Bilgisayar grafikleri -Computer graphics

Bilgisayar grafikleri , bilgisayarların yardımıyla görüntü üretmekle ilgilenir . Günümüzde bilgisayar grafikleri, dijital fotoğrafçılıkta, filmde, video oyunlarında, cep telefonu ve bilgisayar ekranlarında ve birçok özel uygulamada temel bir teknolojidir. Çoğu cihazın ekranının bilgisayar grafik donanımı tarafından çalıştırılmasıyla, çok sayıda özel donanım ve yazılım geliştirilmiştir . Bilgisayar biliminin geniş ve yakın zamanda geliştirilmiş bir alanıdır. Bu ifade, 1960 yılında bilgisayar grafiği araştırmacıları Verne Hudson ve Boeing'den William Fetter tarafından icat edildi. Genellikle CG olarak kısaltılır veya tipik olarak film bağlamında bilgisayar tarafından oluşturulan görüntüler (CGI) olarak kullanılır. Bilgisayar grafiklerinin sanatsal olmayan yönleri,bilgisayar bilimi araştırması.

Bilgisayar grafiklerindeki bazı konular arasında kullanıcı arabirimi tasarımı , sprite grafikleri , işleme , ışın izleme , geometri işleme , bilgisayar animasyonu , vektör grafikleri , 3B modelleme , gölgelendiriciler , GPU tasarımı, örtük yüzeyler , görselleştirme , bilimsel hesaplama , görüntü işleme , hesaplamalı fotoğrafçılık , bilimsel yer alır . diğerleri arasında görselleştirme , hesaplamalı geometri ve bilgisayar görüşü . Genel metodoloji büyük ölçüde geometri , optik , fizik ve algı gibi temel bilimlere bağlıdır .

Bilgisayar grafikleri, sanat ve görsel verilerinin tüketiciye etkili ve anlamlı bir şekilde gösterilmesinden sorumludur. Fotoğraf ve video içeriği gibi fiziksel dünyadan alınan görüntü verilerini işlemek için de kullanılır. Bilgisayar grafiklerinin geliştirilmesi, birçok medya türü üzerinde önemli bir etkiye sahip olmuştur ve genel olarak animasyon , film , reklam , video oyunları konusunda devrim yaratmıştır .

genel bakış

Bilgisayar grafikleri terimi, geniş anlamda "bilgisayarlardaki metin veya ses olmayan hemen hemen her şeyi" tanımlamak için kullanılmıştır. Tipik olarak, bilgisayar grafikleri terimi birkaç farklı şeyi ifade eder:

• görüntü verilerinin bir bilgisayar tarafından temsili ve işlenmesi
• görüntüleri oluşturmak ve değiştirmek için kullanılan çeşitli teknolojiler
• görsel içeriğin dijital olarak sentezlenmesi ve manipüle edilmesi için yöntemler, bkz . bilgisayar grafikleri çalışması

Günümüzde bilgisayar grafikleri yaygındır. Bu tür görüntüler televizyonda, gazetelerde, hava durumu raporlarında ve çeşitli tıbbi araştırmalarda ve cerrahi prosedürlerde bulunur. İyi yapılandırılmış bir grafik , karmaşık istatistikleri anlaşılması ve yorumlanması daha kolay bir biçimde sunabilir. Medyada "bu tür grafikler makaleleri, raporları, tezleri göstermek için kullanılır" ve diğer sunum materyalleri.

Verileri görselleştirmek için birçok araç geliştirilmiştir. Bilgisayar tarafından oluşturulan görüntüler birkaç farklı türde kategorize edilebilir: iki boyutlu (2B), üç boyutlu (3B) ve animasyonlu grafikler. Teknoloji geliştikçe, 3D bilgisayar grafikleri daha yaygın hale geldi, ancak 2D bilgisayar grafikleri hala yaygın olarak kullanılıyor. Bilgisayar grafikleri, görsel içeriği dijital olarak sentezleme ve manipüle etme yöntemlerini inceleyen bilgisayar biliminin bir alt alanı olarak ortaya çıkmıştır . Son on yılda, bilgi görselleştirme ve bilimsel görselleştirme gibi daha çok üç boyutlu fenomenlerin (mimari, meteorolojik, tıbbi, biyolojik vb.) , yüzeyler, aydınlatma kaynakları vb., belki de dinamik (zaman) bir bileşenle".

Tarih

Modern bilgisayar grafiklerinin gelişimine öncülük eden bilimler , yirminci yüzyılın ilk yarısında elektrik mühendisliği , elektronik ve televizyonda meydana gelen gelişmelerdi. Lumiere kardeşlerin 1895'ten kalma en eski filmler için özel efektler yaratmak için matları kullanmasından bu yana ekranlar sanatı sergileyebiliyordu , ancak bu tür gösterimler sınırlıydı ve etkileşimli değildi. İlk katot ışını tüpü , Braun tüpü 1897'de icat edildi - bu da osiloskopa ve askeri kontrol paneline izin verecekti - programatik sistemlere yanıt veren ilk iki boyutlu elektronik ekranları sağladıkları için alanın daha doğrudan öncüleri. veya kullanıcı girişi. Yine de, bilgisayar grafikleri bir disiplin olarak 1950'lere ve II . savaş sırasında geliştirilen radar , gelişmiş havacılık ve roketçilik gibi teknolojilerin daha da geliştirilmesi . Bu tür projelerden kaynaklanan bilgi zenginliğini işlemek için yeni tür ekranlara ihtiyaç duyuldu ve bu da bilgisayar grafiklerinin bir disiplin olarak gelişmesine yol açtı.

1950'ler

Whirlwind ve SAGE Projeleri gibi ilk projeler , CRT'yi uygun bir görüntüleme ve etkileşim arabirimi olarak tanıttı ve ışıklı kalemi bir giriş aygıtı olarak tanıttı . Whirlwind SAGE sisteminden Douglas T. Ross , parmağının hareketini yakalayan ve vektörünü (izlenen adı) bir ekran skopunda görüntüleyen küçük bir program yazdığı kişisel bir deney gerçekleştirdi. Tanınabilir, etkileşimli grafiklere sahip ilk etkileşimli video oyunlarından biri olan Tennis for Two , William Higinbotham tarafından 1958'de Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda ziyaretçileri eğlendirmek için bir osiloskop için yaratıldı ve bir tenis maçı simüle edildi. 1959'da, Douglas T. Ross , MIT'de çalışırken, bir Disney çizgi film karakterinin ekran kapsamı görüntüsünü oluşturma fırsatını kullanarak matematik ifadelerini bilgisayar tarafından oluşturulan 3B takım tezgahı vektörlerine dönüştürmek için yeniden yenilik yaptı.

Elektronik öncüsü Hewlett-Packard , önceki on yılı bünyesine kattıktan sonra 1957'de halka açıldı ve mezun olan kurucuları aracılığıyla Stanford Üniversitesi ile güçlü bağlar kurdu . Bu, güney San Francisco Körfez Bölgesi'nin , şimdi Silikon Vadisi olarak bilinen, dünyanın önde gelen bilgisayar teknolojisi merkezine dönüşmesi için on yıllardır süren dönüşümü başlattı . Bilgisayar grafiği donanımının ortaya çıkmasıyla gelişen bilgisayar grafikleri alanı.

Bilgi işlemdeki daha fazla ilerleme, etkileşimli bilgisayar grafiklerinde daha büyük ilerlemelere yol açtı . 1959'da TX-2 bilgisayarı MIT'nin Lincoln Laboratuvarı'nda geliştirildi . TX-2, bir dizi yeni insan-makine arayüzünü entegre etti. Ivan Sutherland'ın devrim niteliğindeki Sketchpad yazılımı kullanılarak bilgisayarda eskizler çizmek için hafif bir kalem kullanılabilir . Sketchpad, hafif bir kalem kullanarak bilgisayar ekranında basit şekiller çizmeye, bunları kaydetmeye ve hatta daha sonra geri çağırmaya izin verdi. Işıklı kalemin ucunda küçük bir fotoelektrik hücre vardı. Bu hücre, bir bilgisayar ekranının önüne yerleştirildiğinde ve ekranın elektron tabancası ona doğrudan ateşlendiğinde elektronik bir darbe yaydı. Elektronik darbeyi elektron tabancasının mevcut konumuyla basitçe zamanlayarak, herhangi bir anda kalemin ekranda tam olarak nerede olduğunu belirlemek kolaydı. Bu belirlendikten sonra, bilgisayar o konuma bir imleç çizebilir. Sutherland, karşılaştığı grafik sorunlarının çoğu için mükemmel çözümü bulmuş gibi görünüyordu. Bugün bile, birçok bilgisayar grafik arayüzü standardı bu eski Sketchpad programıyla başlamıştır. Bunun bir örneği çizim kısıtlamalarıdır. Örneğin bir kare çizmek isterse, kutunun kenarlarını oluşturmak için dört çizgiyi mükemmel şekilde çizmek konusunda endişelenmelerine gerek yoktur. Kişi basitçe bir kutu çizmek istediğini belirtebilir ve ardından kutunun yerini ve boyutunu belirleyebilir. Yazılım daha sonra doğru boyutlarda ve doğru yerde mükemmel bir kutu oluşturacaktır. Başka bir örnek, Sutherland'ın yazılımının nesneleri modellemesidir - yalnızca nesnelerin bir resmini değil. Başka bir deyişle, bir araba modeliyle, arabanın geri kalanını etkilemeden lastiklerin boyutu değiştirilebilir. Lastikleri deforme etmeden arabanın gövdesini uzatabilir.

