Что такое компьютерная графика, особая область информатики

Обновлено: 01.07.2024

Исследования в области компьютерной графики в Йельском университете включают наброски, альтернативные методы проектирования, модели текстур, роль моделей человеческого восприятия в компьютерной графике, восстановление формы и отражательной способности изображений, компьютерную анимацию, моделирование и обработку геометрии. Приложениями, которые стимулируют эту работу, являются архитектурный дизайн, документирование и анализ культурного наследия, изучение биологических форм, а также традиционные цели, такие как художественные фильмы, игры и другие визуальные носители. Компьютерная графика является одной из дисциплин Yale C2 (Creative Consilience of Computing and the Arts).

Компьютерная графика широко используется в самых разных областях — от художественных фильмов и игр до медицинской визуализации и финансового анализа. Каким бы впечатляющим ни был рост приложений компьютерной графики за последние сорок лет, цель простого создания входных моделей компьютерной графики остается недостижимой. В Йельском университете исследования в области моделирования включают системы создания эскизов для раннего концептуального проектирования, а также создание и редактирование цифровых моделей существующих физических объектов в различных масштабах — от целых зданий до отдельных объектов.

Модели компьютерной графики должны включать свойства внешнего вида материала, а также геометрию. К сожалению, модели, широко используемые в компьютерной графике, предполагают, что материалы являются первозданными и неизменными, хотя настоящие материалы не являются ни тем, ни другим. Целью исследований моделей материалов и текстур в Йельском университете является разработка новых представлений материалов и выразительных интерфейсов для редактирования таких представлений, разработка новых методов моделирования материалов и процессов, влияющих на их внешний вид, и физическое измерение входных данных, необходимых для моделей материалов. .

Реалистичные, выразительные движения остаются постоянной проблемой в компьютерной графике. Чтобы создать анимацию, которая одновременно визуально убедительна и убедительна с точки зрения повествования, исследователи анимации в Йельском университете изучают новые методы расчета физических явлений, лежащих в основе таких природных явлений, как поднимающийся вверх дым, брызги воды и силы, формирующие характерные формы кожи и мышц. под движение человека. Хотя реализм важен, экспрессивность и художественная направленность играют не менее ключевую роль, и определение точных параметров, которые отражают эффективное исполнение, остается открытой областью исследований.

В этой области работают Джули Дорси, Теодор Ким и Холли Рашмайер.

Область компьютерной графики – это широкая и разнообразная область, которая существует на пересечении компьютерных наук и дизайна. Его интересует весь процесс создания компьютерных изображений, от создания цифровых трехмерных моделей до процесса текстурирования, рендеринга и освещения этих моделей и цифрового отображения этих изображений на экране.

Этот процесс начинается с простых методов рендеринга объектов для преобразования математических представлений трехмерных объектов в двухмерное экранное изображение, вычисления проекционных преобразований вершин, а также окклюзии и глубины объектов.

Этим изображениям добавляются детали и реалистичность за счет имитации материалов, текстур и освещения. Наиболее точные и реалистичные методы включают в себя понимание того, как свет взаимодействует с объектами в физическом мире, и максимально точное моделирование этих взаимодействий на компьютере. Такие явления, как отражения, прозрачность или рассеянное освещение, можно моделировать с помощью множества различных алгоритмов, одни из которых разработаны с учетом физической точности, другие — с вычислительной эффективностью, в зависимости от различных потребностей. Изображения виртуальной реальности должны создаваться за миллисекунды, в то время как для детального архитектурного рендеринга могут потребоваться часы вычислительного времени.

С развитием как аппаратного обеспечения графических процессоров, так и программного обеспечения механизмов рендеринга разработки в области компьютерной графики продолжают расширять границы как точности, так и скорости компьютерных изображений.

Дизайнеры компьютерной графики — это наполовину художники, наполовину математики, наполовину ученые. Они используют компьютеры для создания и обработки изображений или рисунков для различных целей. Их работа важна во многих областях, от коммерческого искусства и развлечений до образования.

Художественные, математические и научные аспекты компьютерной графики четко отражены в учебной программе, которая включает в себя 3D-модели и анимацию, алгоритмы и вычислительную геометрию, а также поведение света и тени.

Параметры программы

Сертификат по компьютерной графике – продолжительность от шести месяцев до одного года
Сертификационные программы преподают только основные предметы. Они сосредоточены исключительно на различных аспектах компьютерной графики.

Степень младшего специалиста в области компьютерной графики – продолжительность от одного до двух лет
Программа младшего специалиста по компьютерной графике сочетает основные курсы с некоторыми уроками гуманитарных наук по таким предметам, как английская литература и композиция, а также социальные науки.

