (rechts)

2D -Computergrafik sind die computergestützte Generation von Digitale Bilder- meistens von Modellen wie digitalem Bild und nach ihnen spezifischen Techniken.

2D -Computergrafiken werden hauptsächlich in Anwendungen verwendet, die ursprünglich auf traditionellem entwickelt wurden Drucken und Zeichnung Technologien wie Typografie. In diesen Anwendungen die zweidimensionale Bild ist nicht nur eine Darstellung eines realen Objekts, sondern ein unabhängiges Artefakt mit zusätzlichen semantischen Wert; Zweidimensionale Modelle werden daher bevorzugt, weil sie eine direktere Kontrolle des Bildes geben als 3D -Computergrafik, dessen Ansatz eher ähnlich ist wie Fotografie als zu Typografie.

Pixel Kunst

Pixelkunst, eine große Form der digitalen Kunst, wird durch die Verwendung von erstellt Rastergrafiken Software, bei der Bilder auf dem bearbeitet werden Pixel eben. Grafiken in den meisten alten (oder relativ begrenzten) Computer- und Videospielen, Grafikrechner Spiele und viele Handy Spiele sind meistens Pixelkunst.

Sprite -Grafik

A Sprite ist zweidimensional Bild oder Animation Das ist in eine größere Szene integriert. Anfangs einbeziehen nur grafische Objekte, die getrennt vom Speicher gehandhabt werden Bitmap Dies enthält nun verschiedene Manieren grafischer Overlays.

Ursprünglich waren Sprites eine Methode, um nicht verwandte Bitmaps zu integrieren, so dass sie Teil der normalen Bitmap auf a Bildschirm, wie das Erstellen eines animierten Charakters, der auf einem Bildschirm bewegt werden kann, ohne die zu ändern Daten Definieren des Gesamtbildschirms. Solche Sprites können von beiden elektronisch erstellt werden Schaltkreis oder Software. In Schaltkreisen ist ein Hardware -Sprite a Hardware- Konstrukte, das benutzerdefiniert ist DMA Kanäle zur Integration visueller Elemente in den Hauptbildschirm, indem es zwei diskrete Videoquellen übereinstimmt. Software kann dies durch spezielle Rendering -Methoden simulieren.

Vektorgrafiken

Beispiel zeigt den Effekt von Vektorgrafiken gegen Raster (BitMAP) Grafiken

Vektorgrafiken Formate sind ergänzt zu Rastergrafiken. Rastergrafik ist die Darstellung von Bildern als Array von Pixel und wird normalerweise zur Darstellung von fotografischen Bildern verwendet.^[22] Die Vektorgrafik besteht aus Codierung von Informationen zu Formen und Farben, die das Bild umfassen, die mehr Flexibilität beim Rendering ermöglichen. Es gibt Fälle, in denen die Arbeit mit Vektor -Tools und -Formen bester Praxis ist, und Beispiele bei der Arbeit mit Raster -Tools und -Formaten ist Best Practice. Es gibt Zeiten, in denen beide Formate zusammenkommen. Ein Verständnis der Vorteile und Einschränkungen jeder Technologie und der Beziehung zwischen ihnen führt am wahrscheinlichsten zu einem effizienten und effektiven Einsatz von Tools.

Dreidimensional

3D -Grafiken im Vergleich zu 2D -Grafiken sind Grafiken, die a verwenden dreidimensional Darstellung geometrischer Daten. Für die Leistung wird dies im Computer gespeichert. Dies schließt Bilder ein, die möglicherweise für die spätere Anzeige oder für die Echtzeit-Anzeige erfolgen.

Trotz dieser Unterschiede verlassen sich 3D -Computergrafiken auf ähnliche Weise Algorithmen Wie 2D -Computergrafiken in der Rahmen- und Rastergrafik (wie in 2D) im endgültigen gerenderten Display. In der Computergrafiksoftware ist die Unterscheidung zwischen 2D und 3D gelegentlich verschwommen. 2D -Anwendungen können 3D -Techniken verwenden, um Effekte wie Beleuchtung zu erzielen, und vor allem 3D kann 2D -Rendering -Techniken verwenden.