1960'lar

"Bilgisayar grafikleri" ifadesi , 1960 yılında Boeing'in grafik tasarımcısı olan William Fetter'e atfedilmiştir. Fetter ise bunu yine Boeing'de çalışan Verne Hudson'a bağlamıştır.

1961'de MIT'de başka bir öğrenci olan Steve Russell , video oyunları tarihinde başka bir önemli başlık olan Spacewar'ı yarattı! DEC PDP-1 için yazılan Spacewar anında başarılı oldu ve kopyalar diğer PDP-1 sahiplerine akmaya başladı ve sonunda DEC bir kopya aldı. DEC'deki mühendisler, onu göndermeden önce her yeni PDP-1'de bir teşhis programı olarak kullandılar. Satış ekibi bunu yeterince çabuk anladı ve yeni birimler kurarken yeni müşterileri için "dünyanın ilk video oyununu" çalıştıracaktı. (Higginbotham'ın İki Kişilik Tenisi , Spacewar'ı neredeyse üç yıl geride bırakmıştı , ancak bir araştırma veya akademik ortam dışında neredeyse bilinmiyordu.)

Yaklaşık aynı zamanlarda (1961–1962), Cambridge Üniversitesi'nde Elizabeth Waldram, radyo-astronomi haritalarını bir katot ışın tüpü üzerinde görüntülemek için kod yazdı.

Bell Telefon Laboratuvarı'nda (BTL) bilim adamı olan EE Zajac, 1963'te "Simulation of a two-gyro yerçekimi tutum kontrol sistemi" adlı bir film yarattı. Zajac, bilgisayarla yapılan bu filmde bir uydunun tutumunun nasıl değiştirilebileceğini gösterdi. Dünya'nın yörüngesinde dönerken. Animasyonu bir IBM 7090 ana bilgisayar bilgisayarında yarattı . Ayrıca BTL'de Ken Knowlton , Frank Sinden, Ruth A. Weiss ve Michael Noll bilgisayar grafikleri alanında çalışmaya başladı. Sinden, Newton'un hareket yasalarını çalışırken gösteren Kuvvet, Kütle ve Hareket adlı bir film yarattı . Aynı sıralarda, diğer bilim adamları araştırmalarını göstermek için bilgisayar grafikleri oluşturuyorlardı. Lawrence Radyasyon Laboratuvarı'nda Nelson Max, Flow of a Viscous Fluid ve Propagation of Shock Waves in a Solid Form filmlerini yarattı . Boeing Aircraft , Vibration of an Aircraft adlı bir film yarattı .

Ayrıca 1960'ların başlarında, otomobiller , Renault için 3 boyutlu modelleme teknikleri geliştirmek üzere Paul de Casteljau'nun eğrilerini - şimdi Bézier'in sahadaki çalışmasından sonra Bézier eğrileri olarak anılan - kullanan Renault'daki Pierre Bézier'in ilk çalışmaları aracılığıyla da bir destek sağlayacaktı. araba gövdeleri. Eğriler - çokgenlerin aksine - iyi çizmek ve modellemek için matematiksel olarak karmaşık varlıklar olduğundan, bu eğriler, alandaki çoğu eğri modelleme çalışmasının temelini oluşturacaktır.

Büyük şirketlerin bilgisayar grafikleriyle ilgilenmeye başlaması çok uzun sürmedi. TRW , Lockheed-Georgia , General Electric ve Sperry Rand , 1960'ların ortalarında bilgisayar grafiklerine başlayan birçok şirket arasındadır. IBM, piyasada bulunan ilk grafik bilgisayarı olan IBM 2250 grafik terminalini piyasaya sürerek bu ilgiye hızlı bir şekilde yanıt verdi . Sanders Associates'te denetim mühendisi olan Ralph Baer , ​​1966'da daha sonra Magnavox'a lisanslanan ve Odyssey olarak adlandırılan bir ev video oyunu buldu . Çok basit olmasına ve oldukça ucuz elektronik parçalar gerektirmesine rağmen, oyuncunun ekranda ışık noktalarını hareket ettirmesine izin verdi. İlk tüketici bilgisayar grafik ürünüydü. David C. Evans , 1953'ten 1962'ye kadar Bendix Corporation'ın bilgisayar bölümünde mühendislik direktörüydü ve ardından sonraki beş yıl boyunca Berkeley'de misafir profesör olarak çalıştı. Orada bilgisayarlara ve bunların insanlarla nasıl etkileşime girdiğine olan ilgisini sürdürdü. 1966'da Utah Üniversitesi, Evans'ı bir bilgisayar bilimi programı oluşturması için işe aldı ve bilgisayar grafikleri hızla birincil ilgi alanı haline geldi. Bu yeni departman, 1970'ler boyunca bilgisayar grafikleri için dünyanın birincil araştırma merkezi haline gelecekti.

Ayrıca, 1966'da Ivan Sutherland , ilk bilgisayar kontrollü başa takılan ekranı (HMD) icat ettiğinde MIT'de yenilik yapmaya devam etti . Her bir göz için bir tane olmak üzere iki ayrı tel kafes görüntüsü gösterdi. Bu, izleyicinin bilgisayar sahnesini stereoskopik 3D olarak görmesini sağladı . Ekranı ve izleyiciyi desteklemek için gereken ağır donanıma, kullanıcının üzerine düşmesi durumunda potansiyel tehlike nedeniyle Demokles Kılıcı adı verildi. Doktorasını aldıktan sonra. MIT'den Sutherland, ARPA'da (İleri Araştırma Projeleri Ajansı) Bilgi İşlem Direktörü oldu ve daha sonra Harvard'da profesör oldu. 1967'de Sutherland, Evans tarafından Utah Üniversitesi'ndeki bilgisayar bilimi programına katılmak üzere işe alındı . alan içerisinde. Sutherland orada HMD'sini mükemmelleştirdi; yirmi yıl sonra NASA, sanal gerçeklik araştırmalarında tekniklerini yeniden keşfedecekti . Utah'ta Sutherland ve Evans, büyük şirketler tarafından çok aranan danışmanlardı, ancak o sırada mevcut grafik donanımının olmaması nedeniyle hüsrana uğradılar, bu yüzden kendi şirketlerini kurmak için bir plan oluşturmaya başladılar.

1968'de Dave Evans ve Ivan Sutherland, ilk bilgisayar grafik donanım şirketi Evans & Sutherland'ı kurdu . Sutherland başlangıçta şirketin Cambridge, Massachusetts'te olmasını isterken, Utah Üniversitesi'ndeki profesörlerin araştırma grubuna yakınlığı nedeniyle bunun yerine Salt Lake City seçildi.

Ayrıca 1968'de Arthur Appel , ışık ışınlarının bir ışık kaynağından yüzeylere doğru izlediği yolları modelleyerek, o zamandan beri grafiklerde fotogerçekçiliğe ulaşmada temel hale gelen ışın izleme tabanlı işleme algoritmaları sınıfının ilki olan ilk ışın döküm algoritmasını tanımladı. bir sahnede ve kameraya.

1969'da ACM , bilgisayar grafikleri alanında konferanslar , grafik standartları ve yayınlar düzenleyen A Special Interest Group on Graphics'i ( SIGGRAPH ) başlattı . 1973 yılına gelindiğinde, organizasyonun odak noktalarından biri haline gelen ilk yıllık SIGGRAPH konferansı düzenlendi. Bilgisayar grafikleri alanı zamanla genişledikçe SIGGRAPH'ın boyutu ve önemi arttı.

1970'ler

Ardından, Ivan Sutherland'ı işe alan Utah Üniversitesi'nde 1970'lerde bu alanda bir dizi atılım - özellikle grafiklerin faydacıdan gerçekçiliğe dönüşümündeki önemli erken atılımlar - gerçekleşti . David C. Evans ile birlikte, alana yönelik kurucu araştırmalara büyük ölçüde katkıda bulunan ve sektörün en önemli şirketlerinden bazılarını - yani Pixar , Silicon Graphics - kuracak birkaç öğrenciye eğitim veren ileri düzey bir bilgisayar grafikleri dersi vermek üzere eşleştirildi . ve Adobe Sistemleri . Tom Stockham, UU'da bilgisayar grafik laboratuvarı ile yakın çalışan görüntü işleme grubuna liderlik etti.

Bu öğrencilerden biri Edwin Catmull'du . Catmull, The Boeing Company'den yeni gelmişti ve fizik derecesi üzerinde çalışıyordu. Disney'de büyüyen Catmull, animasyonu severdi, ancak çizim yeteneğine sahip olmadığını çabucak keşfetti. Şimdi Catmull (diğerleriyle birlikte) bilgisayarları animasyonun doğal ilerlemesi olarak gördü ve devrimin bir parçası olmak istediler. Catmull'un gördüğü ilk bilgisayar animasyonu kendisine aitti. Elinin açılıp kapanmasını gösteren bir animasyon yarattı. Ayrıca 1974'te üç boyutlu modellerde dokuları boyamak için doku haritalamanın öncülüğünü yaptı ve şimdi 3B modellemede temel tekniklerden biri olarak kabul ediliyor . Bilgisayar grafiklerini kullanarak uzun metrajlı bir sinema filmi üretmek hedeflerinden biri haline geldi - Pixar'daki kurucu rolünden yirmi yıl sonra ulaşacağı bir hedef . Aynı sınıfta Fred Parke , karısının yüzünün animasyonunu yaptı. İki animasyon, 1976 yapımı Futureworld uzun metrajlı filmine dahil edildi .

UU bilgisayar grafiği laboratuvarı her yerden insanları çekerken, John Warnock da bu ilk öncülerden biriydi; daha sonra Adobe Systems'ı kurdu ve PostScript sayfa tanımlama diliyle yayıncılık dünyasında bir devrim yarattı ve Adobe daha sonra Adobe Photoshop'ta endüstri standardı fotoğraf düzenleme yazılımı ve Adobe After Effects'te önde gelen bir film endüstrisi özel efekt programı yaratmaya devam edecekti .

James Clark da oradaydı; daha sonra , 1990'ların başına kadar üst düzey grafikler alanına hakim olacak gelişmiş işleme sistemleri üreticisi olan Silicon Graphics'i kurdu.

3D bilgisayar grafiklerinde büyük bir ilerleme, UU'da bu ilk öncüler tarafından yaratıldı - gizli yüzey belirleme . Ekranda bir 3B nesnenin temsilini çizmek için, bilgisayarın izleyicinin bakış açısından nesnenin "arkasında" hangi yüzeylerin olduğunu belirlemesi ve dolayısıyla bilgisayar görüntüyü oluşturduğunda (veya işlediğinde) "gizlenmesi" gerekir. 3D Çekirdek Grafik Sistemi ( veya Çekirdek ), geliştirilecek ilk grafik standardıydı. ACM Özel İlgi Grubu SIGGRAPH'ın 25 uzmanından oluşan bir grup bu "kavramsal çerçeveyi" geliştirdi. Spesifikasyonlar 1977'de yayınlandı ve bu alanda gelecekteki birçok gelişme için bir temel oluşturdu.

Yine 1970'lerde Henri Gouraud , Jim Blinn ve Bui Tuong Phong , Gouraud gölgeleme ve Blinn-Phong gölgeleme modellerinin geliştirilmesi yoluyla CGI'da gölgelemenin temellerine katkıda bulunarak grafiklerin "düz" bir görünümün ötesine geçmesine olanak sağladı. derinliği doğru bir şekilde tasvir ediyor. Jim Blinn ayrıca 1978'de , engebeli yüzeyleri simüle etmek için bir teknik olan ve bugün kullanılan daha birçok gelişmiş haritalama türünün öncüsü olan tümsek eşlemeyi sunarak daha fazla yenilik yaptı.

Bugün bilinen modern video oyunu salonu , gerçek zamanlı 2D sprite grafikleri kullanan ilk atari oyunlarıyla 1970'lerde doğdu . 1972'de Pong , ilk hit atari kabine oyunlarından biriydi. 1974'teki Hız Yarışı , dikey olarak kayan bir yol boyunca hareket eden karakterlere sahipti . 1975'te Gun Fight insan görünümlü animasyon karakterlere yer verirken , 1978'de Space Invaders ekranda çok sayıda animasyon figürüne yer verdi; her ikisi de Intel 8080 mikroişlemcilerinin çerçeve arabelleği grafiklerini canlandırmasına yardımcı olmak için ayrı yongalardan yapılmış özel bir varil değiştirici devre kullandı.

1980'ler

1980'ler bilgisayar grafiklerinin modernizasyonunu ve ticarileşmesini görmeye başladı. Ev bilgisayarı yaygınlaştıkça , daha önce sadece akademik bir disiplin olan bir konu çok daha geniş bir kitle tarafından benimsendi ve bilgisayar grafiği geliştiricilerinin sayısı önemli ölçüde arttı.

1980'lerin başında, metal oksit yarı iletken (MOS) çok büyük ölçekli entegrasyon (VLSI) teknolojisi, 16 bitlik merkezi işlem birimi (CPU) mikroişlemcilerinin ve ilk grafik işleme birimi (GPU) yongalarının bulunmasına yol açtı. bilgisayar grafik terminalleri ve kişisel bilgisayar (PC) sistemleri için yüksek çözünürlüklü grafikler sağlayarak bilgisayar grafiklerinde devrim yaratmaya başladı . NEC'in µPD7220'si , tamamen entegre bir NMOS VLSI çipi üzerinde üretilen ilk GPU'ydu . 1024x1024'e kadar çözünürlüğü destekledi ve gelişmekte olan PC grafik pazarının temellerini attı. Birkaç grafik kartında kullanıldı ve Intel'in grafik işlem birimlerinin ilki olan Intel 82720 gibi klonlar için lisanslandı . MOS bellek ayrıca 1980'lerin başında daha ucuz hale geldi ve özellikle 1980'lerin ortalarında Texas Instruments (TI) tarafından tanıtılan video RAM (VRAM) olmak üzere uygun fiyatlı çerçeve arabellek belleğinin geliştirilmesini sağladı. 1984 yılında Hitachi , ilk tamamlayıcı MOS (CMOS) GPU olan ARTC HD63484'ü piyasaya sürdü . Renkli modda yüksek çözünürlüklü ve tek renkli modda 4K çözünürlüğe kadar görüntüleme yeteneğine sahipti ve 1980'lerin sonlarında bir dizi grafik kartı ve terminalde kullanıldı. 1986'da TI , ilk tamamen programlanabilir MOS grafik işlemcisi olan TMS34010'u piyasaya sürdü.

Bu on yılda bilgisayar grafik terminalleri giderek daha akıllı, yarı bağımsız ve bağımsız iş istasyonları haline geldi. Grafikler ve uygulama işleme, merkezi anabilgisayar ve mini bilgisayarlara güvenmeye devam etmek yerine, iş istasyonundaki zekaya giderek daha fazla taşındı . Bilgisayar destekli mühendislik pazarı için yüksek çözünürlüklü bilgisayar grafikleri akıllı iş istasyonlarına erken geçişin tipik bir örneği, Bell-Northern Research'ün bir yan ürünü olan Orcatech of Ottawa tarafından geliştirilen ve David liderliğindeki Orca 1000, 2000 ve 3000 iş istasyonlarıydı. Pearson, erken bir iş istasyonu öncüsü. Orca 3000, 16-bit Motorola 68000 mikroişlemciye ve AMD bit-slice işlemcilere dayanıyordu ve işletim sistemi olarak Unix'e sahipti. Tasarım mühendisliği sektörünün sofistike ucunu doğrudan hedef aldı. Sanatçılar ve grafik tasarımcılar, kişisel bilgisayarı, özellikle de Commodore Amiga ve Macintosh'u ciddi bir tasarım aracı, zaman kazandırabilen ve diğer yöntemlerden daha doğru çizim yapabilen bir araç olarak görmeye başladılar . Macintosh, grafik tasarım stüdyoları ve işletmeler arasında bilgisayar grafikleri için oldukça popüler bir araç olmaya devam ediyor. 1980'lerden kalma modern bilgisayarlar, verileri ve bilgileri metin yerine semboller, simgeler ve resimlerle sunmak için genellikle grafik kullanıcı arabirimlerini (GUI) kullanır. Grafikler, multimedya teknolojisinin beş temel unsurundan biridir .

