GKIW Moduł 0 - Wstęp

From Studia Informatyczne

Spis treści

Wykład

Enlarge

Enlarge

Enlarge
Ponieważ wszystkie trzy dziedziny zajmują się obrazami, wiele zagadnień i problemów jest rozwiązywanych podobnymi lub tymi samymi metodami. Jednak generalny podział jest widoczny gdy wyróżni się dane wejściowe i wyjściowe.

Enlarge
Dane wejściowe : opis ( w postaci programu lub zbioru danych – w szczególnych przypadkach mogą to być inne obrazy np. tekstury, które będą podlegały przetwarzaniu).

Dane wyjściowe : obraz

Typowym przykładem jest generacja efektów specjalnych dla współczesnej kinematografii.


Enlarge
Dane wejściowe : obraz

Dane wyjściowe : obraz

Jako dane wejściowe należałoby także potraktować opis sposobu obróbki.

Typowym przykładem jest obróbka zdjęć cyfrowych w celu uzyskania określonego efektu, np. wydobycie standardowo niewidocznych szczegółów w cieniach.


Enlarge
Dane wejściowe : obraz

Dane wyjściowe : opis

Postać uzyskanego wyjściowego opisu jest bardzo silnie zależna od celu, w jakim dane zadanie było wykonane.

Typowym przykładem jest analiza obrazu tęczówki oka w celu przeprowadzenia identyfikacji osoby.


Enlarge

Enlarge
Warto zwrócić uwagę na jeszcze jeden aspekt. Relację uzyskanych efektów do poniesionych kosztów. Łatwiej i taniej jest zrealizować wirtualną dekorację dla dowolnej sceny filmowej niż zbudować ją z rzeczywistych materiałów (lub nawet ich „filmowych” imitacji). Dzisiejsze możliwości grafiki komputerowej pozwalają dopracować szczegóły z, praktycznie, dowolną; zadaną dokładnością.

Nie zawsze jednak jakość efektu końcowego przewyższa efekty uzyskane metodami tradycyjnymi. Znane są np. znakomite dekoracje antyczne do produkcji filmowych z lat 60 i 70 jak również niechlubne wyjątki stosowania współczesnej grafiki komputerowej do realizacji antycznych dekoracji.


Enlarge
Pierwsze próby użycia grafiki komputerowej miały charakter militarny ze względu na bardzo wysokie koszty sprzętu.

James Whitney Sr. w eksperymencie „visual feedback loops” używając kamery i ekranu wygenerował obrazy abstrakcyjne.

Ivan Sutherland był w latach sześćdziesiątych XX wieku doktorantem MIT. Skonstruował pierwszą stację graficzną – kompletny system składający się monitora, urządzenia wskazującego (pióra świetlnego) i oprogramowania obsługi interaktywnej. Niestety zaproponowana przez niego nazwa (sketchpad) nie przyjęła się. Później razem z Davidem Evansem założyli pierwszą firmę zajmującą się zastosowaniami grafiki komputerowej. Firma produkowała stacje graficzne oraz wyposażenie i oprogramowanie dla systemów symulacji (w szczególności dla symulatorów lotu).

W latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ubiegłego stulecia na Uniwersytecie w Utah pracował pierwszy zespół naukowy zajmujący się grafiką komputerową. Powstało tam wiele podstawowych algorytmów stosowanych do dzisiaj. Pracowali tam między innymi: Ivan Sutherland, James Blinn, Edwin Catmull i wiele innych osób których nazwiska są kojarzone jednoznacznie z określonymi algorytmami.


Enlarge
Special Interest Group on GRAPHics była pierwszą grupą tematyczną poświęconą grafice komputerowej w ramach organizacji skupiającej profesjonalistów związanych z informatyką (ACM – Association for Computing Machinery).

Obecna pełna nazwa grupy: Special Interest Group on Graphics and Interactive Techniques.

Laboratorium graficzne w NYIT założył w 1974 roku Edwin Catmull. Razem z Edem Emshwillerem pracowali nad zastosowaniami grafiki komputerowej w kinematografii. Laboratorium rozwijało metody animacji komputerowej. W 1980 roku Turner Whitted opublikował artykuł opisujący metodę tworzenia obrazów, o których po raz pierwszy można było powiedzieć, że są „realistyczne”. Tak powstała metoda śledzenia promieni (ang. ray tracing). Za okres powstania metody śledzenia uznaje się początek lat osiemdziesiątych chociaż pierwsze uwagi na ten temat można odnaleźć w pracach wcześniejszych.

TRON był pierwszym filmem, w którym zastosowano grafikę komputerową. Co prawda dzisiejsi odbiorcy nie potrafią już tego docenić, ale w 1982 roku film ten wzbudził sensację. Dziennikarze przewidywali, że następnym (i to w niedługim czasie) krokiem będzie zastąpienie aktorów przez postacie wykreowane przez komputer. Na szczęście te prognozy się nie sprawdziły. Efekty specjalne (pierwsze komputerowe) w filmie Star Trek tworzył dział animacji firmy Lucasfilm. Z działu tego powstała później firma Pixar.

Rozwój technik fraktalnych a później zastosowanie ich do grafiki komputerowej pozwoliło zmienić podejście do modelowania powierzchni naturalnych (np. krajobrazu górskiego).


Enlarge
W 1984 roku ukazała się praca C.Gorala, K.Torrance’a, D.Greenberga i B.Battaile’a proponująca metodę energetyczną (radiosity) jako nowe podejście do wizualizacji. Następne lata przyniosły szybki rozwój tej techniki. Ponieważ metoda energetyczna rozwiązywała skutecznie problemy, z jakimi borykali się twórcy metody śledzenia promieni, więc niektórzy oczekiwali rychłego końca ray tracingu. Tak się oczywiście nie stało i już w latach 90 powstały próby łączenia obu technik.

Toy Story – wyprodukowany przez wytwórnie Pixar – był pierwszym filmem zrealizowanym w całości za pomocą grafiki komputerowej. Akcja filmu rozgrywa się w świecie zabawek, co pozwoliło zaakceptować pewną umowność szczegółów.

Mapowanie fotonowe (photon mapping) jest najnowszym etapem rozwoju metody śledzenia promieni. Opisane w książce H.Jensena z 2001 roku, chociaż tak naprawdę pierwsze próby stosowania tej techniki znalazły odbicie w artykułach w połowie lat 90.


Enlarge
Na świecie organizowanych jest rocznie kilkaset konferencji poświęconych grafice komputerowej. Równie duża jest liczba czasopism drukujących artykuły z tej dziedziny.

Wymienione konferencje to te, które wyznaczają kierunki rozwoju grafiki.

Computer Graphics – najstarsze czasopismo graficzne – drukowało także sprawozdania z konferencji SIGGRAPH. Do 2001 roku jeden numer czasopisma zawierał wszystkie referaty konferencyjne. Od 2002 roku referatów takich należy szukać w ACM Transaction on Graphics. Machine Graphics & Vision jest wydawane w Polsce przez Instytut Podstaw Informatyki PAN.



Enlarge

Enlarge
Bardzo często podczas tworzenia obrazów graficznych pożądane są zdolności przestrzenne (kategorie wg. M.Linn i A.Petersen - 1985):
  • wyobraźnia przestrzenna (zrozumienie powiązań przestrzennych pomiędzy obiektami),
  • umiejętność realizacji obrotu brył w wyobraźni (oraz konsekwencji wykonania innych prostych operacji afinicznych np. translacji),
  • spostrzeganie przestrzenne (umiejętność lokalizacji określonych kierunków i płaszczyzn w złożonym układzie – np. lokalizacja pionu i poziomu).



Enlarge
Tematyka wykładu obejmuje algorytmy i techniki potrzebne do uzyskania pewnych efektów widocznych na obrazie oraz do realizacji określonych zadań graficznych. Zadań, które być może znamy z doświadczeń w obsłudze różnych programów graficznych. Słuchacz nie uzyska jednak informacji o gotowych pakietach graficznych lub różnicach między nimi ani, tym bardziej, nie dowie się jak się nimi posługiwać. Będzie mógł za to poznać algorytmy, jakie były potrzebne, żeby taki pakiet mógł powstać.

Literatura

Enlarge

Enlarge

Enlarge