Основы компьютерной графики

Геометро-графическая подготовка инженера: время реформ

Самая важная функция компьютера — обработка информации. Особо можно выделить обработку информации, связанную с изображениями. Она разделяется на три основные направления: компьютерная графика (КГ), обработка изображений и распознавание изображений [19].

Задача компьютерной графики — визуализация, то есть создание изображения. Визуализация выполняется исходя из описания (модели) того, что нужно отображать. Существует много методов и алгоритмов визуализации, которые различаются между собою в зависимости от того, что и как отображать. Например, отображение того, что может быть только в воображении человека — график функций, диаграмма, схема, карта. Или наоборот, имитация трехмерной реальности — изображения сцен в компьютерных развлечениях, художественных фильмах, тренажерах, в системах архитектурного проектирования. Важными и связанными между собою факторами здесь являются: скорость изменения кадров, насыщенность сцены объектами, качество изображения, учет особенностей графического устройства.

Обработка изображений — это преобразование изображений. То есть входными данными является изображение, и результат— тоже изображение. Примером обработки изображений могут служить: повышение контраста, четкости, коррекция цветов, редукция цветов, сглаживание, уменьшение шумов и так далее. В качестве материала для обработки могут быть космические снимки, отсканированные изображения, радиолокационные, инфракрасные изображения и тому подобное. Задачей обработки изображений может быть как улучшение в зависимости от определенного критерия (реставрация, восстановление), так и специальное преобразование, кардинально изменяющее изображения. В последнем случае обработка изображений может быть промежуточным этапом для дальнейшего распознавания изображения. Например, перед распознаванием часто необходимо выделять контуры, создавать бинарное изображение, разделять по цветам. Методы обработки изображения могут существенно отличаться в зависимости от того, каким путем оно получено — синтезировано системой КГ, либо это результат оцифровки черно-белой или цветной фотографии.

Для распознавания изображений основная задача— получение описания изображенных объектов. Методы и алгоритмы распознавания разрабатывались, прежде всего, для обеспечения зрения роботов и для систем специального назначения. Но в последнее время компьютерные системы распознавания изображений все чаще появляются в повседневной практике многих людей— например, офисные системы распознавания текстов или программы векторизации, создание трехмерных моделей человека.

Цель распознавания может формулироваться по-разному— выделение отдельных элементов (например, букв текста на изображении документа или условных знаков на изображении карты); классификация изображения в целом (например, проверка, изображен ли определенный воздушный аппарат, или установление персоны по отпечаткам пальцев).

Методы классификации и выделения отдельных элементов могут быть взаимосвязаны. Так, классификация может быть выполнена на основе структурного анализа отдельных элементов объекта. Или для выделения отдельных элементов можно использовать методы классификации. Задача распознавания является обратной по отношению к визуализации.

До недавнего времени достаточно популярным было словосочетание интерактивная компьютерная графика. Им подчеркивалась способность компьютерной системы создавать графику и вести диалог с человеком. Раньше системы работали в пакетном режиме — способы диалога были не развиты.

В настоящее время почти любую программу можно считать системой интерактивной КГ. Исторически первыми интерактивными системами считаются системы автоматизированного проектирования (САПР), которые появились в 60-х годах [18, 19, 28]. Они представляют собой значительный этап в эволюции компьютеров и программного обеспечения. В системе интерактивной КГ пользователь воспринимает на дисплее изображение, представляющее некоторый сложный объект, и может вносить изменения в описание (модель) объекта (рис. 1). Такими изменениями могут быть как ввод и редактирование отдельных элементов, так и задание числовых значений для любых параметров, а также иные операции по вводу информации на основе восприятия изображений.

Системы типа САПР активно используются во многих областях, например в машиностроении и электронике. Одними из первых были созданы САПР для проектирования самолетов, автомобилей, системы для разработки микро- электронных интегральных схем, архитектурные системы. Такие системы на первых порах функционировали на достаточно больших компьютерах. Потом распространилось использование быстродействующих компьютеров среднего класса с развитыми графическими возможностями — графических рабочих станций. С ростом мощностей персональных компьютеров все чаще САПР использовали на дешевых массовых компьютерах, которые сейчас имеют достаточные быстродействие и объемы памяти для решения многих задач. Это привело к широкому распространению систем САПР. Ныне становятся все более популярными геоинформационные системы (ГИС). Это относительно новая для массовых пользователей разновидность систем интерактивной компьютерной графики. Они аккумулируют в себе методы и алгоритмы многих наук и информационных технологий. Такие системы используют последние достижения технологий баз данных, в них зало­ жены многие методы и алгоритмы математики, физики, геодезии, топологии, картографии, навигации и, конечно же, компьютерной графики. Системы типа ГИС зачастую требуют значительных мощностей компьютера как в плане работы с базами данных, так и для визуализации объектов, которые находятся на поверхности Земли. Причем, визуализацию необходимо делать с различной степенью детализации — как для Земли в целом, так и в границах отдельных участков .В настоящее время заметно стремление разработчиков ГИС повысить реалистичность изображений пространственных объектов и территорий.

Список использованной литературы

1. Ащкенази Г. И. Цвет в природе и технике.— М.: Энергоатомиздат, 1985. —96 с.
2. Борн Г. Форматы данных. — СПб.: BHV, 1995. — 472 с.
3. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике. — М., Л.: ОГИЗ, 1948. —556 с.
4. Вул. Л. Web-графика: справочник. — СПб.: Питер, 1998. — 234 с.
5. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. — М.: Наука, 1967. — 576 с.
6. Григорьев В. Л. Видеосистемы ПК фирмы IBM. — М.: Радио и связь, 1993. —192 с.
7. Гук М. Процессоры Intel: от 8086 к Pentium П. — СПб.: Питер, 1998. — 224 с.
8. Домбругов Р. М. Телевидение. — Киев: Высшая школа. Головное изд-во, 1979. — 176 с.
9. Иванов В. П., Батраков А. С. Трехмерная компьютерная графика. — М.: Радио и связь, 1995. — 223 с.
10. Ивенс. Р. М. Введение в теорию цвета. — М.: Мир, 1964. — 442 с. 11. Калверт Ч. Borland С++ Builder 3. Энциклопедия пользователя.— Киев: ДиаСофт, 1998. —800 с.
12. Кенцл Т. Форматы файлов Internet. — СПб.: Питер, 1997. — 320 с.