Gerçekçi işleme alanında, Japonya'nın Osaka Üniversitesi , gerçekçi 3D bilgisayar grafikleri oluşturmak amacıyla 1982'de 257 adede kadar Zilog Z8001 mikroişlemci kullanan bir süper bilgisayar olan LINKS-1 Bilgisayar Grafik Sistemini geliştirdi . Japan Information Processing Society of Japan'a göre: "3D görüntü işlemenin özü, işlenmiş bir yüzeyi oluşturan her pikselin parlaklığını verilen bakış açısından, ışık kaynağından ve nesne konumundan hesaplamaktır. LINKS-1 sistemi, bir her pikselin ışın izleme kullanılarak bağımsız olarak paralel işlenebildiği görüntü işleme metodolojisi . Özellikle yüksek hızlı görüntü işleme için yeni bir yazılım metodolojisi geliştirerek, LINKS-1 son derece gerçekçi görüntüleri hızlı bir şekilde işlemeyi başardı. Dünyanın ilkini oluşturmak için kullanıldı. Tüm göklerin tamamen bilgisayar grafikleriyle yapılmış 3D planetaryum benzeri videosu . Video, Tsukuba'daki 1985 Uluslararası Fuarında Fujitsu pavyonunda sunuldu ." LINKS-1, 1984 itibariyle dünyanın en güçlü bilgisayarıydı . Ayrıca, gerçekçi işleme alanında, David Immel ve James Kajiya'nın genel işleme denklemi 1986'da geliştirildi - bu, küresel aydınlatmanın uygulanmasına yönelik önemli bir adımdır . bilgisayar grafiklerinde fotogerçekçiliği takip edin.

Lucasfilm ve Industrial Light & Magic , diğer birçok stüdyo tarafından filmde birinci sınıf bilgisayar grafikleri için "gidilecek ev" olarak tanındığından , Star Wars ve diğer bilim kurgu serilerinin devam eden popülaritesi o zamanlar sinematik CGI ile ilgiliydi . Orijinal üçlemenin sonraki filmleri için kroma anahtarlamada ("bluescreening" vb.) Önemli ilerlemeler kaydedildi . Diğer iki video parçası da tarihsel olarak ilgili oldukları dönemden daha uzun ömürlü olacaktır: Dire Straits'in 1985'teki " Money for Nothing " adlı şarkıları için CGI'yi o dönemin müzik hayranları arasında popüler hale getiren ikonik, neredeyse tamamen CGI videosu ve bir sahne Genç Sherlock Holmes , aynı yıl, bir uzun metrajlı filmde (animasyonlu bir vitray şövalyesi ) ilk tamamen CGI karakterini canlandırıyor. 1988'de, ayrı bir algoritma olarak gölgeleme yapmak için özel olarak tasarlanmış küçük programlar olan ilk gölgelendiriciler , zaten Industrial Light & Magic'ten ayrı bir varlık olarak ayrılan Pixar tarafından geliştirildi - ancak halk bu tür teknolojik uygulamaların sonuçlarını görmeyecekti. sonraki on yıla kadar ilerleme. 1980'lerin sonlarında, Silicon Graphics (SGI) bilgisayarları , Pixar'da tamamen bilgisayar tarafından üretilen ilk kısa filmlerden bazılarını oluşturmak için kullanıldı ve Silicon Graphics makineleri, on yıl boyunca alan için bir yüksek su işareti olarak kabul edildi.

1980'ler aynı zamanda video oyunlarının altın çağı olarak da adlandırılır ; Diğer şirketlerin yanı sıra Atari , Nintendo ve Sega'nın milyonlarca satan sistemleri, bilgisayar grafiklerini ilk kez yeni, genç ve etkilenebilir bir izleyici kitlesine tanıttı - MS-DOS tabanlı kişisel bilgisayarlar, Apple II'ler , Mac'ler ve Amigas gibi. bunların tümü, kullanıcıların yeterince yetenekli olmaları durumunda kendi oyunlarını programlamalarına da izin verdi. Oyun salonları için ticari, gerçek zamanlı 3D grafiklerde ilerlemeler kaydedildi . 1988'de, Namco System 21 ve Taito Air System ile atari salonları için ilk özel gerçek zamanlı 3D grafik kartları tanıtıldı . Profesyonel tarafta, Evans & Sutherland ve SGI, grafikleri optimize etmek için bir CPU ile paralel işlemede ayrı ve çok güçlü bir çipin kullanıldığı bir teknoloji olan daha sonraki tek çipli grafik işleme birimini (GPU) doğrudan etkileyen 3D raster grafik donanımı geliştirdi . .

On yıl ayrıca, E&S Digistar ile konum tabanlı eğlence ve eğitim, araç tasarımı, araç simülasyonu ve kimya dahil olmak üzere birçok ek profesyonel pazarda bilgisayar grafiklerinin uygulandığını gördü.

1990'lar

1990'ların ezici notu, 3B modellemenin kitlesel ölçekte ortaya çıkması ve genel olarak CGI kalitesinde etkileyici bir artış oldu. Ev bilgisayarları, daha önce binlerce dolara mal olan iş istasyonlarıyla sınırlı olan işleme görevlerini üstlenebilir hale geldi; 3B modelleyiciler ev sistemleri için kullanılabilir hale geldikçe, Silicon Graphics iş istasyonlarının popülaritesi azaldı ve 3D Studio veya diğer ev işleme yazılımları gibi Autodesk ürünlerini çalıştıran güçlü Microsoft Windows ve Apple Macintosh makinelerinin önemi arttı. On yılın sonunda, GPU bugün hâlâ sahip olduğu öneme yükselmeye başlayacaktı.

Alan, eğitimsiz bir göze gerçekten fotogerçekçi olarak geçebilen ilk işlenmiş grafikleri görmeye başladı (gerçi bunu henüz eğitimli bir CGI sanatçısı ile yapamazlardı) ve 3D grafikler oyunlarda , multimedyada ve animasyonda çok daha popüler hale geldi . 1980'lerin sonunda ve doksanların başında Fransa'da ilk bilgisayar grafikli TV dizisi yaratıldı : Mac Guff Ligne stüdyosu tarafından La Vie des bêtes (1988), Fantôme stüdyosu tarafından Les Fables Géométriques (1989–1991) ve Maurice Benayoun ve François Schuiten'in ilk HDTV bilgisayar grafiği serisi olan Quarxs (stüdyo ZA üretimi, 1990–1993).

Filmde Pixar , bu dönemde Edwin Catmull yönetimindeki ciddi ticari yükselişine 1995'te ilk büyük filmi gösterime girmesiyle başladı - Oyuncak Hikayesi - dokuz rakamlı bir kritik ve ticari başarı. Programlanabilir gölgelendiriciyi icat eden stüdyo , birçok animasyon hitine sahip olacaktı ve önceden oluşturulmuş video animasyonu üzerindeki çalışması, hala bir endüstri lideri ve araştırma çığır açıcı olarak kabul ediliyor.

Video oyunlarında, 1992'de Sega Model 1 atari sistem kartında çalışan Virtua Racing , tamamen 3D yarış oyunlarının temellerini attı ve video oyun endüstrisinde daha geniş bir kitle arasında gerçek zamanlı 3D çokgen grafikleri popüler hale getirdi . 1993'te Sega Model 2 ve 1996'da Sega Model 3 daha sonra ticari, gerçek zamanlı 3D grafiklerin sınırlarını zorladı. PC'ye geri döndüğümüzde , ilk çok popüler 3D birinci şahıs nişancı oyunlarından üçü olan Wolfenstein 3D , Doom ve Quake , id Software tarafından bu on yılda, özellikle John Carmack tarafından geliştirilen bir işleme motoru kullanılarak eleştirel ve popüler beğeni toplayarak piyasaya sürüldü . Diğer konsolların yanı sıra Sony PlayStation , Sega Saturn ve Nintendo 64 milyonlarda satıldı ve ev oyuncuları için 3D grafikleri popüler hale getirdi. Super Mario 64 ve The Legend of Zelda: Ocarina of Time gibi platform oyunları ve Virtua Fighter , Battle Arena Toshinden gibi erken dönem 3D dövüş oyunları gibi , 1990'ların sonlarına ait bazı birinci nesil 3D oyunların konsol kullanıcıları arasında 3D grafikleri popülerleştirmede etkili olduğu görüldü. ve Tekken .