3D -Computergrafiken entsprechen den 3D -Modellen. Das Modell ist in der grafischen Datendatei, abgesehen vom Rendering, enthalten. Es gibt jedoch Unterschiede, die das 3D -Modell enthalten, die Darstellung eines 3D -Objekts. Bis visuell angezeigt wird, ist ein Modell nicht grafisch. Aufgrund des Druckens sind 3D -Modelle nicht nur auf den virtuellen Raum beschränkt. 3D -Rendering ist, wie ein Modell angezeigt werden kann. Kann auch in nicht grafisch verwendet werden Computersimulationen und Berechnungen.

Computeranimation

Beispiel von Computeranimation produziert mit Bewegungsaufnahme

Fraktale Landschaft, ein Beispiel für Computer generiertes Bild

Computeranimation ist die Kunst des Erstellens bewegender Bilder durch die Verwendung von Computers. Es ist ein Unterfeld von Computergrafiken und Animation. Zunehmend wird es mittels von erstellt 3D -Computergrafik, obwohl 2D -Computergrafik sind immer noch weit verbreitet für stilistische, niedrige Bandbreite und schneller Echtzeit-Rendering Bedürfnisse. Manchmal ist das Ziel der Animation der Computer selbst, aber manchmal ist das Ziel ein anderes Mittel, wie zum Beispiel Film. Es wird auch als CGI bezeichnet (Computer generiertes Bild oder computergenerierte Bildgebung), insbesondere wenn sie in Filmen verwendet werden.

Virtuelle Entitäten können durch verschiedene Attribute enthalten und kontrolliert werden, z. B. Transformationswerte (Ort, Ausrichtung und Skala), die in einem Objekt gespeichert sind Transformationsmatrix. Animation ist die Änderung eines Attributs im Laufe der Zeit. Es gibt mehrere Methoden zur Erreichung von Animationen; Die rudimentäre Form basiert auf der Erstellung und Bearbeitung von KeyframesJeder Speicher eines Werts zu einem bestimmten Zeitpunkt pro Attribut, das animiert werden soll. Die 2D/3D -Grafiksoftware ändert sich mit jedem Keyframe und erstellt eine bearbeitbare Kurve eines im Laufe der Zeit zugeordneten Wertes, in dem zu Animation führt. Andere Animationsmethoden sind prozedural und Ausdruck-basierte Techniken: Die ehemaligen Konsolidate verwandte Elemente animierter Entitäten in Attribute Sätze, die zum Erstellen nützlich sind Partikel Effekte und Crowd -Simulationen; Letzteres ermöglicht ein ausgewertetes Ergebnis, das von einem benutzerdefinierten logischen Ausdruck in Verbindung mit der Mathematik zurückgegeben wird, um die Animation auf vorhersehbare Weise zu automatisieren (zweckmäßig, um das Knochenverhalten über das zu steuern, was a Hierarchie Angebote in Skelettsystem Konfiguration).

Um die Illusion von Bewegung zu erstellen, wird ein Bild auf dem Computer angezeigt Bildschirm dann schnell durch ein neues Bild ersetzt, das dem vorherigen Bild ähnelt, aber leicht verschoben wurde. Diese Technik ist identisch mit der Illusion von Bewegung in Fernsehen und Spielfilm.

Konzepte und Prinzipien

Bilder werden normalerweise von Geräten wie z. B. erstellt Kameras, Spiegel, Linsen, Teleskope, Mikroskope, etc.

Digitale Bilder umfassen beide Vektor Bilder und Raster Bilder, aber Rasterbilder werden häufiger verwendet.

Pixel

Im vergrößerten Teil des Bildes werden einzelne Pixel als Quadrate gerendert und können leicht gesehen werden.

In der digitalen Bildgebung a Pixel (oder Bildelement^[23]) ist ein einzelner Punkt in a Rasterbild. Pixel werden in ein regelmäßiges 2-dimensionales Gitter platziert und werden häufig mit Punkten oder Quadraten dargestellt. Jedes Pixel ist a Probe eines Originalbildes, bei dem mehr Proben typischerweise eine genauere Darstellung des Originals liefern. Das Intensität von jedem Pixel ist variabel; In Farbsystemen verfügt jedes Pixel normalerweise drei Komponenten wie z. rot, grün und blau.

