Комп'ютерна графіка.

Комп'ютерна графіка. Комп'ютерна графіка та анімація. Векторні і растрові зображення. Створення тривимірних зображень. Класифікація засобів комп'ютерної графіки та анімації. Комп'ютерна графіка для поліграфії. Adobe Photoshop. Adobe Illustrator. Corel Draw!. Комп'ютерний малюнок. Painter. FreeHand. Програми для презентацій.Двовимірна анімація. Autodesk Animator Studio. Пакети 2D-анімації. Autodesk Animator Studio. Тривимірне моделювання. AutoCAD. Створення об'ємних шрифтів. Комп'ютерна анімація в кіно. Програми для наукової візуалізації. Візуалізація сонячних вибухів. Цілі:
дидактична: розповісти студентам про програми для роботи з графікою.
розвиваюча: розвивати інформаційне мислення студентів.
виховна: показати можливості персональних комп'ютерів і програмного забезпечення у сфері інформаційних технологій.
Вид занять (тип уроку): вивчення нового матеріалу.
Організаційні форми навчання:лекція.

Методи навчання: бесіда.
Засоби навчання
Вид та форми контролю знань: фронтальний опитування.
Засоби контролю
Міжпредметні зв'язки
Види самостійної роботи студентів
Домашнє завдання: конспект лекції.

Хід заняття
1. Організаційний момент.
2. Повідомлення теми і мети заняття.
3. Вивчення нового матеріалу.
4. Підведення підсумків.
5. Домашнє завдання.
Комп'ютерна графіка

Комп'ютерна графіка з'явилась достатньо давно - вже у 1960-х роках існували повноцінні програми роботи з графікою. Сьогодні прийнято користуватися термінами «комп'ютерна графіка» (КГ) і «комп'ютерна анімація» (КА). Поняття «комп'ютерна графіка» включає всі види робіт зі статичними векторними і растровими зображеннями, «комп'ютерна анімація» має справу з динамічно змінюються двовимірними і тривимірними зображеннями. Об'єднати графіку і анімацію дає можливість абревіатура КГіА.
Комп'ютерна графіка та анімація
Computer graphics - введення, виведення, відображення, перетворення і редагування графічних об'єктів під управлінням ЕОМ (Борковський А.В. «Англо-російський словник з програмування та інформатики»).
Computer animation - «пожвавлення» зображень на екрані дисплея, синтез динамічних зображень на комп'ютері ( «Англо-російський словник з обчислювальної техніки» п / р Е. К. Масловського).

Векторні і растрові зображення
По своїй структурі зображення можуть бути растровими і векторними. Наприклад, сканер при зчитуванні розбиває зображення на безліч дрібних елементів (пікселей) і формує з них растрову картинку. Колір кожного пікселя записується у пам'ять комп'ютера за допомогою певної кількості бітів. Біт - мінімальна одиниця пам'яті комп'ютера, яка може зберігати значення або 0, або 1. Піксель є найменший адресованих елементів растрового зображення. Якщо картинка має розмір 800x600, то ці числа відображають кількість пікселей по горизонталі (800) і по вертикалі (600). Чим більше кількість пікселей у зображенні, тим краще його вигляд на екрані і при друці. Число кольорів, в які можна пофарбувати окремий піксель, визначається як два у степені N, де N - кількість бітів, які зберігають кольорову інформацію про піксель. У контрастній чорно-білій картинці кожний піксель кодується однім бітом.Восьмібітное зображення дозволяє мати 256 кольорів, а 24 біта забезпечують присутність у зображенні більш 16 мільйонів кольорів, що дає можливість працювати з зображеннями професійної якості. Але цей спосіб подання зображення не підходить для тих випадків, коли виникає необхідність у масштабування зображення у великих межах.

Цього недоліку позбавлені векторні зображення, у яких розмір будь-якого елемента може бути змінений аж «до нескінченності».Але таку картинку неможливо отримати шляхом сканування, оскільки кожний її елемент будується з допомогою математичних описів об'єктів (так званих примітивів), в якості яких можуть виступати лінії, дуги, кола і т. п. Також для кожного примітиву існує ряд параметрів, що визначають колір, товщину лінії і т. д. Векторна графіка створюється за допомогою спеціальних програмних засобів типу CorelDRAW!, Adobe Illustrator. Також цей формат зображення використовується практично в усіх програмах САПР (P-CAD, AutoCAD і т. д.). Фактично векторне зображення існує у вигляді набору математичних формул, що описують елементи зображення. І, нарешті, векторна графіка не залежить від роздільної здатності апаратних засобів, що дозволяє легко змінювати розміри статичних зображень (наприклад, збільшити розмір дверної ручки до розміру дома) без втрати загальної кількості видимих елементів зображення, ясності і чіткості їхніх меж при виведенні на екран монітора або на друкуючий пристрій.
Створення тривимірних зображень

Наскільки б не був багатий інструментарій програм растрової КГіА, істотну частину роботи по побудові зображення треба робити вручну, у тому числі промальовувати проміжні кадри в анімації. У зв'язку з цим растрові пакети можна віднести до засобів комп'ютерної живопису. А справжнє об'ємне (тривимірне) зображення легше створити за допомогою векторної графіки: її технологія дозволяє давати комп'ютеру вказівки (команди), керуючись якими він будує зображення за допомогою закладених у програму алгоритмів. Цей метод більше схожий на креслення, причому часто тривимірне. За допомогою векторної графіки об'єкти будуються з так званих «примітивів» - ліній, кіл, кривих, кубів, сфер і т.д. Примітив не потрібно малювати - вибравши піктограму з зображенням або назвою, наприклад, сфери, ви просто задаєте її параметри (координати центру, радіус, кількість граней на поверхні і тому подібне), а комп'ютер вже креслить її сам. Складні об'єкти будуються з примітивів, на основі багатокутників (полігонів) або кривих (сплайнів), причому сплайнових моделі мають більш гладку форму, ніж полігональні. Потім вибираються матеріали (текстури) та запускається процес візуалізації (Rendering) - досить тривала процедура побудови реалістичного зображення по створеній каркасною моделі і вказаним матеріалами.
Класифікація засобів комп'ютерної графіки та анімації

По своєму «професійному» призначенню засоби комп'ютерної графіки та анімації можна підрозділити на наступні групи: пакети комп'ютерною графіки для поліграфії; програми двовимірної комп'ютерної живопису; презентаційні пакети; програми двовимірної анімації, які використовуються для створення динамічних зображень і спецефектів у кіно; програми для двовимірного і тривимірного моделювання, що застосовуються для дизайнерських і інженерних розробок; пакети тривимірної анімації, що використовуються для створення рекламних і музичних кліпів і кінофільмів; комплекси для обробки відеозображень, необхідні для накладення анімаційних спецефектів на відеозапис; програми для наукової візуалізації. Програми комп'ютерної графіки та анімації представляють професійний інтерес для художників і дизайнерів, поліграфістів і кінематографістів, розробників комп'ютерних ігор і творців освітніх програм, кліпмейкерів і вчених, а також будь-яких фахівців, яким необхідно створювати, використовувати і обробляти найрізноманітніші зображення.

Комп'ютерна графіка для поліграфії
Пакети комп'ютерної графіки для поліграфії дозволяють доповнювати текст ілюстраціями різного походження, створювати дизайн сторінок і виводити поліграфічну продукцію на друк з високою якістю.

Adobe Photoshop
Огляд що використовуються в поліграфії програм для обробки зображень варто почати з растрового пакета Photoshop фірми Adobe. Він є чимось на зразок зразка для порівняння з іншими програмами того ж призначення: Ці програми мають засоби для корекції кольору сканованих зображень, ретушування фотографій, дозволяють використовувати спецефекти і маски, необхідні для редагування і монтажу растрових зображень. Photoshop дуже поширений серед користувачів Macintosh, однак існують його версії для Windows 3.1, Windows 95 і Windows NT.Последніе версії пакету підтримують багатошарову структуру зображень, містять інструменти для створення і редагування векторних контурів. Photoshop дозволяє користуватися різними масками і великою кількістю фільтрів, має широкий спектр засобів для роботи з кольором і створення спецефектів.
Векторний пакет Adobe Illustrator фірми працює в середовищі Windows. Він призначений для створення ілюстрацій і розробки загального дизайну сторінок і орієнтований на виведення готових зображень з високою роздільною здатністю для поліграфії.Пакет дозволяє створювати фігури і символи довільної форми, а потім масштабувати, обертати і деформувати їх. Крім того, Illustrator містить широкий спектр інструментів для роботи з текстом і багатосторінковими документами. Часто використовують програму Adobe Streamline, що дозволяє перетворити растрові зображення в векторні, готові для редагування в Adobe Illustrator.

Corel Draw!
Серед досить розповсюджених пакетів ілюстративної графіки для Windows варто відзначити векторний пакет CorelDRAW!корпорації Corel Corp., що став вже класичною програмою векторного малювання. Пакет призначений не тільки для малювання, а й для підготовки графіків і редагування растрових зображень. Він має відмінні засоби керування файлами і можливість показу слайд-фільмів на дисплеї комп'ютера, дозволяє малювати від руки і працювати з шарами зображень, підтримує спецефекти, в тому числі тривимірні, і має гнучкі можливості для роботи з текстами. Для настільних видавничих систем стане в нагоді також програма для обробки зображень Adobe PhotoStyler, що працює під управлінням Windows.

Комп'ютерний малюнок
Програми комп'ютерного малювання використовуються в якості додаткових компонентів до поліграфічним комплексам, дизайнерським, презентаційним або анімаційним програмами.

Painter
Серед пакетів, призначених для створення статичної комп'ютерної двовимірної живопису в середовищі Windows, професійний інтерес представляють програма редагування растрового живопису Painter фірми Fractal Design. Painter володіє достатньо широким спектром засобів малювання і роботи з кольором. Зокрема, він моделює різні кисті (олівець, ручка, вугілля, аерограф і ін), дозволяє імітувати малюнки аквареллю та маслом, а також добитися ефекту натуральної середовища

FreeHand
Для створення комп'ютерної двовимірної живопису можна використати пакет FreeHand фірми Macromedia, який є частиною комплекту FreeHand Graphics Studio 2.0. Останні версії програми FreeHand володіють багатими засобами редагування зображень і тексту, містить бібліотеку спецефектів і набір інструментів для роботи з кольором, у тому числі кошти багатобарвної градієнтної заливки.

Програми для презентацій
Серед презентаційних пакетів в середовищі Windows можна виділити групу програм, досить давно існують на ринку. До неї входять Freelance Graphics фірми Lotus, Harvard Graphics фірми Software Publishing і PowerPoint корпорації Microsoft. Творці цих програм з кожною новою версією розширяють спектр доступних їм коштів. Презентаційні пакети «нової хвилі» для Windows розраховані на більш повне використання мультимедіа-можливостей. Ці програми допускають зручний імпорт відео і звукових файлів, в них передбачені кошти анімації діаграм. До числа цих пакетів ставляться програма Action! фірми Macromedia і пакет Astound фірми Gold Disk.

Система PowerPoint часто потрапляє до користувачів у складі пакета Microsoft Office. Вона проста у використанні, включає навчальну програму, готові зразки презентацій, хороші засоби роботи з текстом і ефективну систему допомоги, дуже корисну для початківців. PowerPoint не має вбудованих засобів мультимедіа, але може бути доповнена ними за рахунок використання технології Object Linking and Embedding (OLE). Про застосування PowerPoint див Інтелектуальні помічники.

Пакет Astound, один з кращих пакетів «нової хвилі», простий у використанні, дозволяє синхронізувати звукові кліпи, рухомі зображення та інші елементи мультимедіа, має багатий інструментарієм створення і анімації тривимірних діаграм, містить набір готових презентацій по популярних тем, має безліч інструментів для роботи з графікою, динамічними зображеннями та звуком.

Серед інших презентаційних пакетів варто згадати також програму Novell Presentations для Windows з потужним набором засобів малювання і зручним керівництвом, а також пакет для слайд-шоу Demo-it фірми Lifeboat Publishers для Windows.
Двовимірна анімація

Autodesk Animator Studio
Двовимірна і тривимірна анімація, що створюється як традиційними (без використання обчислювальних засобів), так і комп'ютерними методами, заснована на одному і тому ж принципі: якщо ряд статичних зображень показати в достатньо швидкому темпі, то людське око зв'яже їх разом і прийме за безперервний рух. Для того щоб декілька зображень об'єкту були сприйняті оком як плавний рух цього об'єкту, може вистачити швидкості 8 комп'ютерних екранів за секунду. На відміну від традиційної целулоїдної анімації, де кожний кадр малюється вручну, у комп'ютерній 2D-анімації частину рутинної роботи бере на себе програма. Можна, наприклад, задати рух по траекторії (програма створить відповідні проміжні кадри) або плавно змінити палітру в протягом декількох кадрів (наприклад, поступово затемнити зображення або прибрати частину кольорів) (див. Пакети 2D-анімації).

Пакети 2D-анімації
Autodesk Animator Studio
Взагалі-то з моменту виникнення тривимірної анімації 3D-пакети сильно потіснили двовимірну анімацію, однак варто сказати про ті двовимірних програмах, які використовують традиційну техніку целулоїдної анімації - це пакети Animator Pro, який хороший для освоєння азів 2D-техніки, і потужна програма Animo. Обидва пакети працюють на PC. Класичні приклади робіт, зроблених в техніці традиційної целулоїдної анімації - це «Білосніжка і сім гномів» і «Ну, постривай!». Пакет Animator Pro розроблений фірмою Autodesk під DOS. Він не дозволяє працювати зі звуком, але зате має відмінний інструментарій для створення, редагування та анімації зображень. Animator Pro дуже розповсюджений серед low-end користувачів, включаючи школярів і студентів. Його послідовник Autodesk Animator Studio, призначений для двовимірного малювання та анімації, працює вже у середовищі Windows і, на відміну від попередника, підтримує звук. З його допомогою можна відредагувати відеозапис, підготувати анімацонний і звукові ряди та об'єднати все це разом.

Серед пакетів 2D-анімації під Windows, що використовують нетрадиційні та змішані техніки, можна відзначити також Animation Works Interactive фірми Gold Disk, що працює в середовищі Windows. Animation Works Interactive дозволяє імпортувати растрові зображення, має гарний набір інструментів для роботи з траєкторіями, а отриману анімацію може комбінувати зі звуком та цифровим відео.

Пакет Animo фірми Cambridge Animation Systems відтворює техніку традиційної анімації «один до одного» і тому дуже популярний серед професійних «некомп'ютерних» мультиплікаторів, у тому числі російських. Серед інших професійних програм двовимірної анімації варто відзначити пакет Animator Studio, можливості якого трохи не дотягують до можливостей програми Animo.

Гарним доповненням до анімаційним програмами для ПК є сплайнових пакет Elastic Reality фірми ADSG, призначений для двовимірних деформацій та перетворень (морфінга) кіно-та відеоматеріалу. Пакет працює із замкнутими і незамкнутими кривими, дозволяє управляти ступенем прозорості об'єктів, згладжувати їх контури та застосовувати спецефекти.

Тривимірне моделювання
Програми двовимірного і тривимірного моделювання застосовуються для дизайнерських і інженерних розробок. Крім того, вони можуть доповнити програми тривимірної анімації, поліграфічні і презентаційні пакети.

AutoCAD
Серед програм моделювання під Windows легко виявити лідера - потужну систему машинного проектування AutoCAD фірми Autodesk. AutoCAD часто розглядають як графічне ядро систем автоматизованого проектування (САПР): він реалізує основні операції по створенню і редагуванню ліній, дуг і тексту, створює 2D-і 3D-моделі; автоматизує рішення багатьох задач, що виникають у процесі проектування; дозволяє адаптувати і настроювати систему на конкретні додатки, створюючи власні сценарії і дії. Пакет містить вбудована мова програмування AutoLISP, який дозволяє користувачам формувати нові команди і навіть використовувати мови програмування високого рівня.

Створення об'ємних шрифтів
На додаток до пакетів тривимірної анімації існують вузькоспеціалізовані програми, наприклад для створення об'ємних шрифтів.До програм такого роду відносяться Typestry фірми Pixar, Adobe Dimensions, Add Depth фірми Ray Dream і Crystal Flying Fonts фірми Crystal Graphics.

Комп'ютерна анімація в кіно
Програми обробки цифрових відеозображень і створення багатошарових композицій з використанням двовимірної і тривимірної графіки дозволяють замінити комбіновані зйомки, обробляти відзнятий матеріал засобами комп'ютерної графіки, суміщати відзнятий матеріал з комп'ютерною анімацією і виводити результати на кіно-і відеоплівку.

Програма для редагування відео Adobe Premiere в середовищі Windows дозволяє виконувати монтаж оцифрованого відео, статичних зображень і звукових файлів. Останні версії пакету можуть обробляти різноманітними засобами до декількох десятків незалежних відеодорожек, підтримують безліч фільтрів, засоби створення спецефектів і шрифтів.