İşleme için teknoloji ve algoritmalar büyük ölçüde gelişmeye devam etti. 1996'da Krishnamurty ve Levoy , Jim Blinn'in çarpma eşlemesinde bir gelişme olan normal eşlemeyi icat etti . 1999, Nvidia'nın ufuk açıcı GeForce 256'yı piyasaya sürdüğünü gördü; grafik işlemci birimi veya GPU olarak faturalandırılan ve kendi deyimiyle "entegre dönüştürme , aydınlatma , üçgen kurulumu / kırpma ve işleme motorları" içeren ilk ev video kartı . On yılın sonunda bilgisayarlar, DirectX ve OpenGL gibi grafik işleme için ortak çerçeveleri benimsedi . O zamandan beri, bilgisayar grafikleri, daha güçlü grafik donanımı ve 3B modelleme yazılımı sayesinde yalnızca daha ayrıntılı ve gerçekçi hale geldi . AMD aynı zamanda bu on yıl içinde grafik kartlarının önde gelen geliştiricilerinden biri haline geldi ve bu alanda bugün var olan bir "duopol" yarattı.

2000'ler

CGI bu dönemde ciddi anlamda her yerde bulunur hale geldi. Video oyunları ve CGI sineması , 1990'ların sonlarında bilgisayar grafiklerinin erişimini ana akıma yaydı ve 2000'lerde hızlandırılmış bir hızla devam etti. CGI ayrıca 1990'ların sonlarında ve 2000'lerde yaygın olarak televizyon reklamları için toplu olarak benimsendi ve böylece büyük bir izleyici kitlesine aşina oldu.

Grafik işleme biriminin devam eden yükselişi ve artan karmaşıklığı bu on yıl için çok önemliydi ve 3B grafik GPU'ları masaüstü bilgisayar üreticilerinin sunduğu bir gereklilik olarak görüldükçe, 3B işleme yetenekleri standart bir özellik haline geldi . Nvidia GeForce grafik kartları serisi , ATI'nin ara sıra önemli ölçüde rekabet etmesiyle, on yılın başlarında pazara hakim oldu . On yıl ilerledikçe, hem Nvidia hem de AMD düşük fiyatlı yonga setlerini piyasaya sürdüğü ve pazara hakim olmaya devam ettiği için , düşük kaliteli makineler bile genellikle bir tür 3D özellikli GPU içeriyordu . 1980'lerde GPU'da özel işlem gerçekleştirmek için tanıtılan gölgelendiriciler , on yılın sonunda çoğu tüketici donanımında desteklenecek, grafikleri önemli ölçüde hızlandıracak ve bilgisayar grafiklerinde normalin yaygın olarak benimsenmesi yoluyla büyük ölçüde gelişmiş doku ve gölgelemeye izin verecekti. haritalama , çıkıntı haritalama ve çok sayıda detayın simülasyonuna izin veren çeşitli diğer teknikler.

Filmlerde ve video oyunlarında kullanılan bilgisayar grafikleri giderek tekinsiz vadiye girecek kadar gerçekçi olmaya başladı . Buz Devri ve Madagaskar gibi geleneksel çizgi filmlerin yanı sıra, Kayıp Balık Nemo gibi çok sayıda Pixar teklifinin bu alanda gişeye hakim olmasıyla CGI filmleri çoğaldı. 2001'de vizyona giren The Final Fantasy: The Spirits Within , fotogerçekçi CGI karakterlerini kullanan ve tamamen hareket yakalama ile yapılmış tamamen bilgisayarda üretilmiş ilk uzun metrajlı filmdi. Ancak film bir gişe başarısı olmadı. Bazı yorumcular bunun kısmen baş CGI karakterlerinin " tekinsiz vadiye " düşen yüz hatlarına sahip olmasından kaynaklanabileceğini öne sürdüler . Kutup Ekspresi gibi diğer animasyon filmleri de bu dönemde ilgi gördü. Star Wars ayrıca prequel üçlemesiyle yeniden su yüzüne çıktı ve efektler, filmde CGI için bir çıta oluşturmaya devam etti.

Video oyunlarında , Sony PlayStation 2 ve 3 , Microsoft Xbox konsol serisi ve Nintendo'nun GameCube gibi teklifleri, Windows PC'de olduğu gibi büyük bir takipçi kitlesini sürdürdü . Grand Theft Auto , Assassin's Creed , Final Fantasy , BioShock , Kingdom Hearts , Mirror's Edge ve diğer düzinelerce seri gibi kayan CGI ağırlıklı oyunlar fotogerçekçiliğe yaklaşmaya devam etti , video oyun endüstrisini büyüttü ve endüstrinin gelirleri karşılaştırılabilir hale gelene kadar etkiledi. filmlerinki. Microsoft , XNA programı ile DirectX'i bağımsız geliştirici dünyasına daha kolay bir şekilde sunma kararı aldı , ancak bu başarılı olamadı. Bununla birlikte, DirectX'in kendisi ticari bir başarı olarak kaldı. OpenGL de olgunlaşmaya devam etti ve o ve DirectX büyük ölçüde gelişti; ikinci nesil gölgelendirici dilleri HLSL ve GLSL bu on yılda popüler olmaya başladı.

Bilimsel hesaplamada , büyük miktarda veriyi bir GPU ile CPU arasında çift yönlü olarak iletmek için GPGPU tekniği icat edildi; birçok türde biyoinformatik ve moleküler biyoloji deneyi üzerinde analizleri hızlandırmak . Teknik, Bitcoin madenciliği için de kullanılmış ve bilgisayar görüşünde uygulamaları var .

2010'lar

2010'larda, CGI videoda neredeyse her yerde bulunuyordu, önceden oluşturulmuş grafikler neredeyse bilimsel olarak fotogerçekçiydi ve uygun bir üst düzey sistemdeki gerçek zamanlı grafikler, eğitimsiz bir göz için fotogerçekçiliği simüle edebilirdi.

Doku eşleme , birçok katmanla çok aşamalı bir sürece olgunlaştı; genel olarak doku haritalama, çarpma haritalama veya izoyüzeyler veya normal haritalama , aynasal vurgular ve yansıma teknikleri dahil aydınlatma haritaları ve önemli ölçüde olgunlaşmakta olan gölgelendiricileri kullanarak tek bir işleme motorunda gölge hacimlerini uygulamak alışılmadık bir durum değildir. Gölgelendiriciler artık sahadaki ileri düzey çalışmalar için neredeyse bir gerekliliktir ve piksellerin , köşelerin ve dokuların öğe bazında manipüle edilmesinde önemli ölçüde karmaşıklık ve sayısız olası efekt sağlar. Shader dilleri HLSL ve GLSL aktif araştırma ve geliştirme alanlarıdır. Birçok harita uygulayan ve gerçek optik ışık akışını simüle etmek için gelişmiş hesaplamalar gerçekleştiren fiziksel tabanlı işleme veya PBR, ortam perdeleme , yüzey altı saçılma , Rayleigh saçılması , foton haritalama ve diğerleri gibi gelişmiş alanlarla birlikte aktif bir araştırma alanıdır . 4K Ultra HD gibi ultra yüksek çözünürlüklü modlarda gerçek zamanlı olarak grafik sağlamak için gereken işlem gücüyle ilgili deneyler başlıyor, ancak en üst düzey donanımlar dışında hiçbir donanımın ulaşamayacağı bir noktada.

Sinemada, çoğu animasyon filmi artık CGI; Her yıl çok sayıda animasyonlu CGI filmi yapılıyor , ancak varsa bile çok azı tekinsiz vadiye dair devam eden korkular nedeniyle fotogerçekçiliği deniyor . Çoğu 3D çizgi filmdir .

Video oyunlarında, Microsoft Xbox One , Sony PlayStation 4 ve Nintendo Switch şu anda ev alanına hakimdir ve hepsi son derece gelişmiş 3D grafiklere sahiptir; Windows PC , hala en aktif oyun platformlarından biridir.

Görüntü türleri

iki boyutlu

2B bilgisayar grafikleri , çoğunlukla dijital görüntü gibi modellerden ve bunlara özgü tekniklerle bilgisayar tabanlı dijital görüntü üretimidir.

2D bilgisayar grafikleri, esas olarak tipografi gibi geleneksel baskı ve çizim teknolojileri üzerine orijinal olarak geliştirilen uygulamalarda kullanılır . Bu uygulamalarda, iki boyutlu görüntü yalnızca gerçek dünyadaki bir nesnenin temsili değil, aynı zamanda anlamsal değer katan bağımsız bir yapıdır; bu nedenle iki boyutlu modeller tercih edilir çünkü yaklaşımı tipografiden çok fotoğrafa benzeyen 3 boyutlu bilgisayar grafiklerinden daha doğrudan görüntü kontrolü sağlarlar .

Piksel sanatı

Büyük bir dijital sanat biçimi olan piksel sanatı, görüntülerin piksel düzeyinde düzenlendiği raster grafik yazılımı kullanılarak oluşturulur. Çoğu eski (veya nispeten sınırlı) bilgisayar ve video oyunlarındaki, grafik hesap makinesi oyunlarındaki ve birçok cep telefonu oyunundaki grafikler çoğunlukla piksel sanatıdır.

Hareketli grafikler

Hareketli grafik , daha büyük bir sahneye entegre edilmiş iki boyutlu bir görüntü veya animasyondur . Başlangıçta yalnızca bir video görüntüsünün bellek bitmap'inden ayrı olarak işlenen grafik nesneleri içeren bu, artık çeşitli grafik bindirme biçimlerini içeriyor.

Başlangıçta hareketli karakterler , genel ekranı tanımlayan verileri değiştirmeden bir ekranda hareket ettirilebilen animasyonlu bir karakter oluşturmak gibi, bir ekrandaki normal bitmap'in bir parçası gibi göründükleri şekilde ilgisiz bitmap'leri entegre etmenin bir yöntemiydi . Bu tür karakterler, elektronik devre veya yazılım tarafından oluşturulabilir . Devrede, bir donanım hareketli grafiği, görsel öğeleri ana ekranla entegre etmek için özel DMA kanallarını kullanan ve iki ayrı video kaynağını üst üste empoze eden bir donanım yapısıdır. Yazılım, özel işleme yöntemleriyle bunu simüle edebilir.

Vektör grafikleri

Vektör grafik formatları, raster grafikleri tamamlayıcı niteliktedir . Raster grafikler, görüntülerin bir piksel dizisi olarak temsilidir ve tipik olarak fotoğrafik görüntülerin temsili için kullanılır. Vektör grafikleri, görüntüyü oluşturan şekiller ve renkler hakkındaki bilgilerin kodlanmasından oluşur ve bu, işlemede daha fazla esneklik sağlayabilir. Vektör araçları ve biçimleriyle çalışmanın en iyi uygulama olduğu durumlar vardır ve tarama araçları ve biçimleriyle çalışmanın en iyi uygulama olduğu durumlar vardır. Her iki formatın bir araya geldiği zamanlar vardır. Her teknolojinin avantajları ve sınırlamaları ile bunlar arasındaki ilişkinin anlaşılması, büyük olasılıkla araçların verimli ve etkili kullanımıyla sonuçlanacaktır.

Üretken makine öğrenimi modelleri

2010'ların ortalarından bu yana, derin sinir ağlarındaki gelişmelerin bir sonucu olarak, girdi olarak doğal dil tanımını alan ve çıktı olarak bu tanıma uyan bir görüntü üreten modeller oluşturulmuştur. Metinden görüntüye modeller genellikle , girdi metnini gizli bir temsile dönüştüren bir dil modelini ve bu temsile göre şartlandırılmış bir görüntü üreten üretken bir görüntü modelini birleştirir . En etkili modeller genellikle web'den kazınmış çok miktarda resim ve metin verisi üzerinde eğitilmiştir. 2022'ye kadar, bu modellerin en iyileri, örneğin Dall-E 2 ve Stable Diffusion , yeterince güçlü sağlandığında saniyeler içinde yaşayan sanatçıların taklitlerinden neredeyse fotogerçekçiye kadar çeşitli stillerde görüntüler oluşturabiliyor. donanım.

3 boyutlu

2B grafiklerle karşılaştırıldığında 3B grafikler, geometrik verilerin üç boyutlu temsilini kullanan grafiklerdir. Performans amacıyla, bu bilgisayarda saklanır. Bu, daha sonra görüntülemek veya gerçek zamanlı görüntülemek için olabilecek görüntüleri içerir.

Bu farklılıklara rağmen, 3B bilgisayar grafikleri , çerçevedeki 2B bilgisayar grafikleri ve son işlenmiş görüntüdeki raster grafikler (2B'deki gibi) ile benzer algoritmalara dayanır . Bilgisayar grafik yazılımında, 2D ve 3D arasındaki ayrım bazen bulanıktır; 2B uygulamalar, aydınlatma gibi efektler elde etmek için 3B teknikleri kullanabilir ve öncelikle 3B, 2B oluşturma tekniklerini kullanabilir.

3D bilgisayar grafikleri, 3D modellerle aynıdır. Model, işleme dışında grafiksel veri dosyası içinde bulunur. Bununla birlikte, 3B modeli içeren farklılıklar vardır, herhangi bir 3B nesnenin temsilidir. Görsel olarak gösterilene kadar bir model grafik değildir. Baskı nedeniyle, 3B modeller yalnızca sanal alanla sınırlı değildir. 3B oluşturma, bir modelin nasıl görüntülenebileceğidir. Grafiksel olmayan bilgisayar simülasyonlarında ve hesaplamalarında da kullanılabilir.

Bilgisayar animasyonu

Bilgisayar animasyonu , bilgisayarların kullanımı yoluyla hareketli görüntüler yaratma sanatıdır . Bilgisayar grafikleri ve animasyonunun bir alt alanıdır . Giderek artan bir şekilde 3D bilgisayar grafikleri aracılığıyla oluşturulmaktadır , ancak 2D bilgisayar grafikleri biçimsel, düşük bant genişliği ve daha hızlı gerçek zamanlı işleme ihtiyaçları için hala yaygın olarak kullanılmaktadır . Bazen animasyonun hedefi bilgisayarın kendisidir, ancak bazen hedef film gibi başka bir ortamdır . Özellikle filmlerde kullanıldığında CGI ( Bilgisayar tarafından oluşturulan görüntüler veya bilgisayar tarafından oluşturulan görüntüleme) olarak da adlandırılır.

Sanal varlıklar, bir nesnenin dönüşüm matrisinde saklanan dönüşüm değerleri (konum, yön ve ölçek) gibi çeşitli nitelikler içerebilir ve bunlar tarafından kontrol edilebilir . Animasyon, bir özelliğin zaman içindeki değişimidir. Animasyon elde etmenin birden fazla yöntemi mevcuttur; temel biçim, canlandırılacak özellik başına her biri belirli bir zamanda bir değer depolayan anahtar karelerin oluşturulmasına ve düzenlenmesine dayanır . 2B/3B grafik yazılımı, her anahtar karede değişerek zaman içinde eşlenen bir değerin düzenlenebilir bir eğrisini oluşturur ve bu da animasyonla sonuçlanır. Diğer animasyon yöntemleri, prosedürel ve ifadeye dayalı teknikleri içerir: ilki, animasyonlu varlıkların ilgili öğelerini, parçacık efektleri ve kalabalık simülasyonları oluşturmak için yararlı olan nitelik kümelerinde birleştirir ; ikincisi, animasyonu öngörülebilir bir şekilde otomatikleştirmek için matematikle birleştirilmiş kullanıcı tanımlı bir mantıksal ifadeden döndürülen değerlendirilmiş bir sonuca izin verir ( iskelet sistemi kurulumunda bir hiyerarşinin sunduklarının ötesinde kemik davranışını kontrol etmek için uygundur).

Hareket yanılsaması yaratmak için, bilgisayar ekranında bir görüntü görüntülenir ve ardından hızla önceki görüntüye benzer, ancak biraz kaydırılmış yeni bir görüntü ile değiştirilir. Bu teknik, televizyon ve sinema filmlerindeki hareket yanılsamasıyla aynıdır .

Kavramlar ve ilkeler

Görüntüler genellikle kameralar , aynalar , lensler , teleskoplar , mikroskoplar vb. cihazlar tarafından oluşturulur.

Dijital görüntüler hem vektör görüntüleri hem de raster görüntüleri içerir, ancak raster görüntüler daha yaygın olarak kullanılır.

piksel

Dijital görüntülemede, bir piksel (veya resim öğesi), raster görüntüdeki tek bir noktadır . Pikseller, normal bir 2 boyutlu ızgaraya yerleştirilir ve genellikle noktalar veya kareler kullanılarak temsil edilir. Her piksel, orijinal görüntünün bir örneğidir ve burada daha fazla örnek tipik olarak orijinalin daha doğru bir temsilini sağlar. Her pikselin yoğunluğu değişkendir; renk sistemlerinde, her piksel tipik olarak kırmızı, yeşil ve mavi gibi üç bileşene sahiptir .