Grafik sind visuell Präsentationen auf einer Oberfläche, wie z. B. einem Computerbildschirm. Beispiele sind Fotos, Zeichnen, Grafikdesigns, Karten, Ingenieurszeichnungenoder andere Bilder. Grafiken kombinieren häufig Text und Illustration. Grafikdesign kann aus der absichtlichen Auswahl, Erstellung oder Anordnung der Typografie allein bestehen, wie in einer Broschüre, einem Flyer, Plakat, Website oder einem Buch ohne andere Elemente. Klarheit oder wirksame Kommunikation kann das Ziel sein, die Assoziation mit anderen kulturellen Elementen kann oder lediglich die Schaffung eines unverwechselbaren Stils gesucht oder lediglich.

Primitive

Primitive sind grundlegende Einheiten, die ein Grafiksystem kombinieren kann, um komplexere Bilder oder Modelle zu erstellen. Beispiele wären Sprites und Charakterkarten in 2D -Videospielen, Geometrische Primitive in CAD oder Polygone oder Dreiecke im 3D -Rendering. Primitive können in unterstützt werden Hardware für effizientes Rendering, oder die von a bereitgestellten Bausteine Grafikanwendung.

Rendering

Rendering ist die Erzeugung eines 2D -Bildes aus einem 3D -Modell mittels Computerprogramme. Eine Szenendatei enthält Objekte in einer streng definierten Sprache oder Datenstruktur. Es würde Geometrie, Standpunkt, enthalten, Textur, Beleuchtung, und Schattierung Informationen als Beschreibung der virtuellen Szene.^[24] Die in der Szenendatei enthaltenen Daten werden dann an ein Rendering -Programm übergeben, das verarbeitet und an a ausgegeben werden soll digitales Bild oder Rastergrafiken Bilddatei. Das Rendering-Programm ist normalerweise in die Computergrafiksoftware integriert, andere sind jedoch als Plug-Ins oder völlig getrennte Programme verfügbar. Der Begriff "Rendering" kann durch Analogie mit einem "Künstler -Rendering" einer Szene sein. Obwohl die technischen Details der Rendering -Methoden variieren, werden die allgemeinen Herausforderungen bei der Erzeugung eines 2D -Bildes aus einer in einer Szenendatei gespeicherten 3D -Darstellung als die umrissen Grafikpipeline entlang eines Rendering -Geräts wie a GPU. Eine GPU ist ein Gerät, das die CPU bei Berechnungen unterstützen kann. Wenn eine Szene unter virtueller Beleuchtung relativ realistisch und vorhersehbar aussieht, sollte die Rendering -Software die lösen Rendern der Gleichung. Die Rendering-Gleichung berücksichtigt nicht alle Beleuchtungsphänomene, sondern ist ein allgemeines Beleuchtungsmodell für computergenerierte Bilder. 'Rendering' wird auch verwendet, um den Prozess der Berechnung von Effekten in einer Videobearbeitungsdatei zu beschreiben, um die endgültige Videoausgabe zu erzeugen.

3D -Projektion

3D -Projektion ist eine Methode zur Abbildung von dreidimensionalen Punkten auf eine zweidimensionale Ebene. Da die meisten aktuellen Methoden zur Anzeige grafischer Daten auf planaren zweidimensionalen Medien basieren, ist die Verwendung dieser Art von Projektion weit verbreitet. Diese Methode wird in den meisten Echtzeit-3D-Anwendungen verwendet und verwendet normalerweise Rasterisierung Um das endgültige Bild zu erzeugen.

Strahlenverfolgung

Strahlenverfolgung ist eine Technik aus der Familie von Bildreihenalgorithmen zum Erzeugen eines Bild durch Verfolgung des Weges von hell durch Pixel in einem (n Bildebene. Die Technik ist in der Lage, einen hohen Grad an zu erzeugen Fotorealismus; normalerweise höher als die der typischen Scanline -Rendering Methoden, aber bei einem größeren Rechenkosten.

