Computergrafik (Informatik)

Eine moderne Darstellung der Utah -Teekanne, ein ikonisches Modell in 3D -Computergrafiken, die 1975 von Martin Newell erstellt wurden.

Computergrafik ist ein Unterfeld der Informatik, das Methoden zum digital synthetisierenden und manipulierenden visuellen Inhalt studiert. Obwohl sich der Begriff häufig auf die Untersuchung von dreidimensionalen Computergrafiken bezieht, umfasst er auch zweidimensionale Grafiken und Bildverarbeitung. Die Personen, die als professionelle Designer für Computergrafiken dienen, werden als "Grafikprogrammierer" bezeichnet, die häufig Computerprogrammierer mit Fähigkeiten im Computergrafikdesign sind. [1]

Überblick

Computergrafik untersucht die anästhetische 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.

Verbindliche Studien umfassen:

Zu den Anwendungen von Computergrafiken gehören:

Geschichte

Es gibt mehrere internationale Konferenzen und Zeitschriften, in denen die wichtigsten Ergebnisse in Computergrafiken veröffentlicht werden. Unter ihnen sind die Siggraph und Eurographie Konferenzen und die Verband für Rechenmaschinen (ACM) Transaktionen im Graphics Journal. Die gemeinsamen Eurographie und ACM Siggraph Die Symposium-Serie bietet die wichtigsten Veranstaltungsorte für die spezialisierteren Unterfelder: Symposium on Geometrieverarbeitung,[2] Symposium über Rendering, Symposium über Computeranimation,[3] und Hochleistungsgrafiken.[4]

Wie im Rest der Informatik sind Konferenzpublikationen in Computergrafiken im Allgemeinen wichtiger als Journal Publications (und haben anschließend niedrigere Akzeptanzraten).[5][6][7][8]

Unterfelder

Eine breite Klassifizierung der wichtigsten Unterfelder in Computergrafiken könnte sein:

  1. Geometrie: Möglichkeiten zur Darstellung und Verarbeitung von Oberflächen
  2. Animation: Möglichkeiten zur Darstellung und Manipulation der Bewegung
  3. Rendering: Algorithmen Lichttransport reproduzieren
  4. Bildgebung: Bildaufnahme oder Bildbearbeitung

Geometrie

Aufeinanderfolgende Näherungen einer Oberfläche, die mit Quadric -Fehlermetriken berechnet wurde, berechnet

Das Unterfeld der Geometrie untersucht die Darstellung von dreidimensionalen Objekten in einer diskreten digitalen Einstellung. Weil das Auftreten eines Objekts weitgehend von seinem Äußeren abhängt, Grenzdarstellungen am häufigsten verwendet werden. Zweidimensional Oberflächen sind eine gute Darstellung für die meisten Objekte, obwohl sie möglicherweise nicht sein könnenvielfältig. Da Oberflächen nicht endlich sind, werden diskrete digitale Näherungen verwendet. Polygonale Maschen (und in geringerem Maße Unterteilungsflächen) sind bei weitem die häufigste Repräsentation, obwohl punktuelle Darstellungen in letzter Zeit populärer geworden sind (siehe zum Beispiel das Symposium in punktbasierten Grafiken).[9] Diese Darstellungen sind Lagrange, Dies bedeutet, dass die räumlichen Stellen der Proben unabhängig sind. In letzter Zeit, Eulerian Oberflächenbeschreibungen (d. H. Wo räumliche Proben festgelegt sind) wie z. Level -Sets wurden zu einer nützlichen Darstellung für die Verformung von Oberflächen entwickelt, die viele topologische Veränderungen unterziehen (mit Flüssigkeiten das bemerkenswerteste Beispiel sein).[10]

Zu den Geometrie -Teilfeldern gehören:

  • Implizite Oberfläche Modellierung - ein älteres Unterfeld, das die Verwendung von algebraischen Oberflächen untersucht, Konstruktive feste Geometrieusw. für die Oberflächenrepräsentation.
  • Digitale Geometrieverarbeitung - Oberflächenrekonstruktion, Vereinfachung, Verkleidung, Maschenreparatur, Parametrisierung, Remeshing, Netzgeneration, Oberflächenkomprimierung und Oberflächenbearbeitung, fallen alle unter diese Überschrift.[11][12][13]
  • Diskrete Differentialgeometrie - Ein entstehendes Feld, das geometrische Mengen für die in Computergrafiken verwendeten diskreten Oberflächen definiert.[14]
  • Punktbasierte Grafiken-Ein aktuelles Feld, das sich auf Punkte als grundlegende Darstellung von Oberflächen konzentriert.
  • Unterteilungsflächen
  • Out-of-Core-Netzverarbeitung-Ein weiteres aktuelles Feld, das sich auf Netzdatensätze konzentriert, die nicht in den Hauptspeicher passen.

