Računalna grafika: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
h |
m uklonjena promjena suradnika 31.147.221.151 (razgovor), vraćeno na posljednju inačicu suradnika Tulkas Astaldo Oznaka: brzo uklanjanje |
||
Redak 1:
[[Datoteka:Dragon curve.png|mini|220px|Primjer računalne grafike]]
'''Računalna grafika''', skraćeno '''RG''', je polje vizualnog računarstva koje rabi [[računalo|računala]] za stvaranje slika i/ili uklapanje i mijenjanje slikovnih i prostornih podataka koji su uzeti iz stvarnosti. Sam naziv 'računalna grafika' prvi je u upotrebu uveo William Fetter, Boeing (1960). Prvi veći napredak u računalnoj grafici napravio je [[Ivan Sutherland]] [[1962]]. kada je stvorio program [[Sketchpad]] s kojim je omogućeno prvo interaktivno stvaranje grafičkog sadržaja.
==
Kao jedan od središnjih problema računalne grafike ističe se nastojanje stvaranja [[fizika]]lno dosljedne sinteze [[elektromagnetizam|elektromagnetskog]] okoliša zapisane u nekom unaprijed dogovorenom formalnom obliku predstave stvarne okoline. Izračun u takvoj mjeri fizikalno dosljednih slika zahtjeva [[simulacija|simuliranje]] ''svjetlosnog prijenosa'', tj. međudjelovanja [[svjetlost]]i s materijalnim objektima, odnosno u okvirima računalne grafike - [[globalno osvjetljenje|globalnog osvjetljenja]]. S obzirom na dvojnu valno-čestičnu prirodu svijetlosti i spektar raznovrsnih pojava koje se uz nju vezuju, izravna simulacija njenog prostiranja u mjerilu svagdašnjeg makrosvijeta predstavljala bi iznimno težak i za današnje prilike nepremostiv problem. Srećom, svjetlost s kojom se „svakodnevno susrećemo“ uglavnom je nekoherentna (izvori svjetlosti nemaju stalnu faznu razliku i jednake frekvencije), [[polarizacija|nepolarizirana]] i objekti s kojima vrši interakciju značajno su veći od njene valne duljine, te iz tih razloga većina današnjih računalnih rješenja u razmatranje uzima samo geometrijske zakonitosti pravocrtnog prostiranja vala svjetlosti. Ipak, neke pojave poput raspršenja svjetlosti u koloidnim sustavima (magla, nehomogene tekućine) iziskuju uvođenje složenijih i samim time računalno zahtjevnijih [[algoritam]]skih rješenja u cilju postizanja oku uvjerljivih rezultata.
S druge strane, učinkovitost sinteze slike ovisi i o mnogo više faktora nego što ih valno-čestična (undulatorno-korpuskularna) teorija svjetlosti može ponuditi, a prvenstveno je riječ o karakteristikama suvremenih prikaznih uređaja poput nelinearnosti i ograničenog dinamičnog opsega, fiziologije oka, pa čak i viših kognitivnih aspekata percepcije.
Dakle, ključan cilj računalne grafike je dati jasan i nedvosmislen odgovor na pitanje kako generirati naravnu računalnu predodžbu vizualne stvarnosti (NRPVS). Da je to u današnjim okolnostima sasvim ostvarivo, osvjedočili su se svi oni koji su imali prilike pogledati neki od recentnijih dugometražnih animiranih [[film]]ova poput [[Final Fantasy]]a, [[Shrek]]a i inih, ili vidjeti neku od niza vizualnih podvala koje nam svakodnevno serviraju u gotovo svim [[Hollywood]]skim blockbusterima „novijeg“ datuma. Naime, padom cijena računalnog [[hardver]]a produkcijskim studijima postaje sve isplativije investirati u za te svrhe specijaliziranu računalnu opremu i angažiranje kvalificiranih računalnih stručnjaka i [[animacija|animacijskih]] umjetnika, čime uspijevaju značajno uštedjeti izbjegavajući konstrukcije velikih, složenih i prvenstveno basnoslovno skupih filmskih scena, poput masovnih bitaka starog i srednjeg vijeka u kojima sudjeluju na tisuće pripadnika zaraćenih strana, oživljavanja pretpovijesnih abominacija u njihovoj punoj veličini i svireposti, ili animiranja spektakularnih međugalaktičkih svemirskih okršaja nadasve [[ep]]skih razmjera. Međutim, čak i ako izuzmemo filmove iz perspektive, područje primjene NRPVSa nikako nije osiromašeno: danas je ono uistinu neophodna karika u industrijskom dizajnu i [[arhitektura|arhitekturi]], predstavljanju proizvoda (a.k.a. reklamama), „oživljavanju“ povijesne baštine i računalnim animacija općenito, a vrlo brzo postati će i svakodnevnica računalnih igara. Krajnji cilj i „[[Sveti Gral]]“ računalne grafike, svakako je [[virtualna stvarnost]].
