Каковы возможности компьютерной графики?
Обновлено: 02.07.2024
Изображения, которые вы видите на мониторе своего компьютера, состоят из крошечных точек, называемых пикселями. При наиболее распространенных настройках разрешения на экране отображается более 2 миллионов пикселей, и компьютер должен решить, что делать с каждым из них, чтобы создать изображение. Для этого ему нужен транслятор — что-то, что берет двоичные данные из процессора и превращает их в изображение, которое вы можете видеть. Этот транслятор известен как графический процессор или GPU.
Большинство потребительских ноутбуков и настольных компьютеров начального уровня теперь оснащены дополнительным графическим процессором, встроенным в основной процессор, который называется интегрированной графикой. Однако машины профессионального уровня или нестандартные машины часто также имеют место для выделенной видеокарты. Преимущество графической карты заключается в том, что она обычно может отображать более сложные визуальные эффекты намного быстрее, чем встроенный чип.
Работа видеокарты сложна, но ее принципы и компоненты легко понять. В этой статье мы рассмотрим основные части видеокарты и то, что они делают. Мы также рассмотрим факторы, которые вместе создают быструю и эффективную видеокарту.
Подумайте о компьютере как о компании с собственным художественным отделом. Когда люди в компании хотят произведение искусства, они отправляют запрос в художественный отдел. Художественный отдел решает, как создать изображение, а затем переносит его на бумагу. Конечным результатом является то, что чья-то идея становится реальным изображением, которое можно увидеть.
Графическая карта работает по тому же принципу. Центральный процессор, работая совместно с программными приложениями, отправляет информацию об изображении на графическую карту. Видеокарта решает, как использовать пиксели на экране для создания изображения. Затем он отправляет эту информацию на монитор по кабелю.
Создание изображения из двоичных данных — сложный процесс. Чтобы создать трехмерное изображение, графическая карта сначала создает каркас из прямых линий. Затем он растрирует изображение (заполняет оставшиеся пиксели). Он также добавляет освещение, текстуру и цвет. Для динамичных игр компьютер должен проходить этот процесс от 60 до 120 раз в секунду. Без видеокарты для выполнения необходимых вычислений нагрузка на компьютер была бы слишком велика.
Видеокарта выполняет эту задачу, используя четыре основных компонента:
- Подключение материнской платы для передачи данных и питания.
- Графический процессор (GPU), решающий, что делать с каждым пикселем на экране.
- Видеопамять (VRAM) для хранения информации о каждом пикселе и временного хранения завершенных изображений.
- Подключение к монитору, чтобы вы могли видеть конечный результат.
Далее мы более подробно рассмотрим процессор и память.
Графический процессор — это электронная схема, которую ваш компьютер использует для ускорения процесса создания и рендеринга компьютерной графики. ЧАЛЕРМПХОН СРИСАНГ/Shutterstock
Как и материнская плата, видеокарта представляет собой печатную плату, на которой размещены процессор и видеопамять. Он также имеет микросхему системы ввода/вывода (BIOS), которая сохраняет настройки карты и выполняет диагностику памяти, ввода и вывода при запуске.
Процессор видеокарты, называемый графическим процессором (GPU), аналогичен процессору компьютера. Однако GPU разработан специально для выполнения сложных математических и геометрических вычислений, необходимых для рендеринга графики. Некоторые из самых быстрых графических процессоров имеют больше транзисторов, чем средний ЦП.
Графический процессор выделяет много тепла, поэтому его обычно размещают под радиатором или вентилятором. Интегрированные чипы немного отличаются тем, что у них нет собственной видеопамяти, и они должны использовать тот же запас ОЗУ, что и ЦП. Это различие может привести к нехватке памяти в вашей системе во время игры со встроенным графическим процессором.
