Компьютерная графика

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА (машинная графика), система методов, алгоритмов, программных и аппаратных средств для ввода, обработки и отображения графической информации, а также для преобразования данных в графическую форму. Компьютерная графика позволяет создавать, изменять, анализировать, стирать изображения, а также работать с цветом и яркостью всего изображения и отдельных его фрагментов, реализовать на экране дисплея движущееся цветное изображение. Конечным продуктом компьютерной графики является изображение (например, математический график, технический чертёж, книжная иллюстрация, трёхмерное изображение архитектурного вида предполагаемой конструкции, кадр фильма), которое может сохраняться (например, в памяти компьютера), выводиться на экран дисплея, на бумажные листы (посредством принтера) и др. Основные области применения компьютерной графики: конструирование и дизайн различных объектов и систем, интернет-дизайн, обработка и монтаж цифровых изображений, подготовка полиграфической и картографической продукции, компьютерная анимация, создание спецэффектов для кино и телевидения, также виртуальных объектов и пространств (компьютерные игры, тренажёры).

Прообразом компьютерной графики можно считать использовавшиеся с 1950-х годов системы математического моделирования форм и пространственных сред, находившие применение в Системе автоматизированного проектирования (САПР) и Автоматизированной системе управления (АСУ). В следующем десятилетии дальнейшее развитие компьютерной графики обеспечили успехи американских учёных (А. Сазерленд и др.) в сфере программного и аппаратного обеспечения интерфейса и российских исследователей (группа Н. Н. Константинова) - в методах моделирования сложной динамики объекта, позволивших создавать компьютерные анимационные фильмы (смотри Компьютерная анимация).

Преобразование закодированного изображения в видимый сигнал монитора осуществляется видеокартой. Собственно рисование может проводиться при помощи клавиатуры и мыши или на специальных планшетах. Принципиальная проблема, которую приходится решать в компьютерной графике, - представление изображения в электронном виде. Здесь выделяются 2 типа изображения: двухмерная (2D) и трёхмерная (3D) графика. 2D-графика создаётся несколькими способами. В векторной графике изображение задаётся совокупностью формул, описывающих так называемые примитивы, то есть простейшие фигуры, их координаты и расположение в пространстве. Растровая графика представляет объекты в виде матриц пикселов, т. е. небольших прямоугольников различного цвета. Основное практическое различие между этими способами заключается в существенном ухудшении качества изображения при увеличении и других преобразованиях в растровой графике и в сложности реализации фотореалистичных объектов в векторной графике. Для ограниченного класса объектов применимо описание посредством, так называемых фракталов (геометрических фигур, обладающих свойством самоподобия, то есть состоящих из частей, каждая из которых подобна всей фигуре).

Трёхмерность в 3D-графике достигается путём матричных преобразований отдельных частиц-примитивов - полигонов (преимущественно треугольников), изменяющих их ориентацию в пространстве и масштаб; построением так называемой сплайновой огибающей кривых, выстроенных по опорным точкам; сфероидным моделированием, создающим плавные перетекания отдельных соседствующих элементов друг в друга; моделированием частиц, позволяющим изображать динамичные среды, в которых существуют отдельные объекты. Достоверность изображения создаётся посредством просчёта рядом методов текстуры объектов, определяющей и их цвет, эффектов воздушной перспективы, рефлексов, прозрачности, преломления, освещения (смотри также Графический редактор).

Разработка новых технологий и создание программных продуктов для компьютерной графики является в настоящее время одной из самых активно развивающихся отраслей бизнеса и информатики. Научный аспект находит отражение в деятельности конференций [National Association of Broadcasters (NAB), Siggraph (обе - в США); CGevent (CGcoбытиe), GraphCon (обе - в России)]. Один из крупнейших центров развития компьютерной графики - Лаборатория компьютерной графики при факультете вычислительной математики и кибернетики МГУ под руководством Ю. М. Баяковского.

В компьютерной графике реализуется стремление к самодеятельному художественному творчеству, что определяется доступностью таких популярных программных продуктов, как PhotoShop, 3D Studio Мах; знакомясь с их описаниями, начинающие художники осваивают элементарные представления о перспективе, конструктивном обобщении формы, цветоведении и т. п. Существует значительное число интернет-сообществ и виртуальных галерей, в которых авторы размещают продукты своих экспериментов в области компьютерной графики. Этот процесс стимулируется развитием цифровых технологий, в том числе фотографии и сканирования, продукты которых служат зачастую исходным материалом.

Одна из основных тенденций развития компьютерной графики - замещение традиционных форм изобразительной деятельности. Поэтому в 2D-графике наблюдается предельное разнообразие стилистики, повторяющее ситуацию современной художественной жизни. В 3D-графике преобладает стремление к достоверности, предметности изображения, что в сочетании с обилием в этой области дилетантов определяет предпочтение стилистики фэнтези, сюрреализма и гиперреализма, «анимэ». Напротив, условность языка компьютерной графики не скрывается при демонстрации исследовательских или проектных результатов.

Вместе с тем в собственно художественной сфере компьютерная графика играет пока вспомогательную роль - либо на стадии эскиза и проекта, либо как средство оформления PR-сопровождения. Чисто компьютерными изделиями являются лишь анимационные фильмы, технология изготовления которых, во многом близкая традиционной мультипликации, позволяет значительно экономить средства и время на производство. Однако взыскательная часть публики отдаёт предпочтение привычной стилистике рисованной и кукольной анимации, что в большой степени определяется ограниченностью возможностей пластической и колористической  выразительности существующих методов компьютерной графики по сравнению с приёмами традиционной живописи и графики.

Мотивы компьютерной графики стали неотъемлемой частью стилистики художественного кинематографа, телевидения, так называемых актуальных форм искусства (видео-арт и др.).

Лит.: Cybernetics, art, and ideas / Ed. J. Reichardt. L., 1971; Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. М., 1976; Гилой В. Интерактивная машинная графика. М., 1981; Прэтт У. Цифровая обработка изображений. М., 1982. Т. 1-2; Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. М., 1986; Livingstone М. Art, illusion and the visual system // Scientific American. 1988. № 1; Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. М., 1989; он же. Математические основы машинной графики. М., 2001; Culture, technology & creativity in the late twentieth century / Ed. Р. Hayward. L., 1990; Popper F. Art of the electronic age. N. Y., 1997; Шикин Е. В., Боресков А. В. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения. М., 1998; они же. Компьютерная графика. Полигональные модели. М., 2005; Эйнджел Э. Интерактивная компьютерная графика. 2-е изд. М., 2001; Shapiro L., Stockman G. Computer vision. Upper Saddle River; L., 2001; Порев В. Н. Компьютерная графика. СПб., 2002; Тихомиров Ю. OpenGL. Программирование трехмерной графики. 2-е изд. СПб., 2002; Кэмпбелл М. Компьютерная графика. М., 2007.