Доклад на тему "История появления компьютерной графики"
учебно-методический материал по информатике и икт

ДОКЛАД НА ТЕМУ

ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1.        ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ        4

1.1.        ПЕРВЫЕ ИСТОКИ        4

1.2.        СТАНОВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ        5

ГЛАВА 2.        ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ        8

2.1.        ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ        8

2.2.        ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ грАФИКИ        10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        13

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК        14

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня, под компьютерной графикой понимают область деятельности, в которой компьютеры используются как для создания изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Компьютерная графика насчитывает в своем развитии не менее десятка лет, а ее коммерческим приложениям – и того больше. До недавнего времени, экспериментирование по использованию возможностей интерактивной машинной графики было привилегией лишь небольшому количеству специалистов, в основном ученые и инженеры, занимающиеся вопросами автоматизации проектирования, анализа данных и математического моделирования. Теперь же исследование реальных и воображаемых миров через «призму» компьютеров стало доступно гораздо более широкому кругу людей.

Компьютерная графика сегодня является вполне самостоятельной дисциплиной со своими проблемами и спецификой, включающей идеи, алгоритмы и программно-аппаратные средства формирования графической информации. Она имеет солидный фундамент, в основании которого лежат различные базовые физические и математические законы. Компьютерной графикой в последнее время занимаются многие, что обусловлено высокими темпами развития вычислительной техники, она используется практически во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности восприятия и передачи информации. Знание её основ в наше время необходимо любому ученому или инженеру. Она властно вторгается в бизнес, медицину, рекламу, индустрию развлечений и многие другие области. В связи с чем, возникает потребность в знании истории ее появления.

1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

1. ПЕРВЫЕ ИСТОКИ

Среди истоков компьютерной графики стояли первые вычислительные машины 40-х годов XX века, они разрабатывались и использовались строго для расчётов и не имели отдельных средств для работы с графикой. Однако уже осуществлялись попытки использования ЭВМ первого поколения на электронных лампах для получения и обработки изображений. Программируя память ЭВМ и устройств вывода информации, построенных на основе матрицы электрических ламп, можно было получать простые узоры. Лампы накаливания включались и отключались в определённом порядке, образуя изображения различных фигур.

Отправной же точкой появления компьютерной графики можно считать 1930 год, когда в США нашим соотечественником Владимиром Зворыкиным, работавшим в компании Westinghouse, была изобретена электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), впервые позволившая получить изображения на экране без использования механических движущихся частей. Именно ЭЛТ явилась прообразом телевизионных кинескопов и компьютерных мониторов, еще достаточно широко используемых в настоящее время.

В 1950-х годах вычислительные возможности компьютеров и графические возможности периферийных устройств не позволяли получить высокую детализацию, но давали возможность осуществить посимвольный вывод изображений на экраны мониторов и типовых принтеров. Изображения строились из алфавитно-цифровых символов (символьная графика, позже пришло название ASCII-графика и ASCII-Art). Принцип прост: разница в плотности алфавитно-цифровых знаков и неспособность человеческого зрения различать детали с расстояния позволили создавать на компьютере рисунки и псевдографические объекты. Подобные изображения на бумаге создавали машинистки на печатных машинках в конце XIX века.

Началом эры собственно компьютерной графики можно считать декабрь 1951 года, когда в США в Массачусеттском технологическом институте (МТИ) для системы противовоздушной обороны военно-морского флота США был разработан первый дисплей, примененный в компьютере «Вихрь». Изобретателем этого дисплея был инженер из МТИ ДжейФоррестер. В 1952 году британский инженер Александр Дуглас написал шуточную программу «OXO» (крестики-нолики) для программируемого компьютера EDSAC, ставшую в истории первой компьютерной игрой. Изображение решётки и ноликов с крестиками строилось путём программирования трубки Вильямса или прорисовывалось на соседнем ЭЛТ.

Как отдельное направление компьютерной науки компьютерная графика оформилась в конце 60-х – начале 70-х годов прошлого столетия, хотя развиваться стала задолго до этого. За прошедшее время был разработан целый ряд приемов, алгоритмов и методов, ныне составляющих системообразующий базис этой науки.

В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину (графопостроитель). В 1963 году программист Эдвард Зейджек разработал первую компьютерную анимацию — движение спутника вокруг Земли. Анимация демонстрировала теоретический спутник, использовавший гироскопы для поддержки своей ориентации относительно Земли. Вся компьютерная обработка была сделана на компьютерах серий IBM 7090 или 7094 с использованием программы ORBIT.

2. СТАНОВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

В 60-е годы XX века начался реальный расцвет этапа становления компьютерной графики. С приходом новых высокопроизводительных по тем меркам компьютеров на транзисторах с мониторами (2-е поколение ЭВМ) и позже на микросхемах (3-е поколение ЭВМ) машинная графика стала не только сферой энтузиастов, но серьёзным научно-практическим направлением развития компьютерных технологий. Появились первые суперкомпьютеры (СDС 6600 и Cray-1), позволившие работать не только с быстрыми вычислениями, но и с компьютерной графикой на новом уровне.

Считается, что термин «компьютерная графика» придумал в 1960 году Уильям Феттер, дизайнер из Boeing Aircraft, хотя сам он утверждает, будто авторство принадлежит его коллеге Верну Хадсону. На тот момент возникла нужда в средствах описания строения человеческого тела, причем одновременно с высокой точностью и в пригодном для изменения виде. Для решения поставленной задачи компьютерная графика подходила идеально.

Важнейшим двигателем развития компьютерной графики следует считать появление в 1971 году микропроцессора — 4-разрядного Intel 4004. Его создание резко снизило стоимость машинного времени, что привлекло к цифровому рисованию множество талантливых людей. В этот период появляются первые цветные мониторы и цветная графика, являющиеся рывком в развитии компьютерной графики. Суперкомпьютеры с цветными дисплеями стали использоваться для создания спецэффектов в кино. В этот период компьютеры стали ещё более быстродействующими, их научили рисовать 3D-изображения, возникла трёхмерная графика и новое направление визуализации — фрактальная графика. Появились персональные компьютеры с графическими интерфейсами, использующие компьютерную мышь. Начало этому положили в 1972 году Буй Фонг, Роберт Макдермотт, Джеймс Кларк и Рафаэль Ром, которые совместными усилиями под руководством Айвена Сазерленда создали сгенерированное компьютерной графикой трехмерное изображение, которое впервые в истории выглядело точно так же, как его физический оригинал «Volkswagen Beetle». После появления большого числа атрибутов, в тот период уже не требовалось для выполнения каких-либо работ устанавливать уникальное оборудование и разрабатывать новое программное обеспечение, поскольку развивались и появлялись разнообразные пакеты программ, облегчающие процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов (развертка графических примитивов, закраска узорами, реалистическое изображение пространственных сцен (удаление невидимых линий и граней, трассировка лучей, излучающие поверхности), моделирование освещенности). За десятилетие системы стали настолько совершенны, что почти полностью изолировали пользователя от проблем, связанных с программным обеспечением.

И уже в начале 1980-х годов в компьютерной графике произошли значительные изменения, она стала развиваться как прикладная дисциплина. Появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое, не мерцающее изображение, работа с цветом. Впервые стало возможным получение цветовой гаммы, растровая технология стала явно доминирующей. В тот период, в связи с развитием видеосистемы персональных компьютеров IBM PC, графика становится более детализированной и цветопередающей (повышается разрешение изображений и расширяется цветовая палитра). Появляются первые видеостандарты MDA, EGA, SVGA. Разработаны первые стандарты файловых графических форматов, возникает графическое моделирование. Наиболее знаменательным событием в области компьютерной графики стало создание персонального компьютера.

А в 1990-е годы методы компьютерной графики становятся основным средством организации диалога «человек – компьютер» и остаются таковыми по настоящее время. В тот период стираются отличия между компьютерной графикой и обработкой изображения. Машинная графика часто имеет дело с векторными данными, а основой для обработки изображений является пиксельная информация. А наш век информационных технологий характеризуется появлением графики сегодняшнего дня, в частности, Virtual Reality. И уже сегодня невозможно представить современные технологии без компьютерной графики.

2. ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

В настоящее время компьютерная графика перешла из сферы исключительно академического интереса в повседневную жизнь, коммерческую деятельность, индустрию развлечений и заняла достойное место среди различных видов искусства.

Благодаря широчайшим возможностям компьютерная графика стала практически неотделима от таких сфер деятельности, как:

• разработка графических интерфейсов программ;
• web-дизайн (создание и оформление интернет-ресурсов);
• спецэффекты, цифровая фотография, кинематография и анимация, цифровое телевидение, видеоконференции;
• приложения, компьютерные игры, системы виртуальной реальности и т.п.;
• системы автоматизированного проектирования, а также визуализация научных и деловых данных посредством мультимедийных презентаций;
• подготовка макетов полиграфической продукции;
• создание трехмерных моделей объектов (используется в дизайне интерьера, ландшафтном и промышленном дизайне, архитектуре) и многое другое.

К одной из основных областей компьютерной графики относят научную графику.

Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати.

Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Помимо научной графики компьютерную графику применяли в рамках деловой графики.

Деловая графика – область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Наиболее востребованными в современном обществе являются области конструкторской и художественно-иллюстративной графики.

Конструкторская графика: Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения.

Художественно-иллюстративная графика: Художественно-иллюстративная графика – это графика, ставшая популярной во многом благодаря телевидению, характеризуется произвольным рисованием и черчением на экране компьютера. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и «движущихся картинок», получение рисунков трехмерных объектов, их повороты, приближения, удаления.

