Obr. 1: Ukázka efektivity vektorové grafiky při zvětšování: (a) originální vektorový obrázek; (b) zvětšeno 8× jako vektorový obrázek; (c) zvětšeno 8x jako rastrový obrázek.
Pod pojmem počítačová grafika rozumíme z technického hlediska obor informatiky, který využívá počítače k vytváření umělých grafických objektů a dále také na úpravu zobrazitelných a prostorových informací, nasnímaných z reálného světa (například digitální fotografie a jejich úprava, filmové triky). Z hlediska umění se jedná o samostatnou kategorii grafiky. Za autora spojení „počítačová grafika“ je považován William Fettr, děsignér firmy Boeing, který tento termín poprvé použil v roce 1960 při popisu své práce. Na počátku grafických technologií byly takové projekty jako Whirlwind, což byl první počítač, který pro výstup dat využíval CRT obrazovku a navíc umožňoval využití světelného pera jako vstupní jednotky. Významným krokem byl počítač TX-2 vyvinutý roku 1959 v Lincolnově laboratoři v Massachusetts Institute of Technology. V roce 1963 pro tento počítač Ivan Sutherland naprogramoval první program využívající grafické možnosti počítače a tedy i první program s grafickým uživatelským rozhraním s názvem Sketchpad. Brzy se také významné počítačové firmy začaly zajímat o grafiku a v roce 1965 uvedla firma IBM na trh grafický terminál IBM 2250, první finančně dostupný grafický počítač. Koncem šedesátých let se konaly první konference a vznikly první obecně přijímané standardy, především díky organizaci SIGGRAPH. Od roku 1973 se pořádají pravidelné výroční konference této organizace, které se staly veletrhem novinek v oblasti počítačové grafiky. Ke konci sedmdesátých let se začaly rozšiřovat možnosti osobních počítačů a s nimi i způsoby praktického využití počítačové grafiky. Od osmdesátých let se v počítačových systémech využívají symboly, ikony, obrázky a další grafické prvky označované jako grafické rozhraní, které slouží ke snadnější a příjemnější komunikaci mezi uživatelem a počítačem. Konce tohoto desetiletí se také 3D grafika stala skutečností na SGI počítačích, který byly později využívány při tvorbě krátkých filmů ve studiu Pixar. Devadesátá léta přinesla nárůst popularity 3D grafiky především díky počítačovým hrám a animovaným filmům. V roce 1995 měl premiéru film Toy Story, první celovečerní 3D animovaný film. O rok později byla vydána hra Quake, jedna z prvních her probíhajících výhradně ve 3D prostředí.
Pojmem 2D (dvojrozměrná) grafika se označuje ta část počítačové grafiky, která pracuje s dvojrozměrnými objekty. Jejím typickým využitím je zobrazování informací na počítačovém monitoru. Existují dva základní přístupy ke 2D grafice – vektorová a rastrová grafika. Vektorový obrázek se skládá ze základních geometrických útvarů (body, přímky, křivky, mnohoúhelníky. Vektorová grafika se využívá zejména pro počítačovou sazbu, tvorbu ilustrací, diagramů a počítačových animací. Pro práci s vektorovou grafikou se používají vektorové editory jako např. Adobe Illustrator, CorelDraw, Inkscape, Sodipodi, Zoner Callisto. Oproti rastrové grafice má vektorová grafika několik výhod: je možné zmenšování či zvětšování obrázku bez ztráty kvality, lze pracovat s každým objektem obrázku odděleně, výsledná paměťová náročnost obrázku bývá mnohem menší než u rastrové grafiky. Její nevýhodou bývá zpravidla složitější pořízení obrázku než u rastrové grafiky a náročnost na operační paměť a procesor při překročení určité meze složitosti grafického objektu. V rastrové neboli bitmapové grafice je celý obrázek popsán pomocí jednotlivých barevných bodů nazývaných pixely. Tyto body jsou uspořádány do mřížky. Každý bod má přesně určenou polohu a barvu. Tento způsob popisu obrázků využívá například televize nebo digitální fotoaparát. Kvalita záznamu obrázku je ovlivněna hlavně rozlišením a barevnou hloubkou. Výhodou oproti vektorové grafice je snadné pořízení obrázku například pomocí digitálního fotoaparátu nebo skeneru. Nevýhodou jsou vysoké nároky na zdroje, zhoršení kvality při změně velikosti obrázku a omezená možnost zvětšování obrázku (při větším zvětšení je na výsledném obrázku patrný rastr).
Obr. 1: Ukázka efektivity vektorové grafiky při zvětšování: (a) originální vektorový obrázek; (b) zvětšeno 8× jako vektorový obrázek; (c) zvětšeno 8x jako rastrový obrázek.
Obr. 2: Převod obrazu do bitmapové grafiky
Počítačová 3D (trojrozměrná) grafika je označení pro část počítačové grafiky pracující s trojrozměrnými objekty. Je příbuzná vektorové grafice, neboť také pracuje se souřadnicemi bodů o úsečkách, křivkách a plochách, ale data jsou uložena ve trojrozměrném souřadnicovém systému. Z těchto trojrozměrných dat, která reprezentují tělesa, je poté renderován 2D obrázek. Nejvíce se využívá při vytváření animací (např. pro tvorbu filmů nebo počítačových her), dále je uplatňována také ve vědě a průmyslu (např. pro počítačové simulace nebo trojrozměrné zobrazení orgánů). Základními pojmy při vytváření 3D grafiky jsou modelování, texturování, animace a renderování. Modelování je proces vytváření a tvarování 3D modelu, který může být reprezentován několika způsoby. Modely mohou být vytvořeny na počítači pomocí modelovacího nástroje, podle dat získaných měřicím přístrojem z reálného světa nebo na základě počítačové simulace. Texturováním se rozumí vytváření a mapování textur. Textura je obrázek, kterým je „obaleno“ těleso. V té nejjednodušší formě se textury využívají pro obarvení modelu, na tělesa však může být i více vrstev textu, které například určují průhlednost nebo lesklost v daném bodě na povrchu. Pomocí textur je možné dosáhnout velmi dobrých výsledků a vysoké úrovně detailu při použití relativně jednoduchého modelu. Pod pojmem animace se kromě samotného pohybu objektů rozumí i definice zdrojů světla, úhlu pohledu kamery, barev a dalších prvků, které se mohou měnit v čase. Nejjednodušší metodou animace je tzv. keyframing, který je založen na stejném principu jako klasická 2D počítačová animace. Animace postav a mechanických zařízení bývá ve 3D grafice založena na animaci kostry modelu. Jednotlivým částem modelu se pak určí, ke které kosti náleží. Existuje mnoho dalších technik animace využívaných ve 3D grafice. Některé programy například umožňují animaci na základě simulace fyzikálních jevů jako je gravitace, pohyb vodní hladiny apod. Renderování je vykreslení dvojrozměrného obrazu na základě modelu scény a dalších informací (polohy pozorovatele, textur, osvětlení a stínování). Pro realistický vzhled scény je zapotřebí simulovat především rozptyl světla v celé scéně (globální osvětlení). Dva nejznámější algoritmy jsou sledování paprsku (metoda založená na zpětném sledování paprsku vycházejícího z oka pozorovatele a jeho kolizí s tělesy ve scéně) a radiozita (metoda využívající fyzikální zákony o šíření energie v prostoru). Součástí fáze renderování je také projekce ze tří do dvou rozměrů.
Obr. 3: Porovnání prostého 3D modelu s jeho rendrem
| Rok | Vítězný film |
|---|---|
| 2009 | Vzhůru do oblak |
| 2008 | Vall-I |
| 2007 | Ratatouille |
| 2006 | Happy Feet |
| 2005 | Wallace a Gromit: Prokletí králíkodlaka |
E-mail autora stránek: bizkova@students.zcu.cz