Grafica pe computer (1)

Termenul „grafică pe computer” se referă la orice lucru implicat în crearea sau manipularea imaginilor pe computer, inclusiv imaginile animate. Este un domeniu foarte larg, și unul în care schimbările și progresele par să vină într-un ritm amețitor.

O imagine care este prezentată pe ecranul computerului este formată din pixeli. Ecranul este format dintr-o grilă dreptunghiulară de pixeli, aranjați în rânduri și coloane. Pixelii sunt suficient de mici încât să nu fie ușor de văzut individual. De fapt, pentru multe afișaje de foarte înaltă rezoluție, acestea devin practic invizibile. La un moment dat, fiecare pixel poate arăta o singură culoare. Majoritatea ecranelor din zilele noastre folosesc culoare pe 24 de biți, unde o culoare poate fi specificată prin trei numere de 8 biți, dând nivelurile de roșu, verde și albastru în culoare. Orice culoare care poate fi afișată pe ecran este alcătuită dintr-o combinație a acestor trei culori „primare”. Sunt posibile alte formate, cum ar fi tonuri de gri, unde fiecare pixel este o nuanță de gri, iar culoarea pixelului este dată de un număr care specifică nivelul de gri pe o scară de la negru la alb. De obicei, sunt folosite 256 de nuanțe de gri. Ecranele de calculator timpurii foloseau culori indexate, unde putea fi afișat doar un set mic de culori, de obicei 16 sau 256. Pentru un afișaj color indexat, există o listă numerotată de culori posibile, iar culoarea unui pixel este specificată printr-un număr întreg care dă poziția culorii în listă.

În orice caz, valorile de culoare pentru toți pixelii de pe ecran sunt stocate într-un bloc mare de memorie cunoscut sub numele de frame buffer. Modificarea imaginii de pe ecran necesită modificarea valorilor de culoare care sunt stocate în memoria tampon. Ecranul este redesenat de mai multe ori pe secundă, astfel încât aproape imediat după ce valorile culorilor sunt modificate în memoria tampon, culorile pixelilor de pe ecran vor fi modificate pentru a se potrivi, iar imaginea afișată se va schimba.

Un ecran de computer utilizat în acest mod este modelul de bază al graficii raster. Termenul „raster” se referă, din punct de vedere tehnic, la mecanismul utilizat pe monitoarele de computer cu tub vidat mai vechi: un fascicul de electroni s-ar mișca de-a lungul rândurilor de pixeli, făcându-i să strălucească. Fasciculul era mutat pe ecran de magneți puternici care ar devia calea electronilor. Cu cât fasciculul este mai puternic, cu atât strălucirea pixelului este mai strălucitoare, astfel încât luminozitatea pixelilor ar putea fi controlată prin modularea intensității fasciculului de electroni. Valorile de culoare stocate în memoria tampon au fost utilizate pentru a determina intensitatea fasciculului de electroni. (Pentru un ecran color, fiecare pixel avea un punct roșu, un punct verde și un punct albastru, care erau iluminate separat de fascicul.)

Un monitor modern de computer cu ecran plat nu este un raster în același sens. Nu există un fascicul de electroni în mișcare. Mecanismul care controlează culorile pixelilor este diferit pentru diferite tipuri de ecran. Dar ecranul este încă format din pixeli, iar valorile de culoare pentru toți pixelii sunt încă stocate într-un cadru tampon. Ideea unei imagini constând dintr-o grilă de pixeli, cu valori numerice de culoare pentru fiecare pixel, definește grafica raster.

Deși imaginile de pe ecranul computerului sunt reprezentate folosind pixeli, specificarea culorilor pixelilor individuale nu este întotdeauna cea mai bună modalitate de a crea o imagine. O altă modalitate este de a specifica obiectele geometrice de bază pe care le conține, forme precum linii, cercuri, triunghiuri și dreptunghiuri. Aceasta este ideea care definește grafica vectorială: Reprezentați o imagine ca o listă a formelor geometrice pe care le conține. Pentru a face lucrurile mai interesante, formele pot avea atribute, cum ar fi grosimea unei linii sau culoarea care umple un dreptunghi. Desigur, nu orice imagine poate fi compusă din forme geometrice simple. Această abordare cu siguranță nu ar funcționa pentru o imagine a unui apus de soare frumos (sau pentru majoritatea oricărei alte imagini fotografice). Cu toate acestea, funcționează bine pentru multe tipuri de imagini, cum ar fi planurile arhitecturale și ilustrațiile științifice.

De fapt, la începutul istoriei calculatoarelor, grafica vectorială a fost chiar folosită direct pe ecranele computerelor. Când au fost dezvoltate primele afișaje grafice de computer, afișajele raster erau prea lente și prea costisitoare pentru a fi practice. Din fericire, a fost posibil să se folosească tehnologia tubului vidat într-un alt mod: fasciculul de electroni putea fi făcut să tragă direct o linie pe ecran, pur și simplu măturand fasciculul de-a lungul acelei linii. Un afișaj cu grafică vectorială ar stoca o listă de afișare de linii care ar trebui să apară pe ecran. Deoarece un punct de pe ecran ar străluci doar foarte scurt după ce a fost iluminat de fasciculul de electroni, afișajul grafic ar trece prin lista de afișare de nenumărate ori, redesenând continuu toate liniile de pe listă. Pentru a schimba imaginea, ar fi necesar doar să schimbați conținutul listei de afișare. Desigur, dacă lista de afișare devine prea lungă, imaginea ar începe să pâlpâie, deoarece o linie ar avea șansa să se estompeze vizibil înainte de următoarea ei turnare pentru a fi redesenată.

Dar iată ideea: pentru o imagine care poate fi specificată ca un număr relativ mic de forme geometrice, cantitatea de informații necesară pentru a reprezenta imaginea este mult mai mică folosind o reprezentare vectorială decât folosind o reprezentare raster. Luați în considerare o imagine formată din o mie de segmente de linie. Pentru o reprezentare vectorială a imaginii, trebuie doar să stocați coordonatele a două mii de puncte, punctele finale ale liniilor. Acest lucru ar ocupa doar câțiva kiloocteți de memorie. Pentru a stoca imaginea într-un cadru tampon pentru un afișaj raster ar necesita mult mai multă memorie. În mod similar, un afișaj vectorial ar putea desena liniile pe ecran mai repede decât un afișaj raster ar putea copia aceeași imagine din buffer-ul de cadru pe ecran. (De îndată ce afișajele raster au devenit rapide și ieftine, totuși, au înlocuit rapid afișajele vectoriale datorită capacității lor de a afișa toate tipurile de imagini în mod rezonabil.)

Diviziunea dintre grafica raster și grafica vectorială persistă în mai multe domenii ale graficii pe computer. De exemplu, se poate observa într-o împărțire între două categorii de programe care pot fi folosite pentru a crea imagini: programe de pictură și programe de desenare. Într-un program de pictură, imaginea este reprezentată ca o grilă de pixeli, iar utilizatorul creează o imagine prin alocarea de culori pixelilor. Acest lucru se poate face folosind un „instrument de desen” care acționează ca pensula unui pictor sau chiar cu instrumente care desenează forme geometrice, cum ar fi linii sau dreptunghiuri. Dar scopul într-un program de pictură este de a colora pixelii individuali și doar culorile pixelilor sunt salvate. Pentru a face acest lucru mai clar, să presupunem că utilizați un program de pictură pentru a desena o casă, apoi desenați un copac în fața casei. Dacă apoi ștergeți copacul, veți dezvălui doar un fundal gol, nu o casă. De fapt, imaginea nu a conținut niciodată o „casă” – doar pixeli colorați individual pe care spectatorul i-ar putea percepe ca alcătuind o imagine a unei case.

Sursa: David J. Eck, Introduction to Computer Graphics (Eck), LibreTexts, licența CC BY-NC-SA 4.0. Traducere și adaptare Nicolae Sfetcu