Počítačová grafika

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Počítačová grafika je obor informatiky, který používá počítače na syntetické vytváření umělých snímků (tzv. rendering) a také na úpravu zobrazitelných a prostorových informací, nasnímaných z reálného světa (například digitální fotografie a jejich úprava).

Tento obor můžeme dělit na několik oblastí: 3D rendering v reálném čase (často využívaný v počítačových hrách), počítačová animace, video, střih speciálních efektů (často využívané ve filmu a televizi), editování obrázků a modelování (často pro inženýrské nebo lékařské účely). Zpočátku se počítačová grafika rozvíjela kvůli akademickým zájmům podporovaným vládou a armádou, později však začala pronikat do filmu a televize, kde se osvědčila jako konkurenceschopná náhrada za tradiční speciální efekty a animační techniky, takže i komerční firmy začali přispívat k vývoji v tomto poli.

Za první film, kde se počítačová grafika poprvé objevila, se považuje 2001: Vesmírná odysea, který se snažil naznačit budoucnost grafických počítačů, nicméně všechny efekty s „počítačovou grafikou“ byly tomto filmu namalované ručně a speciální efekty se vyráběly tradiční technikou s modely.

Obsah

[editovat] 2D počítačová grafika

Použití obrazovek CRT považujeme za první pokrok v počítačové grafice vůbec. Jsou dva základní možné přístupy ke 2D grafice: vektorová a rastrová grafika. Vektorová grafika ukládá přesná geometrická data, topologii a styl, například souřadnice bodů, propojení mezi body, které tvoří úsečky, a vybarvení, tloušťku a možné vyplnění tvarů. Většina vektorových grafických systémů umožňuje použít další standardní tvary jako kružnice, čtverce, atd. Ve většině případů je zapotřebí vektorový obraz převést na rastrový obraz, aby jej bylo možné zobrazit. Rastrová grafika je pravidelná síť pixelů, organizovaná jako dvourozměrná matice bodů. Každý pixel nese specifické informace, například o jasu, barvě, průhlednosti bodu, nebo kombinaci těchto hodnot. Obrázek v rastrové grafice má omezené rozlišení, které se udává počtem řádek a sloupců. Standardní monitory zobrazují rastrový obraz s rozlišením velikosti například 1280x1024 pixelů (tato hodnota udává počet sloupců krát počet řádek pixelů). Dnes se často kombinuje rastrová a vektorová grafika v souborových formátech jako PDF či SWF.

[editovat] 3D počítačová grafika

Se zrodem pracovních stanic jako LISP machine, Quantel paintbox a Silicon Graphics přišla 3D počítačová grafika založená na vektorové grafice. Namísto toho, aby počítač ukládal informace o bodech, čarách a křivkách na dvojrozměrné ploše, ukládá počítač pozici bodů, úseček, a ploch v trojrozměrném prostoru.

Polygony v trojrozměrném kartézském souřadnicovém systému jsou základní prvky téměř všech 3D systémů (zvaných engine). Každé zobrazované těleso v takovém systémů se skládá z polygonů. Proto většina z nich ukládá body (což jsou souřadnice v 3D prostoru), úsečky (které tyto body propojují), plošky mezi těmito úsečkami a sekvence plošek, které dohromady tvoří 3D polygon. Dále se pro zobrazení tyto tvary stínují, texturují a rasterizují.

[editovat] 3D Programy

Mezi nejznámější a nejpoužívanější program patří 3D Studio Max. Mezi dále hojně používané programy patří Maya, Lightwave, Cinema 4D, Poser a Bryce. Tyto programy jsou však komerční a jejich ceny se pohybují v rozmezí několika desítek tisíc. Ale najít můžeme i programy zdarma, které svými možnostmi se také řadí mezi špičku programů, např [Blender].

  • 3D Studio Max:

Profesionální program pro tvorbu 3D grafiky. Tento software zahrnuje snad všechny nástroje pro modelování, práci s materiály, světly a animacemi. Modelování - kroužení tvaru kolem osy (sklenička), táhnutí tvaru po dráze (ucho hrnečku), kroucení, ohýbání a deformování, zaoblení objektu, vyřezávání jednoho útvaru do druhého, jejich průnik, sjednocení, velmi důležité je také modelování pomocí meshe (síť vrcholů) - práce s vrcholy, stěnami a hranami objektu (můžete tak z jednoho kvádru vytvořit celé letadlo). Materiály - kromě barev se můžou přiřazovat i textury - ať již předinstalované nebo vlastní, v materiálovém editoru si můžete vytvořit prakticky jakýkoliv povrch. S tímto programem byly vytvořeny nejrůznější filmy a hry. Např. Městečko South Park, Město andělů, Godzilla, The Craft, Simpsnovi, Tomb Rider, Need for Speed, Ray Man, Splinter Cell, Prince of Persia, Battlefield, atd.

Špičkový modelovací a animační systém Maya firmy Autodesk (dříve Alias), ve kterém vznikají filmové efekty i realisticky vyhlížející obrazy.

3D grafický program pro tvorbu úžasných scén. Podporuje vše, co má profesionální 3D program mít. Podporuje práci s globálním osvětlením, průchodem světla různými materiály, všechny nástroje pro modelování přesných tvarů, efekty exploze, … Verzi 6 lze sehnat zdarma.

[editovat] Stínování

Při procesu stínování v 3D grafice (anglicky zvané shading) počítač vypočítává, jak budou plošky polygonů vypadat osvětlené virtuálním zdrojem světla. Přesný výpočet se liší nejen v závislosti na dostupných datech o stínovaných ploškách, ale také na použité stínovací technice.

  • Flat shading: Tato technika stínuje každý polygon zobrazovaného objektu v závislosti na intenzitě světelného zdroje a směru, kterým ukazuje normála polygonu.
  • Gouraud shading: Technika vynalezená Henrim Gouraudem v roce 1971 simuluje hladce stínované povrchy interpolováním barvy vertexu podél povrchu polygonu, je velmi rychlá a úsporná.
  • Phong shading: Technika vynalezená Buiem Tuongem Phongem napodobuje osvětlení oblých povrchů interpolováním směru normály vertexu podél povrchu polygonu s nastavitelnou velikostí odrazivosti (lesklosti) materiálu.
  • Texturování: Tato technika simuluje detaily na povrchu polygonu mapováním obrázků zvaných textura.
  • Bump mapping: Technika vynalezená Jimem Blinnem moduluje normálu tělesa, čímž simuluje vlnitě nebo vrásčité povrchy.
  • Ray Tracing: Metoda založená na fyzikálních principech geometrické optiky může simulovat více odrazů a průhlednost.
  • Radiosita: Technika pro globální osvětlení využívající teorii o vyzařování k simulování nepřímého (odraženého) osvětlení ve scéně s matnými povrchy.
  • Blob: Technika pro reprezentaci tvarů, které nejsou zadané svým povrchem, obvykle implementovaná jako ekvipotenciála v chemii, viz Van der Waalsova rovnice.

[editovat] Texturování

Ve vyspělejším softwaru může být povrch polygonu (tedy sekvence plošek) popsán nejen barvou, ale také rastrovým obrázkem. Takový obrázek, který je umístěn na sekvenci plošek, se nazývá textura.

Textura přidává nový stupeň přizpůsobení, jak budou plošky a polygony po stínování nakonec vypadat. To závislosti na stínovací metodě a způsobu interpretování obrázku během stínování.

[editovat] Příbuzná témata

Několik důležitých témat v 2D a 3D grafice:

[editovat] Toolkity a API

[editovat] Podívejte se také na

[editovat] Externí odkazy

  • kniha: Žára: Moderní počítačová grafika, Grada