Grafika kompjuterike

Grafika kompjuterike është një nënfushë e shkencës kompjuterike e cila studion metodat për sintetizimin dhe manipulimin dixhital të përmbajtjes vizuale përmes kompjuterëve. Edhe pse termi shpesh i referohet studimit të grafikës kompjuterike tre-dimensionale, ai gjithashtu përfshin grafikën dydimensionale dhe përpunimin e imazhit. Kjo teknologji është themelore në fotografim dixhital, në film, video lojëra, art dixhital, në paraqitjen e imazheve në telefona celularë dhe kompjuterë, dhe shumë përdorime të tjera. Shumë pajisje softuerike dhe harduerike janë zhvilluar për këtë fushë. Si fushë është e madhe në masë dhe e zhvilluar nga fundi i shekullit XX. Fraza u shpik në vitin 1960 nga hulumtuesit Verne Hudson dhe William Fetter të kompanisë Boeing. Shpeshherë përdoret termi në anglisht computer graphics (CG), ose edhe më shpesh në kontekstin e filmit si grafika të sintetizuara me kompjuter (computer generated imagery; CGI).^[1]

Përmbledhje

Grafika kompjuterike studion manipulimin e informacionit vizual dhe gjeometrik duke përdorur teknika llogaritëse. Ai fokusohet në bazat matematikore dhe llogaritëse të gjenerimit dhe përpunimit të imazhit dhe jo në çështje thjesht estetike. Grafika kompjuterike shpesh diferencohet nga fusha e vizualizimit, megjithëse të dy fushat kanë shumë ngjashmëri.

Studimet e ndërlidhura përfshijnë:

Matematikë e aplikuar
Gjeometria llogaritëse
Topologji kompjuterike
Vizioni kompjuterik
Përpunimi i imazhit
Vizualizimi i informacionit
Vizualizimi shkencor

Aplikimet e grafikës kompjuterike përfshijnë:

Dizajni i printimit
Art dixhital
Efektet speciale
Video lojëra
Efektet vizuale

Historia

Ka disa konferenca dhe revista ndërkombëtare ku publikohen rezultatet më domethënëse në grafikën kompjuterike.Midis tyre janë konferencat SIGGRAPH dhe Eurographics dhe Shoqata për Transaksionet e Makinerisë Kompjuterike (ACM) në revistën Grafike. Seria e përbashkët e simpoziumeve Eurographics dhe ACM SIGGRAPH përmban vendet kryesore për nën-fushat më të specializuara:Simpoziumi mbi Përpunimin e Gjeometrisë,^[2] Simpoziumi mbi Renderimin, Simpoziumi mbi Animacionin Kompjuterik, dhe Grafika me Performancë të Lartë.^[3]

Ashtu si në pjesën tjetër të shkencës kompjuterike, publikimet e konferencave në grafikë kompjuterike janë përgjithësisht më domethënëse se botimet e revistave (dhe më pas kanë norma më të ulëta pranimi).^[4] ^[5] ^[6]

Nënfushat

Një klasifikim i gjerë i nënfushave kryesore në grafikën kompjuterike mund të jetë:

Gjeometria: mënyra për të paraqitur dhe përpunuar sipërfaqet
Animacion: mënyra për të përfaqësuar dhe manipuluar lëvizjen
Pasqyrimi: algoritme për të riprodhuar transportin e dritës
Imazhe: marrja e imazhit ose redaktimi i imazhit

Gjeometria

Nënfusha e gjeometrisë studion paraqitjen e objekteve tredimensionale në një mjedis dixhital diskret. Për shkak se pamja e një objekti varet kryesisht nga pamja e jashtme e tij, përfaqësimet kufitare përdoren më së shpeshti. Sipërfaqet dydimensionale janë një paraqitje e mirë për shumicën e objekteve, megjithëse ato mund të jenë jo të shumëfishta . Meqenëse sipërfaqet nuk janë të fundme, përdoren përafrime dixhitale diskrete. Rrjetat poligonale (dhe në një masë më të vogël sipërfaqet e nënndarjes ) janë përfaqësimi më i zakonshëm, megjithëse paraqitjet e bazuara në pikë janë bërë më të njohura kohët e fundit (shih për shembull Simpoziumin mbi Grafikat e Bazuara në Pika).^[7] Këto paraqitje janë Lagranzhiane, që do të thotë se vendndodhjet hapësinore të mostrave janë të pavarura. Kohët e fundit, përshkrimet e sipërfaqes Eulerian (dmth. ku mostrat hapësinore janë të fiksuara) të tilla si grupet e niveleve janë zhvilluar në një paraqitje të dobishme për sipërfaqet deformuese të cilat pësojnë shumë ndryshime topologjike (me lëngjet që janë shembulli më i dukshëm).^[8]

Nënfushat e gjeometrisë përfshijnë:

Modelimi i nënkuptuar i sipërfaqes - një nënfushë më e vjetër e cila shqyrton përdorimin e sipërfaqeve algjebrike, gjeometrinë konstruktive të ngurtë, etj., për paraqitjen e sipërfaqes.
Përpunimi i gjeometrisë dixhitale – rindërtimi i sipërfaqes, thjeshtëzimi, rregullimi, riparimi i rrjetës, parametrizimi, rimeshimi, gjenerimi i rrjetës, kompresimi i sipërfaqes dhe redaktimi i sipërfaqes, të gjitha i përkasin këtij titulli.^[9]
Gjeometria diferenciale diskrete – një fushë e sapolindur e cila përcakton sasitë gjeometrike për sipërfaqet diskrete të përdorura në grafikën kompjuterike.^[10]
Grafika e bazuar në pika – një fushë e kohëve të fundit e cila fokusohet në pikat si paraqitje themelore e sipërfaqeve.
Sipërfaqet e nënndarjes
Përpunimi i rrjetës jashtë bërthamës – një fushë tjetër e fundit e cila fokusohet në grupet e të dhënave rrjetë që nuk përshtaten në memorien kryesore.

Animacioni

Nënfusha e animacionit studion përshkrimet për sipërfaqet (dhe fenomenet e tjera) që lëvizin ose deformohen me kalimin e kohës. Historikisht, pjesa më e madhe e punës në këtë fushë është përqendruar në modelet parametrike dhe të drejtuara nga të dhënat, por kohët e fundit simulimi fizik është bërë më i popullarizuar pasi kompjuterët janë bërë më të fuqishëm nga ana llogaritëse.

Nënfushat e animacionit përfshijnë:

Kapja e performancës
Animacion i personazheve
Simulimi fizik (p.sh. modelimi i rrobave, animimi i dinamikës së lëngjeve, etj.)

Pasqyrimi gjeneron imazhe nga një model. Pasqyrimi mund të simulojë transportin e dritës për të krijuar imazhe realiste ose mund të krijojë imazhe që kanë një stil të veçantë artistik në interpretimin jo-fotorealist . Dy operacionet bazë në paraqitjen realiste janë transporti (sa dritë kalon nga një vend në tjetrin) dhe shpërndarja (si sipërfaqet ndërveprojnë me dritën). Shikoni Rendering (grafika kompjuterike) për më shumë informacion.

Transporti përshkruan se si ndriçimi në një skenë kalon nga një vend në tjetrin. Dukshmëria është një komponent kryesor i transportit të lehtë.
Shpërndarja: Modelet e shpërndarjes (si ndërvepron drita me sipërfaqen në një pikë të caktuar ) dhe hijezimit (si ndryshojnë vetitë e materialit në të gjithë sipërfaqen) përdoren për të përshkruar pamjen e një sipërfaqeje. Në grafikë, këto probleme shpesh studiohen brenda kontekstit të renderimit pasi ato mund të ndikojnë ndjeshëm në hartimin e algoritmeve të renderimit . Përshkrimet e shpërndarjes zakonisht jepen në terma të një funksioni të shpërndarjes dydrejtimëshe (BSDF). Çështja e fundit trajton mënyrën se si shpërndahen lloje të ndryshme të shpërndarjes në të gjithë sipërfaqen (dmth. cili funksion shpërndarjeje ku zbatohet). Përshkrimet e këtij lloji zakonisht shprehen me një program të quajtur shader . (Ka njëfarë konfuzioni pasi fjala "shader" përdoret ndonjëherë për programet që përshkruajnë variacionin gjeometrik lokal.)
Paraqitje jo-fotorealiste
Pasqyrimi i bazuar fizikisht – ka të bëjë me gjenerimin e imazheve sipas ligjeve të optikës gjeometrike
Paraqitja në kohë reale – fokusohet në paraqitjen për aplikacione interaktive, zakonisht duke përdorur pajisje të specializuara si GPU
Rindriçimi - zona e fundit e lidhur me skenat e rindërtimit të shpejtë

Studiues të shquar

Arthur Appel
James Arvo
Brian A. Barsky
Jim Blinn
Jack E. Bresenham
Loren Carpenter
Edwin Catmull
James H. Clark
Robert L. Cook
Franklin C. Crow
Paul Debevec
David C. Evans
Ron Fedkiw
Steven K. Feiner
James D. Foley
David Forsyth
Henry Fuchs
Andrew Glassner
Henri Gouraud (computer scientist)
Donald P. Greenberg
Eric Haines
R. A. Hall
Pat Hanrahan
John Hughes
Jim Kajiya
Takeo Kanade
Kenneth Knowlton
Marc Levoy
Martin Newell (computer scientist)
James O'Brien
Ken Perlin
Matt Pharr
Bui Tuong Phong
Przemyslaw Prusinkiewicz
William Reeves
David F. Rogers
Holly Rushmeier
Peter Shirley
James Sethian
Ivan Sutherland
Demetri Terzopoulos
Kenneth Torrance
Greg Turk
Andries van Dam
Henrik Wann Jensen
Gregory Ward
John Warnock
J. Turner Whitted
Lance Williams