Schattierung

Beispiel für die Schattierung

Schattierung bezieht sich auf die Darstellung der Tiefe in 3D -Modelle oder Illustrationen durch unterschiedliche Ebenen von Dunkelheit. Es ist ein Prozess, der zum Zeichnen verwendet wird, um die Dunkelheit auf Papier darzustellen, indem Medien dicht oder mit einem dunkleren Farbton für dunklere Bereiche und weniger dicht oder mit einem helleren Farbton für hellere Bereiche angewendet werden. Es gibt verschiedene Schattierungstechniken, einschließlich Kreuzschlüpfen wo senkrechte Linien unterschiedlicher Nähe in einem Netzmuster gezogen werden, um einen Bereich zu beschatten. Je näher die Linien zusammen sind, desto dunkler erscheint der Bereich. Je weiter die Linien weiter voneinander entfernt sind, desto leichter erscheint der Bereich. Der Begriff wurde kürzlich verallgemeinert, um dies zu bedeuten Shader werden angewendet.

Textur-Mapping

Textur-Mapping ist eine Methode zum Hinzufügen von Details, Oberflächenstruktur oder Farbe zu a Computergenerierte Grafik oder 3D-Modell. Seine Anwendung auf 3D -Grafiken wurde von DR Pionierarbeit entwickelt Edwin Catmull 1974 wird eine Texturkarte auf die Oberfläche einer Form oder Polygon aufgetragen (zugeordnet). Dieser Vorgang ähnelt dem Auftragen von gemustertem Papier auf eine einfache weiße Box. Multitexturing ist die Verwendung von mehr als einer Textur gleichzeitig auf einem Polygon.^[25] Verfahrenstruktur (erstellt aus der Einstellung der Parameter eines zugrunde liegenden Algorithmus, der eine Ausgabestruktur erzeugt) und Bitmap -Texturen (Erstellt in einem Bildbearbeitung Anwendung oder importiert von a Digitalkamera) sind im Allgemeinen gemeinsame Methoden zur Implementierung der Texturdefinition auf 3D -Modellen in Computergrafiksoftware, während die beabsichtigte Platzierung von Texturen auf die Oberfläche eines Modells häufig eine Technik erfordert, die als bekannt ist UV -Mapping (willkürliches, manuelles Layout von Texturkoordinaten) für Polygonflächen, während ungleichmäßige rationale B-Spline (Nurb) Oberflächen haben ihre eigene intrinsische Parametrisierung verwendet als Texturkoordinaten. Texturzuordnung als Disziplin umfasst auch Techniken zum Erstellen Normale Karten und Bumpkarten das entspricht einer Textur, um die Höhe zu simulieren und Spekulare Karten Um Glanz und leichte Reflexionen zu simulieren, sowie Umgebungszuordnung um spiegelartiges Reflexionsvermögen zu simulieren, auch Gloss genannt.

Kantenglättung

Auflösungsunabhängige Entitäten (z. B. 3D Flüssigkristallanzeige oder CRT -Fernseher unweigerlich verursacht Aliasing -Artefakte Meistens an geometrischen Kanten und den Grenzen der Texturdetails; Diese Artefakte werden informell genannt ""Jaggies". Anti-Aliasing-Methoden beheben solche Probleme, was zu Bildern führt, die für den Betrachter angenehmer sind, kann aber etwas rechnerisch teuer sein. Verschiedene Anti-Aliasing-Algorithmen (wie z. SuperAmpling) können verwendet werden und dann für die effizienteste Rendering -Leistung gegenüber der Qualität der resultierenden Bilder angepasst werden. Ein Grafikkünstler sollte diesen Kompromiss berücksichtigen, wenn Anti-Aliasing-Methoden verwendet werden sollen. Ein voranteiliger Alias Bitmap -Textur Die Anzeige auf einem Bildschirm (oder Bildschirmort) mit einer anderen Auflösung als die Auflösung der Textur selbst (z. prozedural definierte Textur wird immer Aliasing-Artefakte zeigen, da sie auflösungsunabhängig sind; Techniken wie Mipmapping und Texturfilterung Helfen Sie bei der Lösung von Problemen im Zusammenhang mit texturbedingten Aliasing.