Grafikler , bilgisayar ekranı gibi bir yüzeydeki görsel sunumlardır. Örnekler arasında fotoğraflar, çizimler, grafik tasarımlar, haritalar , mühendislik çizimleri veya diğer görüntüler yer alır. Grafikler genellikle metin ve çizimi birleştirir. Grafik tasarım, bir broşürde, broşürde, afişte, web sitesinde veya kitapta olduğu gibi, başka herhangi bir unsur olmaksızın tek başına tipografinin kasıtlı olarak seçilmesi, oluşturulması veya düzenlenmesinden oluşabilir. Açıklık veya etkili iletişim amaç olabilir, diğer kültürel öğelerle ilişkilendirme aranabilir veya yalnızca ayırt edici bir tarz yaratmak amaçlanabilir.

ilkeller

Temel öğeler, bir grafik sisteminin daha karmaşık görüntüler veya modeller oluşturmak için birleştirebileceği temel birimlerdir. Örnekler , 2B video oyunlarındaki karakterler ve karakter haritaları , CAD'deki geometrik ilkel öğeler veya 3B oluşturmadaki çokgenler veya üçgenler olabilir. İlkel öğeler, verimli işleme için donanımda veya bir grafik uygulaması tarafından sağlanan yapı taşlarında desteklenebilir .

oluşturma

Rendering , bilgisayar programları aracılığıyla 3 boyutlu bir modelden 2 boyutlu bir görüntünün oluşturulmasıdır. Bir sahne dosyası, kesin olarak tanımlanmış bir dilde veya veri yapısında nesneler içerir; sanal sahnenin tanımı olarak geometri, bakış açısı, doku , ışıklandırma ve gölgeleme bilgilerini içerecektir. Sahne dosyasında bulunan veriler daha sonra işlenmek ve bir dijital görüntüye veya raster grafik görüntü dosyasına çıktılanmak üzere bir işleme programına aktarılır . Oluşturma programı genellikle bilgisayar grafik yazılımında yerleşiktir, ancak diğerleri eklentiler veya tamamen ayrı programlar olarak mevcuttur. "Yerleştirme" terimi, bir sahnenin "sanatçı tarafından işlenmesi" ile kıyaslanabilir. İşleme yöntemlerinin teknik ayrıntıları değişiklik gösterse de, bir sahne dosyasında saklanan bir 3B temsilden 2B görüntü üretmenin üstesinden gelinmesi gereken genel zorluklar, GPU gibi bir işleme aygıtı boyunca grafik boru hattı olarak özetlenir . GPU, hesaplamalarda CPU'ya yardımcı olabilen bir cihazdır. Bir sahnenin sanal aydınlatma altında nispeten gerçekçi ve öngörülebilir görünmesi gerekiyorsa, işleme yazılımının işleme denklemini çözmesi gerekir . İşleme denklemi, tüm aydınlatma olaylarını hesaba katmaz, ancak bilgisayar tarafından oluşturulan görüntüler için genel bir aydınlatma modelidir. "Rendering", son video çıktısını üretmek için bir video düzenleme dosyasındaki efektleri hesaplama sürecini açıklamak için de kullanılır.

3D projeksiyon

3B projeksiyon , üç boyutlu noktaları iki boyutlu bir düzleme eşleme yöntemidir. Grafik verileri görüntülemek için en güncel yöntemler düzlemsel iki boyutlu ortama dayandığından, bu tür projeksiyonun kullanımı yaygındır. Bu yöntem çoğu gerçek zamanlı 3B uygulamada kullanılır ve tipik olarak nihai görüntüyü oluşturmak için rasterleştirmeyi kullanır.

Işın izleme

Işın izleme , bir görüntü düzlemindeki pikseller boyunca ışığın yolunu izleyerek bir görüntü oluşturmak için görüntü sıralama algoritmaları ailesinden bir tekniktir . Teknik, yüksek derecede fotogerçekçilik üretme yeteneğine sahiptir ; genellikle tipik tarama çizgisi oluşturma yöntemlerinden daha yüksektir, ancak daha yüksek bir hesaplama maliyetiyle .

gölgeleme

Gölgelendirme , 3B modellerde veya resimlerde derinliği değişen karanlık seviyeleriyle tasvir etmek anlamına gelir . Daha koyu alanlar için daha yoğun veya daha koyu bir gölge ile ve daha açık alanlar için daha az yoğun veya daha açık bir gölge ile medya uygulayarak kağıt üzerindeki koyuluk düzeylerini tasvir etmek için çizimde kullanılan bir işlemdir. Bir alanı gölgelemek için değişen yakınlıktaki dikey çizgilerin bir ızgara modelinde çizildiği çapraz tarama da dahil olmak üzere çeşitli gölgeleme teknikleri vardır . Çizgiler birbirine ne kadar yakınsa, alan o kadar koyu görünür. Aynı şekilde çizgiler birbirinden ne kadar uzaksa alan o kadar açık görünür. Terim yakın zamanda gölgelendiricilerin uygulandığı anlamına gelecek şekilde genelleştirilmiştir.

Doku eşleme

Doku eşleme , bilgisayar tarafından oluşturulan bir grafik veya 3B modele ayrıntı, yüzey dokusu veya renk ekleme yöntemidir . 3B grafiklere uygulanmasına 1974 yılında Dr Edwin Catmull öncülük etti . Bir şeklin veya çokgenin yüzeyine bir doku haritası uygulanır (eşlenir). Bu işlem, desenli kağıdı düz beyaz bir kutuya uygulamaya benzer. Multitexturing, bir çokgen üzerinde aynı anda birden fazla dokunun kullanılmasıdır. Prosedürel dokular (bir çıktı dokusu üreten temel bir algoritmanın parametrelerinin ayarlanmasıyla oluşturulur) ve bitmap dokuları (bir görüntü düzenleme uygulamasında oluşturulan veya bir dijital kameradan içe aktarılan ), genel olarak konuşursak, 3B modellerde doku tanımını uygulamanın yaygın yöntemleridir. bilgisayar grafikleri yazılımı, dokuların bir modelin yüzeyine amaçlanan yerleşimi genellikle çokgen yüzeyler için UV haritalama (doku koordinatlarının keyfi, manuel yerleşimi) olarak bilinen bir tekniği gerektirirken , tekdüze olmayan rasyonel B-spline (NURB) yüzeylerin kendi içsel özellikleri vardır. doku koordinatları olarak kullanılan parametrelendirme . Bir disiplin olarak doku eşleme, yüksekliği simüle etmek için bir dokuya karşılık gelen normal haritalar ve tümsek haritaları oluşturma tekniklerini ve parlaklık ve ışık yansımalarını simüle etmeye yardımcı olmak için speküler haritaları ve parlaklık olarak da adlandırılan ayna benzeri yansıtmayı simüle etmek için ortam haritalamasını da kapsar.

kenar yumuşatma

Sıvı kristal ekran veya CRT televizyon gibi bir raster (piksel tabanlı) cihazda görüntülemek için çözünürlükten bağımsız varlıkların (3B modeller gibi) oluşturulması, kaçınılmaz olarak, çoğunlukla doku ayrıntılarının geometrik kenarları ve sınırları boyunca örtüşme bozukluklarına neden olur; bu eserler gayri resmi olarak " jaggies " olarak adlandırılır. Kenar yumuşatma yöntemleri, bu tür sorunları düzelterek, görüntünün izleyici için daha hoş olmasına neden olur, ancak hesaplama açısından biraz pahalı olabilir. Çeşitli kenar yumuşatma algoritmaları ( süper örnekleme gibi ) kullanılabilir, ardından elde edilen görüntünün kalitesine karşı en verimli işleme performansı için özelleştirilebilir; bir grafik sanatçısı, kenar yumuşatma yöntemleri kullanılacaksa bu değiş tokuşu dikkate almalıdır. Bir ekranda (veya ekran konumunda) dokunun kendi çözünürlüğünden farklı bir çözünürlükte (sanal kameradan uzaktaki dokulu bir model gibi) görüntülenen önceden yumuşatılmış bir bitmap dokusu , örtüşme bozuklukları sergileyecektir. prosedürel olarak tanımlanmış doku , çözünürlükten bağımsız oldukları için her zaman örtüşme yapılarını gösterecektir; mipmap ve doku filtreleme gibi teknikler, dokuyla ilgili örtüşme sorunlarını çözmeye yardımcı olur.

Hacim oluşturma

Hacim oluşturma , 3B ayrık olarak örneklenmiş bir veri setinin 2B projeksiyonunu görüntülemek için kullanılan bir tekniktir . Tipik bir 3B veri seti, CT veya MRI tarayıcı tarafından alınan bir grup 2B dilim görüntüdür.

