Компьютерная графика. Спецэффекты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Херсонской специализированной школы I -III ступеней№30

С углубленным изучением предметов естественно-математического цикла и английского языка Херсонского городского совета

Предмет: информатика

Реферат

Компьютерная графика. Спецэффекты

Работу выполнила:

ученица 7-А класса

Антонова Екатерина Алексеевна

Научный руководитель:

учитель информатики

Варава Светлана Александровна

Херсон - 2011

Содержание

Введение

Раздел 1. Что такое компьютерная графика и ее виды.

1.1. Понятие и виды компьютерной графики

1.2. История развития компьютерной графики

1.3. На что способна компьютерная графика относительно кинематографии

Раздел 2. Спецэффекты и его применение.

2.1. История создания спецэффектов

2.2. Изменение частоты киносъемки с помощью спецэффектов

2.3. Новейшие спецэффекты

2.4. Применение спецэффектов в кинематографе

Выводы

Список использованной литературы

Введение

Актуальность. Тема про компьютерную графику и спецэффекты еще не раскрыта до конца и поэтому так популярна и увлекательна. В большинстве современных фильмов используется множество спецэффектов. Именно они придают видео такую красочность и реальность. Применение компьютерной техники в современной жизни стало незаменимым. Огромное количество отраслей используют вычислительные машины для ускорения решения задач. До недавнего времени вся компьютерная техника была лишь вспомогательным устройством для человека. Компьютер проводил различные вычисления, а основная работа лежала всё равно на человеке. Перед человечеством же стояли задачи масштабных строительств, проектов на будущее, испытаний, которых компьютер решить не мог. С появлением мощных графических станций, а так же компьютеров, способных решать не только математические задачи, но и визуализировать сложнейшие технологические процессы на экране, начинается новая эра в компьютерной промышленности.

Цель - изучить понятие компьютерной графики и спецэффектов, рассмотреть их виды, применения.

Объект - история создания спецэффектов и широкое их использование в современном мире методом создания новейших компьютерных технологий.

Предмет - компьютерная графика и один из ее видов - спецэффект.

Задачи:

1. Проанализировать литературы про спецэффекты и компьютерную графику.

2. Исследовать компьютерную графику на протяжении всего развития.

3. Рассмотреть развитие спецэффектов от начала их формирования и до наших дней.

4. Показать на практике использование компьютерной графики и спецэффектов.

Гипотеза: Существует ли граница в создании спецэффектов и развитии компьютерной графики?

Раздел 1. Что такое компьютерная графика и ее виды

1.1 Понятие и виды компьютерной графики

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

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.

Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени коллективов, выпускающих программы массового применения.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют на несколько видов:

Растровая графика

Растровое изображение представляет собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах (растр). Важными характеристиками изображения являются:

количество пикселей -- размер. Может указываться отдельно количество пикселей по ширине и высоте или же (редко) общее количество пикселей (часто измеряется в мегапикселях); количество используемых цветов или глубина цвета;

цветовое пространство (цветовая модель). Например - RBG;

разрешение -- справочная величина, говорящая о рекомендуемом размере пикселя изображения.

Наименьшим элементом является точка.

Векторная графика

Векторная графика -- способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на использовании геометрических примитивов, таких как точки, линии, многоугольники и др. Термин используется в противоположность к растровой графике.

Наименьшим элементом является линия.

Преимущества векторного способа описания графики над растровой графикой:

Размер, занимаемой описательной частью, не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации, описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.

В связи с тем, что информация об объекте хранится в описательной форме, можно бесконечно увеличить графический примитив, например, дугу окружности, и она останется гладкой.

Параметры объектов хранятся и могут быть легко изменены.

Также это означает что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшает качества рисунка.

При увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть задана постоянной величиной, независимо от реального контура.

Недостатки векторной графики

Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде -- для подобного оригинальному изображению может потребоваться очень большое количество объектов и их сложности, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и на время для его отображения.

Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет -- трассировка растра, притом, что требует значительных вычислительных мощностей и времени, не всегда обеспечивает высокое качество векторного рисунка.

Преимущество векторной картинки -- масштабируемость -- пропадает, когда начинаем иметь дело с особо малыми разрешениями графики. Чтобы не было «грязи», картинку под такие разрешения приходится подгонять вручную.

Трехмерная графика

Трёхмерная графика -- раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов, предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. При этом модель может, как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

Наименьшим элементом является плоскость.

