گرافیک رایانه‌ای Computer graphics

Computer graphics (CG) is a sub-field of computer science which studies methods for digitally synthesizing and manipulating visual content. Although the term often refers to the study of three-dimensional computer graphics, it also encompasses two-dimensional graphics and image processing

CG سی جی که مخفف گرافیک رایانه‌ای یا گرافیک کامپیوتری Computer graphics است یکی از کهن ترین شاخه‌های علوم رایانه است که به ترسیم، تغییر، و کار بر روی نگاره ها به روش های محاسباتی و رایانه‌ ای اقدام می‌نماید. گرافیک رایانه‌ ای یکی از جذاب ترین و بزرگ ترین کاربردهای رایانه‌ هاست. 

بازیهای رایانه‌ ای، برنامه‌ های ساخت پویانمایی دوبعدی و سه‌ بعدی، شبیه‌ سازی های محاسباتی،طراحی صنعتی،معماری،گرافیک وب  و پردازش نگاره را می‌شود به‌عنوان چند نمونه نام برد.

تاریخچه

ویلیام فتر لفظ گرافیک کامپیوتری را در سال ۱۹۶۰ اختراع کرد تا بتواند کارش را در بووئینگ توصیف کند.

یکی  از اولین پویانمایی های رایانه ای،انیمیشن دنیای آینده بود، که حاوی یک پویانمایی از صورت و دست انسان بود  توسط اِد کاتمال و فرد پارک در دانشگاه یوتاه تولید شد.

نرم‌افزارهای گرافیکی Computer graphics

نرم‌افزارهای مورد استفاده در کارهای گرافیکی را می‌توان بر اساس گرافیک رایانه یا سی جی CG به دو گروه بزرگ تقسیم کرد :

1. نرم‌افزارهای Raster یا نقشه بیتی که بر اساس پلت های رنگ Pixel ها و نقاط کار میکنند همانند Photoshop و یا Corel Photo paint
2. نرم‌افزارهای وکتورVector یا برداری که معمولاً برای ایجاد تصاویر گرافیکی از فرمولهای ریاضی و معادلات دیفرانسیل بهره میبرند. همانند Corel Draw و یا Adobe Illustrator

ساختار هر دوی این نرم‌ افزارها کاملاً با هم متفاوت است. هر چند سخت افزارهای رسترRaster را جزو تولید کننگان تصاویر گرافیکی می نامند ولی در واقع گرافیک رستر Raster یا بیت مپ Bitmap ماهیت ویرایشی دارند تا تولیدی و نقطه قوت آنها در ویرایش و فیلتر گذاری بر روی تصاویر است تا خلق یک موضوع گرافیکی 

گرافیک دوبعدی

در این گرافیک، اشکال و اشیاء همه بر روی یک صفحه ترسیم و ارائه می‌شوند. این نوع گرافیک به خاطر پردازش سبک خیلی به قدرت کارت گرافیک نیاز ندارد و فقط  cpu را اشغال می‌کند . برای کار با گرافیک دو بعدی نرم‌افزارهایی ساخته شده مانند فتو شاپ که یکی از معروف ترین و محبوب ترین آنهاست و در نسخه های جدید قابلیتهای گرافیک سه بعدی هم به آن افزوده شده است – فتوایمپکت – کورل دراوکه در نوع خود بی نظیر است- کورل پینتر و … که فقط روی گرافیک دو بعدی کار می‌کنند و نرم‌افزارهایی ساخته شده مثل ماکرو مدیا فلش که چند رسانه‌ ای هستند گرافیک دو بعدی بیشتر در وب سایت‌ها و نرم‌افزارهای معمولی به کار می‌رود.

گرافیک سه‌ بعدی

گرافیک سه‌بعدی رایانه ای  از اطلاعات سه بعدی دادهٔ هندسی که در رایانه ذخیره شده به منظور انجام محاسبات و پرداخت کردن تصاویر ۲ بعدی استفاده می‌کنند. علی رغم این اختلافات، گرافیک ۳ بعدی کامپیوتری وابسته به بسیاری از الگوریتم‌های گرافیک برداری دو بعدی کامپیوتری در مدل قاب سیمی  و هم چنین گرافیک رستری  دو بعدی کامپیوتری در نمایش پرداخت شده نهایی است. در نرم‌افزارهای گرافیک کامپیوتری تفاوت بین دو بعدی و سه بعدی خیلی کمرنگ شده‌ است.

در نسخه های جدید فتوشاپ حتی می توان گفت که بی رنگ شده است.گرافیک‌های ۲ بعدی ممکن است از روش‌های ۳ بعدی برای رسیدن به جلوه‌هایی مانند نورپردازی استفاده کنند و ۳ بعدی‌ها ممکن است از تکنیک‌های پرداخت کردن (رندر) ۲ بعدی استفاده کند. غالباً، گرافیک‌های ۳ بعدی کامپیوتری به مدل‌های ۳ بعدیاشاره دارند. صرف نظر از گرافیک پرداخت شده، مدل در داخل فایل گرافیکی نگه داری می‌شود. تفاوت‌هایی بین مدل سه بعدی و گرافیک سه بعدی وجود دارد.

یک مدل سه بعدی یک نماینده ریاضی از هر جسم سه بعدی است (چه متحرک، چه ثابت). یک مدل تا زمانی که در معرض دید قرار نگیرد یک گرافیک به حساب نمی‌آید و خام و ناقص است. از وقتی که نخستین چاپگر سه بعدی اختراع شد، مدل‌های ۳ بعدی دیگر به محیط مجازی محدود نیستند. یک مدل می‌تواند طی فرایندی به نام رندر یا پرداخت ۳ بعدی، به صورت یک تصویر ۲ بعدی به نمایش در آید، یا اینکه در شبیه سازی‌های کامپیوتری غیر گرافیکی و محاسبات غیر گرافیکی استفاده شود.

گرافیک رایانه ای سه بعدی در برنامه‌های کامپیوتری جدید کاربرد بسیاری دارد. استفاده ای که برنامه‌ ها از گرافیک سه بعدی می‌ کنند از بازیهای تعاملی سه بعدی تا شبیه سازی و پزشکی و مصارف شغلی از زمین تا ایستگاه  بین المللی فضایی  متفاوت است. محصولات پر کیفیت سه بعدی راه خودشان را به سمت فیلمها و صنعت و آموزش به خوبی پیدا کرده‌اند و هر روز شاهد پیشرفت این ابزارها هستیم.

Real-time 3D  در Computer graphics

  گرافیک‌های سه بعدی بی‌درنگ یا بلادرنگ یا ریئل تایم Real-time متحرک هستند و با کاربر فعل و انفعال دارند. یکی از اولین استفاده‌ها از گرافیک بی‌درنگ سه بعدی شبیه سازی پرواز در امور نظامی و شبیه سازی سفینه های فضایی بود.هر چند امروزه شبیه سازهای پرواز به سرگرمی مشهوری برای مشتاقان خانگی تبدیل شده‌اند.

برنامه‌ها برای گرافیک سه بعدی بر روی کامپیوترها تقریباً بیشمار هستند. شاید عمومی‌ترین استفاده از گرافیک کامپیوتری سه بعدی بازی های رایانه‌ ای باشند. امروزه به سختی می‌توان کامپیوتری را یافت که نیاز به یک کارت گرافیک سه بعدی نداشته باشد. سه بعدی همیشه برای تجسمات علمی و برنامه‌های مهندسی معروف بوده‌است. رابط‌های گرافیکی نرم‌افزاری هم از سخت‌افزار سه بعدی استفاده فراوان می‌برند. برای مثال نسخه کنونی سیستم‌عامل مکینتاش یعنی Mac OS X برای رندر کردن تمام پنجره‌ها و کنترل‌ها و جلوه‌های تصویری از OpenGL استفاده می‌کند. 

گرافیک سه بعدی غیر همزمان Non-Real-Time 

برای برنامه‌هایی که از گرافیک سه بعدی بی‌درنگ استفاده می‌ کنند قانونی وجود دارد. با دادن فرصت بیشتری برای پردازش تصاویر شما می‌توانید گرافیک‌های سه بعدی با کیفیت بالاتری ایجاد نمایید. بطور مثال بعضی از نرم‌ افزارهای مدل سازی از گرافیک سه‌ بعدی بی‌ درنگ برای تقابل با هنرمند برای خلق محتوای مورد نظرش استفاده می‌کنند. سپس نگاره ها به برنامه دیگری فرستاده می‌شوند (ray tracer) که تصاویر را رندر می‌کنند.

رندر کردن یک فریم تنها برای انیمیشنی مانند منجمد Frozen به ساعتها زمان بر روی یک کامپیوتر سریع نیاز دارد. این پروسه رندر و ذخیره سازی صدها فریم یک انیمیشن را می‌سازد که بطور رشته متوالی قابل پخش مجدد می‌باشد. اگرچه پخش تصاویر انیمیشن ممکن است یک عمل بی‌درنگ به نظر برسد اما اینطور نیست. چون آن اینتراکتیو نیست در نتیجه آن بی‌ درنگ نیست بلکه بیشتر یک سری نگاره از پیش پرداخت  شده می‌باشد.

مدل سازی

مدل فرایند تشکیل شکل یک جسم را توصیف می‌ کند. دو مورد از رایج‌ ترین منابع مدل‌های سه بعدی مدل‌هایی هستند کهتوسط مهندس یا هنرمند با استفاده از نوعی ابزار مدل سازی ۳ بعدی روی کامپیوتر تولید می‌شوند و با استفاده از اجسام واقعی به داخل کامپیوتر پویش می‌شوند. مدل‌ها هم چنین می‌توانند رویه‌ای یا با شبیه سازی فیزیکی تولید شوند.

چیدمان و حرکت

قبل از این که اجسام پرداخته شوند، باید داخل یک صحنه قرار داده شوند(چیدمان داده شوند). این همان چیزی هست که رابطه فضایی بین اجسام را در یک صحنه که شامل مکان و اندازه می‌شود تعیین می‌کند. حرکت(انیمیشن)، توضیح موقتی از جسم ارائه می‌دهد؛ مانند اینکه جسم چگونه حرکت می‌کند و چگونه با گذشت زمان تغییر شکل می‌دهد. روش‌های مشهور دراین زمینه قاب کلیدی^[۸]، حرکت‌شناسی معکوس، و ضبط حرکتمی‌باشد، اما بسیاری از این تکنیک‌ها همراه همدیگر استفاده می‌شوند. همانند مدل سازی، شبیه سازی فیزیکی نیز یکی دیگر از روش‌های نمایش حرکت است.

Render پرداخت کردن