Genellikle bunlar düzenli bir modelde elde edilir (örneğin, her milimetrede bir dilim) ve genellikle düzenli bir modelde düzenli sayıda görüntü pikseline sahiptir. Bu, her bir hacim öğesinin veya vokselin çevresindeki yakın alan örneklenerek elde edilen tek bir değerle temsil edilen vokselin olduğu düzenli bir hacimsel ızgara örneğidir.

3D modelleme

3B modelleme, özel bir yazılım aracılığıyla "3B model" adı verilen herhangi bir üç boyutlu nesnenin matematiksel, tel kafes temsilini geliştirme sürecidir . Modeller otomatik veya manuel olarak oluşturulabilir; 3B bilgisayar grafikleri için geometrik verilerin hazırlanmasına yönelik manuel modelleme süreci, heykeltıraşlık gibi plastik sanatlara benzer . 3B modeller, çoklu yaklaşımlar kullanılarak oluşturulabilir: doğru ve pürüzsüz yüzey yamaları oluşturmak için NURB'lerin kullanılması, çokgen ağ modelleme (yönlü geometrinin manipülasyonu) veya çokgen ağ alt bölümü (NURB modellerine benzer pürüzsüz yüzeylerle sonuçlanan çokgenlerin gelişmiş mozaiklenmesi). Bir 3B model, fiziksel fenomenlerin bilgisayar simülasyonunda kullanılan veya başka amaçlar için doğrudan canlandırılan 3B oluşturma adı verilen bir işlem aracılığıyla iki boyutlu bir görüntü olarak görüntülenebilir . Model ayrıca 3D Baskı cihazları kullanılarak fiziksel olarak da oluşturulabilir.

Bilgisayar grafiklerinde öncüler

Charles Csuri

Charles Csuri , bilgisayar animasyonu ve dijital güzel sanatlarda öncüdür ve 1964'te ilk bilgisayar sanatını yaratmıştır. Csuri, Smithsonian tarafından dijital sanat ve bilgisayar animasyonunun babası olarak ve Museum of Modern Art tarafından bilgisayar animasyonunun öncüsü olarak kabul edilmiştir ( MoMA) ve Bilgi İşlem Makineleri Derneği - SIGGRAPH .

Donald P.Greenberg

Donald P. Greenberg , bilgisayar grafiklerinde lider bir yenilikçidir. Greenberg yüzlerce makale yazdı ve Robert L. Cook , Marc Levoy , Brian A. Barsky ve Wayne Lytle gibi birçok önde gelen bilgisayar grafik sanatçısı, animatör ve araştırmacıya öğretmen ve akıl hocası olarak hizmet etti . Eski öğrencilerinin birçoğu teknik başarılarından dolayı Akademi Ödülleri kazandı ve birçoğu SIGGRAPH Başarı Ödülü'nü kazandı. Greenberg, NSF Bilgisayar Grafikleri ve Bilimsel Görselleştirme Merkezi'nin kurucu direktörüydü.

A.Michael Noll

Noll , sanatsal desenler oluşturmak ve görsel sanatların yaratılmasında rastgele süreçlerin kullanımını resmileştirmek için bir dijital bilgisayar kullanan ilk araştırmacılardan biriydi . 1962'de dijital sanat yaratmaya başladı ve bu onu en eski dijital sanatçılardan biri yaptı. 1965'te Noll, Frieder Nake ve Georg Nees ile birlikte bilgisayar sanatlarını halka açık olarak sergileyen ilk kişilerdi. Nisan 1965'te Howard Wise Gallery, Noll'un bilgisayar sanatının yanı sıra Bela Julesz'in rastgele nokta desenlerini sergiledi .

Diğer öncüler

• Pierre Bezier
• Jim Blinn
• Jack Bresenham
• John Carmak
• Paul de Casteljau'nun
• Ed Catmull
• Frank Karga
• James D.Foley
• William Köstebek
• Henry Fuchs
• Henri Gouraud
• Marek Holynski
• Charles Döngüsü
• Nadia Magnenat Thalmann
• Benoit Mandelbrot
• martin newell
• Fred Parke
• Bui Tuong Phong
• Steve Russel
• Daniel J. Sandin
• Alvy Ray Smith
• Bob Sproull
• İvan Sutherland
• Daniel Thalmann
• Andries van Barajı
• John Warnock
• J. Turner Whitted
• Lance Williams
• jim kajiya

Organizasyonlar

• İŞGRAF
• GDC
• Bell Telefon Laboratuvarları
• Amerika Birleşik Devletleri Silahlı Kuvvetleri , özellikle Whirlwind bilgisayarı ve SAGE Projesi
• boeing
• Eurographics
• IBM
• renault
• Utah Üniversitesi bilgisayar bilimleri bölümü
• Lucasfilm ve Industrial Light & Magic
• Autodesk
• Adobe Sistemleri
• Pixar
• Silikon Grafikler , Khronos Grubu ve OpenGL
• Microsoft'ta DirectX bölümü _
• Nvidia
• AMD

Bilgisayar grafikleri çalışması

Bilgisayar grafikleri çalışması, görsel içeriğin dijital olarak sentezlenmesi ve manipüle edilmesi için yöntemleri inceleyen bilgisayar biliminin bir alt alanıdır . Terim genellikle üç boyutlu bilgisayar grafiklerini ifade etse de, iki boyutlu grafikleri ve görüntü işlemeyi de kapsar .

Akademik bir disiplin olarak bilgisayar grafikleri, hesaplama tekniklerini kullanarak görsel ve geometrik bilgilerin manipülasyonunu inceler. Tamamen estetik konulardan ziyade görüntü oluşturma ve işlemenin matematiksel ve hesaplamalı temellerine odaklanır . İki alanın pek çok benzerliği olmasına rağmen, bilgisayar grafikleri genellikle görselleştirme alanından ayrılır.

Uygulamalar

Bilgisayar grafikleri aşağıdaki alanlarda kullanılabilir:

• hesaplamalı biyoloji
• hesaplamalı fotoğrafçılık
• hesaplamalı fizik
• Bilgisayar destekli tasarım
• Bilgisayar simülasyonu
• Tasarım
• Dijital sanat
• Eğitim
• Grafik dizayn
• Bilgi grafikleri
• Bilgi görselleştirme
• akılcı ilaç tasarımı
• Bilimsel görselleştirme
• Sinema için özel efektler
• Video oyunları
• Sanal gerçeklik
• Web tasarımı

Ayrıca bakınız

• Yüzeylerin bilgisayar gösterimi
• bilgisayar grafikleri sözlüğü

notlar

Referanslar

daha fazla okuma

• L. Ammeraal ve K. Zhang (2007). Java Programcıları için Bilgisayar Grafikleri , İkinci Baskı, John-Wiley & Sons, ISBN  978-0-470-03160-5 .
• David Rogers (1998). Bilgisayar Grafikleri için Usul Unsurları . McGraw-Hill.
• James D. Foley , Andries Van Barajı, Steven K. Feiner ve John F. Hughes (1995). Bilgisayar Grafikleri: İlkeler ve Uygulama . Addison-Wesley.
• Donald Hearn ve M. Pauline Baker (1994). Bilgisayar Grafiği . Prentice-Hall.
• Francis S. Tepesi (2001). Bilgisayar Grafiği . Prentice Salonu.
• John Lewell (1985). Bilgisayar Grafikleri: Güncel Teknikler ve Uygulamalar Üzerine Bir Araştırma . Van Nostrand Reinhold.
• Jeffrey J. McConnell (2006). Bilgisayar Grafikleri: Teoriden Uygulamaya . Jones & Bartlett Yayıncıları.
• RD Parslow, RW Prowse, Richard Elliot Green (1969). Bilgisayar Grafiği: Teknikler ve Uygulamalar .
• Peter Shirley ve diğerleri. (2005). Bilgisayar grafiklerinin temelleri . AK Peters Ltd.
• M. Slater, A. Steed, Y. Chrysantho (2002). Bilgisayar grafikleri ve sanal ortamlar: gerçekçilikten gerçek zamana . Addison-Wesley.
• Wolfgang Höhl (2008): Açık kaynak yazılımlı etkileşimli ortamlar, Springer Wien New York, ISBN  3-211-79169-8

Dış bağlantılar

• Bilgisayar Grafikleri ve Animasyonun Eleştirel Tarihi
• Bilgisayar Grafiklerinin Tarihçesi makale dizisi
• UC Berkeley'de Bilgisayar Grafikleri araştırması
• Thomas Dreher: Bilgisayar Sanatı Tarihi, bölüm. IV.2 Bilgisayar Animasyonu
• RUS'ta Bilgisayar Grafiklerinin Tarihi