В статье раскрывается понятие и сущность компьютерной графики, рассматриваются основные виды компьютерной графики, приводятся статистические данные и описываются основные способы применения графической информации в различных сферах общественной жизни.
Ключевые слова: изображения, графика, данные.
В условиях современного мира человек всё чаще сталкивается с большими объёмами информации, с которыми достаточно тяжело взаимодействовать, если они не представлены в удобном виде, поэтому сегодня трудно представить жизнь без таблиц, схем, графиков, диаграмм, картинок и видеоматериалов, так как именно эти средства представления информации помогают нам визуализировать любые данные. Графическая информация в компьютеризированной среде является конечным продуктом компьютерной графики — изображением.
Компьютерная графика является разделом информатики, изучающим методы и средства представления и визуализации данных в графическом виде посредством программно-аппаратных средств. Это самый быстрорастущий сегмент в области информационных технологий. Широкий спектр возможностей, которые может реализовать компьютерная графика, начиная с систем видеонаблюдения и заканчивая многопользовательскими онлайн играми и просмотром видео на видеохостингах, постоянно расширяется, позволяя нам всесторонне развивать своё окружение.
В зависимости от методов и приёмов создания графической информации выделяют растровые, векторные, фрактальные и трёхмерные (3D) компьютерные графики.
Смысл растровой компьютерной графики заключается в представлении изображения совокупностью пикселей разных цветов. Размер изображения в пикселях может выражаться в виде количества пикселей по ширине и по высоте (800×600px, 1024×768px, 1600×1200px и т. д.) или же в виде общего количества пикселей (например, в изображении 1920×1080 пикселей содержится около 2 миллионов и 74 тысяч точек, что равно 2 мегапикселям). Пиксель — простейший элемент растровой графики. Каждый пиксель имеет свой фиксированный размер, и каждому пикселю приписан свой атрибут цвета. Каждый цвет пикселя записывается в виде определённого сочетания битов. Количество цветов напрямую зависит от количества битов, которые для этого используются, а называется это качество растрового изображения цветовой глубиной. Важным показателем в растровой графике служит разрешение изображения. Данный показатель выражает количество пикселей на дюйм: чем больше данных пикселей, тем выше разрешение изображения и тем оно чётче. Выражается этот показатель в единицах измерения «dpi» (dots per inch — точек на дюйм) [1]. Растровое представление изображения используется в таких приборах, как мониторы, принтеры, сканеры, мобильные телефоны и цифровые фотоаппараты. Пример растрового изображения можно рассмотреть на рисунке 1.
Рис. 1. Пример растрового изображения
Векторная графика — вид компьютерной графики, в котором изображение представляется в виде совокупности отдельных объектов, описываемых математическими уравнениями [2, 60]. Таким образом, если в растровой графике построение изображения происходит посредством совокупного представления пикселей, то в векторной графике базовым элементом построения изображения является линия (контур). В векторной графике контур имеет свои свойства: форму, цвет, начертание (сплошной или пунктирный), толщину и форму концов (со стрелкой или закругленные). Каждый контур имеет две и более опорных точек, которые называются узлами — по ним и строится изображение. Контур может быть открытым и закрытым. Открытый контур — если его начальная опорная точка не совпадает с конечной опорной точкой. Закрытый контур — если его последняя опорная точка является одновременно и первой, и замыкающей.
Данный вид компьютерной графики применяется в электронной полиграфии, системах автоматического проектирования и для создания любых изображений, которые в будущем должны будут масштабироваться. Это происходит с учётом того, что в векторной графике, в отличие от растровой, при увеличении масштаба изображения качество картинки не портится и не наблюдается эффект, который называют «пикселизацией» (когда становятся заметны элементы растра). Пример векторного изображения можно рассмотреть на рисунке 2.
Рис. 2. Пример векторного изображения
Фрактальная графика — очередной вид представления изображения, посредством наследования каждого нового элемента определённых графических свойств предыдущих элементов. Говоря простым языком, это изображение, построенное из многократно повторяющихся одинаковых частей. Мелкие элементы фрактального объекта повторяют свойства всего объекта. Полученный объект носит название «фрактальной фигуры». Процесс наследования можно продолжать до бесконечности. Изменяя коэффициенты уравнения, можно получать совершенно различные друг от друга изображения, а меняя и комбинируя окраску фрактальных фигур, можно моделировать образы живой и неживой природы [2,74].
Основное свойство такого вида компьютерной графики состоит в том, что изображение при масштабировании почти не изменяется ни в геометрическом строении, ни по уровню разрешения. Такое изображение всегда остаётся одинаково сложным, а каждый её элемент в одинаковой степени похож на все остальные элементы. Фрактальная графика в современном мире особенно популярна, ведь это один из самых необычных и лёгких способов создания сложных изображений, ведь графическому редактору нужно только задать нужную математическую формулу и указать количество повторений.