Помимо своей вычислительной мощности, графический процессор использует специальное программирование, помогающее анализировать и использовать данные. AMD и nVidia производят подавляющее большинство графических процессоров на рынке, и обе компании разработали собственные усовершенствования для повышения производительности графических процессоров. Современные видеопроцессоры могут обеспечить:
- Сглаживание всей сцены (FSAA), которое сглаживает края трехмерных объектов.
- Анизотропная фильтрация (AF), которая делает изображения более четкими.
- Физика в реальном времени и эффекты частиц
- Многоэкранные дисплеи
- Видео с высокой частотой кадров
- Видео сверхвысокой четкости с миллионами пикселей.
- Вычисления с ускорением GPU
Каждая компания также разработала специальные методы, помогающие графическому процессору применять цвета, тени, текстуры и узоры.
Поскольку графический процессор создает изображения, ему нужно где-то хранить информацию и готовые изображения. Для этого он использует оперативную память карты, сохраняя данные о каждом пикселе, его цвете и расположении на экране. Часть видеопамяти также может выступать в качестве буфера кадров, что означает, что она хранит завершенные изображения до тех пор, пока не придет время их отображать.Как правило, видеопамять работает на очень высоких скоростях и является двухпортовой, что означает, что система может считывать из нее и записывать в нее одновременно.
Современные видеокарты подключаются к слоту расширения PCIe x16. Компьютеры малого форм-фактора со встроенной графикой, такие как ноутбуки и мини-настольные компьютеры, могут не иметь такого слота. Однако видеокарты по-прежнему можно подключать с помощью дорогостоящего обходного устройства, называемого внешним графическим процессором.
Графические карты прошли долгий путь с тех пор, как IBM представила первую из них в 1981 году. Эта карта, получившая название адаптера монохромного дисплея (MDA), обеспечивала отображение только текста зеленого или белого текста на черном экране. Теперь и видеокарты, и встроенные чипы могут легко передавать сигнал HD (1920 x 1080 пикселей) через кабель HDMI или DisplayPort. Автономные карты часто воспроизводят видео в формате Ultra HD 4K (3840 x 2160), а на графических процессорах с более высокими характеристиками доступно еще более высокое разрешение.
Компьютерная графика используется практически во всех отраслях. люди во всех демографических, географических, расовых, политических и религиозных группах извлекают из них пользу. Когда вы берете в руки журнал или газету, смотрите телевизор, идете в кино или едете по улице, вы видите изображения, созданные компьютерной графикой.
Компьютерная графика используется, потому что она добавляет цвет, волнение и визуальную стимуляцию в медиа. Они эстетичны и информативны. Газеты, журналы, брошюры и отчеты, рекламные щиты, плакаты, художественные репродукции, поздравительные и почтовые открытки содержат цифровую графику. Несколько фильмов, в том числе Кто подставил кролика Роджера?, История игрушек и Стюарт Литтл, получили признание за новаторское использование цифровых эффектов и/или анимации. Видеоигры используют передовую цифровую графику. Ученые используют компьютерную визуализацию для моделирования движений животных, гроз и формирования галактик. Визуальное моделирование также используется в учебных программах, где люди учатся водить машину или летать. Врачи могут видеть цифровые графические представления данных компьютерной аксиальной томографии, которые помогают в диагностике и лечении. Архитекторы и дизайнеры продуктов используют программы автоматизированного проектирования для создания графических представлений своих проектов. Графические дизайнеры создают цифровые иллюстрации на компьютере. Через Всемирную паутину компьютерная графика распространяется по всему миру.
Компьютерная графика визуальна, поэтому реакция человека на нее сильно отличается от реакции человека на текстовую или слуховую коммуникацию. В детстве люди развивают зрительные навыки раньше, чем языковые, но даже во взрослом возрасте они эмоционально реагируют на то, что видят. Люди привносят в любой просмотр изображения свой опыт, ожидания и ценности. Иногда люди обращаются к культурным, религиозным или универсальным символам, чтобы связать образ со своим восприятием мира. Всеобщее становится личным, а личное становится всеобщим. Визуальная коммуникация многомерна. У людей есть первичная или интуитивная реакция, основанная на глубоко укоренившихся убеждениях, эмоциональная реакция, основанная на содержании и представлении изображения, и ассоциативная реакция, основанная на предшествующем опыте. Затем рациональный ответ накладывается поверх остальных.
