Министерство  образования и науки Российской федерации

Бузулукский гуманитарно-технологический институт

(филиал) государственного образовательного  учреждения

Высшего профессионального образование  –

«Оренбургский государственный университет» 

Факультет заочного обучения 

Кафедра физики, информатики, математики 
 

Сдана на проверку:   «___»_______20__г.

Допустить к  защите: «___»_______20__г. 

                                              Защищена с оценкой _________

                                              «____»________________20__г. 
 

Курсовая  работа

по дисциплине «Компьютерная графика и моделирование» 

Тема: «Компьютерная  графика и графические редакторы» 
 

БГТИ (филиал) ГОУ ОГУ 050501.65.3.10.04 ОО 

Пояснительная записка

на ________ листах 
 
 

                                                Студент (ка) группы з08ПОи

                                                _____________ Радионова О.А. 

                                                Руководитель 

                                                _______________ Сидоров  А.В. 

                                                № варианта 7 
 
 

Бузулук 2011

 

Кафедра физики, информатики, математики

Утверждаю

Зав. кафедрой

______________ Степунина О.А. 

«__» ________________20__г.

 
 
 

Задание на курсовую работу

 

Студентке Радионовой Ольге Александровне

Тема  работы «Компьютерная графика и графические редакторы»

Срок  сдачи студентом законченной  работы «___»___________20__г.

 

Перечень  подлежащих разработке в работе вопросов:

1) Изучить  теоретические основы рассматриваемого  вопроса. 

2) Рассмотреть  программное обеспечение для  работы с графикой.

3) Определить  область применения компьютерной  графики и графических редакторов.

 

Перечень  графического материала:  таблицы, рисунки.

 
 
 
 
 
 
 

Дата выдачи задания: «____»____________20__г.

Руководитель: __________ Сидоров А.В.

Задание принял к исполнению: «__» ___________ 20__г.

___________________ Радионова  О.А.

         ^{ФИО студента}

Аннотация

 
 

Курсовая  работа на тему «Компьютерная графика  и графические редакторы» содержит 38 страниц, в том числе 8 рисунков, 6 источников литературы.

     В первом разделе данной курсовой работы были рассмотрены виды компьютерной графики.

     Во втором разделе рассмотрены форматы графических данных, цвет и цветовые модели компьютерной графики.

     В третьем разделе рассмотрено  программное обеспечение для  работы с графикой.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение

       Представление данных на мониторе компьютера в  графическом  виде впервые было реализовано в  середине 50-х годов для больших  ЭВМ, применявшихся в научных  и военных исследованиях. С тех  пор графический способ отображения  данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом «де-факто» для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных  систем.

       Существует  специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с  помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки. [11]

       В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику  принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.                                               

       Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

       Особенности цветового охвата характеризуют  такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие. [14]

       На  стыке компьютерных, телевизионных  и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации. Заметное место в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных (Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.

       Хотя  компьютерная графика служит всего  лишь инструментом, ее структура и  методы основаны на передовых достижениях  фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это замечание справедливо как для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компьютере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает «локомотивом», тянущим за собой всю компьютерную индустрию [21].

     Поскольку в изучении информационных технологий входит изучение программ, то в этой связи выбранная тема является актуальной и имеет практическую значимость.

Объект  исследования: компьютерная графика и графические редакторы.

Предмет исследования: применение компьютерной графики и графических редакторов.

Цель  работы: рассмотреть виды компьютерной графики, представление графических данных и программное обеспечение для работы с графикой.

Задача: изучить компьютерную графику и  графические редакторы.

Метод исследования: анализ научно – методической литературы и документации;

1. Виды  компьютерной графики

1.1 Трёхмерная графика

       Трехмерная  графика нашла широкое применение в таких областях, как научные  расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов. В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования – создание подвижного изображения реального физического тела.

       В упрощенном виде для пространственного  моделирования объекта требуется:

• спроектировать и создать виртуальный каркас («скелет») объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;
• спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;
• присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне – «спроектировать текстуры на объект»);
• настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;
• задать траектории движения объектов;
• рассчитать результирующую последовательность кадров;
• наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.

       Для создания реалистичной модели объекта  используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и  прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. В последнем случае применяют чаще всего метод бикубических рациональных В-сплайнов на неравномерной сетке (NURBS). Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и «гладкость» поверхности в целом.

После формирования «скелета» объекта необходимо покрыть его поверхность материалами. Все многообразие свойств в компьютерном моделировании сводится к визуализации поверхности, то есть к расчету коэффициента прозрачности поверхности и угла преломления лучей света на границе материала и окружающего пространства.

       Закраска  поверхностей осуществляется методами Гуро (Gouraud) или Фонга (Phong). В первом случае цвет примитива рассчитывается лишь в его вершинах, а затем линейно интерполируется по поверхности. Во втором случае строится нормаль к объекту в целом, ее вектор интерполируется по поверхности составляющих примитивов и освещение рассчитывается для каждой точки.

       Свет, уходящий с поверхности в конкретной точке в сторону наблюдателя, представляет собой сумму компонентов, умноженных на коэффициент, связанный  с материалом и цветом поверхности в данной точке. К таковым компонентам относятся:

• свет, пришедший с обратной стороны поверхности, то есть преломленный свет (Refracted);
• свет, равномерно рассеиваемый поверхностью (Diffuse);
• зеркально отраженный свет (Reflected);
• блики, то есть отраженный свет источников (Specular);
• собственное свечение поверхности (Self Illumination).

       Следующим этапом является наложение («проектирование») текстур на определенные участки каркаса объекта. При этом необходимо учитывать их взаимное влияние на границах примитивов. Проектирование материалов на объект – задача трудно формализуемая, она сродни художественному процессу и требует от исполнителя хотя бы минимальных творческих способностей. После завершения конструирования и визуализации объекта приступают к его «оживлению», то есть заданию параметров движения. Компьютерная анимация базируется на ключевых кадрах. В первом кадре объект выставляется в исходное положение. Через определенный промежуток (например, в восьмом кадре) задается новое положение объекта и так далее до конечного положения. Промежуточные значения вычисляет программа по специальному алгоритму. При этом происходит не просто линейная аппроксимация, а плавное изменение положения опорных точек объекта в соответствии с заданными условиями.

Эти условия определяются иерархией объектов (то есть законами их взаимодействия между собой), разрешенными плоскостями движения, предельными углами поворотов, величинами ускорений и скоростей. Такой подход называют методом инверсной кинематики движения. Он хорошо работает при моделировании механических устройств. В случае с имитацией живых объектов используют так называемые скелетные модели. То есть, создается некий каркас, подвижный в точках, характерных для моделируемого объекта. Движения точек просчитываются предыдущим методом. Затем на каркас накладывается оболочка, состоящая из смоделированных поверхностей, для которых каркас является набором контрольных точек, то есть создается каркасная модель. Каркасная модель визуализуется наложением поверхностных текстур с учетом условий освещения. В ходе перемещения объекта получается весьма правдоподобная имитация движений живых существ. [15]