Компьютерная графика — это раздел информатики, занимающийся методами и средствами создания, обработки и отображения изображений с помощью компьютера.
Она используется практически везде: в образовании, в кино и анимации, видеоиграх, дизайне, рекламе, медицине, архитектуре, науке и даже в повседневных приложениях (например, в интерфейсах смартфонов).
Виды компьютерной графики
Можно выделить 5 видов компьютерной графики:
1. Растровая графика.
2. Векторная графика.
3. Фрактальная графика.
4. Трёхмерная (3D) графика.
5. Компьютерная анимация.
Растровая графика
Растровая графика — это цифровое изображение, состоящее из сетки (матрицы) пикселей. Каждый пиксель (от англ. picture element — элемент изображения) содержит информацию о цвете. Собственно эти разноцветные пиксели и формируя целостную картину.
Растровая графика — это основа для работы с цифровыми фотографиями и сложными изображениями, где важна точная передача цвета и деталей.
Основные характеристики растровой графики
Пиксели - это основной строительный блок.
Разрешение - чем выше разрешение, тем больше деталей может содержать изображение (например, 1920×1080 px).
Глубина цвета - это количество бит, используемых для хранения цвета одного пикселя. Определяет, сколько всего возможных цветов может быть в изображении (например, 8-бит = 256 цветов, 24-бит = 16,7 млн. цветов).
Самый основной недостаток растровых изображений — это потеря качества при масштабировании. При сильном увеличении пиксели становятся заметными, изображение теряет резкость, появляется эффект ступенчатость линий.
Области применения растровой графики
- Цифровая и печатная фотография.
- Сложные картины и рисунки с обилием деталей, цветов и оттенков (созданные, например в Adobe Photoshop).
- Веб-графика: фотографии на сайтах, баннеры, элементы дизайна.
- Сканирование.
- Скриншоты.
Наиболее популярными программами для работы с растровой графикой являются: Adobe Photoshop, GIMP, Affinity Photo, Paint и т.д.
Форматы файлов растровой графики: Существует множество форматов, каждый со своими особенностями: JPEG/JPG, PNG, WebP, PSD и т.д.
Векторная графика
Векторная графика — это способ представления изображения с помощью математических описаний геометрических фигур (примитивов) и кривых. Векторная графика — это мощный инструмент для создания четкой, масштабируемой и редактируемой графики, которая должна оставаться идеальной в любом размере.
Вместо сетки пикселей векторное изображение состоит из:
- Точек (опорных или узловых точек, которые имеют координаты на плоскости).
- Кривых (которые соединяют эти точки. Чаще всего используются кривые Безье).
- Заливок (цвет, градиент или узор, которым заполняется фигура).
- Обводок (стиль линии).
Области применения векторной графики:
- Фирменный стиль и брендинг: Логотипы, иконки.
- Полиграфия: Визитки, буклеты, плакаты, любая печатная продукция.
- Веб-дизайн: Иконки, кнопки, элементы интерфейса, адаптивная графика.
- Шрифты и типографика.
- Инфографика: Схемы, графики, диаграммы.
- Техническая документация: Чертежи, карты, планы.
- Оформление наружной рекламы: Билборды, вывески.
Основными характеристиками векторной графики являются:
Независимость от разрешения: Это самое важное свойство. Так как изображение пересчитывается каждый раз заново при изменении размера, оно не теряет качества при любом масштабировании.
Редактируемость: Каждый объект (линия, фигура, текст) остается независимым и редактируемым. Вы всегда можете изменить форму кривой, цвет заливки или переместить элемент.
Небольшой размер файла: (Как правило). Размер файла зависит от сложности объектов (количества опорных точек), а не от физического размера изображения. Простой логотип будет занимать на диске гораздо меньше места, чем его растровый аналог в высоком разрешении.
Наиболее популярными программами для работы с векторной графикой являются: Adobe Illustrator, CorelDRAW, Affinity Designer, Figma, Sketch, Adobe XD и т.д.
Форматы файлов векторной графики:
- AI (Adobe Illustrator Artwork).
- CDR (CorelDRAW Document).
- SVG (Scalable Vector Graphics).
- EPS (Encapsulated PostScript).
