计算つくえ图形

本页使用了标题或全文手工转换
维基百科ひゃっか自由じゆうてき百科ひゃっかぜん
Blender 2.45てき截图,せいざい显示三维测试模型Suzanne
使用しよう二维渲染绕两个せい平面へいめんていそうじゅう旋转てきよんせい胞体さん投影とうえい

電腦でんのう圖形ずけい英語えいごComputer Graphicsゆびよう计算つくえところ创造てき图形さら具体ぐたいてき说,就是ざい计算机上きじょうよう专门てき软件かたけんもちいらいひょう现和ひかえせい图像かずすえ

计算つくえ图形てき发展使用しよう户能さら容易よういあずか计算つくえ互动,さらこのみてき明白めいはく和解わかい释多种类がたてきすうすえ。发展计算つくえ图形对多种媒体ばいたいゆうふか远的かげ响,并彻そこあらため变了动画电影电子ゆうくだり业。

がい[编辑]

计算つくえ图形在学ざいがく术中てき广义もちいらい描述为“ざい计算つくえさとじょりょう文字もじあずか声音こわね以外いがいてき一切いっさい”。[1]通常つうじょう,计算つくえ图形在学ざいがく术上ゆび以下いか事情じじょう

  • よう计算つくえひょう现或处理图像かずすえ
  • よう于创けんある处理图像てきかく种技术
  • 经过制作せいさくてき图像
  • 计算つくえ科学かがくぶん领域てき数字すうじ合成ごうせい处理视觉内容ないようてき研究けんきゅうまいり计算つくえ图形がく

现在,计算つくえ计算つくえ生成せいせい图像接触せっしょくいた日常にちじょう生活せいかつてき个层めん。计算つくえ图像现在电视、报纸とう地方ちほうどう在天ざいてん气预报、疗调查和しゅ操作そうさとう产生作用さよう。一个精心构筑的图表以将复杂てき统计以更容易ようい理解りかい和解わかい释的方式ほうしきてい现。ざい媒体ばいたいちゅう,“这样てき图表以被よう于说明文めいぶんけん、报告、论文”,よう于其它演しめせ材料ざいりょう[2]

やめ经开发出许多こうのう强大きょうだいてき工具こうぐしょうすうすえ视化。计算つくえ生成せいせい图像以被ぶんなり几种类型:维、さん维和动画。ずいわざ术的あらため进,三维计算机图形变得越来越常见,ただし二维计算机图形仍然被广泛使用。ざい过去てきじゅうねんちゅう,发展ざい其它专门领域てき应用,如:しんいき视化科学かがく视化,其中さらわたる及到“三维现象的可视化(けん气象生物せいぶつひとし)”,つよ调的たい积、表面ひょうめん光源こうげんとうてき实渲しみ可能かのう动态(时间)てき组成部分ぶぶん[3]

历史[编辑]

计算つくえ图形いち词在1960ねんゆかりなみおんてき设计师かど·菲特创造。[4]计算つくえ图形领域ずい计算つくえ图形かたけんてき现而发展。早期そうきてき项目,如旋风计算つくえはん动地めん防空ぼうくうけい引入CRTさく为可ぎょうてき显示かず交互こうご界面かいめん,并引いれひかりさく输入设备

はん动地めん防空ぼうくうけい门控せいしつ

1960年代ねんだい早期そうき发展[编辑]

计算つくえてき进一步发展导致了交互计算机图形的巨大发展。ざい1959ねんあさしょう理工りこう学院がくいんはやし肯实验室开发りょうTX-2计算つくえ集成しゅうせいりょう许多しんてきひとつくえ界面かいめんひかり笔连せっ计算つくえ以用らいざい凡·萨瑟兰革命かくめいせいてきSketchpad软件绘制くさ[5]使用しようこう笔,Sketchpad让人以在计算つくえへいまくじょう绘制简单图形,保存ほぞんきさき还可以再使用しよう它们。ひかり笔尖はしゆう一个微型的光电元件,はた此元けんおけ于电脑屏まくまえ接收せっしゅうへいまくてき电子枪所发射出しゃしゅつてきひかり线。つう过简单为电子脉冲てきてい时和电子枪的位置いち判断はんだん以简单准确的判断はんだん笔任なん时刻ざいへいまくじょうてき位置いちとう确定位置いちきさき,计算つくえ以在该位置いち绘制こう标。

