Лекция: Задачи компьютерной графики. Графические библиотеки и их возможности

Технология создания и обработки изображений с помощью компьютеров. Графикой называют искусство изображения предметов контурными линиями и штрихами, без красок (иногда — с применением цветных пятен). В соответствии с этим компьютерной графикой вначале именовался процесс изготовления черно-белых чертежей и схем. Однако, вскоре, появились рисунки, в которых используются самые разнообразные цвета. За неподвижными цветными изображениями возникли видеофильмы. Теперь же все шире используются трехмерные изображения. В настоящее время компьютерная графика в ее новом понимании позволяет создавать даже виртуальные реальности. Все большее значение приобретает визуализация. С помощью компьютерной графики создаются векторные изображения и растровые изображения. Важным средством компьютерной графики является графический редактор, позволяющий синтезировать необходимые изображения. Обработка изображений стала важной отраслью обработки данных. В службе глобального соединения плоская графика описывается гипертекстовым языком разметки, а объемная графика — языком моделирования виртуальной реальности. К основным задачам компьютерной графики относятся: — рисование графических примитивов (отрезков, прямоугольников, окружностей, эллипсов и их дуг), выполняемое быстродействующими растровыми алгоритмами; — раскрашивание замкнутых областей сплошным цветом или определенным способом цветовой заливки; — представление двух- или трехмерных моделей изображаемых объектов в виде удобных и доступных структур данных; — проецирование (параллельное или центральное) трехмерных изображаемых объектов на картинную плоскость; — управление изображаемыми сценами, состоящими из группы объектов, с возможностью относительного перемещения относительно друг друга, поступательного или углового, с использованием общей камеры и освещения; — удаление невидимых линий и поверхностей при построении трехмерных моделей; — реалистическое раскрашивание изображаемых поверхностей с учетом освещения, выполняемое по некоторой модели освещения; — реализация некоторых специальных эффектов визуализации реалистических изображений, таких как прозрачность поверхностей, излучение поверхностью света, туман и т.д. — представление текстур, специфицирующих строение материала, и нанесение текстур на изображаемые поверхности. Для реализации изложенных функций, необходимым для построения реалистических изображений, используются графические библиотеки, представляющие пользовательский программный интерфейс (API) для программной реализации графических построений. К наиболее распространенным относятся библиотеки OpenGL, Direct3D и другие. OpenGL — Open Graphics Languge, открытый графический язык. Термин «открытый» — значит независимый от производителей. Имеется спецификация OpenGL, где все четко задокументировано и описано. Библиотеку OpenGL может производить кто-угодно. Главное, чтобы библиотека удовлетворяла спецификации OpenGL и ряду тестов. Как следствие, в библиотеке нет никаких темных мест, секретов, недокументированных возможностей и т.п. Библиотеку выпускают такие корпорации, как Microsoft, Silicon Graphics, а также просто группы программистов. Одним из таких примеров служит реализация Mesa. Эту библиотеку написали целый ряд программистов, главным автором является Brian Paul. Библиотека Mesa распространяется в исходных текстах на языке Си и собирается почти для любой операционной системы. Стандарт OpenGL развивается с 1992 года. Он разрабатывается фирмой Silicon Graphics. С тех пор библиотека завоевала огромную популярность и была интегрирована со множеством языков и систем разработки приложений. Вы можете писать программу на Си, С++,Pascal,Java и многих других языках. Существуют также объектно-ориентированные библиотеки OpenGL. Библиотека OpenGL представляет из себя интерфейс программирования трехмерной графики. Единицей информации является вершина, из них состоят более сложные объекты. Программист создает вершины, указывает как их соединять(линиями или многоугольниками), устанавливает координаты и параметры камеры и ламп, а библиотека OpenGL берет на себя работу создания изображения на экране. OpenGL идеально подходит для программистов, которым необходимо создать небольшую трехмерную сцену и не задумываться о деталях реализации алгоритмов трехмерной графики. Для профессионалов, занимающихся программированием трехмерной графики, библиотека тоже будет полезной, т.к. она представляет основные механизмы и выполняет определенную автоматизацию. Специализированный язык, служащий для описания виртуальной реальности. VRML, предложенный консорциумом, именуемым «Организацией глобального соединения» W30, предназначен для описания сред, имитирующих трехмерное пространство, в том числе — для мультипликации. Он является расширением гипертекстового языка разметки, предназначенного для текстов и простых плоских изображений. VRML широко используется для создания страниц WWW. С помощью этого языка не только создается трехмерная среда, но в ней также указываются места расположения источников освещения для вырисовывания теней и точек обзора. Более того, VRML позволяет пользователю перемещаться в созданной виртуальной реальности. Все операции выполняются с помощью мыши или клавиатуры. Язык VRML позволяет: — изменять, добавлять и убирать объекты изображения; — манипулировать отдельными частями объемной графики; — обеспечивать размещение и перемещение источников объемного звука; — создавать задний план картины. Чаще всего рассматриваемый язык применяется: — в строительной индустрии для моделирования и проектирования зданий и помещений; — в торговле недвижимостью для выбора вариантов удобной компановки мебели и оборудования; — в химии для визуализации моллекул в процессе синтеза. Форматы изображений в VRML определяются «Объединенной группой экспертов в области фотографии» JPEG. VRML утвержден Международной Организацией Стандартов (МОС) и Международной Электротехнической Комиссией (МЭК) в качестве международного стандарта.