ФИЛЬМ ПРОТИВ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Компьютерная графика — это искусство использования компьютерных технологий для создания визуальных изображений из данных. Один из способов понять это — сравнить пленку и цифровую фотографию. В пленочной камере рулон пленки загружается в камеру. Чтобы сделать снимок, камера выставляет на свет несколько кристаллов галогенида серебра на одном маленьком кусочке пленки. Когда весь рулон будет использован, его можно отнести к специалисту, который обработает пленку химическими веществами, а затем направит свет через пленку на светочувствительную бумагу. Вскоре на бумаге появляется изображение, и создается отпечаток.
В отличие от пленочных камер, в цифровых камерах пленка не используется. Внутри него находится мини-компьютер, который записывает свет в двумерный массив точек. Затем каждой из этих точек присваивается цифровое значение. В целом все цифровые устройства работают по одному и тому же принципу. Источником может быть свет из мира природы или лист бумаги, или изображение, созданное на компьютере. Каждое цифровое устройство преобразует входной сигнал источника в массив цифровых значений. Чтобы лучше понять это, нужно более внимательно изучить, как работают компьютеры.
ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА
Компьютеры используют двоичную систему, состоящую из единиц и нулей. Концептуально это работает как выключатель. Чтобы описать изображение в черно-белом цвете, белому цвету можно присвоить значение «0», а черному — значение «1». Если взять черно-белое изображение и наложить на него ряд строк и столбцов, то на каждом пересечении строки и столбца будет точка. Затем каждой точке можно присвоить значение «0» белого цвета или «1» черного цвета. Теперь есть массив нулей и единиц, которые вместе представляют изображение. Каждое значение, то есть каждый 0 или 1, требует немного памяти.Говорят, что изображение, описанное выше, имеет битовую глубину 1, поскольку для описания любой точки изображения требуется 1 бит (либо 1, либо 0).
Если нужно, чтобы изображение содержало оттенки серого между черным и белым, нужно больше битов. Если вы используете 2 бита, есть четыре возможных комбинации 1 и 0
- Программы запускаются в пакетном режиме с использованием перфокарт. Текстовые символы используются для создания изображений.
- Принтеры могут печатать только целые символы, а не отдельные точки.
- Середина 1970-х. Появление первых персональных компьютеров. Мониторы отображают белый текст на зеленом фоне в результате люминофора P1 из электронно-лучевой трубки. Мониторы называются ЭЛТ или зелеными экранами.
- Низкое графическое разрешение, около 128 × 48 точек на экран.
- 1981: IBM представляет первый цветной ПК. Монитор CGA может отображать 4 цвета, используя комбинацию красного, зеленого и синего цветов.
- 1984 год: представлен Apple Macintosh.
- Цветная графика возможна, но память компьютера ограничена.
- 1987 год: возможны 256 цветов и разрешение 720 × 400 точек.
- Количество цветов, которые может отображать монитор ПК, увеличилось с 256 до 16,7 млн.
- ПК могут использовать 3D-графику.
- 1994: Всемирная паутина становится общедоступной и предоставляет еще один канал для использования компьютерной графики.
- ЖК-мониторы становятся популярными.
- Графические процессоры ПК (GPU) обеспечивают производительность 3D-графики в 25 раз выше, чем в 1990-х годах.
-
перешли к виртуальной реальности и ролевым играм.
- В бизнесе технология виртуальной реальности используется для оценки и изменения дизайна продукта.
- Пользователи взаимодействуют с играми с помощью трехмерных графических представлений пользователей в реальном времени.
- 1984: The Last Starfighter отображает первые фотореалистичные компьютерные графические изображения в художественном фильме.
