Grafika komputerowa

Grafika komputerowa to dział informatyki zajmujący się wykorzystaniem nowoczesnej techniki komputerowej do generowania obrazów oraz wizualizacji rzeczywistości. Najprościej opisując to obrazy tworzone za pomocą komputera i wykorzystywane w komputerze.

Początek rozwoju grafiki komputerowej to lata ’50 XX wieku. W tym czasie jednak komputery nie były powszechnie dostępne. Na jej zastosowania mogły pozwolić sobie ośrodki badawcze, duże firmy oraz instytucje rządowe. Pełny rozkwit grafiki komputerowej to były lata ‘80, kiedy pojawiły się komputery osobiste. Dzisiaj mamy złoty wiek grafiki komputerowej i o jej przydatności nie trzeba nikogo przekonywać. Jest ona obecna w naszym codziennym życiu.

Zastosowanie grafiki komputerowej

O ile na początku historii komputerów nikt nie myślał o łączeniu ich z grafiką. Tak dzisiaj nie można wyobrazić sobie ich braku w nauce, technice, informacji czy rozrywce. Trudno też wyobrazić sobie wiele zawodów lub znaleźć dziedzinę w której grafika komputerowa nie miałaby zastosowań.

Rozwój grafiki komputerowej stymulują najsilniej zastosowania wojskowe i przemysłowe. Zalicza się do nich miedzy innymi skomplikowane programy i symulatory. Zawierają one wizualizacje wielu szczegółów oraz generują szybko zmieniające się obrazy.

Wspomagane komputerowo projektowanie to bardzo duży i szeroki zakres grafiki. Stosowane jest między innymi w architekturze, mechanice, elektronice czy elektryce do projektowania złożonych elementów, układów lub całych obiektów oraz ich wyglądu.

Grafika komputerowa jest też stosowana w medycynie oraz do symulowania różnorodnych procesów fizycznych i biochemicznych. Inne ważne zastosowania dotyczą kartografii, polegające na odczytywaniu ukształtowania terenu oraz do kreślenia i kolorowania map. Grafika komputerowa jest też coraz częściej wykorzystywana w procesie edukacyjnym, pozwalając lepiej zrozumieć i zapamiętać poprzez wizualizacje.

Wspaniałą cechą grafiki komputerowej jest możliwość zarówno realistycznej wizualizacji otaczającego nas świata rzeczywistego. Jak i generowanie wymyślonych obrazów, obiektów całkowicie wyimaginowanych przez wyobraźnie człowieka.

Komunikacja masowa została zrewolucjonizowana przez nowy wynalazek, jakim jest sieć WWW. Komunikowanie się przez Internet w ciągu kilku lat zagościło na dobre w naszym życiu, w nieodwracalny sposób wpływając na naszą świadomość oraz sposób prowadzenia interesów, zdobywania informacji czy rozrywki. Sieć WWW jest najłatwiej dostępnym medium komunikacji, w którym każdy może publikować tekst i obrazy w formacie cyfrowym. Sieć oferuje natychmiastowy dostęp do informacji podanej w dowolnej postaci, przekazując dane w bezstratnej jakości. Obrazy mogą być przechowywane, przesyłane i pobierane w postaci elektronicznej. Dlatego też wiele z nich nigdy nie zostanie opublikowanych w formie tradycyjnej czyli papierowej.

Wielu ludzi nie wyobraża sobie życia bez komputera chociaż by ze względu na osobiste dane, które w nich przechowuje. Są to między innymi pliki graficzne takie jak zdjęcia i obrazy, które mogą być tworzone od podstaw lub być wynikiem obróbki. Często są umieszczane w Internecie nie tylko dla celów prywatnych, ale też do publikacji i aby móc z nich potem optymalnie korzystać należy je odpowiednio przygotować. W związku z wejściem w nasze codzienne życie obrazów generowanych za pomocą komputera i rozwojem tej dziedziny informatyki, poniżej zostanie przybliżona grafika komputerowa. W szczególności jej przygotowanie do publikacji w Internecie.

Omówienie rodzajów grafiki komputerowej

Grafika komputerowa to dział informatyki zajmujący się wykorzystaniem nowoczesnej techniki komputerowej do generowania obrazów oraz wizualizacji rzeczywistości. Najprościej opisując to obrazy tworzone za pomocą komputera i wykorzystywane w komputerze. Grafikę komputerową możemy podzielić na dwuwymiarową (2D), gdzie wszystkie
obiekty są płaskie oraz trójwymiarową (3D), gdzie obiekty są umieszczone w przestrzeni trójwymiarowej i celem programu komputerowego jest przede wszystkim przedstawienie ich na dwuwymiarowym obrazie.

Ponieważ celem grafiki jest generowanie obrazów, dlatego jednym z głównych kryteriów klasyfikacji grafiki jest technika ich tworzenia
według której dzielimy ją na grafikę rastrową i wektorową.

Grafika rastrowa

Obraz grafiki rastrowej (bitmapowej) jest plikiem reprezentującym prostokątną siatkę pikseli, gdzie każdy jego kolor jest definiowany osobno. Jakość obrazka rastrowego jest określana przez całkowitą liczbę pikseli (wielkość obrazu) oraz ilość informacji przechowywanych w każdym pikselu (głębia koloru).

Zalety grafiki rastrowej:

• dobrze oddawane półcienie;
• łagodne przejścia między kolorami;
• subtelne cieniowanie obrazów ciągłotonowych;
• popularne formaty zapisu;
• duża ilość narzędzi do wyświetlania i edycji.

