Компьютерная графика — это способ представления информации об объектах, закономерностях и свойствах окружающего мира в виде графического изображения на экране монитора или других устройствах ввода-вывода.
Большинство алгоритмов машинной графики, описывающих изображения, в качестве геометрических данных использует многоугольники и ребра. Последние, в свою очередь, описываются линейными фрагментами, и более детально — точками.
Количество и способы задания координат точек зависят от размерности среды. Для линии — точки задаются одним параметром, для плоскости — парами координат, для пространства — тремя координатами. Например, (х1) (z3) (x1, y1) (y2, z2) (x1, y1, z1).
Две точки в состоянии определить отрезок или ребро, а совокупность из 3-х и более — многоугольник. Эти точки накапливаются и хранятся в базе данных. Причем данные, из которых получают рисунок, редко совпадают с данными, служащими непосредственно для формирования изображения. Данные, используемые для вывода изображения, называют — дисплейным файлом. В нем содержится фрагмент, вид, сцена изображения, представленного в общей базе данных. Выводимоеизображение формируется с помощью операций поворота, переноса, масштабирования и вычисления различных проекций. Как правило, для этих преобразований используют аппарат матричной алгебры (размер матриц 4х4) в однородных координатах. Эти операции часто реализуют аппаратно. Прежде чем рисовать окончательный результат, возможны операции редактирования. Добавить удаление невидимых линий или поверхностей, произвести закраску, учесть влияние прозрачности, нанести текстуру и воспроизвести цветовые эффекты. Если не надо рисовать все изображение, то следует выбрать соответствующую часть. Данный процесс называется о т с е ч е н и е м. Оно может быть двухмерным (в плоскости) или трехмерным. При трехмерном варианте отсекающее окно может иметь неровные или несимметричные границы. Для стандартных областей отсечение реализуется аппаратно. Широкое применение нашли булевы операции.
Многие графические изображения содержат текстовую информацию. Текст определяется гарнитурой шрифта и стилем. Составные элементы шрифта (литеры) генерируются либо аппаратно, либо программным образом. Естественно, в последнем случае с ними возможны манипуляции, как с любой частью изображения. При аппаратной генерации литеры сохраняются в виде кодов до момента непосредственного вывода. Для модификации средства ограничены (смена углов наклона и коэффициентов масштабирования). Следует учесть, что отсечение аппаратно генерируемых литер невозможно — литера либо остается неизменной либо исчезает.
Поскольку любой образ в компьютерной графике — это множество точек, то имеют место два подхода к реализации изображения — векторный и растровый.
Векторный — определяет способ построения изображения из последовательности линейных фрагментов минимально возможной длины и толщины. Совокупность этих отрезков образуют не только прямые участки, но и изогнутые. В последнем случае строится конечно-элементная ломаная, которая аппраксимируется в гладкую линию. Изломы можно наблюдать при большом увеличении. Однако, при необходимости, можно произвести регенерацию и многогранность будет ликвидирована (существующие фрагменты будут разбиты на множество более мелких). Возможные ограничения — исключительно аппаратного характера.
Растровый — основан на разбиении экрана на мельчайшие светящиеся элементы матрицы pixel’s (иногда называют “пэл”, т.е. picture element). Достоинства несомненны (работа с цветом), однако существенным становится появление “эффекта ступенчатости” при большом увеличении. Последнее вызвано стабильным размером “зерна” люминофора и является одной из его характеристик.
В настоящее время появился новый тип графики, своеобразный симбиоз растра и векторных линий, т.н. гибридная (векторно-растровая) графика. Появление обусловлено необходимостью совмещения на одном растровом изображении (например — географической карте, медицинских голограммах и пр.) контурных линейных фрагментов (например — изолиний уровня, разводки трасс и пр.) и цвета. Данная область графики динамично развивается. Основные сферы применения — САПР и ГИС.