萨瑟兰面对众てき图形问题,乎找到りょうかん美的びてきかい决方あんそく使つかいざいこんてん,许多计算つくえ图形界面かいめんてき标准,也是以此早期そうきてきSketchpadほどじょ为起てんいち个例绘画约束方面ほうめん,如果有人ゆうじんそう绘制いち正方形せいほうけい/她不需要じゅよう为绘せいかん美的びてき四条直线才能构成方形的外框而担心,ただ需要じゅよう简单指定してい/她想绘制てき方形ほうけい,并指定してい方形ほうけいてき位置いち大小だいしょうしかきさき该软けんはた构造一个拥有正确面积和合适位置的完美方形。另一个例萨瑟兰的软件けん对象,仅是一个对象的图片,换句话说,对一个汽车模がたあらため变轮胎的大小だいしょう需要じゅようかげ响车てき其它部分ぶぶん,也可以仅ひしげしん车身あらため变车胎的形状けいじょう

这些早期そうきてき计算つくえ图形りょう图形ゆかり细线じょう构成,而现ざいだいもと于光栅的ぞうもと图形。

1960年代ねんだいきさき发展[编辑]

Spacewar!ざい计算つくえ历史博物はくぶつ馆的PDP-1うえ运行。

ざい1961ねんあさしょう理工りこう学院がくいん学生がくせいふみ蒂夫·ひしげふさが英語えいごSteve Russell)创造りょうだいいち电子ゆうSpacewar!。为DEC PDP-1编写,Spacewarてき突然とつぜん成功せいこう,并在其它てきPDP-1よう户间传播,さい终甚いたり连DEC也得いたいち副本ふくほんざいDECてき工程こうてい师在ごと台新だいしんPDP-1づけ运前,はた其作为诊だんほどじょ。销售じん员在あんそうしん设备时,かい快速かいそくあんそうじょう此程じょ,为他们的しん顾客运行世界せかいじょうだい一个电子游戏。

1963ねん贝尔电话实验しつえい语:Bell Telephone Laboratory,简称:BLT)てき科学かがく爱德华·E·萨迦かつ(Edward E.Zajac),创作りょう一部いちぶめい为《そう旋翼重力じゅうりょく姿すがた态控せいけい统仿拟》(Simulation of a two-giro gravity attitude control system)てきかげへん[6]ざい这部计算つくえ生成せいせいかげへんちゅう,显示りょう卫星姿すがた态在绕地球ちきゅう盘旋时的变化。ざいいちだいIBM 7090大型おおがた计算机上きじょう创作りょう动画。どうざい贝尔电话实验しつ肯·诺尔顿えいKen Knowltonどる兰克·からし英語えいごFrank Sindon迈克尔·诺尔えいMichael Noll开始ざい计算つくえ图形领域工作こうさくからし顿创さくりょう一部いちぶめい为《力量りきりょう,质量あずか运动》(Force, Mass and Motion)てきかげへん,说明运作ちゅうてきうし定律ていりつかつ动。だい约同时,其他科学かがく开始创作计算つくえ图形说明们的研究けんきゅうざい劳伦斯发しゃ实验しつ(Lawrence Radiation Laboratory),あま尔森·马克おもえ创作りょうかげへんねば液体えきたいてきりゅう动》(Flow of a Viscous Fluid)かず动波ざい固体こたい形式けいしきちゅうてき传播》(Propagation of Shock Waves in a Solid Form)。なみおん飞机てきほどじょ员创さくりょうかげ片名かたな为《航空こうくうてき动》(Vibration of an Aircraft)。

ざい此不ひさし以前いぜん大型おおがたくわだて业开はじめ对计さんつくえ图形かん兴趣。てんあい汽车しゅうらくかつまれとく-乔治亚通用つうよう电气斯佩さと·兰德とう众多公司こうしざい1960年代ねんだい中期ちゅうき开始使用しよう计算つくえ图形。IBM迅速じんそく作出さくしゅつはん应,销售くびだい大量たいりょうきょう应的图形计算つくえ——IBM 2250图形终端。

くわとく斯联营公司こうし(Sanders Associates)てき监理工程こうていひしげ尔夫·ともえざい1966ねん构思家庭かてい电子ゆう戏机,きさきらい授权给玛格纳沃かつ(Magnavox),并称其为おくいさお。虽然其非常ひじょう简单,并使よう相当そうとう便宜べんぎてき电子れいけん,它允许玩ざい一个屏幕上移动光点。它是だい一台消费计算机图形产品。

