Современная визуализация чайника из штата Юта, культовой модели компьютерной 3D-графики, созданной Мартином Ньюэллом в 1975 году.
Компьютерная графика — это раздел информатики, изучающий методы цифрового синтеза и управления визуальным контентом. Хотя этот термин часто относится к изучению трехмерной компьютерной графики, он также включает в себя двумерную графику и обработку изображений.
Обзор
Компьютерная графика изучает манипулирование визуальной и геометрической информацией с использованием вычислительных методов. Основное внимание уделяется математическим и вычислительным основам генерации и обработки изображений, а не чисто эстетическим вопросам. Компьютерную графику часто отличают от области визуализации , хотя эти две области имеют много общего.
Существует несколько международных конференций и журналов, где публикуются наиболее значимые результаты в области компьютерной графики. Среди них конференции SIGGRAPH и Eurographics , а также журнал Transactions on Graphics Ассоциации вычислительной техники (ACM). Совместная серия симпозиумов Eurographics и ACM SIGGRAPH включает основные площадки для более специализированных подобластей: симпозиум по геометрической обработке, [1] симпозиум по рендерингу, симпозиум по компьютерной анимации, [2] и высокопроизводительной графике. [3]
Как и в остальных областях информатики, публикации на конференциях по компьютерной графике обычно более значимы, чем журнальные публикации (и, следовательно, имеют более низкий уровень принятия). [4] [5] [6] [7]
Подполя
Широкая классификация основных областей компьютерной графики может быть следующей:
Геометрия : способы представления и обработки поверхностей
Анимация : способы представления движения и управления им.
Визуализация : получение изображений или редактирование изображений.
Геометрия
Последовательные приближения поверхности, рассчитанные с использованием квадратичных метрик ошибок
Подобласть геометрии изучает представление трехмерных объектов в дискретной цифровой среде. Поскольку внешний вид объекта во многом зависит от его внешнего вида, чаще всего используются представления границ . Двумерные поверхности являются хорошим представлением большинства объектов, хотя они могут быть и немногообразными . Поскольку поверхности не являются конечными, используются дискретные цифровые аппроксимации. Полигональные сетки (и, в меньшей степени, поверхности подразделения ) на сегодняшний день являются наиболее распространенным представлением, хотя в последнее время более популярными стали представления на основе точек (см., например, Симпозиум по точечной графике). [8] Эти представления являются лагранжевыми, что означает, что пространственные положения образцов независимы. Недавно описания эйлеровых поверхностей (т. е. когда пространственные образцы фиксированы), такие как наборы уровней, стали полезным представлением для деформирования поверхностей, которые претерпевают множество топологических изменений ( наиболее ярким примером являются жидкости ). [9]
Подполя геометрии включают в себя:
Неявное моделирование поверхностей — более старая подобласть, которая исследует использование алгебраических поверхностей, конструктивной твердотельной геометрии и т. д. для представления поверхностей.
Цифровая геометрическая обработка – реконструкция поверхности , упрощение, выравнивание, восстановление сетки, параметризация , повторное создание сетки, создание сетки , сжатие поверхности и редактирование поверхности – все это подпадает под эту рубрику. [10] [11] [12]
Дискретная дифференциальная геометрия - зарождающаяся область, которая определяет геометрические величины для дискретных поверхностей, используемых в компьютерной графике. [13]
Точечная графика – новая область, в которой основное внимание уделяется точкам как фундаментальному представлению поверхностей.
Внешняя обработка сетки — еще одна недавняя область, в которой основное внимание уделяется наборам данных сетки, которые не помещаются в основную память.
Анимация
Подобласть анимации изучает описания поверхностей (и других явлений), которые движутся или деформируются с течением времени. Исторически сложилось так, что большая часть работ в этой области была сосредоточена на параметрических моделях и моделях, управляемых данными, но в последнее время физическое моделирование стало более популярным, поскольку компьютеры стали более мощными в вычислительном отношении.
Рендеринг генерирует изображения из модели. Рендеринг может имитировать перенос света для создания реалистичных изображений или может создавать изображения, имеющие особый художественный стиль при нефотореалистичном рендеринге . Двумя основными операциями реалистичного рендеринга являются перенос (сколько света проходит из одного места в другое) и рассеяние (как поверхности взаимодействуют со светом). Дополнительную информацию см. в разделе «Рендеринг (компьютерная графика)» .
Подполя рендеринга включают в себя:
Транспорт описывает, как освещение в сцене перемещается из одного места в другое. Обзорность – важная составляющая легкого транспорта.
Рассеяние: модели рассеяния (как свет взаимодействует с поверхностью в данной точке ) и затенения (как свойства материала изменяются по поверхности) используются для описания внешнего вида поверхности. В графике эти проблемы часто изучаются в контексте рендеринга, поскольку они могут существенно повлиять на разработку алгоритмов рендеринга . Описания рассеяния обычно даются в терминах функции распределения двунаправленного рассеяния (BSDF). Последний вопрос касается того, как различные типы рассеяния распределяются по поверхности (т. е. какая функция рассеяния где применяется). Описания такого типа обычно выполняются с помощью программы, называемой шейдером . (Существует некоторая путаница, поскольку слово «шейдер» иногда используется для программ, описывающих локальные геометрические вариации.)