Степень бакалавра в области компьютерной графики — продолжительность от трех до четырех лет
Степень бакалавра в области компьютерной графики является наиболее полным сертификатом в этой области. Программы этого уровня включают в себя более обширный лабораторный опыт и часто практический/стажировочный компонент. Выпускники со степенью бакалавра компьютерной графики имеют право занимать руководящие и управленческие должности.

Примечание
Некоторые учебные заведения предлагают степень магистра в области компьютерной графики. Однако программы для выпускников в этой области обычно не являются отдельными программами. Скорее всего, они будут доступны со степенью магистра компьютерных наук со специализацией в области компьютерной графики.

Несмотря на различия, описанные выше, все программы для компьютерной графики построены вокруг трех основных тем компьютерной графики: моделирования, анимации и рендеринга. Ниже приведены основные темы, занимающие центральное место в каждой из этих тем.

Моделирование

Как представлять или моделировать трехмерные объекты и среды

Форма
Геометрия объекта
Внешний вид
Эмиссия
Отражение
Пропускание света

Как создавать модели для конкретных объектов

Ручное описание/письменная формула
Интерактивное управление
Написание программы генерации
Сканирование реального объекта
Лазерные сканеры
Компьютерное зрение

Анимация

Как представить движение объектов

Положения, углы обзора и т. д. в зависимости от времени.

Как управлять/определять это движение

Создавайте позы вручную
Моделирование поведения
Физическое моделирование
Захват движения

Визуализация

Как имитировать формирование изображений

Входящий свет фокусируется линзой.
Энергия света обнажает светочувствительную пленку.
Представлять изображения в виде дискретных двумерных массивов пикселей.

Как имитировать реальное поведение света

Считать свет фотонами (частицами света)
Отследить прямолинейное движение фотонов
Моделирование взаимодействия при попадании света на поверхности — преломление, отражение и т. д.

Вот примеры курсов, которые изучают компьютерную графику, чтобы овладеть навыками моделирования, анимации и рендеринга:

Компьютерное зрение — анализ изображений и интерпретация трехмерного мира на основе данных изображения; Темы включают сегментацию, оценку движения, мозаику изображений, построение трехмерных форм, распознавание объектов и поиск изображений.
Математические основы компьютерной графики и визуализации — алгоритмы и методы геометрического моделирования, компьютерной графики, визуализации, обработки изображений, компьютерного зрения, робототехники и вычислительной геометрии.
Компьютерная графика – компьютерный синтез изображений, моделирование и анимация; предметы включают визуальное восприятие, дисплеи и буферы кадра, обработку изображений, аффинные и проективные преобразования, иерархическое моделирование, устранение скрытых поверхностей, затенение, трассировку лучей, сглаживание, наложение текстур, кривые, поверхности, системы частиц, динамику, анимацию персонажей и принципы анимации
Геометрическое моделирование — представление кривых с использованием кривых Безье и сплайнов; моделирование природных явлений и процессов, таких как движение животных, атмосферное и подповерхностное светорассеяние, огонь и дым, эффекты бликов, освещение и фейерверки, растения и деревья
Компьютерная анимация – основные принципы компьютерной анимации, моделирования и освещения анимированных персонажей.
Дополнительные темы цифровой анимации — студенческие проекты: 2D- и 3D-анимация, дизайн спецэффектов, методы анимации персонажей, методы и интеграция 3D-рисования, краткое проектирование, планирование последовательности, варианты нефотореалистичного рендеринга, интерактивная анимация, передовые методы производства< /li>
Визуализация – 3D-рендеринг для оживления моделей и сцен с помощью освещения, теней, отражений и глобального освещения; визуализация в таких программах, как Maya, Cinema 4D, 3ds Max и Blender.

Степени, аналогичные компьютерной графике

Анимация
Аниматоры — художники. Их искусство заключается в создании изображений или «кадров», которые при последовательном объединении создают иллюзию движения, называемую «анимацией». Программы получения степени в этой области учат студентов, как использовать анимационное программное и аппаратное обеспечение для создания персонажей и историй для кино, телевидения, и индустрии видеоигр. Типичные компоненты учебной программы включают двухмерное и трехмерное искусство и анимацию, раскадровку, рисование жизни/человека и фона, компоновку и цифровое рисование.

Компьютерное программирование
Студенты, изучающие компьютерное программирование, учатся писать и тестировать код — инструкции, позволяющие приложениям и программам работать.

Информатика
Область информатики сосредоточена на компьютерных системах и взаимодействии людей с ними. Курсы охватывают математику для информатики, искусственный интеллект, структуры данных и алгоритмы, а также введение в разработку программ.

