3D Max: история и место в компьютерной графике

Министерство высшего образования Российской Федерации

Пензенский государственный университет 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа по курсу: «Компьютерное искусство»  

На тему:

«3D Max: история и место в компьютерной графике» 
 
 
 
 
 
 

Выполнила: Бучина Е.В., группа № 08зиж62.

Проверила: Аксенова Л.И. 
 
 
 
 
 
 

Пенза, 2011г.

Содержание:  
 

1. Ведение …………………………………………………………………...3
2. Рассмотрение понятия «компьютерная графика» и истории ее развития…………………………………………………………………..4
3. Разработка и появление программы «3D Max», ее краткое описание……………………………………………………………….….8
4. Место программы «3D Max» в компьютерной графике………………………………….……………………………….13
5. Заключение………………………………………………………………16

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

Практически с самого момента появления компьютеров  появилась и компьютерная графика. В настоящее время можно сказать, что нет ни одной области в деятельности человека, где бы она ни применялась. 

Программы компьютерной графики сегодня получили очень широкое распространение  во многих сферах деятельности человека. Сейчас невозможно себе представить инженера-строителя проектирующего здание или инженера-конструктора проектирующего двигатель автомобиля при помощи только ватмана карандаша и калькулятора.

Теперь  на смену этим инструментам приходят новые более точные и практичные, обеспечивающие высокую скорость и надежность работы. Прейдя в кинотеатр, вы практически не увидите сейчас фильмов, в которых не использовалась бы компьютерная графика. Такие фильмы имеют более насыщенную картинку, яркие эффекты и благодаря этому нравятся публике. Кроме того, существуют фильмы, сделанные полностью в компьютерных студиях при помощи только лишь компьютерной графики и без участия актеров в процессе съемок.

Редко какая реклама, издательское дело, анимации и компьютерные игры обходятся теперь без компьютерной графики. Виртуальная реальность находит свою нишу в индустрии развлечений и видеоиграх. Число виртуальных галерей и развлекательных парков быстро растет. Практически ни одно производство не обходится без компьютерной графики. Такая отрасль как космическая, пользуется компьютерной графикой с самого её появления, особенно с приходом автоматических пилотируемых аппаратов. 

На сегодняшний  день существует большое количество программных пакетов созданных  для работы с компьютерной графикой, отличающихся своими возможностями и уровнем необходимых знаний для работы с ними.

В данной работе мы рассмотрим  появление  такой программы, как «3D Max» и попробуем определить ее место в компьютерной графике. 

2. Рассмотрение  понятия «компьютерная  графика»  и история  ее развития

Компьютерная  графика — область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для синтеза (создания) изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Также компьютерной графикой называют результат такой деятельности.

Компьютерная  графика насчитывает в своем развитии не более десятка лет, а ее коммерческим приложениям — и того меньше. Андриес ван Дам считается одним из отцов компьютерной графики, а его книги — фундаментальными учебниками по всему спектру технологий, положенных в основу машинной графики. Также в этой области известен Айвэн Сазерленд, чья докторская диссертация явилась теоретической основой машинной графики.

До недавнего  времени экспериментирование по использованию возможностей интерактивной  машинной графики было привилегией  лишь небольшому количеству специалистов, в основном ученые и инженеры, занимающиеся вопросами автоматизации проектирования, анализа данных и математического моделирования. Теперь же исследование реальных и воображаемых миров через «призму» компьютеров стало доступно гораздо более широкому кругу людей.

Первые  вычислительные машины не имели отдельных  средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения  и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную  на основе матрицы ламп, можно было получать узоры.

В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры («Космические войны») заняло около 200 человеко-часов. Игра была создана на машине PDP-1.

В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере. Также программу можно назвать первым графическим интерфейсом, причём она являлась таковой ещё до появления самого термина.

В середине 1960-х гг. появились разработки в  промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину. В 1964 году General Motors представила систему автоматизированного проектирования DAC-1, разработанную совместно с IBM.

В 1968 году группой под руководством Н. Н. Константинова была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.

Существенный  прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее, электронно-лучевой трубке.

Разработки  в области компьютерной графики  сначала двигались лишь академическим  интересом и шли в научных  учреждениях. Постепенно компьютерная графика прочно вошла в повседневную жизнь, стало возможным вести коммерчески успешные проекты в этой области. К основным сферам применения технологий компьютерной графики относятся:

• Графический интерфейс пользователя;
• Спецэффекты, Визуальные эффекты (VFX), цифровая кинематография;
• Цифровое телевидение, Всемирная паутина, видеоконференции;
• Цифровая фотография и существенно возросшие возможности по обработке фотографий;
• Цифровая живопись;
• Визуализация научных и деловых данных;
• Компьютерные игры, системы виртуальной реальности (например, тренажёры управления самолётом);
• Системы автоматизированного проектирования;
• Компьютерная томография.
• Компьютерная графика для кино и телевидения
• Лазерная графика.

Что касается технической стороны вопроса, то здесь следует отметить, что по способам задания изображений графику можно разделить на категории:

1. Двумерная графика (2D)

Двумерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

- Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, сплайны некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Изображение в векторном формате даёт простор  для редактирования. Изображение  может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также  имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов. При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении), или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop (билинейная и бикубическая интерполяция).

Вместе  с тем, не всякое изображение можно  представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания. 
- Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Без особых потерь растровые изображения можно  только лишь уменьшать, хотя некоторые  детали изображения тогда исчезнут навсегда, что иначе в векторном  представлении. Увеличение же растровых  изображений оборачивается «красивым» видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были пикселями.

В растровом  виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет  свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

- Фрактал это объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы  позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

2. Трёхмерная графика (3D)

Трёхмерная  графика оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

В трёхмерной компьютерной графике все объекты  обычно представляются как набор  поверхностей или частиц. Минимальную  поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы. В компьютерной графике используется три вида матриц:

• матрица поворота
• матрица сдвига
• матрица масштабирования

Любой полигон можно представить в  виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.