Фрактальная графика

От слова фрактал -- это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба. Следует отметить, что слово «фрактал» не является математическим термином и не имеет общепринятого строгого математического определения. Оно может употребляться, когда рассматриваемая фигура обладает какими-либо из перечисленных ниже свойств:

Увеличение масштаба не ведёт к упрощению структуры, на всех шкалах мы увидим одинаково сложную картину.

Является самоподобной или приближённо самоподобной.

Обладает дробной размерностью.

Наименьшим элементом является треугольник.

Многие объекты в природе обладают фрактальными свойствами, например, побережья, облака, кроны деревьев, снежинки, кровеносная система человека или животных.

Фракталы, особенно на плоскости, популярны благодаря сочетанию красоты с простотой построения при помощи компьютера.

Первые примеры фрактальной графики с необычными свойствами появились в XIX веке. Термин «фрактал» был введён Бенуа Мандельбротом в 1975 году и получил широкую популярность с выходом в 1977 году его книги «Фрактальная геометрия природы».

Символьная графика устарела и на сегодняшний день практически не используется.

1.2 История развития компьютерной графики

Представление данных на компьютере в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов.

В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры («Космические войны») заняло около 200 человеко-часов.

В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере. Также программу можно назвать первым графическим интерфейсом, причём она являлась таковой ещё до появления самого термина.

В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину.

В 1968 году группой под руководством Н. Н. Константинова была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.

Существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее.

1.3 На что способна компьютерная графика применительно к кинематографу?

С появлением компьютерной графики произошла революция в области технологий визуализации, был совершен самый настоящий прорыв в кинематографическом искусстве. Фильм «Терминатор-2», где одержимый монстр превращается в лужу жидкого металла на глазах у зрителей это - не что иное, как результат компьютерной визуализации. С помощью этой технологии можно, например, заменить реального актера его компьютерным прототипом. Прием был использован, как уже говорилось выше, в «Терминаторе-2», а также в кинофильме «Пираты Карибского моря». Кроме того, с помощью графики можно воссоздать на экране несуществующие в реальности декорации и этим изрядно сэкономить бюджет картины. Точно так же графика может заменить собой реальных каскадеров, которые тоже обходятся довольно дорого. Впервые это удалось осуществить еще в 70-х годах, во время съемки картин «Звездные войны» и «Чужой». Уже в то время существовали специалисты, не понаслышке знавшие, что такое 3D-графика. Благодаря ним, динозавры из «Парка Юрского периода» получили смоделированную на компьютере кожу и мышцы. Человеку непосвященному такие термины, как пиротехника, аниматроника, макетирование, цифровые эффекты, вряд ли о чем-нибудь расскажут. Мы устанавливаем качественные обои из фильмов на свой монитор, чтобы не расставаться с героями любимых кинолент даже на работе. Но за всеми этими спецэффектами стоят достижения технологий компьютерной графики. В нашей стране индустрия спецэффектов для кино пока только развивается. Но компьютерная графика - это та самая область, где все решает не размер бюджета, а творческий подход и талант отдельных личностей. Поэтому есть основания надеяться, что украинский кинематограф когда-нибудь догонит в этом смысле Голливуд.

Раздел 2. Спецэффекты и их применение

2.1 История создания спецэффектов

Спецэффект -- технологический приём в кинематографе, на телевидении, на шоу и в компьютерных играх, применяемый для визуализации сцен, которые не могут быть сняты обычным способом (например, для визуализации сцен сражения космических кораблей в далёком будущем).

Спецэффекты также часто применяются, когда естественная съёмка сцены слишком затратна по сравнению со спецэффектом (например, съёмка масштабного взрыва). Спецэффекты применяются и для улучшения или модификации уже предварительно отснятого видеоматериала (например, для наложения погодной карты как фон для телеведущего, рассказывающего о прогнозе погоды).

Спецэффекты родились почти сразу с зарождением кинематографа. Первые анимационные фильмы начала 1900-х были созданый на основе комических иллюстраций и персонажей из популярных комиксов того времени с использованием покадрового метода. Создателем классических спецэффектов был Жорж Мельес.

Первым фильмом, в котором спецэффекты играли существенную роль, считается двухминутная лента Мельеса «Замок Дьявола», в которой зрителю были продемонстрированы появления, исчезновения и трансформации людей и предметов в антураже готического замка. Первый прлнометражный анимационный фильм Уолта Диснея «Белоснежка и семь гномов» был выпущен 21 декабря 1937 года. Некоторые примеры ранних спецэффектов получены с помощью колоризации -- ручного раскрашивания кадров. Анимация «Динозавр Герти» была создана по эскизу художника Уинзора Мак-Кея.

В своем эпохальном фильме 1927 года, режиссер Фриц Ланг создал мрачный мир Метрополиса в мельчайших подробностях используя миниатюрные модели.

Наряду с полномасштабными городскими пейзажами использовались и методы перспективы для создания несуществующих сред. В отличие от большинства старых спецэффектов, миниатюры используются до сих пор в современном кино.

Матовые картины были неотъемлемой частью многих фильмов. Без этих спецэффектов было бы ни статуи Свободы, торчащей из песка в последней сцене в Планете обезьян, ни Изумрудного города, ни величественного особняка Тара в «Унесенных ветром».

2.2 Изменение частоты киносъемки

Стоп-кадр. Используется в сценах, где требуется показать внезапное появление или исчезновение объекта или изменить естественный интервал между двумя событиями. компьютерный графика спецэффект кинематограф

Наплыв. Кинематограф начала и середины XX века использовал этот прием для показа «превращения» одного объекта в другой. На один и тот же отрезок кинопленки на том же фоне снимается сначала один объект с постепенным уменьшением экспозиции (закрытием диафрагмы объектива или -- чаще -- уменьшением угла раскрытия обтюратора), а затем -- другой с постепенным увеличением экспозиции. В итоге на экране изображение одного объекта плавно замещается другим.

Покадровая съёмка. Метод используется в основном при работе с макетами; широко применялся в середине XX века при создании фильмов о чудовищах (например, «Кинг-Конг»). Эта же технология применяется для изготовления кукольных и пластилиновых мультфильмов (анимации). Покадровая съемка позволяет сделать видимыми медленные процессы, невидимые глазом: рост растений, суточное движение светил и т. п.

Ускоренная киносъёмка или «рапид». Сверхскоростная съемка процесса, протекающего очень быстро (например, взрыв). Затем плёнка прокручивается в обычном темпе, что позволяет получить замедленное высококачественное изображение.

Замедленная киносъёмка, или «ускоренное воспроизведение». Эффект, обратный рапиду -- съемка ведётся на меньшей скорости, а затем прокручивается в нормальном или ускоренном темпе. Незначительное ускорение используется в сценах поединков, когда надо снять стремительные движения, которые актеры просто не успевали бы выполнять. Сильное ускорение может использоваться для создания комического эффекта или для отражения больших отрезков времени .

Обратная съемка. Например, когда нужно снять взлетающего человека, проще заснять падение, а потом прокрутить пленку в обратном направлении.

2.3 Комбинированная съемка

Оптические спецэффекты

Рирпроекция. Снятый заранее фон проецируется на экран, перед которым играют актеры. Наиболее частое применение -- в сценах, где герои ведут автомобиль. В этом случае автомобиль -- макет, построенный на съемочной площадке, а придорожный пейзаж спроецирован на экран.

Двойная экспозиция. Необходимые элементы доснимаются на пленку с уже отснятой последовательностью кадров. В наиболее сложных сценах используется многократная экспозиция, когда на одну и ту же пленку снимают три раза и более. Такая технология применялась в первых трёх фильмах из серии «Звёздные войны» для съёмки массовки (не хватало статистов).

Блуждающая маска. Метод совмещения основного объекта съемки с нужным фоном при помощи применения киносъемочного аппарата, позволяющего производить съемку одновременно на две кинопленки. Основной объект снимается в студии на специальном фоне, засвечиваемом мощным источником инфракрасного излучения и одновременно затемненном в видимой части спектра. В аппарат заряжается обычная кинопленка, нечувствительная к инфракрасному свету, и инфракрасная обращаемая пленка высокого контраста. После съемки инфракрасная пленка обрабатывается и снова заряжается в аппарат, совмещенная с непроявленной с точностью до кадра. После этого снимается необходимый для сцены фон. Проявленная пленка выполняет роль маски и закрывает участки светочувствительной кинопленки, на которых отснят главный объект. Таким образом, после проявления на одной пленке получается изображение, экспонированное совершенно разными сценами. Пример такой комбинированной съемки -- полет Вольки и Хоттабыча на ковре-самолете.

Хромакей (Chroma key). Телевизионный аналог «блуждающей маски». Выполняется при помощи электронного монтажа двух изображений, при котором основное (например, изображение комментатора) снимается на ярком однотонном (ключевом) фоне -- обычно сине-зеленом. При обработке изображения с двух источников совмещаются таким образом, что ключевой тон заменяется другим изображением.

Контроль движения.

Такая технология применяется, когда необходимо снять несколько макетов, движущихся по одной траектории.

Специальная система автоматических приводов позволяет оператору управлять камерой дистанционно и программировать ее движения. Потом в кадр помещается другой макет, и камера делает новый проход, в точности повторяющий предыдущий. Полученные изображения совмещаются.

