Практические работы по теме  "Интерактивная компьютерная графика на персональном компьютере"

Практическая работа №4 «Подборка устройств и технических характеристик ПК для работы с графикой»

Основные сведения о ПК

Персональный компьютер включает следующие основные устройства:

Системный блок, содержащий:

Блок питания.

Материнскую плату.

Процессор, выполняющий управление компьютером и вычисления.

Оперативную память.

Видео карту.

Аудио (звуковую) карту.

Вентиляторы.

Клавиатуру, позволяющую вводить символы в компьютер.

Монитор для изображения текстовой и графической информации.

Накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков (ГМД), используемые для чтения и записи информации на ГМД.

Накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи информации ("винчестер").

Кроме того, к компьютеру могут подключаться:

принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;

графопостроитнль (плоттер);

манипулятор "мышь" - устройство, облегчающее ввод информации

в ПК;

джойстик - манипулятор для игр;

сканер;

контроллеры;

накопитель на оптическом диске (СД-РОМ);

модем;

акустические системы (аудио колонки);

TV-тюнер;

цифровые камеры;

сотовый телефон;

источники бесперебойного питания;

карманные портативные компьютеры (компьютеры типа Palm-Top);

внешние накопители (ZIP).

Функциональные характеристики ПК

Основными функциональными характеристиками ПК являются:

1. Производительность, быстродействие, тактовая частота.

2. Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса.

3. Типы системного и локальных интерфейсов.

4. Емкость оперативной памяти.

5. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.

6. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера).

7. Наличие, виды и емкость кэш-памяти.

8. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

9. Наличие и тип принтера.

10. Наличие и тип накопителя на CD-ROM.

11. Наличие и тип модема.

12. Наличие и виды мультимедийных аудио-видео средств.

13. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.

14. Аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров.

15. Возможность работы в вычислительной сети.

16. Возможность работы в многозадачном режиме.

17. Надежность.

18. Стоимость.

19. Габаритные размеры и вес.

Портативные персональные компьютеры

Периферийное оборудование

Выбор периферийного оборудования является главным для оснащения офиса. К периферийному оборудованию персонального компью­тера относятся клавиатура, монитор, принтер, мышь, стример, графопостроитель.

Устройства ввода

Клавиатура

Основным устройством ввода информации в боль­шинстве ПК и управления его работой является клавиатура. Она предс­тавляет собой матрицу клавиш и элект­ронный блок для преобразования нажатия клавиш в двоичный код. Клавиатура должна быть удобной для длительной работы, располо­жение клавиш должно соответствовать стандартам. Система кодировки определяется Международной органи­зацией по стандартизации ISO (InternationalStandardOiganization), предложившей стандартный код ASCII (AmericanStandardCodeforInformationInterchange), согласно которому каждому изображаемому на экране символу соответствует код от 0 до 255 (латинские буквы» цифры, знаки пунктуации, псевдо­графические символы, типографские знаки). Для изображения букв русского алфавита разработана альтернативная кодировка российского ГОСТа с кодами 128-255. Скорость ввода информации с клавиатуры относительно невелика, что снижает эффективность использования компьютера.

Манипуляторы

К широко расп­ространенным дополнительным устройствам ввода информации относятся манипуляторы. Они повышают удобство работы пользователя с диалоговыми программами, где требуется быстро пе­ремещать курсор по экрану дисплея и выбирать пункты меню, а также выделять фрагменты экрана. Главная функция манипулятора сос­тоит в облегчении перемещения курсора по экрану и отметки при необ­ходимости точки экрана, которая указывается курсором. Основной особенностью работы с ними является обязательное наличие обратной связи с пользователем путем отображения действий, производимых ма­нипулятором на экране дисплея.

Наиболее популярными в настоящее время являются следующие мани­пуляторы: манипулятор типа "мышь"; джойстик; световое перо.

Сканеры

Сканер — это устройство ввода в компьютер информации непосредственно с бу­мажного документа или фото пленки. Сканеры являются важнейшим звеном электронных систем обработки докумен­тов и необходимым элементом любого «электронного офиса». Записывая резуль­таты своей деятельности в файлы и вводя информацию с традиционных носителей в ПК с помощью сканера с системой автоматического распознавания образов, создают систему безбумажного делопроизводства.

Черно-белые сканеры могут считывать штриховые изображения и полутоновые. Штриховые изображения не передают полутона, т.е. уровни серого цвета. По­лутона позволяют распознать и передать 16, 64 или 256 уровней серого. Цветные сканеры работают и с черно-белыми, и с цветными оригиналами. В пер­вом случае они могут использоваться для считывания и штриховых, и полутоно­вых изображений. Число передаваемых цветов колеблется от 256 до 65 536 (стандарт HighColor) и даже до 16,8 млн (стандарт TrueColor). Разрешающая способность сканеров измеряется в количестве различаемых точек на дюйм изображения и составляет от 75 до 1600 dpi (dotperinch).

По конструктивному исполнению сканеры делятся на ручные и настольные. Настольные, в свою очередь, делятся на планшетные, роликовые и проекционные.

Кроме того, существуют слайд-сканеры, считывающие изображение с прозрачных носи­телей.

Основные характеристики сканеров.

1. Оптическое разрешение определяется как количество светочувствительных элементов в сканирующей головке, поделенное на ширину рабочей области. Выражается в точках на дюйм (dotsperinch, dpi). Высокое разрешение необхо­димо, как правило, только для комфортного визуального восприятия. Для нор­мальной работы программ распознавания образов (см. ниже) вполне достаточ­но величины 300 dpi, а для публикации картинок на web-сайтах Интернета и того меньше — 80 dpi.

2. Интерполяционное (программное, логическое) разрешение — произвольно вы­бранное разрешение, для получения которого драйвер сканера рассчитывает недостающие точки.

3. Разрядность (глубина цвета) — определяет степень подробности информации об отсканированной точке изображения. Чем больше разрядов (бит) использу­ется для представления отдельной точки изображения, тем более подробна ин­формация о ней. Так, например, глубине цвета в один бит соответствует два цвета — черный и белый, и, соответственно, точка может быть или черной, или белой. Восьми битам соответствует 256 цветов (как правило, это градации се­рого). Достаточной глубиной цвета является 24 бита, когда на каждый компо­нент цвета — красный, синий, зеленый — отводится 8 бит и, соответственно, 256 градаций. В совокупности это дает 16,7 млн. возможных комбинаций цве­тов. Более тонкие оттенки человеческий глаз не различает.

4. Динамический диапазон сканера характеризует его способность различать близ­лежащие оттенки (прежде всего, это касается темных областей оригинала). Ди­намический диапазон можно определить как разницу между самым светлым оттенком, который сканер отличает от белого, и самым темным, но отличимым от черного.

5. Измеряется динамический диапазон в специальных единицах, именуемых D. Теоретически 24-разрядный сканер может иметь диапазон 2,4 D, а 36-разряд­ный — 3,2 D. Для повседневной работы вполне достаточна величина и 2,4 D и лишь для художественных цветных и полутоновых изображений требуется 3,0 D.

Скорость сканирования может определяться по-разному: и в миллиметрах в се­кунду, и в листах в минуту, но чаще в количестве секунд, затрачиваемых на сканирование одной страницы. Следует иметь в виду, что связь между скорос­тью сканирования и качеством получаемого изображения в большинстве слу­чаев отсутствует. Равно как и связь между скоростью сканирования цветного и черно-белого изображений.

Ручные сканеры.Перемещение по изображе­нию такого сканера выполняется вручную. За один проход вводится лишь небольшое количество строчек изоб­ражения (их захват обычно не превышает 105 мм). Эти сканеры имеют малые габариты и низкую стоимость. Относительно низкую скорость сканирования 5-50 мм в секунду (зависит от разрешающей способности). В офисах они не используются.

Планшетные сканерысамые распространенные. Перемещение относительно оригинала осуществляется автоматически. Позволяют сканировать и листовые, и сброшюрованные (книги) документы. Скорость сканирования: 2-10 с на страницу (формат А4). Наиболее часто используются.

Листовые сканеры(их также называют страничными, протяжными, роликовыми) наиболее автоматизированы; в них оригинал автоматически перемещается отно­сительно неподвижной сканирующей головки, часто имеется автоматическая по­дача документов, но сканируемые документы только листовые. Достоинствами листовых сканеров являются низкая стоимость и более высокое, по сравнению с ручными сканерами, качество получаемого изображения. К недостаткам относятся проблемы выравнивания листов и сложности работы с нестан­дартными листами. Скорость 10 с на страницу.Специально разрабатывались для офисов, но широкого распространения не получили.

Барабанные сканеры. Достоинством барабанного сканера является самое высокое качество получаемо­го изображения, основным недостатком — высокая стоимость.В офисах они не используются.

Проекционные сканеры. Сканер оптичес­ким образом сканирует информационный документ и вводит полученную инфор­мацию в виде файла в память компьютера.В офисах они не используются.

Особую группу составляют слайд-сканеры. Они конструктивно также бывают раз­ные: планшетные, барабанные, проекционные и т. д Прозрачный оригинал пред­ставляет собой пленку с линейным размером стороны прямоугольника от 35 до 300 мм. По характеристикам слайд-сканеры самые качественные: их разрешающая способность обычно лежит в пределах от 2000 до 5000dpi. В офисах они не используются.

Устройства вывода

Дисплеи

Основным устройством вывода является дисп­лей, отображающий текстовую и графическую информацию. В настоящее время использу­ются в основном графические дисплеи. По количеству воспроизводимых цветов различают монохромные (од­ноцветные) или цветные дисплеи, монохромные устройства могут восп­роизводить информацию в одном цвете, возможно с различной яркостью. Прочные позиции завоевывает дисплей на жидких крис­таллах.

Основными техническими характеристиками дисплеев являются:

- разрешающая способность;

- количество воспроизводимых цветов или градаций яркости;

- размер экрана и др.

Для алфавитно-цифровых устройств указывается число символов в строке и строк на экране. Достаточно широко используются дисплеи с числом символов в строке - 25, а строк на экране - 80. Для графических дисплеев указывается количество высвечиваемых точек по горизонтали и по вертикали. Чем большее количество точек содержит точечная матрица, тем выше качество дисплея. Например, выражение "разрешаю­щая способность 640x480" означает, что в данном режиме на экран выводится 640 точек по горизонтали и 480 точек по вертикали. Наиболее популярны сейчас стандарт VGA и его расширения.

Принтеры

Для вывода информации на бумагу используются печатающие уст­ройства или принтеры. Различают устройства с обычной и широкой кареткой. Принтеры с обычной (узкой) кареткой используют бумагу шириной стандартного листа бумаги.

Быстродействующие принте­ры подключаются к ПК через параллельный порт (адаптер типа Centronics, Bitronics) или интерфейс USB. Большинство принтеров для обеспечения быстродействия имеют сервисные устройства:

автоподатчик бумаги;

дополнительные лотки — служат для того, чтобы можно было загружать разные типы бумаги.

Матричные принтеры

Достоинства матричных принтеров: низкая стоимость как самого принтера, так и расходных материалов для него. Недостатки: невысокие качество и скорость печати, а также шум при печати. В настоящее время редко используются в офисах.

Струйные принтеры

Это самые распространенные в настоящее время принтеры. Струйные принтеры в печатающей головке вместо иголок имеют тонкие трубочки — сопла, через кото­рые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки красителя (разрешающая способность до 600-1440 dpi). Основные достоинства струйных принтеров:

высокое качество печати, для принтеров с большим количеством сопел — до 720 х 1440 dpi(у лучших принтеров до 1200 х 2880dpi, величина, характерная для лазерных принтеров);

высокая скорость печати — до 10 ррт;

использование обычной бумаги (плотность от 60 до 135 г/м2);

бесшумность работы.

Основными недостатками струйных принтеров являются:

опасность засыхания чернил внутри сопла, что иногда приводит к необходимо­сти замены печатающей головки;

высокая стоимость расходных материалов, в частности, баллончика для чер­нил, особенно если он объединен с печатающей головкой и заменяется совме­стно с ней (такая конструкция характерна для термоструйных головок).

Термоструйные головки заменяются вместе с картриджем. У принтеров Epson при замене картриджа пьезоструйные головки не меняются, то есть расходные материалы у них обходятся дешевле. Но сами прин­теры стоят дороже, чем HP и Canon.

Лазерные принтеры

Лазерные принтеры обеспечивают наиболее качественную печать с наивысшим разрешением и скоростью. Они произвели настоя­щую революцию в настольном издательском деле, выдавая изображения типографского качества. На принтерах устанавливается память большого объема, для того чтобы не загружать компьютер и хранить задания в своей памяти. Поэтому од­ним из важных параметров лазерного принтера является объем его внутренней оперативной памяти. Для цветных принтеров требуемый объем внутренней памяти возрастает примерно в три раза. Еще больше возрастает объем необходимой памяти при печати полутоновых кар­тинок: в 8 раз для монохромного изображения ив 24 раза — для полноцветного.

Следует также отметить, что встроенные шрифты позволяют генерировать прин­теру растровое представление прямо по мере надобности, и тогда неважно, сколь­ко у принтера внутренней памяти. Помимо модулей оперативной памяти, на некоторых моделях лазерных принтеров устанавливаются и винчестеры.

Последние годы стали выпускать комбинированные принтеры, в которые встроены факс и сканер (напр. MULTIPASS-C80).

Достоинства лазерных принтеров:

высокая скорость печати (от 4 до 40 и выше страниц в минуту);

скорость печати не зависит от разрешения;

высокое качество печати до 2880 dpi(но 700dpiлазерного цветного принтера сравнимо с 1400dpiструйного);

низкая себестоимость копии (на втором месте после матричных принтеров);

бесшумность.

Недостатки лазерных принтеров:

высокая цена цветных принтеров;

большое потребление электроэнергии.

В настоящее время лазерные принтеры наиболее часто используются в офисах.

Основными факторами повышения производительности ПК являются:

1.    Увеличение тактовой частоты.

2.    Увеличение разрядности МП.

3.    Увеличение внутренней частоты МП.

4.    Конвейеризация выполнения операций в МП и наличие кэш-памяти команд.

5.    Увеличение количества регистров МПП.

6.    Наличие и объем кэш-памяти.

7.    Возможность организации виртуальной памяти.

8.    Наличие математического сопроцессора.

9.    Пропускная способность системной шины и локальной шины.

10.    Объем ОЗУ и его быстродействие.

11.    Быстродействие НМД.

12.    Пропускная способность локального дискового интерфейса.

13.    Организация кэширования дисковой памяти.

14.    Объем памяти видеоадаптера и его пропускная способность.

15.    Пропускная способность мультикарты, содержащей адаптеры дисковых ин­терфейсов и поддерживающей последовательные и параллельный порты для подключения принтера, мыши и т. д.

Следует иметь в виду, например, что увеличение оперативной памяти в два раза увеличивает производительность ПК примерно на 75 %, а наличие кэш-памяти ем­костью 256 Кбайт — на 20 %. Важно знать, что производительность современного ПК зависит не только от тактовой частоты, характеристик МП, ОП, НМД и видео­системы, но и существенно связана с используемым интерфейсом.

В соответствии с условиями, при которых осуществляется сборка ПК, принято все ПК разделять на две группы:

ПК группы «brandname», собранные на фирмах-производителях основных бло­ков компьютера (IBM,Compaqи т. д.);

ПК группы «noname» — компьютеры, сборку которых осуществляли из комплектующих не на фирмах-производителях.

ПК brandname имеющие многочисленные сертификаты, стоят значительно дороже, обычных ПК.

Выбор микропроцессора

Микропроцессоры быстро совершенствуются, изменяются и... устаревают. Популярные еще несколько лет назад МП 80486 сейчас уже прак­тически для современных прикладных программ непригодны: многие новые программ­ные продукты и периферийные устройства не совместимы с этим МП. Поэтому желательно выбирать перспективный МП, то есть выбирать МП Pentium II или III, а если по­зволяют финансовые возможности, то и МП Pentium IV.

Системный интерфейс ISA устарел (на современных материнских платах он уже отсутствует); локальный интерфейс PCI в роли шины расширения совместно с интерфейсом AGP — пока приемлемый вариант.

Выбор дискового интерфейса.

Интерфейс IDE (АТА) сегодня устарел, но EIDE (АТА 2) совместно с ATAPI вполне может удовлетво­рить средние потребности, так что интерфейс SCSI выбирать вовсе не обязательно (он более дорогой и рекомендуется для серверов). Желательно иметь периферийный интерфейс USB (имеется на большинстве периферийных устройств и позволяет подключать устройства без перезагрузки Windows), интерфейс IEEE-1394 пока не обязателен (нет достаточного ассортимента устройств его поддерживающих).

Объем основной памяти должен быть не менее 64 Мбайт, а лучше 128 и более, поскольку многие прикладные программы с меньшими объемами ОЗУ просто не работают, а некото­рые работают, но очень медленно. Сегодня наиболее популярна оперативная па­мять типа SDRAM (PC100, РС133), но для системной платы с микропроцессором Pentium 4 следует выбрать память DDK SDRAM или DRDRAM.

Номенклатура устройств внешней памяти:

жесткий диск — необходим обязательно;

НГМД с форм-фактором 3,5" (считается устаревшим);

для компьютера не имеющего подключения к сети необходим и CD-ROM(CD-RW), он поможет существенно сэкономить на емко­сти жесткого диска, тем более что большинство новых программных продуктов выпускаются только наCD.

Для хорошего мультимедийного ПК полезен DVD-ROM (хотя он не очень популярен).

Желательно приобрести модем, что даст возможность приобщиться к системе те­лекоммуникаций. Наиболее попу­лярные модемы - это US RoboticsSportster и Genius (56 кбит/с).

Выбор жесткого диска

Объем памяти жесткого диска: 10 Гбайт сегодня еще приемлем, но по прогнозам специалистов многие программные продукты в близком будущем будут требовать для рабо­ты 64 Мбайт оперативной и 2 Гбайт внешней памяти. Кроме того, необходима память для личных программных продуктов и файлов, что составляет около 500 Мбайт ежегодно. Следовательно, рекомендуется покупать жесткий диск емкостью не менее 20-30 Гбайт.

При выборе жесткого диска следует обратить внимание на время доступа к ин­формации, которое должно быть порядка 5-7 мс. Трансфер (скорость передачи данных) жесткого диска должен быть в пределах 1500-3000 Кбайт/с. При транс­фере меньше 1500 Кбайт/с будет существенно снижаться эффективное быстро­действие всего ПК. Следует также обратить внимание на наличие у дисковода внутренней кэш-памяти, заметно улучшающей показатели времени доступа и транс­фера.

Выбор видеомонитора.

Важно правильно выбрать видеомонитор (дисплей), и не только потому, что его сто­имость весьма велика и достигает минимум 30 % цены всего компьютера, но и потому, что от монитора зависит комфортность работы и здоровье пользователя.

От чего зависит четкое изображение мониторе? В первую очередь от размера зерна люминофора, от соответствия этого размера разрешающей способности видеосистемы, от цветнос­ти монитора. Монохромный (черно-белый) монитор для профессиональной рабо­ты предпочтительнее, так как он менее вреден для зрения, имеет более четкое изоб­ражение, дешевле цветного. Величина зерна не должна быть больше 0,28 мм, размер диагонали экрана не менее 15".

Мониторы с частотой кадровой развертки менее 70 Гц и с чересстрочной разверт­кой нежелательны, так как мерцание экрана пагубно отражается на зрении. Визу­ально следует проверить четкость фокусировки, а у цветного монитора и своди­мость лучей (попадание лучей всех трех цветов в одну точку). Для обеспечения хорошей разрешающей способности монитор должен работать с видеоадаптером SVGA, имеющим видеопамять не менее 8 Мбайт для офисных приложений и не менее 16 Мбайт для домашнего ПК. Экран у монитора желательно иметь плоский, антибликовый, с антистатическим покрытием (типа AS — AntiStatic), с низким уровнем излучения. Желательно что бы монитор удовлетворял последней спецификаций ТСО.

При выборе видеомонитора нужно учесть следующие факторы: цветность, тип монитора (аналоговый или цифровой), размер экрана, размер зер­на экрана, разрешающая способность, частота кадровой развертки, тип строчной развертки, объем памяти видеоадаптера, уровень радиации.

Выбор принтера.

Прежде всего, нужно решить, какой тип принтера должен обеспечить требуемые параметры печати: черно-белый или цветной, с загрузкой широкого (развернутого) листа или стандартного. При выборе типа принтера следует иметь в виду, что наилучшее качество печати, разрешающую спо­собность (20-30 точек/мм) и скорость печати (до 1000 знаков/с) имеют лазерные принтеры. Струйные принтеры в среднем и по качеству пе­чати, и по стоимости занимают промежуточное положение. Матричные принтеры имеют качество печати хуже, но, выбрав 24-игольчатый вариант, можно иметь вполне качественное ус­тройство (разрешающая способность до 10 точек/мм, скорость печати до 300 зна­ков/с).

Нужно рассмотреть и оценить (стоимость и дефицитность) необходимых расход­ных материалов: бумаги — обычной, качественной или специальной термореак­тивной; картриджей с красящей лентой (у матричных принтеров), со специальными чернилами (у струйных принтеров), с красящим порошком (у лазерных принтеров). Самые дорогие расходные материалы у струйных принтеров. Важны и сервисные возможности принтера: автоподача бумаги, наличие лотков для приема листов, возможность работы с листовой и рулонной бумагой и т. д.

При выборе принтера нужно учесть: цветность, тип принтера (матричный, струйный, лазерный и т. п.), количество игл или сопел, ширину печати, разрешаю­щую способность, скорость печати, русификацию, количество и удобство смены шрифтов, емкость буфера памяти, тип интерфейса, типы расходных материалов (в том числе тип и качество используемой бумаги), сервисные возможности.

Практическая работа № 5

Изучение программных средств компьютерной графики.

   Графические редакторы (Painter, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, CorelDraw, FreeHand, Picture Man и др.) предназначены преимущественно для просмотра, создания и редактирования плоскостных (двумерных) статичных изображений. 
Используются и как самостоятельные средства, и в качестве одного из модулей дизайнерских, презентационных или анимационных программ.
Этот класс программ часто носит название 2D-графика (D от англ. dimension – размерность). Они моделируют различные кисти (карандаш, ручка, уголь, аэрограф и др.), позволяют имитировать рисунки акварелью и маслом, а также добиться эффекта натуральной среды.

        Пользовательское меню чаще всего включает в себя возможность выбора:

• цвета линий и фона;

• толщины и типа линий;

• инструментов (графические примитивы, сопровождение надписями, средства выделения фрагмента изображения и пр.);

• простейших эффектов преобразования выделенного фрагмента (копирование, удаление, симметричное отображение, масштабирование, наклон, растушевка и пр.);

• операций над изображением в целом (сохранить на внешнем носителе, установить атрибуты изображения – размер, цветность, формат файла и пр., вывести на печать и т.п.);

• операций над слоями изображения (наложение слоев, использование прозрачности слоя и пр.).

Применение всевозможных эффектов базируется на алгоритмах, результаты работы которых заключаются в преобразовании цветов отдельных пикселей изображения в соответствии с  определенными математическими формулами.

Пример 1

Редактор PhotoShop включает в себя в качестве инструментов для обработки изображений разнообразные эффекты.