Lautstärkewiedergabe

Volumen gerendert Ct Scannen Sie einen Unterarm mit unterschiedlichen Farbschemata für Muskeln, Fett, Knochen und Blut

Lautstärkewiedergabe ist eine Technik, mit der a angezeigt werden 2D -Projektion von einem 3D -diskret probiert Datensatz. Ein typischer 3D -Datensatz ist eine Gruppe von 2D -Slice -Bildern, die von a aufgenommen wurden Ct oder MRT Scanner.

Normalerweise werden diese in einem regelmäßigen Muster (z. B. eines jeden Millimeter) erworben und haben normalerweise eine regelmäßige Anzahl von Bild Pixel in einem regulären Muster. Dies ist ein Beispiel für ein regelmäßiges volumetrisches Gitter mit jedem Volumenelement oder Voxel Dargestellt durch einen einzelnen Wert, der durch Abtastung der unmittelbaren Fläche, die das Voxel umgibt, erhalten wird.

3D Modellierung

3D -Modellierung ist der Prozess der Entwicklung eines Mathematikers, Wireframe Darstellung eines dreidimensionalen Objekts, als "3D-Modell" bezeichnet, über spezielle Software. Modelle können automatisch oder manuell erstellt werden. Der manuelle Modellierungsprozess zur Vorbereitung geometrischer Daten für 3D -Computergrafiken ist ähnlich wie Plastische Künste wie zum Beispiel Bildhauerung. 3D -Modelle können unter Verwendung mehrerer Ansätze erstellt werden: Verwendung von NURBS, um genaue und glatte Oberflächenpatches zu erzeugen, Polygonale Netzmodellierung (Manipulation der facettierten Geometrie) oder polygonales Netz Unterteilung (Fortgeschrittene Tessellation von Polygonen, was zu glatten Oberflächen ähnelt wie Nurb -Modelle). Ein 3D-Modell kann als zweidimensionales Bild durch einen genannten Prozess angezeigt werden 3D-Rendering, verwendet in a Computersimulation von physischen Phänomenen oder direkt für andere Zwecke animiert. Das Modell kann auch physikalisch mit Verwendung erstellt werden 3d Drucken Geräte.

Pioniere in Computergrafiken

Charles Csuri

Charles Csuri ist ein Pionier in Computeranimation und digitaler Kunst und erstellte 1964 die erste Computerkunst. CSURI wurde von erkannt von Smithsonian Als Vater der digitalen Kunst und Computeranimation und als Pionier der Computeranimation durch die Museum für moderne Kunst (MOMA) und Verband für Rechenmaschinen-Siggraph.

Donald P. Greenberg

Donald P. Greenberg ist ein führender Innovator in Computergrafiken. Greenberg hat Hunderte von Artikeln verfasst und als Lehrer und Mentor für viele prominente Computergrafiker, Animatoren und Forscher wie diente Robert L. Cook, Marc Levoy, Brian A. Barskyund Wayne Lytle. Viele seiner ehemaligen Studenten haben Academy Awards für technische Leistungen gewonnen und einige haben die gewonnen Siggraph Leistungspreis. Greenberg war Gründungsdirektor des NSF -Zentrums für Computergrafiken und wissenschaftliche Visualisierung.

A. Michael Noll

Noll war einer der ersten Forscher, die a benutzten Digital Computer künstlerische Muster zu schaffen und die Verwendung zufälliger Prozesse bei der Erstellung von zu formalisieren bildende Kunst. Er begann 1962 mit der Schaffung digitaler Kunst und machte ihn zu einem der frühesten digitalen Künstler. 1965 noll zusammen mit Friedern Nake und Georg Nees waren die ersten, die ihre Computerkunst öffentlich ausstellten. Im April 1965 zeigte die Howard Wise Gallery die Computerkunst von Noll zusammen mit zufälligen Dot-Mustern von Bela Julesz.