- 1988: Кто подставил кролика Роджера объединяет персонажей компьютерной анимации с живыми людьми.
- 1991: История игрушек становится первым полнометражным компьютерным анимационным фильмом.
- Трехмерная компьютерная графика используется в мультфильмах на телевидении и в анимационных фильмах.
- Цифровые телевизоры высокой четкости (HDTV) становятся популярными.
- Shark Tale использует глобальное освещение для создания реалистичных теней и отражений.
- Начало 1980-х: доступны CAD-системы, использующие двухмерное планирование этажей и элементарное моделирование.
- Конец 1980-х: системы CAD предлагают возможности 3D-рендеринга и пошагового просмотра.
- 1989: Доступны программы моделирования и визуализации. технология, которая позволяет врачам видеть графическое изображение мягких тканей, помогает в диагностике и лечении аномалий.
- 3D-модели человеческого тела используются для виртуальной хирургии и обучения.
- Фотографии интегрированы с чертежами САПР.
- Программы CAD/CAM используются для проектирования, сборки и тестирования новых продуктов.
(00, 10, 01, 11), поэтому могут быть представлены четыре оттенка серого (включая черный и белый). Четырех оттенков серого обычно недостаточно для создания реалистичного изображения. Как правило, для создания высококачественного изображения требуется 8 бит или 256 оттенков серого.
ЦВЕТ И РАЗРЕШЕНИЕ
Цвет создает дополнительную сложность. Все цвета можно получить, комбинируя три основных цвета света: красный, зеленый и синий. Чтобы компьютер мог эффективно отображать цвета, ему необходимо отдельно описать каждый из этих трех основных цветов. Хотя любой цвет можно создать с помощью всего 2 бит, большинство компьютеров сегодня используют 24-битную или 32-битную глубину для представления полноцветного изображения, воспроизводя до 16 777 216 цветов. Это превосходит возможности человеческого глаза, способного различать около 10 миллионов цветов.
Чем выше битовая глубина, тем точнее цвет. Однако даже с 16 миллионами цветов изображение может быть низкого качества, если только оно не имеет высокого разрешения. Разрешение — это плотность точек или пикселей в массиве изображения, то есть количество столбцов и строк на дюйм. Чем больше количество столбцов и строк, тем выше плотность. Чем выше плотность, тем выше разрешение.
Цена высокого разрешения и большей битовой глубины — пространство. Высококачественная графика занимает много места на диске компьютера и требует большего объема памяти для работы с ней и ее редактирования. Для одного профессионального цифрового изображения легко может потребоваться 50 мегабайт, то есть 8 192 000 бит или больше.
Устройства отображения и принтеры ограничены объемом данных, которые они могут отображать. Оптимальное разрешение, необходимое для цифрового изображения, зависит от носителя вывода и количества строк и столбцов, которые оно может отображать на дюйм. Полученные точки пересечения называются точками, а число точек на дюйм называется точками на дюйм или dpi.Обычно для художественной печати требуется высокое разрешение, а для изображения в Интернете — нет. Одно из преимуществ цифровых изображений заключается в том, что их можно хранить на компьютере и использовать многократно, при этом каждое воспроизведение точно такое же, как и предыдущее.
До недавнего времени перед просмотром цифрового изображения его нужно было преобразовать в нецифровой или аналоговый формат, поскольку большинство устройств вывода были аналоговыми. Электронно-лучевые трубки, большинство телевизоров и многие принтеры по-прежнему являются аналоговыми, но жидкокристаллические мониторы и многие другие принтеры и телевизоры являются цифровыми. Цифровые изображения могут напрямую передаваться с компьютера на устройство вывода без перевода.