Фрактальная графика позволяет создавать абстрактные композиции, где можно реализовать такие композиционные приёмы как горизонтали и вертикали, диагональные направления, симметрию и асимметрию и др. Фрактальная графика незаменима при создании изображений облаков, гор, водных и других поверхностей, очень напоминающих природные неевклидовые поверхности. Часто фрактальную графику применяют для создания рекламных вывесок, вебсайтов и приложений, ведь фрактальные изображения на подсознательном уровне привлекают внимание человека. Методами фрактальной графики часто моделируют турбулентные потоки и создают различные узоры. Фрактальная графика является на сегодняшний день одним из самых быстро развивающихся перспективных видов компьютерной графики. Пример фрактального изображения можно рассмотреть на рисунке 3.
Рис. 3. Пример фрактального изображения
Трёхмерная 3D графика — один из самых сложных видов компьютерной графики, но в то же время и один из самых полезных в жизни современного человека. 3D моделирование позволяет создать объёмную трёхмерную модель с учётом многих условий, которые можно менять самостоятельно. Под условиями понимаются такие вещи, как освещение, точка зрения на объект, его габариты относительно других объектов и т. д. Данный вид построения изображения имеет огромное количество преимуществ над всеми другими видами компьютерной графики, описанными мною выше. Трёхмерная графика применяется почти во всех сферах жизнедеятельности человека. Примерами является почти всё, что нас окружает, ведь подавляющее большинство предметов обихода, перед тем как пойти в производство, создаются в графических редакторах трёхмерных моделей [3]. Возьмём, к примеру, любой мобильный телефон. В процессе создания инженеры сначала рассчитывали примерную форму и компоновку всех деталей внутри корпуса, после чего создают 3D модель, отражающую точные минимальные габариты устройства. После этого дизайнеры, с учётом данных величин, проектируют, как должен выглядеть аппарат и накладывают поверх первичной 3D модели смартфона новые объекты и шкурки (слои изображения) и т. д. То есть данная технология позволяет спроектировать то или иное устройство сразу в его объёмном виде и с учётом многих нюансов, что естественно ускоряет и облегчает процесс конструирования объектов быта. Пример трёхмерной графики можно рассмотреть на рисунке 4.
Рис. 4. Пример трёхмерной графики
Сегодня компьютерная графика является одним из самых быстроразвивающихся направлений информационных технологий: графическая информация используется почти во всех сферах жизнедеятельности человека [5].
Большую долю от всей графической информации, представленной в сети Интернет, занимает развлекательный контент. С помощью сайтов, онлайн игр, приложений для смартфонов и социальных сетей пользователи сети организуют своё свободное время. В частности, стоит обратить внимание на сильную интегрированность графической информации в сфере развлечений и досуга. Подтверждением этого служит статистика сайта YouTube.com от ноября 2019 года [4]. Данный ресурс создан для просмотра видеоматериалов по различным тематикам, которым пользуются 1,9 миллиардов людей в мире — это второй по популярности сервис после Facebook. Иными словами, 79 % пользователей сети Интернет имеют собственный аккаунт на сайте YouTube, который доступен на 80 различных языках. Ежеминутно на YouTube по всему миру загружается 500 часов видео, что в пересчете означает загрузку 30 000 часов видео каждый час. На просмотр этих видео у человека ушло бы примерно 82 года. 62 % компаний используют YouTube в качестве канала для публикации видеоконтента, причем 90 % пользователей открывают для себя новые бренды и продукты именно на YouTube. Следовательно, вышеописанная статистика доказывает нам, что интернет и графическая информация, которую общество получает с его помощью, играет существенную роль в жизни современного общества.
Помимо сферы досуга и развлечений, компьютерная графика незаменима и в области здравоохранения, так как условии современного мира вынуждают искать более совершенные средства борьбы с различными заболеваниями. В связи с этим подавляющее большинство стран мира последние 30 лет упорно старается внедрять современные информационные технологии в область медицины. И в этом процессе модернизации одно из наиболее значимых мест занимает внедрение компьютерной графики. Она активно применяется в создании моделей внутренних органов, обработке и выводе на экран компьютера изображения со сканера УЗИ и компьютерной томографии. Все эти данные записываются в память компьютера и в последствии на их основе составляется объёмное изображение. С помощью данных технологий выявляется около 80 % всех заболеваний даже на ранних стадиях, что существенно упрощает процесс лечения пациентов.