== Povijest računalne grafike ==
Temelji računalne grafike mogu se pronaći u povijesnim umjetničkim i matematičkim otkrićima, primjerice:
:*Euklid (otprilike 300-250 g.pr.n.e.) čija formulacija osnovnih [[aksiom]]a [[geometrija|geometrije]] sačinjava osnovu grafičkih pojmova
:*Filippo Brunelleschi (1377 - 1446) arhitekt, zlatar i kipar, zapažen po pionirskom korištenju perspektive
:*Rene Descartés (1596-1650) koji je razvio analitičku geometriju, i napose koordinatni sustav s čime je omogućeno preciziranje položaja i oblika objekata u sceni
:*Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 - 1716) i Issac Newton (1642 - 1727) koji su istovremeno postavili temelje diferencijalnom računu s čime je omogućeno strogo opisivanje dinamičkih sustava
:*James Joseph Sylvester (1814 - 1897) koji je osmislio matričnu notaciju, veoma korištenu u algoritmima računalne grafike
:*I. Schoenberg, koji je otkrio spline krivulje
Jednako značajan za osvit računalne grafike bio je i [[Povijesni razvoj misli o svjetlosti|povijesni razvoj misli o naravi svjetlosti]].
Tijekom 60-tih godina 20-tog stoljeća načinjeni su pionirski radovi u području računalne grafike koji su poslužili kao podstrek svim daljnim nastojanjima u istomenom području. Najvažniji od njih su:
* Prvi računalno animirani film "Two-Gyro Gravity-Gradient Attitude Control System", Edward Zajak, Bell Labs) (1961).
* Prvi [[programski jezik]] računalne animacije (MACS), Larry Breed, Stanford University (1961).
* Prva [[video igra]] (Spacewar), koju je razvio Steve Russell na MITu (1961).
* Napisan program [[Sketchpad]], od strane [[Ivan Sutherland|Ivana Sutherlanda]], sa MITa - prvi interaktivni program za crtanje (1963).
* Načinjen prvi računalni model ljudskog tijela, William Fetter, Boeing, za dizajniranje kokpita zrakoplova (1964).
* Prvi naglavni prikaznik, [[Ivan Sutherland]] (1966).
* Implementiran prvi algoritam [[Praćenje zraka svjetlosti|praćenja zraka svjetlosti]], Appel (1968).
* Prvi [[slikovni međuspremnik]], 3-bitni (8 nijansi, boja), Bell Labs, 1969.
== NRPVS (Naravna računalna predodžba vizualne stvarnosti)==
Što se misli pod naravnom računalnom predodžbom? ''Hall i Greenberg''[1] kažu sljedeće:
:''"Naš cilj u realističnom slikotvorstvu je stvaranje slike koja pobuđuje u vizualnom sustavu podražaj koji ne bi bio raspoznatljiv od podražaja pobuđenog stvarnom okolinom."
''
Ovo je očigledno, veoma neskroman cilj. Stvaranje istovrsnog mentalnog doživljaja posredstvom sintetičke slike zahtjevalo bi priključenje [[stroj]]-[[čovjek]] sučelja u živčane puteve između [[oko|oka]] i [[mozak|mozga]], nešto što trenutno još uvijek nije izvedivo.