Публикация на рабочем столе и в Интернете
Программы для публикации в Интернете и на рабочем столе обучают дизайну и компоновке печатных и цифровых документов. Курсовая работа включает веб-дизайн, мультимедийный дизайн, написание и редактирование.

Дизайн игр
Программы получения степени в области игрового дизайна учат студентов тому, как создавать, разрабатывать и производить видео- и компьютерные игры. Основы учебного плана по игровому дизайну обычно включают теорию и историю игр, методы подготовки и производства, рассказывание историй, графику, анимацию, цифровую музыку и звук, а также программирование.

Графический дизайн
Целью графического дизайна является создание визуальных концепций для передачи сообщений. Дисциплина использует макет, цвет и другие творческие концепции для разработки логотипов и фирменной упаковки, которые вдохновляют и очаровывают потребителей.

Программирование моделирования
Программисты-симуляторы разрабатывают компьютерные симуляции, которые позволяют нам прогнозировать, видеть, думать, тестировать и манипулировать реальными продуктами, услугами, системами, процессами, условиями, ситуациями. и проблем, не рискуя и не тратя на это в реальном мире. Математика, инженерия и информатика — это пересекающиеся дисциплины, на которые опирается моделирование. Программы на получение степени в этой области состоят из курсов в этих технических и научных областях, но они также сосредоточены на обучении навыкам абстрагирования, теоретизирования, выдвижения гипотез и интеллектуализации. Другими словами, студенты, изучающие программирование имитационного моделирования, узнают все, что им нужно, чтобы концептуализировать мир в виде моделей, предназначенных для поиска решений многих мировых проблем и проблем.

Разработка программного обеспечения
Программы получения степени в области разработки программного обеспечения учат студентов применять инженерные принципы к разработке программного обеспечения. Студенты узнают, как проектировать, создавать, тестировать, внедрять и поддерживать компьютерные операционные системы, а также приложения, которые позволяют конечным пользователям выполнять задачи на своих компьютерах, смартфонах и других электронных устройствах. Типичная учебная программа включает несколько языков программирования, потому что работа инженеров-программистов включает в себя обучение программистов тому, как писать код, который им нужен.

Веб-дизайн
Постепенные программы в этой области обучают принципам и методам дизайна веб-сайтов, а также навыкам общения, сотрудничества, планирования и выполнения проектов, которые требуются работодателям и клиентам.

Навыки, которым вы научитесь

Креативность / Концепции дизайна
Студенты, изучающие компьютерную графику, учатся ценить искусство и дизайн, быть изобретательными и творческими, а также передавать информацию с помощью изображений. Они хорошо разбираются в теории цвета и визуальном распознавании цветов.

Технологические навыки
Хотя компьютерная графика, безусловно, является творческой дисциплиной, она также требует большого количества технологий. Выпускники этой области заканчивают учебу со знаниями в области автоматизированного проектирования (САПР) и различных программ, таких как Adobe Photoshop, Illustrator и After Effects.

Бизнес-навыки

Внимание к деталям
Бизнес-планирование
Наблюдение и решение проблем
Командная работа
Управление временем и проектами
Устное и письменное общение

Что вы можете сделать со степенью компьютерной графики?

Дизайнеры компьютерной графики применяют свои навыки в особенно разнообразной группе областей. Возможности существуют в:

Архитектура и проектирование
Архитекторы и инженеры полагаются на компьютерную графику и автоматизированное проектирование, чтобы рассмотреть варианты дизайна и решить проблемы планирования и компоновки.

Биология
С помощью компьютерной графики молекулярные биологи могут изучать структуру молекул.

Картография
Компьютерные карты чрезвычайно полезны для градостроителей и инженеров-строителей.

Коммерческое искусство
Компьютерная графика необходима для создания телевизионной рекламы, веб-сайтов и приложений.

Образование
Созданные компьютером модели и программное обеспечение используются в качестве учебных пособий по широкому кругу дисциплин.

Развлечения
Одной из основных областей применения компьютерной графики является индустрия развлечений, в частности компьютерные игры, виртуальная реальность и фильмы.

Графика для презентаций
Компании всех видов используют графику — гистограммы, линейные графики, круговые диаграммы и т. д. — для представления такой информации, как финансовые отчеты, маркетинговые и рекламные планы и прогнозы продаж.

Технологии печати и текстильный дизайн
Компьютерная графика необходима для технологий печати и текстильного дизайна.

Визуализация
Компьютерная графика позволяет профессионалам в различных областях визуализировать свой предмет. Ученые-медики и исследователи, метеорологи, специалисты по финансовому планированию и авиадиспетчеры — вот лишь несколько примеров. Учреждения и компании, которые их нанимают, могут нанимать художников по компьютерной графике для создания моделей, необходимых им для работы.

Читайте также: