Компьютерная графика. 4

Введение

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику  подразделяют на три основных вида растровую, векторную и фрактальную.

Отдельным видом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют  такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие.

На стыке инновационных технологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики компьютерная анимация. Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения.

Заметное место в разделе компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных (Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.

Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура  и методы основаны на передовых достижениях  фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся  отраслей информатики.

1. Роль  компьютерной техники в цифровой  картографии

При чтении большого количества статей по цифровой картографии (далее ЦК) обращаешь  внимание на то, что многие авторы уделяют  огромное внимание используемому программному обеспечению и, практически оставляют  без внимания аппаратную составляющую всего процесса изготовления цифровой карты. В данной статье будет описана  техническая база ЦК и ее связь  с развитием компьютерной техники.

Как только начали появляться первые компьютеры, практически сразу их возможности  стали использовать в геодезии, к  чему имелись все предпосылки  – огромное количество легко формализируемых  вычислений, которое прежде занимало целые отделы. Конечно, первые компьютеры, которые порой занимали целые  здания и отличались относительно невысоким  быстродействием и сложными методами ввода информации (перфокарты и перфоленты) не могли, хотя бы по соображениям себестоимости, вытеснить людей – вычислителей. По-настоящему активное вторжение компьютеров  в геодезию началось позднее, когда  появились машины с магнитным  вводом информации. Дальнейшее развитие компьютеров привело к появлению 2-х ветвей – первые, это огромные монстры, способные обслуживать  целые организации в одиночку, и микрокомпьютеры, предназначенные  для одного человека (персональные компьютеры). Если оглядеться вокруг, то будет ясно, кто победил в этой эволюционной борьбе, хотя бы в области  прикладной геодезии. Поэтому далее  я буду рассказывать только о персональных компьютерах и их роли в развитии цифровой картографии.

Можно условно разбить историю компьютерной техники на 2 этапа: до появления IBM PC и после. Огромное количество персональных компьютеров различных платформ в 80-х годах прошлого века- Spectrum-совместимые, Macintosh, Commodore, Atari, советские Агат и  другие, в большинстве своем с  несовместимыми форматами хранения данных, малым быстродействием и  небольшим объемом оперативной  памяти, тем не менее, позволили автоматизировать очень большое количество геодезических  вычислений и подготовили достаточно большое количество программистов  и простых пользователей компьютеров  для победного шествия PC-совместимых  компьютеров. Основными преимуществами PC-совместимых компьютеров являлась открытая архитектура, которая позволяла  пользователям самим модернизировать  и собирать машину для собственных  нужд, а также отсутствие привязки к определенному программному обеспечению, которое в некоторых платформах доходило до того, что управление компьютером  осуществлялось через встроенный интерпретатор Basic. Все это позволило PC-совместимым  компьютерам достаточно быстро вытеснить  практически все другие платформы, за исключением Macintosh, которые нашли  свою нишу в сфере издательских и  дизайнерских систем. Все эти системы  переходного периода, в том числе  и сами PC-совместимые компьютеры, хоть и могли автоматизировать геодезические вычисления, все же не имели достаточной мощности для создания цифровой карты (под PC-совместимыми компьютерами того периода я имею в виду машины с процессорами 088 и 086, среди которых, кстати, были и советские ЕС-1840 и 1841). Первыми машинами, на которых стало возможным развивать цифровую картографию, были PC с процессором 286.  В начале 90-х годов в МИИГАиК был даже предмет «Компьютерная графика», где на этих машинах изучался AutoCAD. Конечно, в промышленных масштабах даже эти машины не могли использоваться. Пришлось подождать еще несколько лет, прежде чем все эти наработки смогли воплотиться в реальное производство. 

Стоит рассказать и о самом начале перехода картографии на цифровую основу. Цифровой картой в самом начале называлась любая карта, которую можно было отобразить на экране монитора, об исправлении  на первом этапе даже не говорилось, т.е. даже просто отсканированная карта  считалась цифровой. Позднее, с развитием  программного обеспечения и компьютеров  под цифровой картой стали понимать картографическую основу, выполненную  в векторном формате – основным отличием от растрового изображения  векторный вид может давать однозначные  координаты точек, точные площади участков, а также позволяет с легкостью  изменять изображение местности.

Конечно ЦК появилась не сразу, в единый момент, она постепенно, хотя и сравнительно быстро, врастала в уже сложившийся  процесс производства топографических  карт . Сначала ЦК была лишь средством  архивирования бумажных топографических  карт, т.е. к процессу производства обычной  бумажной топографической карты  просто прибавлялся процесс сканирования. Но простое сканирование не помогало в случае постоянного изменения  топографической информации – требовались  другие методы изменения топографической  основы и в дело пошли векторные  графические редакторы, предназначенные, первоначально, для потребностей архитектуры, строительства и машиностроения. Данные графические редакторы могли  работать на компьютерах с процессорами 286 – 486 под управлением DOS или Windows 3.xx

В данном случае процесс сканирования заменялся оцифровкой бумажной карты  с помощью дигитайзеров и, в результате, стала уже появляться карта, близкая  по форме к современным цифровым. Пожалуй самым большим минусом  процесса оцифровки с помощью  дигитайзеров являлось внесение в топографическую  основу ошибок – как операторских, так и ошибок аппаратуры, при этом применение более совершенных и  соответственно дорогих дигитайзеров лишь ненамного улучшало ситуацию. Следующим улучшением и соответственно еще одним шагом к современной  ЦК стало  появление    процессоров Pentium, а точнее, его наиболее мощных разновидностей (от 166) и операционных систем Windows 9x и особенно NT. Этим шагом  стало появление технологии оцифровки  по отсканированной карте – где  убирались ошибки дигитайзера и  также очень сильно уменьшались ошибки оператора, пожалуй, я не ошибусь, если скажу, что точность оцифровки увеличилась практически на порядок. Кроме того, данная технология позволила уменьшить, и значительно, влияние ошибок бумажной основы карты – трансформирование отсканированного изображения, которое входит в процесс, позволяло практически полностью избавиться от этой категории ошибок. Но при этом процессе достаточно большое количество рабочего времени тратилось, из за несовершенства компьютеров, на вычисления при трансформировании отсканированных изображений. Очередной метод внедрения цифровых технологий в геодезию пришел из области аэрофотосъемки. С давних пор ортофотопланы использовались при составления топографических карт и теперь, с появлением более мощных компьютеров типа Pentium II и Celeron с сильно возросшим объемом оперативной памяти, появилась возможность наносить векторную карту местности прямо по аэрофотоснимку, т.е. дешифровка местности, а также фотограмметрическое трансформирование аэрофотоснимков стало проводиться при помощи компьютеров. Нельзя сказать, что до появления этих процессоров данная технология не использовалась, это не так, но для таких работ использовались специальные станции на основе процессоров Pentium Pro с аппаратными ускорителями фотоизображений. Можно было приспособить и обычные компьютеры, но быстродействие данных станций было ниже всякой критики, к тому же сложные преобразования, типа трансформирования фотоснимка, все равно приходилось проводить на более мощных  компьютерах.

Конечно, первые фотограмметрические программы  не могли работать на таких слабых компьютерах – основой фотограмметрической  станции того времени являлись компьютеры с процессорами, основанными на RISK-технологии под управлением операционной системы UNIX. Такие станции стоили огромных денег, но позволяли проводить любые  фотограмметрические работы и даже рисовать в стерео режиме.

Одним из самых серьезных прорывов в  области фотограмметрии стало появление  отечественных программ фотограмметрической  обработки аэроснимков, в их числе  Талка. Данные программы позволили  отказаться от дорогостоящих станций  и позволили использовать для  целей фотограмметрии обычные, хотя и немного модернизированные  компьютеры. Кроме того, постоянный контакт с организациями, использующими  данное программное обеспечение, дал  возможность оперативно реагировать  на запросы пользователей и привел к появлению конкурентоспособных  продуктов даже, за счет сравнительно невысокой цены, на международном  уровне. Данные программы позволяют  использовать даже такие слабые, на сегодняшний взгляд, компьютеры, как Celeron 400 – 800 Мг.

Повсеместно внедрение в геодезии электронных  тахеометров позволило автоматизировать процесс первоначального получения  координат точек и позволило  с легкостью использовать результаты тахеометрических съемок в цифровой картографии, убрав, таким образом, еще одно звено прежней, бумажной, схемы. Дальнейшая обработка результатов тахеометрических съемок проводится уже на компьютере, который становится центром обработки всех данных.

Данная  схема может применяться как  целиком, так и по частям, при этом неизменным останется только наличие  станции цифровой картографии, которая  является центральным звеном процесса изготовления цифровой карты. Все остальные  приборы, используемые для получения  данных, можно рассматривать просто как периферийные устройства. Говоря о современной Цифровой Картографии, нельзя не упомянуть о программном  обеспечении, используемом при создании цифровой карты. При первом упоминании о программах, при помощи которых  создают цифровые карты, многие сразу  вспоминают AutoCAD, что вполне логично, так как эта программа является одной из самых распространенных в области цифровой картографии. К сожалению, ее распространенность связана скорее с удачной маркетинговой  политикой фирмы (AUTODESK), чем с ее неоспоримым превосходством над  другими конкурирующими программами. Что бы не быть голословным, приведу  один пример – не так давно, наш  заказчик, использующий AutoCAD, попросил представить результаты нашей работы в формате DWG. Это, к слову, была цифровая карта небольшого города. Мы сделали  то, о чем нас просили, но, так  как компьютеры заказчика были не самыми современными, то они даже не справились с простым открытием  данного файла, после чего нам  пришлось разрезать этот город по планшетам и снова отправить  их заказчику. Этот пример говорит о  том, что AutoCAD неоправданно завышает требования к компьютерам, на которых он установлен. При этом речь, напомню, шла о небольшом  городе, а что случится, если нам  потребуется создать карту большого города? Боюсь, что даже самые современные  компьютеры будут «тормозить» на таких объектах. У меня могут спросить, какая альтернатива может быть лучше? Наша организация очень давно  работает с графическим редактором MicroStation, который обладает всеми достоинствами AutoCAD, даже более того, может читать и редактировать файлы DWG и, кроме  того, достаточно снисходительно относится  к ресурсам компьютера, на котором  он установлен. К слову сказать, файл, содержащий цифровую карту города, о котором шла речь выше, в формате MicroStation занимал в 3 раза меньше места  на диске, хотя был полностью идентичен  ему. Мне приходилось читать обзоры программных продуктов, где упоминался MicroStation, но все доводы против него были основаны либо на поверхностном знании самого программного продукта, либо делался  упор на высокую стоимость. Да, базовая  цена MicroStation довольно высока, но ведь никто  не заставляет покупать именно ее. Существует облегченный вариант MicroStation – PowerDraft, который предоставляет все возможности  старшего программного продукта и не позволяет лишь работать в 3D файлах. Но в подавляющем большинстве  случаев никто и не работает с  трехмерными файлами. Практически  все цифровые карты являются двухмерными, а цена PowerDraft даже ниже цены AutoCAD в  базовой комплектации, при этом Вы практически ничего не теряете в плане возможностей. Многие могут спросить, почему я ограничиваюсь обзором только этих графических редакторов, хотя на рынке можно встретить много других программных продуктов, в том числе и для цифровой картографии, но эти продукты, типа MapInfo или даже нескольких русских программ, при детальном рассмотрении, на голову ниже в плане профессиональной пригодности. Можно даже выразиться яснее, они, во-первых, не обладают такими обширными возможностями для редактирования цифровой карты и создания условных знаков и, во-вторых, достаточно убоги как с позиций интерфейса, так и по возможностям пользовательского программирования для решения дополнительных задач, возникающих при создании, и, тем более использовании цифровой карты. Основным недостатком MicroStation, в отличие от AutoCAD, является практически полное отсутствие обучающей литературы на русском языке, но это преодолимое препятствие, уже несколько лет многие фирмы, в том числе и наша, ведут обучающие курсы по MicroStation и с радость могут помочь Вам  как в обучении, так и в наладке технологического процесса создания и редактирования цифровых карт.

В заключение хотелось бы дать несколько  советов по сборке современной станции  цифровой картографии. Первое, на этой станции должно быть 2 монитора, при  этом их размер должен быть от 17 до 19 дюймов. При подборе мониторов желательно обратить внимание на то, чтобы их частота  развертки была не менее 85 Гц при  разрешении 1024x768 ( желательно больше, если позволяют средства). Очень хорошо зарекомендовали модели фирм Iiyama, Nec и, в бюджетном варианте, Samsung. Второе, следует обратить внимание на видеокарту. Не следует выбирать самые дорогие  и современные модели, вам ведь не нужно играть в современные 3D игры, а с 2D изображением смогут справиться и более дешевые модели, главное, на что следует обратить внимание, так это на возможность вывода изображения на 2 монитора и разрешение, которое они могут выдать. Желательно, чтобы они могли выдавать, как  минимум, 2048x768x24 бит при частоте  развертки 85 Гц. На мой взгляд, прекрасно  справляются модели фирмы ATI с Radeon 9200 и выше, модели Nvideo от GeForce 4 MX440, неплохо  также зарекомендовала себя фирма Matrox с их видеокартами на базе процессора G450-G550. Третье, и одно из самых важных – выбор процессора и материнской  платы. Как Вы уже наверное знаете, на рынке процессоров жестко конкурируют 2 фирмы – Intel и AMD. Сразу можно  сказать, что в связке процессор + материнская плата желательны Intel + Intel или AMD + VIA. В таком сочетании  можно добиться  наибольшей надежности системы, хотя в секторе материнских  плат для процессоров AMD не все так  однозначно, как в секторе Intel. По поводу же выбора между Intel и AMD, то достоинства  процессоров AMD лежат в области  цены и быстродействия, а процессоры Intel славятся своей надежностью и  большей совместимостью с Windows. Можно  сказать, что выбор за Вами, но если Вы планируете активно использовать вашу станцию цифровой картографии, т.е. по 10 , а то и больше часов в день, то лучше взять Intel. По поводу быстродействия и модели процессора – для нормальной работы вполне хватит Pentium III от 1133 Мг с ядром Tualatin(512 Кб кэш) или Pentium IV от 1800 Мг (256 Кб кэш). Сразу могу сказать, что это минимальные требования для более-менее уверенной работы. К выбору материнской карты следует также отнестись ответственно, лучше всего выбрать Intel, т.к. надежность – важнейшее качество для  такой сложной части станции. Если же Вы не можете найти плату Intel, то постарайтесь хотя бы, что бы чипсет был Intel и фирма, разработавшая плату, была хорошо себя зарекомендовавшей. Вот небольшой список фирм, производящих неплохие материнские платы – Gigabite, Abit, MSI, ASUS. Правда в последнее время хорошо себя зарекомендовала фирма NVIDEO, которая наряду с чипсетами для видеокарт стала выпускать и материнские платы, но лично я с продукцией этой фирмы не сталкивался, поэтому рекомендовать не могу. Следующим замечанием, которое касается материнских плат, будет совет по выбору комплектации. Постарайтесь, что бы плата была без всяких встроенных устройств, типа видеокарты, сетевого контроллера и т.д., т.к. чем проще карта, тем она надежнее и проще в обслуживании. Но при этом не стоит впадать в крайности, и гоняться за бюджетными моделями материнских карт, себестоимость которых была снижена за счет уменьшения количества стабилизирующих элементов на плате. Далее, важен выбор корпуса и блока питания для станции, ведь стабильность работы материнской платы и всей станции в целом напрямую зависит от подаваемого питания. Сразу можно сказать, что стоимость корпуса должна быть не менее 40 $, а мощность блока питания не менее 300 Вт, как вариант, корпус может быть фирмы IWin , а блок питания PowerMan 300-350 Вт. Также, в бюджетном варианте, могут подойти корпуса фирмы Codegen, одной из лучших в данном секторе. По оперативной памяти, желательно иметь 512 Мб двухканальной памяти фирмы Samsung,  как одной из самых надежных. Увеличение количества оперативной памяти тоже возможно, особенно если Вы планируете работы с большим количеством  аэрофотоснимков и их печатью. Далее, у нас остались жесткие диски. Тут можно сказать, чем больше, тем лучше. Как вариант, 2-3 диска Serial ATA (желательно предусмотреть это при покупке материнской платы) по 60 Гб, это, кстати, лучше, чем один диск 120-180 Гб, ведь если он накроется, то вся информация может быть потеряна, а вариант одновременного выхода из строя нескольких дисков практически невероятен. По выбору конкретной фирмы и модели жестких дисков я могу отослать Вас к специализированным статьям, так как  это достаточно сложный вопрос, и он не входит в рамки данной статьи. При желании так же можно рассмотреть вариант станции с жесткими дисками с интерфейсом SCSI Ulrta320. Это очень дорогой вариант, но зато позволяет сильно увеличить быстродействие дисковой подсистемы.

К сожалению, в рамках данной статьи многие аспекты  цифровой картографии не получили должного освещения или вообще не были упомянуты, в том числе и периферийные устройства, но для того, чтобы полностью раскрыть эту тему, необходим целый цикл статей на разную тематику. При этом можно выделить главное – цифровые методы и оборудование настолько глубоко вошли в современную геодезию, что теперь все ее развитие неразрывно связано с развитием компьютерной техники и программного обеспечения, причем этот революционный скачек произошел практически на протяжении 10 лет. Такое стремительное развитие расширило круг выполняемых задач и сократило их сроки, таким образом, это привело к тому, что только организации, владеющие современной техникой и имеющие знающих специалистов, в их числе и наша фирма, могут выполнить практически все требования и пожелания заказчика. 

2. Основные  задачи и определение компьютерной  графики

При обработке информации, связанной с изображением на мониторе, принято выделять три основных направления: распознавание образов, обработку изображений и машинную графику.

Основная задача распознавания  образов состоит в преобразовании уже имеющегося изображения на формально  понятный язык символов. Распознавание образов или система технического зрения (COMPUTER VISION) – это совокупность методов, позволяющих получить описание изображения, поданного на вход, либо отнести заданное изображение к некоторому классу (так поступают, например, при сортировке почты). Одной из задач COMPUTER VISION является так называемая скелетизация объектов, при которой восстанавливается некая основа объекта, его «скелет».

Обработка изображений (IMAGE PROCESSING) рассматривает  задачи в которых и входные  и выходные данные являются изображениями. Например, передача изображения с устранением шумов и сжатием данных, переход от одного вида изображения к другому (от цветного к черно–белому) и т.д. Таким образом, под обработкой изображений понимают деятельность над изображениями (преобразование изображений). Задачей обработки изображений может быть как улучшение в зависимости от определенного критерия (реставрация, восстановление), так и специальное преобразование, кардинально изменяющее изображения.

При обработке изображений существует следующие группы задач:

Рисунок 1. Обработка изображений

Ограничимся работой только с цифровым изображением. Цифровые преобразования по цели преобразования можно разделить на два типа:

• реставрация изображения - компенсирование имеющегося искажения (например, плохие условия фотосъемки);
• улучшение изображения - это искажение изображения с целью улучшения визуального восприятия или для преобразования в форму, удобную для дальнейшей обработки.

Компьютерная (машинная) графика (COMPUTER GRAPHICS) воспроизводит изображение в случае, когда исходной является информация неизобразительной природы. Например, визуализация экспериментальных данных в виде графиков, гистограмм или диаграмм, вывод информации на экран компьютерных игр, синтез сцен на тренажерах.

Компьютерная графика  в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении для разнообразных изображений от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности и восприятия, передачи информации. Применяется в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д. Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени программистских коллективов, выпускающих программы массового применения.

Конечным продуктом компьютерной графики является изображение. Это  изображение может использоваться в различных сферах, например, оно  может быть техническим чертежом, иллюстрацией с изображением детали в руководстве по эксплуатации, простой диаграммой, архитектурным видом предполагаемой конструкции или проектным заданием, рекламной иллюстрацией или кадром из мультфильма.

Компьютерная графика – это  наука, предметом изучения которой  является создание, хранение и обработка моделей и их изображений с помощью ЭВМ, т.е. это раздел информатики, который занимается проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

В компьютерной графике рассматриваются  следующие задачи:

• представление изображения в компьютерной графике;
• подготовка изображения к визуализации;
• создание изображения;
• осуществление действий с изображением.

Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов  подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической  информации с помощью компьютера. Под графической информацией понимаются модели объектов и их изображения.

В случае, если пользователь может  управлять характеристиками объектов, то говорят об интерактивной компьютерной графике, т.е. способность компьютерной системы создавать графику и вести диалог с человеком. В настоящее время почти любую программу можно считать системой интерактивной компьютерной графики.

Интерактивная компьютерная графика  – это так же использование  компьютеров для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь имеет возможность оперативно вносить изменения в изображение непосредственно в процессе его воспроизведения, т.е. предполагается возможность работы с графикой в режиме диалога в реальном масштабе времени.

Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность  динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления.

Исторически первыми интерактивными системами считаются системы  автоматизированного проектирования (САПР), которые появились в 60-х годах. Они представляют собой значительный этап в эволюции компьютеров и программного обеспечения. В системе интерактивной компьютерной графики пользователь воспринимает на дисплее изображение, представляющее некоторый сложный объект, и может вносить изменения в описание (модель) объекта. Такими изменениями могут быть как ввод и редактирование отдельных элементов, так и задание числовых значений для любых параметров, а также иные операции по вводу информации на основе восприятия изображений.

Сейчас становятся все  более популярными геоинформационные  системы (ГИС). Такие системы используют последние достижения технологий баз данных, в них заложены многие методы и алгоритмы математики, физики, геодезии, топологии, картографии, навигации и, конечно же, компьютерной графики.

Работа с компьютерной графикой – одно из самых популярных направлений использования персонального  компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агентствам, но часто обходятся собственными силами и доступными программными средствами.

Типичными для любой ГИС  являются такие операции – ввод и редактирование объектов с учетом их расположения на поверхности Земли, формирование разнообразных цифровых моделей, запись в базы данных, выполнение разнообразных запросов к базам данных. Важной операцией является анализ с учетом пространственных, топологических отношений множества объектов, расположенных на некоторой территории.

Компьютерная графика  насчитывает в своем развитии не более десятка лет, а ее коммерческим приложениям – и того меньше. Андриес ван Дам считается  одним из отцов компьютерной графики, а его книги – фундаментальными учебниками по всему спектру технологий, положенных в основу машинной графики. Также в этой области известен Айвэн Сазерленд, чья докторская диссертация явилась теоретической основой машинной графики.

До недавнего времени  экспериментирование по использованию  возможностей интерактивной машинной графики было привилегией лишь небольшому количеству специалистов, в основном ученые и инженеры, занимающиеся вопросами автоматизации проектирования, анализа данных и математического моделирования. Теперь же исследование реальных и воображаемых миров через «призму» компьютеров стало доступно гораздо более широкому кругу людей.

Такое изменение ситуации обусловлено несколькими причинами. Прежде всего, в результате резкого  улучшения соотношения стоимость / производительность для некоторых компонент аппаратуры компьютеров. Кроме того, стандартное программное обеспечение высокого уровня для графики стало широкодоступным, что упрощает написание новых прикладных программ, переносимых с компьютеров одного типа на другие.

Следующая причина обусловлена  влиянием, которое дисплеи оказывают  на качество интерфейса – средства общения между человеком и  машиной, – обеспечивая максимальные удобства для пользователя. Новые, удобные для пользователя системы построены в основном на подходе WYSIWYG (аббревиатура от английского выражения «What you see is what you get» – «Что видите, то и имеете»), в соответствии с которым изображение на экране должно быть как можно более похожим на то, которое в результате печатается.

Большинство традиционных приложений машинной графики являются двумерными. В последнее время отмечается возрастающий коммерческий интерес к трехмерным приложениям. Он вызван значительным прогрессом в решении двух взаимосвязанных проблем: моделирования трехмерных сцен и построения как можно более реалистичного изображения. Например, в имитаторах полета особое значение придается времени реакции на команды, вводимые пилотом и инструктором. Чтобы создавалась иллюзия плавного движения, имитатор должен порождать чрезвычайно реалистичную картину динамически изменяющегося «мира» с частотой как минимум 30 кадров в секунду. В противоположность этому изображения, применяемые в рекламе и индустрии развлечений, вычисляют автономно, нередко в течение часов, с целью достичь максимального реализма или произвести сильное впечатление.

Развитие компьютерной графики, особенно на ее начальных этапах, в  первую очередь связано с развитием технических средств и в особенности дисплеев:

• произвольное сканирование луча;
• растровое сканирование луча;
• запоминающие трубки;
• плазменная панель;
• жидкокристаллические индикаторы;
• электролюминисцентные индикаторы;
• дисплеи с эмиссией полем.

Произвольное сканирование луча. Дисплейная графика появилась, как попытка использовать электроннолучевые трубки (ЭЛТ) с произвольным сканированием луча для вывода изображения из ЭВМ. Как пишет Ньюмен "по–видимому, первой машиной, где ЭЛТ использовалась в качестве устройства вывода была ЭВМ Whirlwind–I (Ураган–I), изготовленная в 1950г. в Массачусетском технологическом институте. С этого эксперимента начался этап развития векторных дисплеев (дисплеев с произвольным сканированием луча, каллиграфических дисплеев). На профессиональном жаргоне вектором называется отрезок прямой. Отсюда и происходит название «векторный дисплей».

При перемещении луча по экрану в точке, на которую попал  луч, возбуждается свечение люминофора экрана. Это свечение достаточно быстро прекращается при перемещении луча в другую позицию (обычное время послесвечения – менее 0.1 с). Поэтому, для того чтобы изображение было постоянно видимым, приходится его перевыдавать (регенерировать изображение) 50 или 25 раз в секунду. Необходимость перевыдачи изображения требует сохранения его описания в специально выделенной памяти, называемой памятью регенерации. Само описание изображения называется дисплейным файлом. Понятно, что такой дисплей требует достаточно быстрого процессора для обработки дисплейного файла и управления перемещением луча по экрану.

Обычно серийные векторные  дисплеи успевали 50 раз в секунду  строить только около 3000–4000 отрезков. При большем числе отрезков изображение  начинает мерцать, так как отрезки, построенные в начале очередного цикла, полностью погасают к тому моменту, когда будут строиться последние.

Другим недостатком векторных  дисплеев является малое число градаций по яркости (обычно 2–4). Были разработаны, но не нашли широкого применения двух–трехцветные ЭЛТ, также обеспечивавшие несколько  градаций яркости.

В векторных дисплеях легко  стереть любой элемент изображения  – достаточно при очередном цикле построения удалить стираемый элемент из дисплейного файла.

Текстовый диалог поддерживается с помощью алфавитно–цифровой клавиатуры. Косвенный графический диалог, как и во всех остальных дисплеях, осуществляется перемещением перекрестия (курсора) по экрану с помощью тех или иных средств управления перекрестием – координатных колес, управляющего рычага (джойстика), трекбола (шаровой рукоятки), планшета и т.д. Отличительной чертой векторных дисплеев является возможность непосредственного графического диалога, заключающаяся в простом указании с помощью светового пера объектов на экране (линий, символов и т.д.). Для этого достаточно с помощью фотодиода определить момент прорисовки и, следовательно, начала свечения люминофора) любой части требуемого элемента. Первые серийные векторные дисплеи за рубежом появились в конце 60–х годов.

Растровое сканирование луча. Прогресс в технологии микроэлектроники привел к тому, с середины 70–х годов подавляющее распространение получили дисплеи с растровым сканированием луча.

Запоминающие трубки. В конце 60–х годов появилась запоминающая ЭЛТ, которая способна достаточно длительное время (до часа) прямо на экране хранить построенное изображение. Следовательно, не обязательна память регенерации и не нужен быстрый процессор для выполнения регенерации изображения. Стирание на таком дисплее возможно только для всей картинки в целом. Сложность изображения практически не ограничена. Разрешение, достигнутое на дисплеях на запоминающей трубке, такое же, как и на векторных или выше – до 4096 точек.