Počítačová grafika (informatika) - Computer graphics (computer science)

Počítačová grafika je dílčí pole počítačová věda který studuje metody pro digitální syntézu a manipulaci s vizuálním obsahem. Ačkoli tento termín často odkazuje na studium trojrozměrná počítačová grafika, zahrnuje také dvourozměrná grafika a zpracování obrazu.
Přehled
Počítačová grafika studuje manipulaci vizuálních a geometrických informací pomocí výpočetních technik. Zaměřuje se na matematický a výpočetní základy vytváření a zpracování obrazu, spíše než čistě estetický problémy. Počítačová grafika se často liší od oblasti vizualizace, ačkoli obě pole mají mnoho podobností.
Mezi související studie patří:
- Aplikovaná matematika
- Výpočetní geometrie
- Výpočetní topologie
- Počítačové vidění
- Zpracování obrazu
- Informační vizualizace
- Vědecká vizualizace
Mezi aplikace počítačové grafiky patří:
Dějiny
Existuje několik mezinárodních konferencí a časopisů, kde jsou publikovány nejvýznamnější výsledky v počítačové grafice. Mezi nimi jsou SIGGRAPH a Eurografika konference a konference Sdružení pro výpočetní techniku (ACM) Transakce v grafickém deníku. Společné Eurographics a ACM SIGGRAPH řada sympozií představuje hlavní místa pro specializovanější dílčí pole: Symposium on Geometry Processing,[1] Symposium on Rendering, Symposium on Computer Animation,[2] a vysoce výkonná grafika.[3]
Stejně jako ve zbytku počítačové vědy jsou konferenční publikace v počítačové grafice obecně významnější než publikace v časopisech (a následně mají nižší míru přijetí).[4][5][6][7]
Podpole
Široká klasifikace hlavních podpolí v počítačové grafice může být:
- Geometrie: způsoby reprezentace a zpracování povrchů
- Animace: způsoby, jak reprezentovat a manipulovat s pohybem
- Vykreslování: algoritmy reprodukovat přenos světla
- Zobrazování: získávání nebo úpravy obrázků
Geometrie

Podpole geometrie studuje reprezentaci trojrozměrných objektů v diskrétním digitálním prostředí. Protože vzhled objektu do značné míry závisí na jeho exteriéru, hraniční reprezentace jsou nejčastěji používány. Dvourozměrný povrchy jsou dobrým znázorněním většiny objektů, i když nemusí býtpotrubí. Protože povrchy nejsou konečné, používají se diskrétní digitální aproximace. Polygonální sítě (a v menší míře dělící povrchy ) jsou zdaleka nejběžnější reprezentací, ačkoli bodové reprezentace se v poslední době staly populárnějšími (viz například Symposium on Point-Based Graphics).[8] Tato reprezentace jsou Lagrangian, což znamená, že prostorová umístění vzorků jsou nezávislá. Nedávno, Eulerian popisy povrchů (tj. kde jsou fixovány prostorové vzorky) jako např sady úrovní byly vyvinuty do užitečné reprezentace pro deformující se povrchy, které procházejí mnoha topologickými změnami (s tekutiny nejpozoruhodnějším příkladem).[9]
- Geometrická podpole
- Implicitní povrch modeling - starší podpole, které zkoumá použití algebraických ploch, konstruktivní objemová geometrie atd. pro povrchovou reprezentaci.
- Digitální zpracování geometrie - povrchová rekonstrukce, zjednodušení, kapotáž, oprava sítě, parametrizace, remeshing, generování sítě, komprese povrchu a úpravy povrchu spadají pod tento nadpis.[10][11][12]
- Diskrétní diferenciální geometrie - rodící se pole, které definuje geometrické veličiny pro jednotlivé povrchy používané v počítačové grafice.[13]
- Bodová grafika - nedávné pole, které se zaměřuje na body jako základní reprezentaci povrchů.
- Rozdělení ploch
- Zpracování sítě mimo jádro - další nedávné pole, které se zaměřuje na soubory dat sítě, které se nevejdou do hlavní paměti.
Animace
Podpole animací studuje popisy povrchů (a dalších jevů), které se v průběhu času pohybují nebo deformují. Historicky se většina prací v této oblasti zaměřila na parametrické modely a modely založené na datech, ale nedávno fyzikální simulace se stala populárnější, protože počítače se staly výpočetně výkonnějšími.
