Wprowadzenie do grafiki komputerowej

Wprowadzenie do grafiki

komputerowej

W. Alda

Co to jest grafika komputerowa?

Intuicyjnie każdy wie… bo wszyscy spotykamy się z

grafiką komputerową

Zwykle pod pojęciem grafiki komputerowej rozumiemy

(komputerowe) tworzenie modeli geometrycznych i

obrazów, przechowywanie ich i manipulowanie nimi.

Modele geometryczne tworzą struktury pochodzące z

wielu różnych źródeł: fizycznych, biologicznych,

matematycznych, artystycznych i konceptualnych

(wymyślonych).

Dwa filary grafiki komputerowej 1/2

Tworzenie, modelowanie obiektów – przecież coś trzeba

na ekranie pokazać.

Obiekty możemy modelować ”ręcznie” lub za pomocą

jednej z wielu dostępnych aplikacji

Dwa filary grafiki komputerowej 2/2

Graficzne przedstawienie obiektów na ekranie

(renderowanie)

Można nawet mówić o trzech filarach

Modeling Animation Rendering

Trzy poziomy grafiki komputerowej

1. Podstawy matematyczne i fizyczne (transformacje,

oświetlenie), Podstawowe algorytmy.

2. Biblioteki graficzne:

• Direct3D – tylko środowisko Windows, chętnie używana

w grach,

• OpenGL i biblioteki pochodne: OpenGL ES (systemy

wbudowane, urządzenia mobilne), JOGL (Java), WebGL

(grafika 3D w przeglądarkach) + biblioteki pomocnicze (np.

Three.js)

3. Aplikacje – do modelowania, renderowana i animacji

(np. Blender, 3ds Max, Maya, Cinema 4D, Houdini,

…)

Od czego powinniśmy zacząć…

Od modelowania kształtów?

Od renderowania?

… wiele zależy od użytych narzędzi

Dygresja na margnesie

Kto wymyślił grafikę komputerową?

…tego oczywiście nie wiadomo, ale …

… za twórcę terminu Computer Graphics uważany jest

William Fetter (ok. 1960),

który był projektantem-artystą (nie informatykiem) i

przez pewien czas zajmował się ergonomią kokpitów u

Boeinga.

Klasyfikacje i podziały grafiki komputerowej

Grafika interaktywna i nieinteraktywna

Grafika 2D i 3D

Grafika rastrowa i wektorowa

Grafika komputerowa w pigułce

Zacznijmy od tego co widać na ekranie

Grafika rastrowa 2D

Georges Seurat

Spektrum fal elektromagnetycznych

Promieniowanie gamma

~ 10-12 m Fale radiowe (długie)‏

~104 m

Doświadczenie Younga

Idea oświetlenia

Percepcja koloru: metameryzm

Obiekty rastrowe

Obiekty rastrowe: przygotowanie szeregu

obrazków do animacji

Reprezentacja piksela na ekranie (typowa)

R G B R G B

8 8 8

28 28 28 224 16,7 mln

Jakie są zalety i ograniczenia reprezentacji

rastrowej?

Widać na ekranie!

Ograniczona praktycznie do 2D

Wielu programom to wystarczy: MS Paint i inne podobne

Trudności z wyodrębnianiem (i transformowaniem)

obiektów

Co robić gdy potrzebujemy scen 3D?

Grafika wektorowa 3D

Oparta na pojęciach geometrii analitycznej

Układ współrzędnych

Podstawowe elementy geometryczne:

Punkty

Odcinki

Trójkąty

Użyte w obiektach jako: wierzchołki, krawędzie, ściany

Wierzchołki

Podstawą rysowania czegokolwiek są wierzchołki (vertex,

vertices)

Same wierzchołki (rozumiane w tym momencie jako

punkty) mogą służyć do reprezentowania obiektów:

Wierzchołki - siatka

Znacznie wygodniej jest na podstawie wierzchołków

zbudować siatkę trójkątów:

Potok graficzny (Graphics Pipeline)

W największym uproszczeniu obejmuje:

1. Spłaszczenie sceny (rzutowanie)

2. Zamianę na piksele (rasteryzację)

Dokładniej opisanym potokiem graficznym zajmiemy się

później.

Krótka uwaga o rzutowaniu

Prostokątne (ortogonalne)

Perspektywiczne

Szczegółowo omówimy to przy transformacjach

Rasteryzacja – żeby zobaczyć coś na ekranie

Rasteryzacja jest niezwykle ważna, jednak jej algorytmy

są obecne w każdym systemie komputerowym – w

sterownikach graficznych.

Nie będziemy się nimi się teraz zajmować, jednak…

Efekty rasteryzacji: Aliasing i recepta na

niego… Anti-aliasing

Anty-aliasing

Uwaga filozoficzna. Czy warto studiować

grafikę komputerową?

Co jest sympatycznego w grafice komputerowej?

• od razu widać efekty swojej pracy

• można je pokazać innym

• grafika komputerowa jest interdyscyplinarna, obejmuje m.in.:

matematykę, fizykę, algorytmy, symulację komputerową, sztuczną

inteligencję w grach wideo, architekturę komputerów w

procesorach graficznych i elementy sztuki.

• grafika komputerowa niewątpliwie jest wyzwaniem

poznawczym

Gdzie spotykamy się z GK? Krótki przegląd

zastosowań

•Kinematografia

•Gry

•Symulacje

•CAD-CAM

•Architektura

•Wirtualna rzeczywistość

•Wizualizacja

•Wizualizacja Medyczna

Kolejne slajdy – do indywidualnego

obejrzenia w domu

Kinematografia

Pixar: Potwory i spółka

Square: Final Fantasy

Columbia/Sony: Stuart Malutki

Kinematografia

Kinematografia

Movies: Brave, Pixar 2012

Gry komputerowe – temat rzeka

Symulacje – „powazniejsza” odmiana

gier

Architektura

Aplikacje graficzne – wizualizacja medyczna

Barwna wizualizacja MRI H. Keith Brown, Ph.D.Brenau University

http://www.brenau.edu/

Aplikacje graficzne – wizualizacja naukowa

Dwuwymiarowy opływ kwadratowej przeszkody. Wizualizacja wirowości dla Re=200.

This movie appears courtesy of J. Wissink Department of Mathematics, University of

Groningen.

Aplikacje graficzne – wizualizacja naukowa

Symulacja reakcji chemicznej na poziomie kwantowym.

Lee Bartolotti z North Carolina Supercomputing Center

mailto:[email protected]

http://www.ncsc.org/

Aplikacje graficzne – Computer Aided

Design (CAD)

Aplikacje graficzne – CAD

Aplikacje graficzne - CAD

Różne slajdy do obejrzenia…

Jeszcze o celach grafiki komputerowej…

Jednym z istotnych celów… choć nie jedynym…jest

fotorealizm

Na kolejnych slajdach są pokazane niektóre przykłady z

quizu http://area.autodesk.com/fakeorfoto/

(dość stare, ale jeszcze można je przejrzeć)

http://area.autodesk.com/fakeorfoto/

http://area.autodesk.com/fakeorfoto/

Rzeczywistość czy komputer?

Autodesk quiz: Fake or Foto?

fotografia


komputer


fotografia


komputer


fotografia

Nowa edycja fake or foto


komputer


fotografia


komputer


fotografia

Wprowadzenie do grafiki komputerowej

Documents

Transcript of Wprowadzenie do grafiki komputerowej