Применяя последовательно поворот изображения на 90о, эффект «Ветер» (Filter -> Stylize -> Wind), обратный поворот на 90о, эффект «Дрожание» (Filter -> Distort -> Ripple), эффект «Размытие» (Filter -> Blur -> Gaussian Blur) и смену палитры, можно из обычного текста получить изображение «огненной» надписи.

Последовательно применяя к белому «листу» фильтр «Облака» (Filter -> Renders –> Clouds), стиль «Найти края» (Filter -> Styleze –> Find Edges) и выбрав режим автоматического подбора уровней черного и белого цвета, можно получить вполне реалистичное изображение каменистой поверхности.

Большинство графических редакторов «создают» растровые (точечные) изображения, хотя имеют возможность работать и с векторной графикой. Программы-аниматоры и трехмерной графики часто используют векторный способ кодирования изображений. Это связано с тем, что при использовании растровой графики существенную часть работы по построению изображения надо делать вручную, в том числе прорисовывать промежуточные кадры в анимации.

Настоящее объемное (трехмерное, 3D) изображение проще создать с помощью векторной графики. Этот метод больше походит на черчение, причем часто трехмерное. С помощью векторной графики объекты строятся из так называемых примитивов – линий, окружностей, кривых, кубов, сфер и т.д. Примитив не нужно рисовать – выбрав пиктограмму с изображением или названием, например, сферы, вы просто задаете ее параметры (координаты центра, радиус, количество граней на поверхности и т.п.), а компьютер чертит ее сам.

Технологию создания трехмерного изображения можно разделить на три основных этапа.

На первом из них, носящем название каркасной аппроксимации (tessellation), производится разбивка всех плавных криволинейных поверхностей на пространственную сеть, состоящую из более грубых двумерных граней. Естественно, чем мельче это разбиение, тем более правдоподобно выглядят соответствующие геометрические фигуры.

Стадия геометрических построений поверхностей (geometry settings) включает построение модели трехмерного пространства (так называемые «сцены») – заполнение поверхностей, создание перспективы, учет влияния источников света и т.д.

На заключительном этапе рендеринга (rendering) происходит раскраска поверхностей (texture mapping), а в более сложных случаях создания профессиональных изображений – еще и учет свойств поверхностей при отражении и поглощении света и влияния оптической плотности окружающей среды.

Процесс создания трехмерного объекта и его преобразование в двумерное представление осуществляется совместно центральным процессором и графическим процессором, расположенным на карте видеоадаптера или 3D-акселератора. При этом координаты объекта сначала преобразуются в физические, а затем в 2D-координаты экрана монитора (путем построения различных ортогональных и аксонометрических проекций). После этого 3D-акселератор выполняет раскраску и заполнение каждого пикселя изображения.

Программы аниматоры (Animator Pro, PowerAnimator, Animation Works Interactive, Animo и др.) могут создавать как двумерные, так и трехмерные изображения и работать с ними.

В отличие от традиционной анимации, где каждый кадр рисуется вручную, в компьютерной двумерной анимации значительную часть рутинной работы берет на себя программа.

Пример 2

Используя специальные инструменты пользовательского меню программы, можно задать движение по траектории (программа создаст соответствующие промежуточные кадры) или плавно изменить палитру в течение нескольких кадров (например, постепенно затемнить изображение или убрать часть цветов).

Некоторые технологии создания анимационной графики

Классическая анимация
Это метод представляет собой поочередную смену рисунков, каждый из которых нарисован отдельно (принцип мультфильма). Он очень трудоемкий из-за необходимости создания каждого рисунка. 
 

Спрайтовая анимация
Это анимация, чаще реализуемая при помощи языка программирования или специального инструментального средства. Здесь отсутствует понятие кадра (принцип подвижных игр). Спрайтпредставляет собой растровое изображение небольшого размера, которое может перемещаться по экрану независимо от остального изображения.
 

Морфинг
Преобразование одного графического образа в другой. Часто выполняется программно. Программа, реализующая специальные математические методы преобразования данных, генерирует заданное число промежуточных кадров, которое обеспечивает плавный переход начального образа в конечный. 
 

