Визуализация научных данных.

ВВЕДЕНИЕ

В основании бесконечно развивающегося здания компьютерной графики крае­угольными камнями лежат фундаментальные дисциплины – аналитическая геометрия и оптика, скрепленные раствором – искусством программирования. Возникнув из потребностей рынка, развития информатики и вычислительной техники, компьютерная графика изучает методы построения изображений различных геометрических объектов и сцен. Задачи, связанные с применением компьютерной графики, возникают в самых различных сферах информационных технологий. Сюда можно отнести системы автоматизированного проектирования, в которых осуществляется интерактивное взаимодействие конструктора и синтезированного с помощью компьютера изображения создаваемого изделия или сооружения. Широко используется компьютерная графика в автоматизированных системах научных исследований, в которых осуществляется визуализация результатов экспериментов в виде трехмерных статических или динамических изображений, интерпретирующих огромные массивы первичных данных. Важную роль играют методы компьютерной графики для распознавания и обработки изображений в системах искусственного зрения, авиационной и космической картографии и других областях человеческой деятельности. Знание основ компьютерной графики в наше время необходимо любому ученому или инженеру. Для формирования навыков решения вышеупомянутых задач и служит учебное пособие «Основы компьютерной геометрии и графики».

 

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Понятие «компьютерная графика» объединяет довольно широкий круг опе­раций по обработке графической информации с помощью компьютера. Причем наблюдается явная тенденция «компьютеризации» изображений, циркулирующих в обществе. Стали обыденностью термины «цифровое фото» и «видео». В виртуальных буднях грядущего компьютерной графике отводится огромная роль. Это свя­зано с тем, что, по мнению ученых, исследующих проблемы мозга, зритель­ная система в иерархии мозговых структур человека занимает особое место. С восприятием и обработкой визуальной информации непосредственно свя­зано примерно 20% мозга человека. Благодаря зрению мы получаем по раз­ным оценкам от 70 до 90% сведений об окружающем мире. Следовательно, образный мир компьютерной графики является одним из глубинных прояв­лений человеческой природы.

В компьютерной графике можно выделить несколько основных на­правлений.

 

Большинство современных математических программных пакетов (на­пример. Maple, MatLab. MaihCAD) имеют средства для отображения гра­фиков, поверхностей и трехмерных тел, построенных на основе каких-либо расчетов. Кроме того, графическая информация может активно использоваться в самом процессе вычислений. Визуализация по­зволяет представить большой объем данных в удобной для анализа форме и широко используется при обработке результатов различных измерений и вычислений.

 

1.2 Геометрическое проектирование и моделирование.

Это направление компьютерной графики связано с решением задач начертательной гео­метрии — построением чертежей, эскизов, объемных изображений с по­мощью программных систем, получивших название CAD-системы (от английского Computer-Aided Design), например AutoCAD.

Существует большое количество специализированных CAD-систем в ма­шиностроении, архитектуре и т. д.

 

1.3 Распознавание образов.

Способность распознавать абстрактные образы считают одним из важнейших факторов, определившим развитие мыслительных способностей человека, выделив его из животного мира. Задача распознавания и классификации графической информации явля­ется одной из ключевых и при создании искусственного интеллекта. Уже в наши дни компьютеры распознают образы повсеместно (системы идентификации футбольных хулиганов у входа на стадион; анализ аэро-и космических фотоснимков; системы сортировки, наведения и т. д.). Возможно, самый известный пример распознавания образов — сканиро­вание и перевод "фотографии'' текста в набор отдельных символов, фор­мирующих слова. Такую операцию позволяет выполнить программное обеспечение многих современных сканеров. Кроме того, сущест­вуют специализированные программы распознавания текста, например FineReader.

 

1.4 Изобразительное искусство.

К этому направлению можно отнести разно­образную графическую рекламу: от текстовых транспарантов и фирмен­ных знаков до компьютерных видеофильмов, обработку фотографий, соз­дание рисунков, мультипликацию и т. д. В качестве примера популярных программ из этой области компьютерной графики можно назвать Adobe Photoshop (обработка растровых изображений), CorelDRAW (создание векторной графики), 3DS Мах (трехмерное моделирование).

 

1.5 Виртуальная реальность.

Реальность, даже виртуальная, подразумевает воздействия на всю совокупность органов чувств человека, в первую оче­редь на его зрение. К компьютерной графике можно отнести задачи мо­делирования внешнего мира в различных приложениях: от компьютер­ных игр до тренажеров.

 

1.6 Цифровое видео.

 

Все более широкое распространение получают анимированные изображения, записанные в цифровом формате. Это прежде всего фильмы, передаваемые через компьютерные сети, а также видео­диски, цифровое, кабельное и спутниковое те­левидение.

Приведенная классификация сфер применения компьютерной графики яв­ляется во многом условной. Возможно, найдутся задачи, которые нельзя отнести ни к одному из обозначенных направлений.

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