Aplikimet për përdorimin e tyre

Dizajn Bitmap / Redaktim Imazhi

Adobe Photoshop
Corel Photo-Paint
GIMP
Krita

Vizatim vektorial

Adobe Illustrator
CorelDRAW
Inkscape
Dizajnues i afinitetit
Skicë

Arkitekturë

VariCAD
FreeCAD
AutoCAD
QCAD
LibreCAD
DataCAD
Dizajner Corel

Redaktimi i videos

Adobe Premiere Pro
Sony Vegas
Prerja përfundimtare
DaVinci Resolve
Cinelerra
VirtualDub

Skulpturë, Animacion dhe Modelim 3D

Blender 3D
Krahët 3D
ZBrush
Skulptris
SolidWorks
Rhino3D
SketchUp
3ds Max
Kinema 4D
Maya
Houdini

Përbërja dixhitale

Nuke
Fusion Blackmagic
Adobe After Effects
Natron

Pasqyrimi

V-Ray
RedShift
RenderMan
Render oktani
Mantra
Lumion (Vizualizim arkitekturor)

Shembuj të tjerë të aplikacioneve

ACIS - bërthama gjeometrike
Autodesk Softimage
POV-Ray
Scribus
Silo
Gjashtëkëndësh
Vala e dritës

Referime

^ "ACM Computing Classification System ToC". Association for Computing Machinery (në anglisht). 21 shtator 2016. Arkivuar nga origjinali më 28 korrik 2020. Marrë më 28 prill 2020.
^ "geometryprocessing.org". geometryprocessing.org. Marrë më 2014-05-01.
^ "High Performance Graphics". highperformancegraphics.org.
^ "Best Practices Memo". Cra.org. Arkivuar nga origjinali më 2014-05-02. Marrë më 2014-05-01.
^ "Choosing a venue: conference or journal?". People.csail.mit.edu. Marrë më 2014-05-01.
^ "Graphics/vision publications acceptance rates statistics". vrlab.epfl.ch. Marrë më 2014-05-01.
^ "Point Based Graphics 2007 - PBG07". Graphics.ethz.ch. Marrë më 2014-05-01.
^ "Ron Fedkiw". graphics.stanford.edu. Marrë më 2014-05-01.
^ "Digital Geometry Processing". cs.ubc.ca. Marrë më 2014-05-01.
^ "Discrete Differential Geometry". ddg.cs.columbia.edu. Marrë më 2014-05-01.

Lexim të mëtejshëm

James D. Foley, Andries Van Dam, Steven K. Feiner dhe John F. Hughes (1995). Computer Graphics: Principles and Practice. Addison-Wesley.
Peter Shirley e të tjerë. (2005). Fundamentals of computer graphics. A.K. Peters, Ltd.
vat. Grafika Kompjuterike 3D.

Lidhje të jashtme

Commons: Grafika kompjuterike – Album me fotografi dhe/apo video dhe materiale multimediale

Industria

Laboratorët industrialë që bëjnë kërkime grafike "qielli blu" përfshijnë:

Studiot kryesore të filmit të shquara për kërkime grafike përfshijnë:

[1] "ACM Computing Classification System ToC". Association for Computing Machinery (në anglisht). 21 shtator 2016. Arkivuar nga origjinali më 28 korrik 2020. Marrë më 28 prill 2020.

[2] "geometryprocessing.org". geometryprocessing.org. Marrë më 2014-05-01.

[3] "High Performance Graphics". highperformancegraphics.org.

[cra_memo-4] "Best Practices Memo". Cra.org. Arkivuar nga origjinali më 2014-05-02. Marrë më 2014-05-01.

[ernst_note-5] "Choosing a venue: conference or journal?". People.csail.mit.edu. Marrë më 2014-05-01.

[graphics_acceptance_rates-6] "Graphics/vision publications acceptance rates statistics". vrlab.epfl.ch. Marrë më 2014-05-01.

[7] "Point Based Graphics 2007 - PBG07". Graphics.ethz.ch. Marrë më 2014-05-01.

[stanford_fedkiw-8] "Ron Fedkiw". graphics.stanford.edu. Marrë më 2014-05-01.

[ubc_sheffa_dgp-9] "Digital Geometry Processing". cs.ubc.ca. Marrë më 2014-05-01.

[columbia_ddg-10] "Discrete Differential Geometry". ddg.cs.columbia.edu. Marrë më 2014-05-01.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]