Возможности и надежность компьютерной графики развивались в течение нескольких десятилетий. В Таблице 1 приведены основные достижения в области компьютерной графики в области компьютерных технологий, видео, кино и телевидения, а также моделирования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Компьютерная графика будет становиться все более сложной. Их трехмерные фотореалистичные возможности и способность прогнозировать изменения с течением времени произвели революцию в разработке продуктов и маркетинге, а также в научных исследованиях и образовании. Они отвечают за превосходные спецэффекты в фильмах и на телевидении. Многие газеты и журналы используют только компьютерную графику. Они добавляют эстетическое и эмоциональное измерение к тексту. Компьютерная графика ежедневно влияет на жизнь каждого практически во всех аспектах.
библиография
Максвелл, Марти (2004). Роль визуальных образов в правозащитной журналистике. Афины: Университет Джорджии.
Кафедра технологии компьютерной графики готовит студентов, заинтересованных в создании и управлении производством компьютерной графики для широкого спектра отраслей промышленности. Студенты работают в компьютерных классах, развивая свои графические навыки, методы, концепции и управленческие способности в рамках индивидуальных и командных проектов. После успешного завершения предтехнической программы по графике учащиеся могут выбрать одну из нескольких специальностей по технологии компьютерной графики. Или объедините аспекты нескольких специальностей в единую индивидуальную программу обучения.
Анимация и визуальные эффекты
Компьютерная анимация воплощает в жизнь идеи и концепции — от последнего блокбастера до сложнейшего научного анализа. Когда вы специализируетесь на компьютерной анимации, вы можете помочь придать перспективу и контекст сложным идеям, создавая визуальные представления идей новых продуктов, больших данных, раковых клеток и даже танцующих пингвинов. Компьютерная анимация присутствует повсюду, не только в сфере развлечений, но и в образовании, продуктах и упаковке, строительстве, залах судебных заседаний и новых приложениях, которые еще предстоит открыть. Изучение анимации и пространственной графики направлено на развитие и интеграцию навыков в области технологий растровой и векторной графики, построения 3D-моделей, освещения и рендеринга, раскадровки и физического моделирования на основе виртуального движения. Студенты, окончившие программу, готовятся к ролям на уровне производства и управления в качестве моделистов, аниматоров, продюсеров, технических или арт-директоров во всех областях производства анимации и виртуальной среды. Несколько наших выпускников получили «Оскар» за работу над диснеевским фильмом «Большой герой 6». Подробнее об этом читайте здесь.
Строительство — Информационное моделирование зданий
С помощью нескольких нажатий клавиш и знаний в области строительства вы можете создать 3D-модель здания и просмотреть ее изнутри или снаружи, со всех сторон или даже с дополнительным этажом или двумя. Эта компьютерная модель помогает строительной бригаде создайте подробную документацию, и вы станете неотъемлемым членом команды. Когда вы сосредоточите свои таланты на строительной графике (или информационном моделировании зданий — BIM), вы сможете стать частью следующего поколения дизайнеров, революционизирующих строительную отрасль. Эта специальность включает курсы компьютерной графики, компьютерных технологий и программирования, а также строительных материалов и методов. Готовит студентов быть практиками и менеджерами компьютерной графики в области архитектуры, инженерии и строительства. Выпускник сможет освоить 3D-моделирование архитектурных концепций, а также передавать или продавать их с помощью анимации, интерактивных мультимедиа, Интернета и видео.
Визуализация данных
Специалисты по визуализации данных представляют сложную информацию в удобном для понимания формате. Их усилия могут помочь определить тенденции, предоставить важную информацию и проиллюстрировать влияние. Они могут помочь выделить опухоли на изображениях МРТ для отслеживания прогрессирования заболевания или визуализировать поток воздуха над автомобилем, чтобы помочь разработчикам создавать более экономичные автомобили. Эта специальность в Университете Пердью посвящена компьютерным и графическим инструментам, необходимым для создания точных и значимых визуализаций для исследователей, руководителей, лиц, принимающих решения, и широкой публики.
Разработка и дизайн игр
Хотите ли вы разработать следующую большую инди-игру, внести свой вклад в блокбастеры AAA-игр, исследовать прорывы в виртуальной реальности или использовать игры для решения самых насущных проблем общества, специальность по изучению игр Университета Пердью найдет для вас место. CGT в Purdue является лидером в подготовке студентов к карьере в области разработки компьютерных игр. Выпускники работали в EA Games, Volition Inc., Riot Games, Crystal Dynamics и многих других. Междисциплинарный подход программы включает в себя элементы технологий, разработки программного обеспечения, анимации, дизайна, ориентированного на человека, психологии, гуманитарных наук и управления проектами. Используя проектный подход к обучению в колледже, вы будете работать в команде, чтобы создавать уникальные и захватывающие игровые возможности. Эти проекты познакомят вас с различными навыками и талантами, отражающими деятельность отрасли.
UX-дизайн
UX-дизайн – это процесс создания цифровых продуктов, которыми легко и интересно пользоваться. Помещая пользователя в центр процесса проектирования, мы гарантируем, что создаваемые нами продукты удовлетворяют потребности пользователей, просты в освоении и просты в использовании. Ориентированное на человека проектирование и разработка используются в продуктах любого типа с графическим пользовательским интерфейсом, включая веб-сайты, мобильные приложения, настольные приложения, банкоматы, приборные панели автомобилей, смарт-часы и многое другое. Названия должностей включают дизайнера пользовательского опыта (UX), инженера по удобству использования, информационного архитектора, дизайнера взаимодействия, архитектора пользовательского опыта, исследователя пользовательского опыта. Большинство курсов UX преподаются в студии, где студенты активно работают над проектами. У майора есть серия Experience Studios, где студенты работают над клиентскими проектами. К моменту выпуска студенты UX будут иметь 3,5 года опыта работы над реальными клиентскими проектами. Вакансии UX входят в число 25 самых востребованных и высокооплачиваемых вакансий в США.
Цифровые корпоративные системы
Digital Enterprise Systems (DES) готовит студентов к тому, чтобы стать практиками и менеджерами компьютерной графики для поддержки инженерного проектирования и производственных процессов. Используйте новейшие компьютерные технологии для проектирования всего, от автомобилей и самолетов до тазобедренных суставов и аппаратов искусственного кровообращения. От первоначальных эскизов проекта до производственного процесса вы будете создавать, тестировать и внедрять продукты в виртуальной среде. Вы будете работать в основном с программными инструментами управления жизненным циклом продукта (PLM) для моделирования, автоматизированного проектирования (CAD) и управления данными о продукте (PDM). У вас будет возможность работать в промышленности и быть неотъемлемой частью команд, которые внедряют и используют эти технологии. Специалисты по интеграции PLM обладают знаниями и навыками в области каркасного, поверхностного и параметрического твердотельного трехмерного моделирования, стандартов промышленной графики и стратегий управления базами данных. Учебная программа сочетает в себе технические навыки, полученные в лабораторных условиях, и знания, получаемые в классе, чтобы подготовить выпускников, способных немедленно и эффективно вносить свой вклад в работу тех работодателей, которые занимаются разработкой графического дизайна и пользователями баз данных, поставщиками услуг или консультантами.
Веб-программирование и дизайн
Перед запуском большинства веб-сайтов и мобильных приложений выполняется огромное количество работ по планированию, программированию и тестированию. От элементов дизайна до баз данных, от бизнес-логики до совместимости с браузерами, веб-программирование и дизайн требуют широкой базы знаний и опыта. Будучи специалистом по веб-программированию и дизайну в Университете Пердью, вы будете работать в команде и индивидуально, чтобы научиться создавать функциональные, безопасные и удобные для пользователя продукты. От PHP и MySQL с открытым исходным кодом до сред Microsoft и ASP вы получите широкий спектр возможностей и концепций программирования, которые позволят вам процветать и адаптироваться в этой постоянно меняющейся отрасли.
Какие условия у клиента по стартовому пакету на планшет за 100 рублей