Computergrafik, Produktion von Bildern auf Computern zur Verwendung in jedem Medium. Bilder, die für die grafische Gestaltung von Drucksachen verwendet werden, werden häufig auf Computern erstellt, ebenso wie Standbilder und bewegte Bilder, die in Comics und Animationen zu sehen sind. Die realistischen Bilder, die in elektronischen Spielen und Computersimulationen angezeigt und bearbeitet werden, könnten ohne die erweiterten Funktionen moderner Computergrafiken nicht erstellt oder unterstützt werden. Computergrafiken sind auch für die wissenschaftliche Visualisierung von entscheidender Bedeutung, eine Disziplin, die Bilder und Farben verwendet, um komplexe Phänomene wie Luftströmungen und elektrische Felder zu modellieren, sowie für computergestütztes Engineering und Design, bei dem Objekte in Computerprogrammen gezeichnet und analysiert werden. Sogar die Windows-basierte grafische Benutzeroberfläche, die heute ein gängiges Mittel zur Interaktion mit unzähligen Computerprogrammen ist, ist ein Produkt der Computergrafik.

Computergrafik

Die Utah Teapot, ein Standard-Grafikbild zum Benchmarking von Computersystemen.
Finlay McWalter
Bilder haben einen hohen Informationsgehalt, sowohl in Bezug auf die Informationstheorie (d. H. Die Anzahl der zur Darstellung von Bildern erforderlichen Bits) als auch in Bezug auf die Semantik (d. H. Die Bedeutung, die Bilder dem Betrachter vermitteln können). Aufgrund der Bedeutung von Bildern in jedem Bereich, in dem komplexe Informationen angezeigt oder manipuliert werden, und auch aufgrund der hohen Erwartungen, die Verbraucher an die Bildqualität stellen, haben Computergrafiken immer hohe Anforderungen an Computerhardware und -software gestellt.

In den 1960er Jahren verwendeten frühe Computergrafiksysteme Vektorgrafiken, um Bilder aus geraden Liniensegmenten zu erstellen, die zur Anzeige auf speziellen Computervideomonitoren kombiniert wurden. Vektorgrafiken sind sparsam im Speicher, da ein ganzes Liniensegment einfach durch die Koordinaten seiner Endpunkte angegeben wird. Für sehr realistische Bilder ist dies jedoch ungeeignet, da die meisten Bilder mindestens einige gekrümmte Kanten aufweisen und die Verwendung aller geraden Linien zum Zeichnen gekrümmter Objekte zu einem spürbaren „Treppenstufen“ -Effekt führt.

3D-Rendering

Obwohl Bitmaps für die Anzeige verwendet werden, sind sie für die meisten Rechenaufgaben nicht geeignet, bei denen eine dreidimensionale Darstellung der Objekte erforderlich ist, aus denen das Bild besteht. Ein Standard-Benchmark für das Rendern von Computermodellen in grafische Bilder ist die Utah-Teekanne, die 1975 an der Universität von Utah erstellt wurde. Die Utah-Teekanne wird skelettartig als Drahtrahmenbild dargestellt und besteht aus vielen kleinen Polygonen. Selbst bei Hunderten von Polygonen ist das Bild jedoch nicht glatt. Glattere Darstellungen können durch Bezier-Kurven bereitgestellt werden, die den weiteren Vorteil haben, weniger Computerspeicher zu benötigen. Bezierkurven werden durch kubische Gleichungen beschrieben; Eine kubische Kurve wird durch vier Punkte oder äquivalent durch zwei Punkte und die Steigungen der Kurve an diesen Punkten bestimmt. Zwei kubische Kurven können glatt verbunden werden, indem sie an der Verbindungsstelle die gleiche Neigung aufweisen. Bezierkurven und verwandte Kurven, die als B-Splines bekannt sind, wurden in computergestützten Konstruktionsprogrammen zur Modellierung von Karosserien eingeführt.