Iz praktičnih razloga, naše želje ipak moraju biti prizemnije od stvaranja neraspoznatljive umjetne percepcije stvarnosti. Ono što se danas može učiniti, je stvaranje 2 dimenzionalne slike ljudskom oku neraspoznatljive od one dobivene fotografskim aparatom. Ipak, ovakve slike su još uvijek očigledno "nestvarne" iz prostog razloga što su dvodimenzionalne. Daljan korak u cilju postvarenja tih slika postignut je stereoskopskim projekcijama koje pomoću efekta polarizacije uspijevaju stvoriti prividnu dubinu u inače 2 dimenzionalnom prikazu na način da se svakom oku prikazuju djelomično različite slike prilagođene odzivu našeg binokularnog vidnog sustava. No, ovaj pristup sa sobom nosi [[ergonomija|ergonomičnu]] neugodnost u tome što zahtjeva nošenje posebnih polarizacijskih naočala, koje su nerijetko sklone veoma brzo zamoriti korisnika i tako umanjiti njegov užitak u nestvarnoj okolini.
U novije vrijeme počeli su se pojavljivati i prvi komercijalni [[volumetrijski prikaznik|volumetrijski prikaznici]] koji osim što impresivno djeluju, obećavaju i još impresivnije mogućnosti u skoroj budućnosti.
== Računalni model stvarnosti ==
Kao što je danas većini poznato, okoliš kakav mi doživljavamo posredstvom osjetila [[vid]]a, odraz je kvalitete i kvantitete okolnog elektromagnetskog zračenja i refleksije tog zračenja na tvarima prisutnim u prirodi. Da bi njih predstavili na računalnom zaslonu potrebno je iznaći prikladan način modeliranja, odnosno opisivanja kako tvari, tako i svjetlosti. Ukratko, mogu se izdvojiti sljedeće sastavnice takovog modela:
* Svjetlost i boja
* Izvori svjetlosti
* Oblici
* Materijali
* Sučelja (dioptri): Modeli refleksije i teksturiranja
* Mediji: Modeli atmosferskog raspršenja
* Kamere
* Leća i film
Što se simulacije tiče, ona jednostavno predstavlja proces osvjetljavanja tako postavljene scene ravnan algoritmom ''globalnog osvjetljenja''. Srž simulacije osvjetljenja predstavlja [[jednadžba globalnog osvjetljenja]] koja se može iskazati u sljedećem obliku:
''Za zadanu scenu sačinjenu od zbira osnovnih geometrijskih oblika s raznovrsnim materijalnim svojstvima i proizvoljno mnogo izvora svjetlosti, izračunati osvjetljenje za svaku točku svake površine.''
== Algoritmi računalne grafike ==
'''2D'''
'''3D'''
*Stvaranje slike liniju po liniju
*[[Izračenje]] (radiosity)
*[[Praćenje zraka svjetlosti]] (raytracing)
*[[Monte Carlo simulacija]]
== Primjena ==
* '''korisnička sučelja''' (većina aplikacija na osobnim računalima i na radnim stanicama imaju grafički sustav prozora putem kojeg komuniciraju s korisnicima. Primjeri takvih aplikacija uključuju obradbu teksta, stolno izdavaštvo, proračunske tablice...);
* '''interaktivno crtanje''' (u poslovnim, znanstvenim i tehnološkim primjenama računalna grafika koristi se za prikazivanje funkcija, dijagrama, histograma i sličnih grafičkih prikaza sa svrhom jasnijeg sagledavanja složenih pojava i olakšanja procesa odlučivanja);
* '''projektiranje pomoću računala''' (Computer Aided Design - CAD danas se standardno koristi za projektiranje sustava i komponenata u strojarstvu, elektrotehnici, elektronici, telekomunikacijama, računarstvu...);
* '''simulacija i animacija''' (računalna grafika koristi se za znanstvenu i inženjersku vizualizaciju i zabavu; područja primjene obuhvaćaju prikaze apstraktnih matematičkih modela vremenski promjenljivih pojava, TV i filmsku tehnologiju...);
* '''umjetnost''' (računalna grafika se koristi za kreiranje umjetničkih slika);
* '''grafičko programiranje''' (računalna grafika se koristi za automatizaciju procesa programiranja virtualnih sustava npr. u instrumentaciji).
* '''video igre''' (jedan od glavnih elemenata igara je računalska grafika koja se koristi za prikaz virtualnih prostora )
== Srodne teme ==
#[[Aliasing]]
== Izvori ==
#Roy Hall and Donald P. Greenberg. A testbed for realistic image synthesis. IEEE Computer Graphics and Applications, 3(8):10{20, 1983.
<!--Diplomskim radovima nije mjesto na Wikipediji
| |||