どう样在1966ねん,萨瑟兰在あさしょう理工りこう学院がくいん发明りょうだい一台计算机控制头戴式显示器(HMD)。よし为过じゅう需要じゅよう连接天花てんげいたてきささえ所以ゆえん戏称为“达摩克利かつとし斯之剑”,它分别在ごとただ眼睛がんせい显示独立どくりつてき线框图像。这让观众のうざい计算つくえ场景ちゅういたさん维立たいざい获得あさしょう理工りこう学院がくいんてき博士はかせ学位がくいきさき,萨瑟兰成为远景研究けんきゅう规划きょくてきしんいき处理总监,これきさきなり为哈ふつ大学だいがく教授きょうじゅ

だい卫·C·ほこりぶん从1953ねんいた1962ねんざいもとすすむかつ公司こうしてき电脑门做工程こうてい总监,其后5ねんざいはく克利かつとし做客教授きょうじゅざいさと继续研究けんきゅうかん兴趣てき计算つくえあずかひと交互こうごてき界面かいめん犹他州立しゅうりつ大学だいがくざい1968ねん招募りょうほこりぶん建立こんりゅう电脑科学かがく项目,而电脑图がた很快なり为他てき主要しゅよう兴趣。这个新部しんべ门之きさきなり为世かい计算つくえ图形てき主要しゅよう研究けんきゅう中心ちゅうしん

1967ねん,萨瑟兰被ほこりぶん斯招募加入かにゅう犹他州立しゅうりつ大学だいがくてき计算つくえ科学かがく项目。ざいさとかんぜんりょうてき头戴しき显示。20ねんきさき美国びくに宇航きょく(NASA)じゅうしんしょうてきわざ术运よういた们的きょ拟现实研究けんきゅうざい犹他しゅう,萨瑟兰和ほこりぶん斯为间大がた公司こうし做顾问后高度こうどついささげただし们对とう时图がたかたけんてき落后かんいた沮丧,所以ゆえん们开はじめ制定せいてい计划成立せいりつ自己じこてき公司こうし

1969ねん计算つくえ协会(ACM)创立りょう图形方面ほうめんてきとく别兴おもむきしょう组(SIGGRAPH),举办かい议、制定せいてい图形标志出版しゅっぱん计算つくえ图形领域てきかんぶつ。1973ねん举办くびとどけSIGGRAPHかい议,并成为该组织てき重点じゅうてん项目。ずい时间てきぞう长计さんつくえ图形领域不断ふだん发展,SIGGRAPHてき规模重要じゅうようせい逐渐增强ぞうきょう

1970年代ねんだい[编辑]

许多ざい计算つくえ图形研究けんきゅうちゅうさい重要じゅうようてき早期そうき突破とっぱ发生ざい1970年代ねんだいてき犹他州立しゅうりつ大学だいがくはじめいちめいさけべほこりとくゆたか·卡特きよし(Edwin Catmull)てき学生がくせいざい1970ねん签入萨瑟兰的计算つくえ图形はん。卡特莫刚离开おと公司こうじ,并忙于他てき物理ぶつりてき学位がくい。虽然ざいすすむあま长大,卡特莫热衷动ただし很快发现ぼつゆう绘画方面ほうめんてき天分てんぶん。卡特莫等じん发现计算つくえはたなり为动てき自然しぜん发展,希望きぼう自己じこなり为变かわてきいち部分ぶぶん。卡特莫制作せいさくてきだい一个动画是他自己,创作りょうてき开合动画。使用しよう计算つくえ图形制作せいさく一部达到正片长度的电影成为他的目标。ざいどういちはんじょうどるかみなりとく·帕克(Fred Parke)创作りょう妻子さいし脸部てき动画。よし为埃ぶん斯和萨瑟兰的存在そんざい犹他州立しゅうりつ大学だいがくなり为计さんつくえ图形研究けんきゅう颇负盛名せいめいてき地方ちほう