- PDF (Portable Document Format).
Фрактальная графика
Фрактальная графика — это область компьютерной графики, в которой изображения генерируются не вручную художником, а автоматически путем вычислений по математическим формулам (алгоритмам).
Основой фрактальной графики является фрактал.
Фрактал — это геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия. Это означает, что каждая часть фрактала повторяет всю структуру в целом, только в меньшем масштабе. Какую бы маленькую часть фрактала вы ни увеличили, вы снова увидите ту же сложную структуру.
Область применения фрактальной графики
Цифровое искусство (Digital Art): Создание абстрактных картин, текстур, фонов для сайтов и обоев для рабочего стола.
Моделирование природных объектов: Фракталы идеально подходят для создания компьютерных моделей гор, деревьев, облаков, береговых линий, которые в природе часто обладают свойством самоподобия.
Создание текстур в CGI: В компьютерной графике и спецэффектах фрактальные алгоритмы используются для генерации сложных procedural текстур (дыма, огня, лавы, камня).
Наиболее популярными программами для работы с фрактальной графикой являются: Apophysis, Mandelbulb 3D, Ultra Fractal, XaoS и т.д.
Трёхмерная графика (3D)
Трёхмерная графика (3D) — это область компьютерной графики, посвящённая созданию и манипулированию объектами в трёхмерном пространстве, которое имеет высоту, ширину и глубину. В отличие от 2D-графики, где работа идёт с плоскостью, 3D-графика оперирует объёмными моделями, которые можно осмотреть со всех сторон.
Ключевые этапы создания 3D-графики:
Моделирование (Modeling). На этом этапе создаётся «каркас» или «геометрия» объекта — сама трёхмерная форма.
Текстурирование и материалы (Texturing & Shading). На этом этапе модель получает цвет, рельеф, свойства материала.
Освещение (Lighting). Один из самых важных этапов для создания настроения и реализма. Художник по свету расставляет виртуальные источники света (аналогичные реальным).
Рендеринг (Rendering). Финальный этап — процесс вычисления и преобразования всей 3D-сцены (модели, материалы, свет, анимация) в итоговое 2D-изображение или последовательность кадров (для видео). Это самый ресурсоёмкий этап, который может занимать от секунд до многих дней на одном кадре в зависимости от сложности.
Движки рендеринга: V-Ray, Arnold, Cycles, Redshift, Octane. У каждого свой алгоритм расчета света и материалов.
Постобработка (Compositing). Финальные штрихи. Готовый рендер импортируется в программы для композитинга (например, Adobe After Effects, Nuke), где к нему добавляются эффекты.
Наиболее популярными программами для работы с трехмерной графикой являются: Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya, Blender и т.д. А так-же игровые движки такие как Unreal Engine и Unity.
Форматы файлов трехмерной графики:
OBJ (Object File Format).
STL (Stereolithography).
PLY (Polygon File Format).
VRML (язык моделирования виртуальной реальности).
3MF (3D Manufacturing Format).
Компьютерная анимация
Компьютерная анимация — это процесс создания движущихся изображений (анимации) с помощью компьютера. Это цифровой наследник традиционной анимации, где художник рисовал каждый кадр вручную. Компьютерная анимация автоматизирует многие трудоёмкие процессы, позволяет создавать сложные эффекты и реалистичное движение.
В её основе лежит тот же принцип, что и в кино: быстрая смена последовательности статичных кадров, которая создаёт у зрителя иллюзию плавного движения благодаря инерции человеческого зрения.
Области применения компьютерной анимации
Кино и телевидение: Полнометражные мультфильмы, спецэффекты (VFX), анимированные сериалы, заставки.
Видеоигры: Анимация персонажей, окружения, cut-scenes.
Реклама и маркетинг: Рекламные ролики, промо-ролики.
Веб-дизайн: Анимированные баннеры, интерактивные элементы сайтов, микровзаимодействия в интерфейсах (UI/UX).
Образование: Обучающие ролики, симуляции процессов.
Виртуальная и дополненная реальность (VR/AR): Создание интерактивных миров.
Наиболее популярными программами для работы с анимацией являются: Adobe Animate, Adobe After Effects, Cinema 4D и т.д.