Wady grafiki rastrowej:

• utrata jakości obrazu podczas powiększenia;
• zniekształcenia w skutek obrotu obrazem;
• stosunkowo duże rozmiary;
• trudna lub nie możliwa konwersja do grafiki wektorowej.

Zastosowanie grafiki rastrowej:

• zapisywanie zdjęć i realistycznych obrazów – rysunków, grafik;
• tworzenie obrazów o skomplikowanych kolorach, przejściach tonalnych, gradacjach barw itp.;
• obróbka zdjęć np. retuszowanie;
• tworzenie grafiki ekranowej dla aplikacji multimedialnych;
• przechowywanie zawartości okna ekranowego aplikacji.

Grafika wektorowa

Obraz wektorowy (obiektowy) opisany jest za pomocą figur geometrycznych. Czyli obiektów, które zbudowane są z podstawowych elementów nazywanych prymitywami, czyli prostych figur geometrycznych takich jak odcinki, krzywe, okręgi, wielokąty. Obiekty maja swoje współrzędne (umiejscowienie, wysokość, szerokość itp.) oraz atrybuty. Mówiące np. o grubości i kolorze linii, kolorze wypełnienia figury lub wypełnieniu niejednolitym jak wypełnienie gradientem albo wzorem czy stopniu przezroczystości. Atrybuty te zależą głównie od stosowanego standardu opisu grafiki wektorowej.

Zalety grafiki wektorowej:

• stała jakość obrazu niezależnie od tego w jakiej skali zostanie on wyświetlony;
• brak zniekształceń podczas obracania obiektów;
• możliwość edycji pojedynczych obiektów niezależnie od pozostałych;
• stosunkowo niewielkie rozmiary plików (dla obrazów nie fotorealistycznych);
• możliwość opisu przestrzeni 3D (nie wszystkie formaty);
• bardzo dobre możliwości konwersji do grafiki rastrowej.

Wady grafiki wektorowej:

• trudne i skomplikowane tworzenie obrazów fotorelistycznych;
• duża złożoność obliczeniowa dla obrazów fotorealistycznych;

Zastosowanie grafiki wektorowej:

• wykresy;
• rysunki techniczne;
• prezentacja danych i modelowanie;
• prezentacja tekstu;
• zapis dokumentów nie przeznaczonych do dalszej edycji (PDF);
• oprogramowanie do wizualizacji danych (pakiety statyczne, arkusze kalkulacyjne, programy do kreślenia wykresów);
• graficzne środowiska wspomagania projektowania (CAD);
• systemy modelowania rzeczywistości wirtualnej;
• wizytówki, emblematy, znaki firmowe;
• symulacja dla wizualizacji naukowej;
• animacje i gry komputerowe.

Porównanie grafiki rastrowej z wektorową

Grafika rastrowa jest bardziej użyteczna od wektorowej do zapisywania zdjęć i realistycznych obrazów, podczas gdy grafika wektorowa jest częściej używana do obrazów tworzonych z figur geometrycznych oraz prezentacji tekstu (w tym tabel i wzorów).

Wielkość obrazka rastrowego nie może zostać zwiększona bez zmniejszenia jego ostrości. Jest to przeciwne grafice wektorowej, którą łatwo można skalować, co oznacza brak ograniczeń w powiększaniu oraz zmienianiu ich proporcji bez utraty na jakości. Ma to swoje uzasadnienie w matematycznym opisie elementów (prymitywów), dlatego też obraz może być wyświetlony w maksymalnie dostępnej dla ekranu czy wydruku rozdzielczości. Sama jakość obrazu uzależniona jest wyłącznie od dokładności opisu obrazu przez jego poszczególne elementy.

W przypadku grafiki rastrowej obrót obrazu może zniekształcić go powodując utratę jakości (w szczególności, jeśli nie jest to obrót o wielokrotność kąta prostego). Typowe edytory grafiki wektorowej pozwalają oprócz zmiany parametrów i atrybutów prymitywów także na przekształcenia na obiektach, np. obrót, przesunięcie, odbicie lustrzane, rozciąganie, pochylanie, czy zmiana kolejności obiektów na osi głębokości. Obrazy wektorowe można łatwo przetwarzać w ich odpowiedniki bitmapowe podając jedynie docelową rozdzielczość obrazu rastrowego. Operacja konwersji w przeciwną stronę, tzw. wektoryzacja lub trasowanie, jest trudna i niejednokrotnie nie daje spodziewanych efektów. Głównym problemem jest wyszukiwanie krawędzi, które często nie są tak łatwe do znalezienia przez dany program.

Grafika wektorowa jest mniej znana niż rastrowa i używana najczęściej tylko przez specjalistów z różnych dziedzin. Jednak podczas korzystania z komputera można spotykać się z grafiką wektorową częściej niż się powszechnie uważa. Stosowane są one miedzy innymi w fontach, komputerowych opisach czcionek oraz w grach komputerowych i wideo, a dokładniej do opisu grafiki trójwymiarowej. Geometria i jej przekształcenia stanowiące opis przestrzeni trójwymiarowej opisywane są metodami grafiki wektorowej. Wygląd obiektów określany jest rastrowo za pomocą tzw. tekstur.

Podsumowując grafika wektorowa sprawdza się najlepiej, gdy zachodzi potrzeba stworzenia grafiki, mającej stosunkowo małą ilość szczegółów, nie zaś zachowaniu fotorealizmu obecnego w obrazach grafiki rastrowej.