犹他州立しゅうりつ大学だいがく计算つくえ图形实验しつ吸引きゅういんらい各地かくちてきじん约翰·沃诺かつ(John Warnock)早期そうきてき开拓しゃいちきさき成立せいりつりょうAdobe Systems,并使用しようてき页面描述语言PostScriptざい出版しゅっぱんかい创造りょういち场革いのち汤姆·斯托かつ(Tom Stockham)领导犹他州立しゅうりつ大学だいがくあずか计算つくえ图形实验しつ工作こうさくさいみつきりてき图像运算组。よし姆·かつひしげかつ(Jim Clark)也在さと其后成立せいりつりょうSilicon Graphics, Inc

1980年代ねんだい[编辑]

ざい1980年代ねんだい个人计算つくえ现在艺术图形设计师的眼前がんぜんとく别是Commodore AmigaMacintosh。它们さく为最严谨てき设计工具こうぐじょりょう以节しょう时间がい,还能其它方式ほうしきさらせいじゅんてき绘画。1980年代ねんだい中期ちゅうきかわかつ使用しようSGI计算つくえ创作りょうだい一条完全用计算机生成的短片。Macintoshざい图形设计工作こうさくしつしょう业之间成为最受欢むかえてき计算つくえ图形工具こうぐ1980年代ねんだい以来いらい,现在计算つくえさらてき使用しよう图形よう户界めんてき符号ふごう、图标图片显示すうすえ和信かずのぶいき,而不使用しようぶんほん。图形媒体ばいたいわざ术的五个关键要素之一。

1990年代ねんだい[编辑]

1990年代ねんだい开始,ざいゆう戏、媒体ばいたい动画ちゅう,三维图形变得很受欢迎。1995ねん首部しゅぶただしかた长度计算つくえ生成せいせいてき动画かげへん玩具おもちゃ总动员ざいぜんたまてき电影いん上映じょうえい。1996ねん最早もはやてきぜんさん维游戏之いちてき雷神らいじん》发售。此,ゆかり于更强大きょうだいてき计算つくえかたけん三维建模软件,计算つくえ图形变得拥有さら细节实感。

图像类型[编辑]

维图がた[编辑]

二维计算机图形是以计算机为基础的数字图像,だい维模がたれい集合しゅうごう模型もけいぶんほん数字すうじ图像,具体ぐたいよし它们てきわざ术所区分くぶん

二维计算机图形最初主要用于传统的印刷いんさつ绘画わざ术的应用ほどじょ,如:はいばん工程こうていせい广告とうくだり业。ざい这些应用ほどじょちゅう,二维图像不仅是真实世界物体的表现,而是添加てんかりょう语义值的独立どくりつ人工じんこうせいひん所以ゆえん二维模型是首选,いん为它们比三维计算机图形能更直接的控制,三维图形更接近于摄影。

さん维图がた[编辑]

简单さん维绘せい

さん维图がた对比维图がたらい说,ゆび使用しようさんてき几何すうすえ描绘てき存在そんざい计算つくえちゅう为了进行计算渲染为目的もくてきてき维图ぞう。这些图像かいざいきさき显示ある实时查看。

つきかん存在そんざい异,三维计算机图形仍旧依赖于多种二维图形算法さんぽう,如在图形线框模型もけいちゅう使用しよう维计さんつくえりょう图形ざいさい终渲しみ显示ちゅう使用しよう维计さんつくえひかり栅图がたざい计算つくえ图形软件ちゅう,二维和三维之间的区别偶尔会模糊,二维应用程序可能会使用三维技术实现诸如光照等效果,而主要しゅようてき三维也可使用二维渲染技术。

三维计算机图形通常被称为さん维模がたじょりょう渲染图形以外いがい模型もけい包含ほうがんざい图形すうすえぶんけんちゅうしか而还ゆうしょ别,一个三维模型是任何三维物体的精确呈现,ただし一个模型除非被直观地显示出来,いや则严かくらい说还图形。よし于有三维打印技术,三维模型并不局限于虚拟空间。模型もけいどおり过一个名为さん维渲しみてき过程,以用二维图像直观地显示出来,あるよう于非图形てき计算つくえかず计算。ゆう专门てき三维计算机图形软件给用户创けんさん维图ぞう

ぞうもと[编辑]

ぞうもといち数字すうじ艺术形式けいしきつう使用しようひかり栅图がた软件,以像もと级来编辑图片。ざい很多ろうあるあい对有げんてき计算つくえゆう戏、电子ゆう戏、图形计算ゆう戏和许多つくえゆう戏中使用しようてき图形,通常つうじょうぞうもと

