Computergrafik: Erkundung der Schnittstelle zwischen Computergrafik und Computer Vision

Von Fouad Sabry

Was ist Computergrafik

Computergrafik befasst sich mit der Erzeugung von Bildern und Kunst mithilfe von Computern. Heutzutage ist Computergrafik eine Kerntechnologie in der digitalen Fotografie, im Film, in Videospielen, in der digitalen Kunst, in Mobiltelefon- und Computerdisplays sowie in vielen Spezialanwendungen. Es wurde viel spezielle Hardware und Software entwickelt, wobei die Displays der meisten Geräte durch Computergrafikhardware gesteuert werden. Es handelt sich um ein umfangreiches und neu entwickeltes Gebiet der Informatik. Der Begriff wurde 1960 von den Computergrafikforschern Verne Hudson und William Fetter von Boeing geprägt. Es wird oft als CG abgekürzt oder im Filmkontext typischerweise als computergenerierte Bilder (CGI). Die nicht-künstlerischen Aspekte der Computergrafik sind Gegenstand der Informatikforschung.

Wie Sie davon profitieren

(I) Einblicke und Validierungen darüber Folgende Themen:

Kapitel 1: Computergrafik

Kapitel 2: Rendering (Computergrafik)

Kapitel 3: Rastergrafik

Kapitel 4: Vektorgrafiken

Kapitel 5: Scanline-Rendering

Kapitel 6: Rasterisierung

Kapitel 7: Texture Mapping

Kapitel 8: Framebuffer

Kapitel 9: Wissenschaftliche Visualisierung

Kapitel 10: Volumenrendering

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zur Computergrafik.

(III) Beispiele aus der Praxis für den Einsatz von Computergrafiken in vielen Bereichen.

Für wen sich dieses Buch eignet

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten , Hobbyisten und diejenigen, die über grundlegende Kenntnisse oder Informationen für jede Art von Computergrafik hinausgehen möchten.

 

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 4. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Fraktal-generierende Software

Jede Art von Grafikprogramm kann als fraktalgenerierende Software betrachtet werden, solange es Bilder von Fraktalen erzeugen kann. Es gibt viele Anwendungen, die Fraktale generieren können, und einige von ihnen sind kostenlos, während andere Geld kosten. Es gibt Anwendungen für mobile Geräte, die es Benutzern ermöglichen, mit Fraktalen zu spielen oder mit ihnen zu experimentieren. Einige Programmierer bauen fraktale Software für sich selbst, weil das Konzept einzigartig ist und weil es schwierig ist, die damit verbundene Mathematik zu verstehen. Die Bildung von Fraktalen hat zu einigen äußerst bedeutenden Herausforderungen für das Gebiet der reinen Mathematik geführt.

Software, die Fraktale erzeugt, kann mathematisch schöne Bilder erzeugen, indem sie Visualisierung verwendet. Auf einem modernen Computer kann die Erstellung eines einzelnen hochauflösenden Fraktalbildes zwischen einigen Sekunden und mehreren Minuten dauern. Es ist möglich, Bilder für die Verwendung in der Simulation (Modellierung) sowie zufällige Fraktale für künstlerische Zwecke zu erzeugen. Die Herstellung von Fraktalen für die Modellierung ist ein wesentlicher Bestandteil des Realismus in der Computergrafik.

Die Musikvisualisierungssoftware, die Bildschirmschoner-Software und die Hintergrundbildgeneratoren sind alle in der Lage, Fraktale zu erstellen. Diese Software bietet dem Benutzer eine engere Auswahl an verfügbaren Konfigurationen und Funktionen und stützt sich oft auf eine Reihe vorprogrammierter Variablen. Fraktale werden oft in der Demoszene eingesetzt, weil sie komplexe Grafiken mit einfachen Formeln erzeugen können.

Im Jahr 1883 schuf der deutsche Mathematiker Georg Cantor die Cantor-Menge, indem er Fraktale manuell über den Berechnungsprozess ohne den Einsatz eines Computers erzeugte. Dies geschah, um die Cantor-Menge zu erzeugen. Mathematiker haben die Existenz einer großen Anzahl von Fraktalen im Laufe der folgenden Jahre vermutet. Einige wurden bereits vor der Benennung von Fraktalen im Jahr 1975 ins Auge gefasst, wie z. B. der Pythagoras-Baum, der 1942 von dem niederländischen Mathematiklehrer Albert E. Bosman entwickelt wurde.

Benoit Mandelbrots Suche nach einer verallgemeinerten Funktion für eine Gruppe von Formen, die als Julia-Mengen bekannt sind, war der Anstoß für die Entwicklung des ersten Softwareprogramms, das speziell für die Erzeugung von Fraktalen entwickelt wurde. 1979 war das Jahr, in dem Mandelbrot die Entdeckung machte, dass ein Bild der komplexen Ebene durch den Prozess der Iteration entstehen konnte. Zusammen mit anderen Programmierern, die bei IBM arbeiteten, schuf er die ersten Beispiele für primitive fraktale Drucke. Dietmar Saupe, Heinz-Otto Peitgen und Clifford A. Pickover sind nur einige der einflussreichsten Autoren dieser Disziplin.

Es gibt zwei Hauptansätze, die bei der Herstellung von zweidimensionalen Fraktalen verwendet werden. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, die generative Rekursion zu verwenden, um einen iterativen Ansatz auf grundlegende Gleichungen anzuwenden. Es ist möglich, dass Fotografien Farbstreifen aufweisen, die auf der verwendeten Färbetechnik basieren, die zusätzlich zur Farbverlaufsdichte verwendet wurde.