- Podpole
- Zachycení výkonu
- Animace postav
- Fyzická simulace (např. látkové modelování, animace dynamika tekutin, atd.)
Vykreslování

Vykreslování generuje obrázky z modelu. Vykreslování může simulovat lehký transport k vytvoření realistických obrázků nebo k vytvoření obrázků, které mají určitý umělecký styl nefotorealistické vykreslování. Dvě základní operace v realistickém vykreslování jsou transport (kolik světla prochází z jednoho místa na druhé) a rozptyl (interakce povrchů se světlem). Vidět Vykreslování (počítačová grafika) Pro více informací.
- Doprava
Doprava popisuje, jak se osvětlení ve scéně dostává z jednoho místa na druhé. Viditelnost je hlavní složkou lehké dopravy.
- Rozptyl
Modely rozptyl a stínování se používají k popisu vzhledu povrchu. V grafice jsou tyto problémy často studovány v kontextu vykreslování, protože mohou podstatně ovlivnit design vykreslovací algoritmy. Stínování lze rozdělit na dva ortogonální problémy, které jsou často studovány samostatně:
- rozptyl - jak světlo interaguje s povrchem v daném bodě
- stínování - jak se vlastnosti materiálu mění na povrchu
První problém se týká rozptyl, tj. vztah mezi příchozím a odchozím osvětlením v daném bodě. Popisy rozptylu jsou obvykle uvedeny ve smyslu a funkce distribuce obousměrného rozptylu nebo BSDF. Druhé číslo se zabývá tím, jak jsou různé typy rozptylu distribuovány po povrchu (tj. Která rozptylová funkce platí kde). Popisy tohoto druhu jsou obvykle vyjádřeny programem nazývaným a shader. (Všimněte si, že existuje určitý zmatek, protože slovo „shader“ se někdy používá pro programy, které popisují místní geometrický variace.)
- Jiná podpole
- Nefotorealistické vykreslování
- Fyzicky založené vykreslování - zabývající se generováním obrázků podle zákonů geometrická optika
- Vykreslování v reálném čase - zaměřuje se na vykreslování pro interaktivní aplikace, obvykle s využitím specializovaného hardwaru, jako je GPU
- Ulehčující - nedávná oblast zabývající se rychlým opětovným vykreslením scén
Pozoruhodní vědci
- Arthur Appel
- James Arvo
- Brian A. Barsky
- Jim Blinn
- Jack E. Bresenham
- Loren Carpenter
- Edwin Catmull
- James H. Clark
- Robert L. Cook
- Franklin C. Crow
- Paul Debevec
- David C. Evans
- Ron Fedkiw
- Steven K. Feiner
- James D. Foley
- David Forsyth
- Henry Fuchs
- Andrew Glassner
- Henri Gouraud (počítačový vědec)
- Donald P. Greenberg
- Eric Haines
- R. A. Hall
- Pat Hanrahan
- John Hughes
- Jim Kajiya
- Takeo Kanade
- Kenneth Knowlton
- Marc Levoy
- Martin Newell (počítačový vědec)
- James O'Brien
- Ken Perlin
- Matt Pharr
- Bui Tuong Phong
- Przemyslaw Prusinkiewicz
- William Reeves
- David F. Rogers
- Holly Rushmeier
- Peter Shirley
- James Sethian
- Ivan Sutherland
- Demetri Terzopoulos
- Kenneth Torrance
- Greg Turk
- Andries van Dam
- Henrik Wann Jensen
- Gregory Ward
- John Warnock
- J. Turner bělel
- Lance Williams
Viz také
Reference
- ^ „geometryprocessing.org“. geometryprocessing.org. Citováno 2014-05-01.
- ^ [1] Archivováno 14. Března 2007 v Wayback Machine
- ^ „High Performance Graphics“. highperformancegraphics.org.
- ^ „Zpráva o osvědčených postupech“. Cra.org. Archivovány od originál dne 02.05.2014. Citováno 2014-05-01.
- ^ „Volba místa konání: konference nebo deník?“. People.csail.mit.edu. Citováno 2014-05-01.
- ^ „Statistiky míry přijetí publikací grafiky / vize“. vrlab.epfl.ch. Citováno 2014-05-01.
- ^ Rozsáhlou historii počítačové grafiky najdete na tato stránka Archivováno 5. Dubna 2007 v Wayback Machine.