В целом можно отметить, что область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации, в частности атрибутами компьютерной графики является реклама и различные виды анимации.

2. ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

В настоящее время различают три вида компьютерной графики: растровая графика, векторная графика и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровый метод – изображение представляется в виде набора окрашенных точек. Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художниками, или фотографии. В растровой графике изображение хранится в виде мозаики из точек, где каждая точка имеет свой цвет. Растровыми изображениями являются цифровые фотографии, отсканированные иллюстрации. Такие изображения редко создаются «с нуля». Поэтому программы-редакторы растровой графики ориентированы не на создание изображений, а на их обработку.

Достоинства растровой графики:

• растровая графика позволяет создать рисунок любой сложности;
• сложные изображения обрабатываются быстро, если они не требуют масштабирования;
• растровый формат является естественным для большинства устройств ввода-вывода (мониторов, принтеров, сканеров), так как изображение на этих устройствах тоже формируется из пикселов.

Недостатки растровой графики:

• файл имеет большой размер;
• масштабирование ухудшает качество изображения;
• невозможен вывод на отдельные устройства печати (например, векторный графопостроитель).

В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры.

Векторная графика – способ представления информации, который представляет изображение в виде совокупности очень простых геометрических объектов, образующихся от точки (вектора). Такие объекты являются базовыми для построения изображения и называются примитивами. Примитивами могут быть отрезки, маленькие дуги, окружности, сплайны и т.д. Графика называется векторной потому, что набор примитивов, которые формируют данный графический объект, называется вектором.

 Достоинства векторной графики:

• масштабирование изображения не вызывает искажений;
• объем графического файла невелик;
• части изображения можно редактировать независимо друг от друга;
• высокая точность прорисовки.

Недостатки векторной графики:

• изобразить таким способом можно далеко не все;
• изображения выглядят несколько искусственно.

Векторный рисунок можно представить в облике элементарных геометрических объектов: точки, прямые, кривые, окружности, многоугольники, и т.д. Фигурам присваиваются какие-либо качества, например, толщина линий, цвет заливки. Для создания иллюстраций используются формулы и координаты. К примеру, чтобы нарисовать треугольник нужно указать его вершины, цвет заполнения и обводку. Для сложных рисунков используют набор геометрических фигур, которые собираются вместе как аппликация из бумаги на уроке труда в начальной школе, но при этом сохраняется возможность в дальнейшем редактировать получившеюся картинку.

Фрактальная графика является одним из перспективных направлений компьютерной графики. Она основана на разделе математики – фрактальной геометрии. Термин фрактал ввел французский математик Бенуа Мандельброт. Этим термином он назвал геометрическую фигуру, которая состоит из частей, подобных целой фигуре. Во фрактальной графике реализован принцип наследования геометрических качеств, передающихся от одного элемента к другому. Основана данная модель на математических вычислениях (формулах) и так как детализированного описания мелких составляющих не требуется, то обрисовать такой объект можно несколькими уравнениями, результаты которых в дальнейшем машина отображает автоматически, и не требует хранения в памяти компьютера каких-либо объектов. Фрактальный принцип отображения графики нашел широкое применение во многих областях компьютерной графики, науки и искусства. Фракталы широко применяются в растровой, векторной и 3D графике.

Но, так или иначе, есть только один способ визуализации – это растр, так как любой монитор выводит изображение только в таком виде. А визуализация графики бывает только 2 типов – растровая и векторная, 3D существует только за счет нашего представления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сегодняшний день, область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации.

Таким образом, стартовав с 30-х годов 20 века, компьютерная графика к настоящему времени прошла путь от экзотических экспериментов до одного из важнейших, всепроникающих инструментов современной цивилизации, начиная от научных исследований, автоматизации проектирования и изготовления, бизнеса, медицины, экологии, средств массовой информации, досуга и кончая бытовым оборудованием.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Библиофонд: электронная библиотека студентов: [сайт]. – М., 2018. – URL: https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=784714#text (дата обращения: 02.03.2021).
2. Информатика. Учебник / В.А. Острейковский. 2-е изд., – М.: Высшая школа, 2004. – 511 с.
3. Никулин Е.А. Компьютерная графика Модели и алгоритмым.– Спб.: Лань, 2017 –708 с.
4. Никулин Е.А. Компьютерная геометрия и алгоритмы машинной графики. –  СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 560 с.
5. Разработка электронных учебных изданий. Создание и использование информационных средств обучения: учеб. пособие / Н.Д. Изергин, [и др.]. – М.: Коломна, 2006. – 160 с.
6. Рагулина М.И. Информационные технологии в математике: учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений / М.И.  Рагулина; под ред. М.П. Лапчика. – М.: Академия, 2008. – 304 с.
7. Угринович, Н.Д. Информатика и информационные технологии: учебник / Н.Д. Угринович. – М.: БИНОМ. Лаб. знаний, 2005. – 512 с.