Die Koch-Kurve ist ein Beispiel für ein geometrisches, selbstähnliches oder deterministisches Fraktal, das von bestimmten Computersystemen erzeugt werden kann. Diese Programme beginnen mit einem Initiator und setzen dann einen Generator ein, der dann in einem bestimmten Muster wiederholt wird. Diese einfachen Fraktale leiten sich von einer Methode ab, die erstmals im Jahr 1904 von Koch vorgestellt wurde. Wenn Konturadvektion verwendet wird, um chaotische Vermischung zu untersuchen, erscheinen Fraktale als Turbulenz in den Simulationen der Strömungsmodellierung. Diese Simulationen erzeugen Fraktale. 1993 war das Jahr, in dem die Buddhabrot-Technik zum ersten Mal vorgestellt wurde. Es ist möglich, dass Computerprogramme Landschaften konstruieren, indem sie fraktale Höhenkarten verwenden. Im Folgenden sind einige der Möglichkeiten aufgeführt, wie Fraktale auf Computern erstellt wurden: Die Ausdrücke Menger-Schwamm, Hyperkomplexe Mannigfaltigkeit, Brownscher Baum, Brownsche Bewegung, Zerlegung, L-Systeme, Ljapunow-Fraktale, Newton-Fraktale, Pickover-Stängel und Seltsame Attraktoren beziehen sich alle auf verschiedene Arten von Fraktalen.

Softwareprogramme, die Fraktale erzeugen, enthalten oft eine Vielzahl von zusätzlichen Funktionen. Daher besteht das Potenzial für eine vergleichbare Variation der Bilder, die erstellt werden. Die meisten von ihnen enthalten eine Art Algorithmusauswahl, einen interaktiven Bildzoom, die Möglichkeit, Dateien im JPEG-, TIFF- oder PNG-Format zu speichern, sowie die Möglichkeit, Parameterdateien zu speichern. Diese Funktionen machen es dem Benutzer leicht, zu zuvor erstellten Bildern zurückzukehren, um sie zu einem späteren Zeitpunkt zu ändern oder zu untersuchen. Benutzer derselben Anwendung haben die Möglichkeit, miteinander über die Formel, Parameter, Variablen und Farbtechniken für fraktale Bilder zu kommunizieren. Es gibt kein fraktales Dateiformat, das allgemein als Standard akzeptiert wird.

Eine maximale Iterationseinstellung ist eine der Eigenschaften, die in der überwiegenden Mehrheit der fraktalen Escape-Zeit-Algorithmen oder algebraischen Fraktale zu finden sind. Wenn das Bild vergrößert wird, muss die Anzahl der Iterationen erhöht werden, um den Verlust feiner Details im Bild zu verhindern. Wenn die Verarbeitungskapazität eines Geräts begrenzt ist, ist es wichtig, die maximale Anzahl von Iterationen zu begrenzen. Zahlreiche Farboptionen, einschließlich einer zufälligen Farbauswahlfunktion. Da bestimmte Farbverläufe stark variierende Größenordnungen ausgeben, ist es typisch, dass es Optionen für die Farbdichte gibt. Dies liegt daran, dass dies zu starken, wiederholten Streifen oder großen Flecken der gleichen Farbe führen kann. Layering und Alpha-Compositing sind Funktionen, die auch in anderen Grafikanwendungen zu finden sind, und sie wurden zu Ihrer Bequemlichkeit in dieses Grafikprogramm integriert, so dass Sie problemlos Nachbearbeitungseffekte anwenden können. Es ist möglich, sowohl 2D- als auch 3D-Rendering-Effekte einzubeziehen, wie z. B. den Plasmaeffekt und die Beleuchtung. Der Benutzer hat auch die Möglichkeit, die Farbwiedergabe zu wählen, sowie die Möglichkeit, Filter anzuwenden und andere Formen der Bildbearbeitung mit vielen der verfügbaren Pakete durchzuführen. Dies gibt dem Benutzer ein höheres Maß an Kontrolle über die generierten Fraktale. Es gibt fraktale Software-Tools, die es dem Benutzer ermöglichen, Filme zu erstellen, indem er eine Reihe von fraktalen Standbildern aneinanderreiht. Andere zeigen die aktuelle Renderzeit an und enthalten Farbzyklen und Werkzeuge zum Erstellen von Farbpaletten in der einen oder anderen Form.

Grafikprogramme, die als Standard gelten, wie z. B. GIMP, stellen Filter oder Plug-ins zur Verfügung, die für die Entwicklung von Fraktalen verwendet werden können. In Blender ist ein fraktaler (oder zufälliger) Modifikator verfügbar. Es gibt eine Reihe von eigenständigen Werkzeugen zur Fraktalgenerierung, die in Kombination mit anderen Grafikprogrammen (wie Photoshop) verwendet werden können, um Visualisierungen mit einem höheren Komplexitätsgrad zu erzeugen. POV-Ray ist eine Raytracing-Anwendung, die Fraktale erstellen kann. Dies geschieht durch die Erstellung von Bildern aus einer textbasierten Szenenbeschreibung. Es ist möglich, Skripte sowohl in 3ds Max als auch in Autodesk Maya zu verwenden. Im Internet frei zugänglich