- ^ „Point Based Graphics 2007 - PBG07“. Graphics.ethz.ch. Citováno 2014-05-01.
- ^ „Ron Fedkiw“. graphics.stanford.edu. Citováno 2014-05-01.
- ^ [2] Archivováno 14 února 2007, na Wayback Machine
- ^ CS 598: Digital Geometry Processing (podzim 2004) Archivováno 2004-10-25 v Archiv. Dnes
- ^ „Zpracování digitální geometrie“. cs.ubc.ca. Citováno 2014-05-01.
- ^ „Diskrétní diferenciální geometrie“. ddg.cs. columbia.edu. Citováno 2014-05-01.
Další čtení
- Foley et al. Počítačová grafika: Zásady a praxe.
- Shirley. Základy počítačové grafiky.
- Watt. 3D počítačová grafika.
externí odkazy
Univerzitní skupiny
- Skupina použitelnosti a vizualizace počítačové grafiky na Univerzita Simona Frasera
- Skupina počítačové grafiky na Univerzita v Hongkongu
- Centrum pro výzkum mediálních technologií na University of Bath
- Berkeley Computer Animation and Modeling Group
- Počítačová grafika Berkeley
- Skupina počítačové grafiky na univerzitě v Bristolu
- C²G² na Kolumbijské univerzitě
- Centrum vizuální informační technologie, IIIT Hyderabad
- Caltech Multi-Res Modeling Group
- Carnegie Mellon Graphics Lab
- Centrum grafiky a geometrických výpočtů na Technion Israel Institute of Technology, Haifa, Izrael
- Oddělení počítačové grafiky na Max-Planck-Institut fur Informatik
- Oddělení počítačové grafiky na Haute Ecole Albert Jacquard
- Computer Graphics Group ve společnosti Brown
- Computer Graphics Group ve společnosti RWTH Aachen University
- Počítačová grafika na Harvardu
- Laboratoř počítačové grafiky a pohlcujících technologií v USC
- Grafická laboratoř z Institut pro kreativní technologie na USC
- Laboratoř počítačové grafiky na Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
- Skupina počítačové grafiky na PUC-Rio
- Skupina počítačové grafiky na University of Bonn
- Skupina počítačové grafiky na University of Virginia
- Laboratoř počítačové grafiky na Tokijská univerzita
- Laboratoř počítačové grafiky na UT Austin
- Laboratoř počítačové grafiky na ETH Curych
- Skupina počítačové grafiky / geometrického designu na Rýže
- Laboratoř počítačové grafiky a uživatelských rozhraní na Columbia University
- Vysoce výkonná laboratoř počítačové grafiky na Purdue University
- Laboratoř počítačové grafiky a vizualizace na Purdue University
- Laboratoř počítačové grafiky a vizualizace na University of Utah
- Laboratoř počítačové grafiky a vizualizace na University of Wisconsin
- Cornell University Program počítačové grafiky
- Dynamic Graphics Project na University of Toronto
- Skupina pro geometrické modelování a průmyslovou geometrii na Technische Universitat Wien
- Ústav počítačové grafiky a algoritmů na Technische Universitat Wien
- Grafika a analýza obrazu na UNC
- Laboratoř grafiky a zobrazování na Universidad de Zaragoza
- Skupina pro grafiku a geomatiku na Universidad de Jaén
- Skupina pro grafiku a geometrické výpočty na Univerzita Tsinghua
- Graphics @ Illinois
- GRAIL na University of Washington
- GRAVIR ve společnosti iMAGIS
- GVIL na University of Maryland, College Park
- Centrum GVU na Georgia Tech
- Výzkumná skupina pro vizualizaci a grafiku IDAV na UC Davis
- IMAGINE Research Group na Universidad de los Andes, Bogotá, Kolumbie
- Imager Laboratory na University of British Columbia
- Skupina počítačové grafiky MIT
- MRL na NYU
- Skupina grafiky a geometrie Princeton
- Stanfordská laboratoř počítačové grafiky
- Laboratoř počítačové grafiky UCSD
- ViRVIG na Polytechnická univerzita v Katalánsku
- Vision Research Center na Vanderbilt
- Mezinárodní síť INI-GraphicsNet
- VRVis Research Center
Průmysl
Průmyslové laboratoře provádějící grafický výzkum „modré oblohy“ zahrnují:
Mezi hlavní filmová studia pozoruhodná pro grafický výzkum patří: