Компютърна графика

Определения и приложения

доц. М. Иванова

Технически университет – СофияКолеж по енергетика и електроника

Какво е компютърна графика?

• Инструменти за създаване на изображения• Инструменти за взаимодействие с тези

изображения• Хардуер за по-бързо изобразяване• Монитори за по-големи и по-ярки изображения• Алгоритми за симулиране• Инструменти за визуализиране

Три основни направления от компютърната наука, свързани с обработката на визуална информация:

• Компютърна графика (Computer Graphics)• Обработка на изображения (Image

Processing)• Компютърно зрение (Computer vision)

• Компютърната графика (англ. Computer Graphics) е подобласт на компютърната наука (нем. Informatik, фр. Informatique, рус. информатика, англ. Computer Science) и се занимава с изучаване, изследване и развитие на методите и средствата за синтез на изображения, съхраняваване модели на обекти и обработка на визуална информация

Компютърната графика създава изображения въз основа на неграфична изобразителна информация: координатна информация, количествени зависимости, картинни модели и др.

Към компютърната графика принадлежат:

- интерактивна графика за автоматизация за проектирането и производството (CAD/CAM системи), - илюстративна графика- графика за визуализация на научни концепции- компютърно рисуване- компютърна анимация - компютърни игри- виртуална реалност

Компютърна графикаКомпютърна графика

Интерактивна графика (interactive graphics in CAD/CAM systems) • геометрично моделиране, при което се създава абстрактен геометричен модел на обекта; • визуализация - генериране на графично изображение върху дисплея; • модифициране на изображението му посредством интерактивни методи и средства; • извеждане на резултатите във вид на чертежи или като управляваща информация за цифрово управляеми машини и роботи

Обектите на интерактивната графика са физически съществуващо изделие или негов модел, представен във вид на чертежи или формално описание

Илюстративна графика (presentation graphics) - създават се диаграми на основата на натрупани експериментални и измерени данни или на основата на графични модели на природни, финансови и промишлени системи

Презентационни графики

Компютърната графика за визуализация на научни концепции (scientific visualization) – използва се за създаване на изображения, чрез които се подпомага разбирането на научни концепции, факти и резултати- създават се реалистични модели на метереологични, биологични, географски, медицински и други системи

Визуализация на научни постановки

Компютърното рисуване (computer art)

• Създават се и се визуализарат художествени графични изображения

• Понастоящем традиционното рисуване се комбинира с цифрови технологии за постигане на по-добра ефективност, продуктивност и реалистичност

Изкуство

Компютърна анимация (computer animation) - създават се движещи се обекти

• Обикновено аниматорът създава опростена визия на обекта, свързана с неговата конструкция, например при човек е скелета

• Позицията на всеки сегмент от модела на скелетната конструкция се дефинира чрез анимиращи променливи, наречени авари (avar)

• методът „анимация чрез ключови кадри”

• „запис на движенията” (motion capture)

Анимационни филми

Игри

Игри

Още игри

Обучение

Телевизионни филми

Виртуална реалност (virtual reality) – използва технологии, позволяващи на потребителя да взаимодейства със симулационни среди и да бъде част от тях

• Използват се компютърни системи и аудио-видео апаратура

• Проектирането на образите може да се осъществява не само върху монитор, но и чрез стереоскопични очила

• Допълнителна информация на сетивата на човека се дава и чрез звука, който може да е част от симулацията

Обработка на изображения (Image Processing)

• Входните данни са изображения, например снимки или видео кадри

• Изходният продукт може да бъде обработено изображение (например подготвено за разпечатване или за предаване към ТВ приемник), както и друг вид информация (например разпознат текст, обработен набор от числа)

Обработка на изображения (Image Processing)

Операциите, свързани с обработка на изображения са:

прилагане на геометрични трансформации, като преместване, мащабиране, ротация;

цветови корекции, корекции на интензивността на цвета и контраста, преобразуване в друго цветно пространство;

прилагане на цифрово композициране или оптично композициране (комбинация на две или повече изображения);

интерполация и изглаждане на границите; разделяне изображението на области; редактиране на изображение (например за увеличаване на

качеството); разширяване на динамичния обхват чрез комбиниране на

изображения с различни експозиции, преобразуване на изображението в компактен цифров вид

Обработка на изображения (Image Processing)

• Обработка на изображения се извършва, например над сателитни снимки, медицински снимки, получени след томография, ехография или ултразвукография, видео изображения в киното и телевизията

Компютърно зрение (Computer vision)

Компютърното зрение е научна област от компютърната наука, с основни задачи насочени към изграждане на системи с изкуствен интелект, включващи задачи като:

(1) разпознаване (recognition) - основният проблем е свързан с определяне кога конкретни данни са част от специфичен обект, дали тези данни определят конкретни негови свойства и действия,

(2) определяне на движението (motion), при което се проследява движението на обектите и последователността от изображения се обработва, чрез използване, например запис от камера

(3) възстановяване на сцената (scene reconstruction) – целта е изграждане на 3D модел на сцената,

(4) възстановяване на изображението (image restoration) – целта е прмахване на шум и изясняване на изображенията чрез прилагане на различни филтри

Компютърно зрение (Computer vision)

• Входната информация може да бъде: – видео последователност, – изгледи от различни камери или– многоизмерни данни от медицински скенер

Взаимовръзка между компютърната графика, обработката на изображения и компютърното

зрение

Изображение от реалния свят (цифров вид)

Формално описание на изображение

Сканиране

Интерактивен диалог