Andere Pioniere

Ein moderner Render der Utah Teekanne, ein ikonisches Modell in 3D -Computergrafiken, die von erstellt wurden Martin Newell, 1975

• Pierre Bézier
• Jim Blinn
• Jack Bresenham
• John Carmack
• Paul de Casteljau
• Ed Catmull
• Frank Crow
• James D. Foley
• William Fetter
• Henry Fuchs
• Henri Gouraud
• Marek Holynski
• Charles Loop
• Nadia Magnat Thalmann
• Benoit Mandelbrot
• Martin Newell
• Fred Parke
• Bui Tuong Phong
• Steve Russell
• Daniel J. Sandin
• Alvy Ray Smith
• Bob Sproull
• Ivan Sutherland
• Daniel Thalmann
• Andries Van Dam
• John Warnock
• J. Turner witzte
• Lance Williams
• Jim Kajiya

Organisationen

• Siggraph
• GDC
• Bell Telefonlabors
• Streitkräfte der Vereinigten Staaten, besonders die Wirbelwindcomputer und Salbeiprojekt
• Boeing
• Eurographie
• IBM
• Renault
• Das Informatik Abteilung der Universität von Utah
• Lucasfilm und Industrielicht & Magie
• Autodesk
• Adobe Systems
• Pixar
• Siliziumgrafik, Khronos Gruppe & OpenGL
• Das DirectX Division bei Microsoft
• Nvidia
• AMD

Untersuchung von Computergrafiken

Das Untersuchung von Computergrafiken ist ein Unterfeld von Informatik Welche Methoden zum digital synthetisierenden und manipulierenden visuellen Inhalt untersucht. Obwohl sich der Begriff häufig auf dreidimensionale Computergrafiken bezieht, umfasst er auch zweidimensionale Grafiken und Bildverarbeitung.

Als an akademisch Disziplin, Computergrafik untersucht die Manipulation visueller und geometrischer Informationen unter Verwendung von Computertechniken. Es konzentriert sich auf die mathematisch und Computer Grundlagen der Bilderzeugung und -verarbeitung eher als rein ästhetisch Ausgaben. Computergrafiken unterscheiden sich oft vom Gebiet von Visualisierung, obwohl die beiden Felder viele Ähnlichkeiten haben.

Anwendungen

Computergrafiken können in den folgenden Bereichen verwendet werden:

• Computerbiologie
• Computerfotografie
• Computerphysik
• Computergestütztes Design
• Computersimulation
• Entwurf
• Digitale Kunst
• Ausbildung
• Grafikdesign
• Infografiken
• Informationsvisualisierung
• Rationales Drogendesign
• Wissenschaftliche Visualisierung
• Spezialeffekte zum Kino
• Videospiele
• Virtuelle Realität
• Web-Design

Siehe auch

• Computerdarstellung von Oberflächen
• Glossar von Computergrafiken

Anmerkungen

Verweise

Weitere Lektüre

• L. Ammereraal und K. Zhang (2007). Computergrafik für Java -Programmierer, Zweite Ausgabe, John-Wiley & Sons, ISBN978-0-470-03160-5.
• David Rogers (1998). Verfahrenselemente für Computergrafiken. McGraw-Hill.
• James D. Foley, Andries Van Dam, Steven K. Feiner und John F. Hughes (1995). Computergrafik: Prinzipien und Praxis. Addison-Wesley.
• Donald Hearn und M. Pauline Baker (1994). Computergrafik. Prentice-Hall.
• Francis S. Hill (2001). Computergrafik. Prentice Hall.
• John Lewell (1985). Computergrafik: Eine Übersicht über aktuelle Techniken und Anwendungen. Van Nostrand Reinhold.
• Jeffrey J. McConnell (2006). Computergrafik: Theorie in der Praxis. Jones & Bartlett Publishers.
• R. D. Parslow, R. W. Prowse, Richard Elliot Green (1969). Computergrafik: Techniken und Anwendungen.
• Peter Shirley und andere. (2005). Grundlagen der Computergrafik. A.k. Peters, Ltd.
• M. Slater, A. Steed, Y. Chrysantho (2002). Computergrafik und virtuelle Umgebungen: vom Realismus bis zur Echtzeit. Addison-Wesley.
• Wolfgang Höhl (2008): Interaktive Umgebungen mit Open-Source-Software, Springer Wien New York, ISBN3-211-79169-8

Externe Links

• Eine kritische Geschichte von Computergrafiken und Animation
• Geschichte der Computergrafik Reihe von Artikeln
• Computergrafikforschung an der UC Berkeley
• Thomas Dreher: Geschichte der Computerkunst, Kap. IV.2 Computeranimation
• Geschichte der Computergrafik auf RUS