Особое внимание графической информации уделяется среди научных деятелей и в области образования. В данных отраслях человеку просто необходимо графическое сопровождение почти во всех вопросах, начиная от школьных презентаций в PowerPoint и заканчивая сложными графическими моделями протекания различных химических реакций. В данных направлениях компьютерная графика позволяет сделать преждевременные предположения о происхождении каких-либо процессов, на протекание которых ушло бы не одно тысячелетие. Примерами служат компьютерные графические программы, моделирующие зарождение жизни на земле, различные природные катаклизмы и столкновение элементарных частиц (программа анализа результатов деятельности большого адронного коллайдера).
Однако развитие и использование графической информации не достигли предела, и на сегодня существует множество планов по внедрению компьютерную графику в обиход. Например, во многих странах планируется искать информацию о преступниках по фотографиям и записям видеокамер в Интернете посредством использования нейронных сетей. На данный момент данная технология изучена не до конца и имеет определённый процент погрешности, но по заверениям учёных данная технология будет в полной мере освоена уже в ближайшее время.
Огромное значение для людей имеют транспортные средства, но в силу многих обстоятельств, человечеству было бы удобнее отстраниться от самостоятельного управления автомобилями. Зная это, компания Google запустила тестирование своих беспилотных автомобилей ещё в 2009 году, информационный портал ITC.ua представил следующую статистику: «C 2009 года беспилотники Google накатали около 2.72 млн км, из них около 1.7 млн км в режиме автопилота. За это время автомобили стали участниками 11 незначительных аварий»., что ярко отличается от количества аварий по вине человека [6]. Алгоритм управления транспортом, используемый в программе Google, намного практичнее, так как учитывает множество факторов, фиксирующихся с помощью камер с применением технологий, основанных на компьютерной графике (например, уровень освещённости на дороге, расстояние до дорожной разметки и других объектов, поведение других машин), а после производит расчет за доли секунд и позволяет реагировать на любые изменения в окружающей обстановке почти моментально.
Таким образом, графическая информация является очень удобным инструментом представления данных. С внедрением в обиход компьютеров начали развитие досуг и развлечения, здравоохранение, бизнес, образование, искусство и пр. Процесс развития представления графической информации и средств её обработки имеет высокую скорость. За 20–25 лет технологии компьютерной графики достигли небывалых высот, и то, что раньше казалось фантастикой, сейчас используется повсеместно, например, виртуальная реальность [7]. В конце 1960-х американским компьютерным художником Майроном Крюгером был сформулирован термин «искусственная реальность», определяющий технически созданный объектный мир, переданный человеку посредством его ощущений. В 1964 году польский философ и писатель Станислав Лем в своей книге «Сумма Технологии» впервые теоретически описал возможность создания окружающей действительности, почти не отличающейся от нашей, но подчиняющейся другим законам. Ровно через 20 лет была создана первая система, позволяющая манипулировать объектами на экране с помощью движения рук, а в 1989 был введён сам термин «виртуальная реальность». На сегодняшний день из простых манипуляторов и теоретических предположений эта технология переросла в полноценную аппаратно-программную систему, позволяющую человеку посредством контроллеров и специального шлема очутиться в виртуальном мире и управлять находящимися там объектами. Поэтому скорость развития графических технологий высока, и с каждым годом методы представления графической информации становятся более доступными для обычного пользователя.
Литература:
- Растровая графика // Stockers.ru: Сайт о фотобанках. URL: http://stockers.ru/articles/rastr/ (дата обращения: 24.12.2019).
- Васильев В. Е., Морозов А. В. Компьютерная графика. Спб.: СЗТУ, 2005–101с. {учебное пособие}.
- Долинин А. А. Применение компьютерной графики // Сайт Долинина Андрея Александровича — преподаватель ИКТ. URL: http://www.dolinin-infografika.narod.ru/p0005.htm (дата обращения: 21.12.2019).
- 10 YouTube Stats Every Marketer Should Know in 2020 [Infographic] {электронный ресурс} // www.oberlo.com. URL: https://www.oberlo.com/blog/youtube-statistics (дата обращения: 09.01.2020).
- Компьютерная графика {электронный ресурс}// Wikipedia.org: универсальная интернет-энциклопедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Компьютерная_графика (дата обращения: 08.01.2020).
- Статистика. «Беспилотники». Google. {электронный ресурс} // ITC.ua: Информационный портал в области ИТ. URL: http://itc.ua/blogs/za-shest-let-bespilotniki-google-popali-v-avarii-vsego-11-raz-ni-razu-po-vine-avtomobilya/ (дата обращения: 13.01.2020).
- Виртуальная реальность {электронный ресурс} // Wikipedia.org: универсальная интернет-энциклопедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Виртуальная_реальность (дата обращения: 13.01.2020).