りょう图形あずかひかり栅图がた[编辑]

りょう图形格式かくしきあずかひかり栅图がた互补てきひかり栅图がたよし大量たいりょうぞうもと构成,通常つうじょうてき代表だいひょう摄影图像。[7]りょう图形使用しよう形状けいじょう颜色てき编码すうすえ构成图像,ざい渲染方面ほうめん以更灵活。とう使用しようりょう时,さいこう使用しようりょう工具こうぐ与格よかくしきとう使用しようひかり栅图がた时,さいこう使用しようこう栅工与格よかくしきゆう时两种图がた会同かいどう使用しよう了解りょうかいごと种技术的优点局限きょくげん,以及它们间的关系,以在使用しよう工具こうぐ时能さらこのみてき使用しようかずゆうさらだかてき效率こうりつ

计算つくえ动画[编辑]

使用しよう动作捕捉ほそくわざ术的电脑动画しめせ

计算つくえ动画どおり计算つくえ创造てきうつり动图ぞう艺术。它是计算つくえ图形动画てきいき。虽然二维计算机图形いん为风かくてい带宽要求ようきゅう便びん于高そく实时渲染,而被广泛使用しようざい电脑动画ちゅう(如:Flash动画),ただし越来ごえくえつてき动画使用しよう三维计算机图形制作せいさくゆう时动てき播放媒体ばいたい计算つくえ本身ほんみただしゆう时则其它てき媒体ばいたい,如电影。它也しょう计算つくえ生成せいせい图像(CGI,Computer-generated imageryあるcomputer-generated imaging),とく别是ざい电影ちゅう使用しよう时。

きょ拟实たい自制じせい,并被そん储在对象变换のりなかてき变换值(包括ほうかつ位置いち方向ほうこう大小だいしょうとう属性ぞくせいしょひかえせい。动画てき属性ぞくせいずい时间推移すいい而改变。动画ゆう种实现的方法ほうほう基本きほんてき方法ほうほうもと关键帧てき创作编辑,まい个关键帧储存独立どくりつ赋予てき时间值,播放关键帧成为动。也可以使用しよう维/三维图形软件在两个关键帧间插值,创建一个映射值随时间推移的可编辑曲线,さい生成せいせい动画。其它动画てき实现方法ほうほう包括ほうかつほどじょ动画かずはじめおもて达式まとわざ术:前者ぜんしゃはた动画实体てき互动元素げんそ集中しゅうちゅうなり为属せいしゅうよう于创けん粒子りゅうしけい效果こうかぐん仿真きさきしゃまこと许从よう户定义的逻辑ひょう达式かえしかい评估结果,さいじょう数学すうがく计算,以可预见てき方式ほうしきじょ建立こんりゅう骨骼こっかくけい提供ていきょうてきとう级外便びん于控せい骨骼こっかくぎょう为)生成せいせい动画。

为了创造运动错觉,显示ざい计算つくえ显示うえてき图像快速かいそくてきしんてきややほろうつり动的图像しょがえだい。这种わざ术与电视电影うえ使用しようてき运动错觉しょうどうてき

参考さんこう文献ぶんけん[编辑]

  1. ^ What is Computer Graphics?页面そん档备份そん互联网档あん), Cornell University Program of Computer Graphics. Last updated 04/15/98. Accessed November 17, 2009.
  2. ^ University of Leeds ISS (2002). "What are computer graphics?"页面そん档备份そん互联网档あん). Last updated: 22 September 2008
  3. ^ Michael Friendly (2008). "Milestones in the history of thematic cartography, statistical graphics, and data visualization"页面そん档备份そん互联网档あん).
  4. ^ Wayne Carlson (2003) A Critical History of Computer Graphics and Animation页面そん档备份そん互联网档あん). The Ohio State University
  5. ^ Agam Shah. Computer Graphics Pioneer Ivan Sutherland Wins Kyoto Prize. PCWorld. 2012-06-22T09:20 PST [2020-04-16]. (原始げんし内容ないようそん于2020-09-17) えい语). 
  6. ^ David Salomon (1999). Computer graphics and geometric modeling. p. ix
  7. ^ Ira Greenberg. Processing: Creative Coding and Computational Art. Apress. 2007 [2011-08-19]. ISBN 159059617X. (原始げんし内容ないようそん于2011-07-22). 

まいり[编辑]