Цифры и графика

Помните, как в детстве мы перерисовывали картинку? На картинку наносилась сетка, на чистый лист бумаги такая же, и затем, клеточка за клеточкой изображение с картинки переносилось на бумагу. Так можно перенести на чистый лист бумаги не только графику, но и цвет-свет каждой клеточки исходной картинки. И чем больше клеточек, тем более похожим на оригинал будет наше произведение.

А ведь картинку можно описать.

Координаты клеточек обозначать как в игре «Морской бой» (a1, а2….. ж10), а их цветосветовые характеристики буквами типа: тк – тёмнокрасный, сз – светлозеленый, ее – светлосерый и т. д. А теперь представьте, что клеточек мы сделали 1200?800 и с помощью оптики перенесли картинку не на разграфленный лист бумаги, а на специальную светочувствительную матрицу. Каждая клеточка матрицы соединена с определенным участком памяти компьютера, в которой запоминается все о цвете-свете этой клеточки. Теперь в цифрах. Это цифровое описание изображения можно обрабатывать, а затем выводить на экран или с помощью принтера на бумагу.

ПЗС (прибор с зарядовой связью) или ПЗС-матрица

Такой светочувствительный прибор был изобретен в 1970 году и получил название ПЗС (прибор с зарядовой связью) или ПЗС-матрица. Первоначально эта технология нашла применение в телевидении. Именно появление ПЗС-матриц позволило создать легкие репортажные камеры с батарейным питанием, а затем и домашние видеокамеры. Фотография на основе аналогичной технологии возникла позже, т. к. для движущейся телевизионной картинки качество не столь важно, как для статического фотоизображения. Все дело в количестве светочувствительных клеточек. Если в матрице 1200 клеточек по горизонтали и 800 по вертикали, то всего их 960000, а для хорошей цифровой видеокамеры нужна ПЗС-матрица с количеством таких элементов не менее 1.5 миллиона, для хорошего фотоаппарата – не менее 3 миллионов. А ведь для описания изображения по каждой из этих миллионов клеточек нужна информация о ее цветосветовых характеристиках. Представляете, какое море нулей и единиц должно быть записано в памяти компьютера? А если картинка еще и меняется 25 раз в секунду? И при этом для обработки и превращения этого моря нулей и единиц в картинку компьютер должен выполнять множество самых разных операции? Вот все это и называется цифровыми видео технологиями.

Бурная экспансия цифровых технологий

Первые системы компьютерной графики (КГ) появились вместе с первыми цифровыми компьютерами. Началом эры КГ можно считать проект 1950 года Массачусетского технологического института. Система имела дисплей и этого оказалось достаточно, чтобы пробудить интерес телевидения.

1960-е годы – первые коммерческие и теоретические вехи

Докторская диссертация Ивана Сазерленда 1963 года явилась теоретической основой для программного обеспечения компьютерной графики. К середине 1960-х наступил период плодотворной работы и в промышленных приложениях КГ.

1970-е годы – системы «под ключ» и растровые системы

В конце шестидесятых – начале семидесятых в области КГ начали работать новые фирмы. Если ранее для выполнения каких-либо работ покупателям приходилось устанавливать уникальное оборудование и разрабатывать новое программное обеспечение, то с появлением разнообразных пакетов программ, облегчающих процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов, ситуация существенно изменилась. За десятилетие системы «под ключ» стали настолько совершенны, что почти полностью изолировали пользователя от проблем, связанных с программным обеспечением. В конце семидесятых в КГ произошли значительные изменения. Память для дисплеев стала дешевле, появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое изображение, работа с цветом.

1980-е годы – уменьшение соотношения цена/производительность

В восьмидесятые полного расцвета достигло первое приложение – «убийца» компьютерной графики как чистой технологии. Это были системы автоматизированного проектирования CAD/CAM – одно из первых применений КГ, способном вернуть сделанные в нее капиталовложения. ПК также развивались как важная часть компьютерной графики, особенно с появлением в 1984 году модели Apple Macintosh с их графическим интерфейсом пользователя. К концу десятилетия программное обеспечение имелось для всех сфер применения: от комплексов управления до настольных издательских систем. Эти годы характеризовались существенным повышением производительности и снижением соотношения цена/производительность. Манипулятор «мышь» стал естественным графическим устройством ввода, наряду с сенсорными системами. Вследствие появления интереса к работе с трехмерными изображениями возникли устройства ввода, обладающие шестью степенями свободы; сенсорное устройство позиционирования вместе с разнообразными очками, реагирующими на положение руки и движение пальца руки.

В конце десятилетия акцент сдвинулся в сторону обработки, хранения и передачи сканируемых пиксельных изображений. Стала более реальной возможность создания стереоизображений. Ранние системы использовали двухцветную (обычно красный и зеленый) технику, которая ограничивала реальность, а также объемные и дорогие вибрирующие мембраны. К 1989 году стало возможным купить стереоскопические очки или полноэкранный жидкокристаллический дисплей с поляризующими панелями. Очки имели компактную батарейку возле ушной раковины и были связаны с терминалом посредством беспроволочного инфракрасного соединения. Следствием этого стало широкое внедрение стереоскопического программного обеспечения в приложения, использующие трехмерную визуализацию, например при моделировании молекул.

1990-е годы – неограниченные возможности

Процессоры рабочих станций стали иметь быстродействие, достаточное для управления как векторной, так и растровой информацией. Но настоящее видео – это слияние этих двух форм. Добавились аудиовозможности и возникла компьютерная среда. Сжатие данных стало технологией, влияющей на продвижение мультимедиа с интерактивными компакт-дисками и системами видеоконференций. Становятся обычным явлением высокоскоростные оптоволоконные сети с диапазонами частот на два порядка выше, чем сети с коаксиальными кабелями. Это естественным образом повлияло на конструкцию рабочих станций и их сетей, в которых уже нет места большим хранилищам данных в каждом узле. Появились системы, распознающие индивидуальные особенности пользователя. На разных стадиях разработки находятся способы организации интерфейсов на базе голоса и жестов. Увеличение возможностей трехмерной графики способствует развитию графических интерфейсов, появились фантастические дисплеи и принтеры. А на подходе четырехмерная (и далее) графика! Короче, читайте книгу далее.