Анимация цветом
Положение объектов не изменяется, меняется лишь цвет.

Трехмерная анимация (3D Studio, PowerAnimator, trueSpace, Prisms, Three-D, RenderMan, Crystal Topas и др.) по технологии напоминает кукольную: вы создаете каркасы объектов, накладываете на них материалы, компонуете все это в единую сцену, устанавливаете освещение и камеру, а затем задаете количество кадров в фильме и движение предметов. Посмотреть происходящее можно с помощью камеры, которая тоже может двигаться.

Пример 3

3D Studio позволяет работать с неограниченным числом камер с масштабированием изображения в реальном времени, подвижными камерами; возможно управление углом зрения, а также моделирование крупноформатной камеры с изменяющейся перспективой.
 

У 3D Studio несколько впечатляющих способов работы со светом, например лучевой источник света, имитирующий падение солнечного света с образованием теней; подсветка неподвижных и движущихся цветных растровых образов и т.д.
 

Движение объектов в трехмерном пространстве задается по траекториям, ключевым кадрам и с помощью формул, связывающих движение частей сложных конструкций. Подобрав нужное движение, освещение и материалы, вы запускаете процесс визуализации. В течение некоторого времени компьютер просчитывает все необходимые кадры и выдает готовый фильм. 
Недостаток такой техники создания изображения – это чрезмерная гладкость форм и поверхностей и некоторая механистичность движения объектов.

Правда, эти проблемы преодолимы. В анимационных пакетах улучшаются средства визуализации, обновляются инструменты для создания спецэффектов и увеличиваются библиотеки материалов. Для создания «неровных» объектов, например волос или дыма, используется технология формирования объекта из множества частиц. Вводятся разнообразные методы «оживления», возникают новые технологии совмещения видеозаписи и анимационных эффектов, используются инструменты точной синхронизации звука и изображения, что позволяет сделать сцены и движения более реалистичными.

Пример 4

PowerAnimator использует как один из методов «оживления» движение по подобию. Записав на цифровую видеокамеру движения живого актера, можно «заставить» созданного в аниматоре персонажа повторять их с помощью специальной функции. В результате гном из «Белоснежки» будет двигаться с изяществом выбранного актера. А если что-то не понравится, есть возможность подредактировать все по ходу дела.

Технология открытых систем позволяет работать сразу с несколькими пакетами. Можно создать модель в одном пакете, разрисовать ее в другом, оживить в третьем, дополнить видеозаписью в четвертом.

Программы двумерного и трехмерного моделирования (AutoCAD, Sketch Up, Ray Dream Designer, Crystal 3D Designer, AutoStudio и др.)  применяются для дизайнерских и инженерных разработок.

Пример 5

AutoCAD часто рассматривают как графическое ядро систем автоматизированного проектирования (САПР): он реализует основные операции по созданию и редактированию линий, дуг и текста, создает 2D- и 3D-модели; автоматизирует решение многих расчетных задач, возникающих в процессе проектирования.
 

В Auto Studio к традиционным методам трехмерной графики добавлены средства редактирования моделей и анимации, разработанные специально для дизайнеров автомобилей.

Средства компьютерного графического моделирования используются конструкторами и архитекторами. Широко применяются они и в научных исследованиях.

Программы для научной визуализации (Surfer, Grapher, IRIS Explorer, PV-Wave, Khronos, Data Visualizer, MapViewer и др.) могут быть предназначены для различных целей – от решения проблем муниципального планирования до визуализации солнечных взрывов. 
Наиболее часто они применяются:

• для создания поверхностей, описываемых функциями типа z=f(x,y), и графиков, описываемых функциями типа y=f(x);

• для построения цветных карт;

• для создания моделей погодных условий и океана и т.п.

Пример 6

Пакет MapViewer позволяет вводить и корректировать карты – изменять масштаб, преобразовывать координаты, а также обрабатывать и выводить в графическом виде числовую информацию, связанную с картами, например демографические данные.