Animation

Das Unterfeld der Animation untersucht Beschreibungen für Oberflächen (und andere Phänomene), die sich im Laufe der Zeit bewegen oder verformen. Historisch gesehen haben sich die meisten Arbeiten in diesem Bereich auf parametrische und datengesteuerte Modelle konzentriert, aber in letzter Zeit jedoch in letzter Zeit Physikalische Simulation ist populärer geworden, da Computer rechnerisch stärker geworden sind.

Animationsunterfelder umfassen:

Rendering

Indirekte diffuse Streuung simuliert unter Verwendung Pfadverfolgung und Bestrahlung zwischengespeichert.

Das Rendering erzeugt Bilder aus einem Modell. Rendering kann simulieren Lichttransport Um realistische Bilder zu erstellen, oder es kann Bilder erstellen, die einen bestimmten künstlerischen Stil haben Nicht-photorealistischer Rendering. Die beiden grundlegenden Operationen im realistischen Rendering sind Transport (wie viel Licht von einem Ort zum anderen übergeht) und Streuung (wie Oberflächen mit Licht interagieren). Sehen Rendering (Computergrafik) für mehr Informationen.

Zu den Darstellungsunterflüssen gehören:

  • Transport beschreibt, wie die Beleuchtung in einer Szene von einem Ort zum anderen wird. Sichtweite ist ein Hauptbestandteil des Lichttransports.
  • Streuung: Modelle von Streuung (Wie Licht mit der Oberfläche interagiert an einem bestimmten Punkt) und Schattierung (Wie die Materialeigenschaften über die Oberfläche variieren) werden verwendet, um das Erscheinungsbild einer Oberfläche zu beschreiben. In der Grafik werden diese Probleme häufig im Rahmen des Renders untersucht, da sie das Design von erheblich beeinflussen können Algorithmen rendern. Beschreibungen der Streuung werden normalerweise in Bezug auf a angegeben Bidirektionale Streuverteilungsfunktion (BSDF). Das letztere Problem befasst sich mit der Verteilung verschiedener Streutypen über die Oberfläche (d. H. Welche Streufunktion gilt wo). Beschreibungen dieser Art werden normalerweise mit einem Programm namens a ausgedrückt Shader. (Beachten Sie, dass es einige Verwirrung gibt, da das Wort "Shader" manchmal für Programme verwendet wird, die lokal beschreiben geometrisch Variation.)
  • Nicht-photorealistischer Rendering
  • Physisch basiertes Rendering - Bedenken Sie, Bilder nach den Gesetzen von zu generieren Geometrische Optik
  • Echtzeit-Rendering - konzentriert sich auf das Rendern für interaktive Anwendungen, in der Regel mit speziellen Hardware wie GPUS
  • Relighting -Der jüngste Bereich, der sich mit schnell neuem Rendern Szenen befasst

Bemerkenswerte Forscher

Anwendungen für ihre Verwendung

Bitmap -Design / Bildbearbeitung

Vektorzeichnung

Die Architektur

Videobearbeitung

Bildhauerung, Animation und 3D -Modellierung

Digitale Komposition

Rendering

Andere Anwendungsbeispiele

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Aufstrebende Karriere im Computergrafikprogramm? Kennen Sie die Grundlagen jetzt". Washington Independent. Abgerufen 12. Februar, 2022.
  2. ^ "GeometryProcessing.org". GeometryProcessing.org. Abgerufen 2014-05-01.
  3. ^ [1] Archiviert 14. März 2007 bei der Wayback -Maschine
  4. ^ "Hochleistungsgrafiken". Highperformancegraphics.org.
  5. ^ "Best Practices Memo". Cra.org. Archiviert von das Original Am 2014-05-02. Abgerufen 2014-05-01.
  6. ^ "Auswahl eines Veranstaltungsortes: Konferenz oder Journal?". People.csail.mit.edu. Abgerufen 2014-05-01.
  7. ^ "Grafik/Vision Publications Akzeptanzraten Statistiken". vrlab.epfl.ch. Abgerufen 2014-05-01.
  8. ^ Eine umfangreiche Geschichte von Computergrafiken finden Sie unter diese Seite Archiviert 5. April 2007 bei der Wayback -Maschine.
  9. ^ "Punktbasierte Grafik 2007 - PBG07". Graphics.ethz.ch. Abgerufen 2014-05-01.
  10. ^ "Ron Fedkiw". Graphics.stanford.edu. Abgerufen 2014-05-01.
  11. ^ [2] Archiviert 14. Februar 2007 bei der Wayback -Maschine
  12. ^ CS 598: Verarbeitung digitaler Geometrie (Herbst 2004) Archiviert 2004-10-25 at Archive.Today
  13. ^ "Digitale Geometrieverarbeitung". cs.ubc.ca. Abgerufen 2014-05-01.
  14. ^ "Diskrete Differentialgeometrie". ddg.cs.columbia.edu. Abgerufen 2014-05-01.

Weitere Lektüre

Externe Links

Industrie

Industrial Labs, die "Blue Sky" Grafikforschung durchführen, umfassen:

Zu den wichtigsten Filmstudios für die Grafikforschung gehören: