Компьютерная анимация и видеографика Лекция 1

План лекции Обзор развития компьютерной графики и анимации Системы отображения графической информации Цвет. Модели цвета

Этапы развития трехмерной графики 1960–е Появление первых систем визуализации трехмерных объектов в сеточной форме на векторных дисплеях.

Этапы развития трехмерной графики 1970–е Появление новых алгоритмов закраски объектов: Освещение по Гуро Освещение по Фонгу Кривые поверхности Антиалиасинг

Этапы развития трехмерной графики 1977 г. Применение CG в кино, фильм «Звездные войны. Эпизод 4. Новая Надежда»

Этапы развития трехмерной графики 1980-е Появление специализированного аппаратного обеспечения, появление первых промышленных стандартов, развитие технологии текстурирования объектов, появление карт рельефа и окружение, развитие теории глобального освещения, алгоритмы трассировки лучей, реализация теней.

Этапы развития трехмерной графики 1990-е Появление стандарта OpenGL, появление первого компьютерного мультфильма «История игрушек» (1995 г.). Развитие QuickTime, появление спецэффектов, анимации персонажей и их одежды.

Этапы развития трехмерной графики 2000г. Создание компьютерного фильма «Последняя фантазия» (Final Fantasy – The spirits withing). Данный фильм продемонстрировал превосходное качество рендеринга, когда компьютерная анимация становится неотличимой от натуральной видеосъемки.

Этапы развития трехмерной графики 2003 г. Фильм «Матрица. Перезагрузка» (The Matrix Reloaded). Превосходные спецэффекты сделали триаду одним из самых знаменитых фильмов современности.

Краткая история разработки игр 90-х годах 20-го века-Wolfenstein 3D 1996 г. - Tomb Raider

Краткая история разработки игр Современные игры: Far Cry Doom 3

Этапы развития трехмерной графики Число разработчиков в команде (оценка): ПериодРазработкаТехническоеГрафика 50х-70х111 80х235 90х3510 Сегодня5~1010~2020~50

Этапы развития трехмерной графики Black&White Разработка- Lionhead Studios USD ~ 5.7M бюджет 25 разработчиков 3 подрядчика ~3 года ~2M строк программного кода Авторская технология

Этапы развития трехмерной графики Neverwinter Night Разработка- Bioware Corp 75 разработчиков-наблюдателей (~160 человеко-лет разработки) 5 звуковых подрядчиков 20 переводчиков ~5 years Авторская технология

Этапы развития трехмерной графики Splinter Cell (PS2 version) Разработка - Ubisoft Entertainment 76 разработчиков 18 подрядчиков 5 месяцев Использование движка Unreal

Графические ускорители Графическая плата (известная как графическая карта, видеокарта, видеоадаптер, анг. videocard) устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.

Графические ускорители Принцип работы видеокарт времён стандарта VGA Принцип работы видеокарты в режиме VESA

Графические ускорители Принцип работы видеокарты в графическом режиме Windows с использованием драйвера

Графические ускорители Интерфейс прикладного программирования Схема работы Direct3D, части DirectX интерфейса

Графические ускорители Графическая плата состоит из: Видеочипсет Видеопамять Цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC) Видео-BIOS Система охлаждения

Графические ускорители Характеристики: Ширина шины памяти Количество видеопамяти Частоты ядра и памяти Техпроцесс Текстурная и пиксельная скорость заполнения Поддержка вершинных и пиксельных шейдеров Выводы карты

Схема графического процессора Блок геометрических вычислений TMU Пиксельный конвейер (pixel pipeline) Пиксельный конвейер (pixel pipeline) Фрейм буфер RAMDACИнтерфейс Конт ролл ер памя ти Несколько независимых каналов доступа к оперативной памяти Оперативная память Входные интерфейсыВыходные интерфейсы Графическая шина AGP или PCIExpress аналоговый, S-VHS, VHS, DVI Графический процессор GPU

Библиотеки поддержки 3D графики OpenGL и Direct3D Интерфейсы прикладного программирования(API ): Direct3D (Microsoft) OpenGL (Silicon Graphics) Glide (3Dfx), 3DR (Intel) Heidiтnn (Autodesk) RenderGL (Intergraph)

Векторная графика Основа изображения – графические примитивы Гибкость построения и редактирования Математическая основа Масштабируемость Компактность + +

Векторная графика Сложность создания реалистичных изображений Большой объем вычислений при построении изображения - -

Растровая графика Фотографическое качество изображения Высокая скорость обработки Большой объем данных Плохая масштабируемость

Дисплеи ВекторныеРастровые ЭЛТЖК панели Плазменные панели Органические Дисплеи OLED (Organic Light Emitting Diodes) E-Inc

Дисплеи с ЭЛТ Самый первый вид дисплеев Два цветовых пятна различимы до тех пор, пока расстояние между ними больше чем диаметр, на котором интенсивность пятна спадает до 60% от максимального значения

Цветные дисплеи Метод проникновения луча Масочный метод + четкость изображения

Цветные дисплеи Система Trinitron (DiamondTron, Sonic Tron) + высокая яркость и контрастность

Другие технологии FD Trinitron (Sony) Flatron (LG Electronics) ErgoFlat (Hitachi) DynaFlat (Samsung)

Системы трехмерного отображения Колеблющееся зеркало Стереоскопическое изображение

ЖК дисплеи Основаны на принципе поляризации света метоксибензилиден бутиланалин – пример ЖК

TN матрицы Наиболее простые

Активно матричные панели Проблема: трудно получить четкое немерцающее, контрастное изображение с хорошей цветопередачей. TFT (Thin Film Transistor) - каждая ЖК- ячейка «запоминает» свое состояние.

IPS – (Plane Switching) матрицы Больший угол обзора по сравнению с TN Высокое энергопотребление и большое время отклика

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) матрицы Угол обзора > 160 градусов Трудно реализуемо на практике

Технологии улучшения цветопередачи OCF – использование дополнительный слоев корректировки цвета CD – color diffusion, получение нужного цвета при помощи 2-х соседних цветов FRC – изменение цвета от кадра к кадру.

Основные параметры Цветовой охват Углы обзора Время реакции Контрастность

Цветовой охват

Цвет Длины цветовых волн Преобладающая частота (цвет), чистота, цветность Белый цвет Модель цвета – метод, позволяющий описать свойство цвета в каком либо контексте Основные цвета ( смешение нескольких источников). Дополнительные цвета

Диаграмма цветности. Стандартные основные цвета Модель МКО (1938) Цветовая гамма

Углы обзора

Время реакции

Плазменные панели Самое качественное изображение

Органические дисплеи Принцип работы – свечение специального вещества от электрического тока Быстрее ЖК в раз

E-Ink Принцип действия – взаимопроникновение химических веществ Низкое энергопотребление Сохранение картинки при выключении питания

Форматы графических файлов BMP – палитра – 32 битный цвет WMF – хранение векторных данных GIF – 256 цветов, анимация, LZW компрессия, key-colors, interlacing PNG – до 48 бит, альфа-канал, interlacing, gamma, сжатие без потерь PSD – слои, формат-контейнер JPEG – самое высокое сжатие изображение, на основе дискретного косинус преобразования

Цвет A: роговая оболочка глаза B: хрусталик C: стекловидное тело D: сетчатка E: оптический нерв

Цветовые модели RGB CMYK HSB HSL

RGB Аддитивная модель

CMYK Субтрактивная модель

HSL

HSV