2.4 Применение спецэффектов в кинематографе

Любой человек в ответ на вопрос, какие фильмы ему нравятся, наверняка назовет и пару-тройку таких, где используются спецэффекты. Ничего удивительного в этом нет. Ведь такие фавориты проката, как «Матрица», «Властелин колец», «Аватар» и «Титаник», во многом построены именно на спецэффектах. Вероятно, что и многие ближайшие премьеры принесут нам немало ярких впечатлений, благодаря использованию особых технологических приемов визуализации. Задавались ли вы вопросом, что происходит за кадром в моменты съемок битвы космических кораблей или яростной схватки динозавров Юрского периода? Создание оптических спецэффектов в кинематографе - это целая наука, которая родилась, вопреки расхожему мнению, довольно давно. Если быть точнее, спецэффекты возникли практически одновременно с появлением кинематографа. Ведь даже такие старые советские киноленты, как «Руслан и Людмила» и «Золотой ключик», также не обошлись без спецэффектов. А в зарубежной киноиндустрии еще задолго до появления «Звездных войн» мы могли наблюдать спецэффекты, например, в «Кинг Конге» и «Космической одиссее 2001».

В середине прошлого века в основе создания спецэффектов были такие приемы, как ускоренная, замедленная и обратная киносъемка, рирпроекция и двойная экспозиция, стоп-камера и т. д. Благодаря ним, появились вполне реалистичные киноленты о чудовищах, таинственных превращениях и исчезновениях и т. д. И постеры к фильмам тех лет запечатлели «самые настоящие» межгалактические взрывы, космические корабли, инопланетян.

Например, сцена сражения космических кораблей в далёком будущем. Создание такой картинки происходит с помощью компьютерной программы и называется визуализация.

Спецэффекты разделяют на визуальные - это оптические эффекты и компьютерная графика, механические и звуковые спецэффекты.

Интересные факты о том, как создавались оптические спецэффекты в знаменитых фильмах!

"Терминатор"

Режиссёр фильмов "Чужие", "Титаник" и "Терминатор" - Джеймс Кэмерон. Однажды, Кэмерон придумал историю о роботе-убийце, сражающемся против людей в будущем. Он увидел её в своём сне, и эта сцена очень отчётливо запечатлелась в его голове...

Анимация превращения Т-1000 проходила через пять раздельных стадий: от аморфной капли жидкого металла через стадию "хромированного человекоподобного существа" до реалистично выглядящего человека.

Работа над кадрами была разделена между шестью командами художников и аниматоров. Например, "Группа движения человека" отвечала за создание хромированного туловища Т-1000 - предпоследней стадии трансформации терминатора...

Чтобы смоделировать хромированного человека, начиная с сеточного каркаса и заканчивая полноценным туловищем, команде необходимо было сначала оцифровать Роберта Патрика, игравшего "живого" Т-1000. На тело раздетого актёра чёрной краской была нанесена специальная сетка, позволявшая системе собирать данные о физических размерах сканируемого объекта. Затем Патрик был снят двумя камерами, в профиль и анфас, для возможности предоставления компьютеру трёхмерной модели тела...

Гордость студии - идеально гладкая поверхность компьютерной модели... Умельцы не только превратили массу жидкого металла в хромированного человека, но и заставили её говорить!..

"Гарри Поттер и кубок огня"

Злодей Волан-де-Морт отличается от своих "собратьев" отсутствием носа и наличием лишь тонких прорезей.

Изначально предполагалось "удаление" носа посредством макияжа, но результат его наложения был посредственным. Было решено использовать средства компьютерных кудесников, которые "удалили" нос актёра. Для этого на лицо актёра Ральфа Файнса нанесли маркеры, являвшиеся контрольными точками для наложения компьютерного изображения на его нос.

Вывод

При написании реферата была проведена исследовательская работа по анализу литературы. Оказалось, что компьютерная графика это целая область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств. Выявилось, что под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора. Существует четыре вида компьютерной графики, детально о них раскрыта тема в первом разделе реферата.

Изучив весь пройденный путь и углубившись в сущность этой темы, можно сделать вывод, что процесс создания и усовершенствования компьютерной графики был трудоемким и долгим.

Существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее. С появлением компьютерной графики произошла революция в области технологий визуализации, был совершен самый настоящий прорыв в кинематографическом искусстве.

Спецэффекты родились почти сразу с зарождением кинематографа. Спецэффекты также часто применяются, когда естественная съёмка сцены слишком затратна по сравнению со спецэффектом (например, съёмка масштабного взрыва). Спецэффекты применяются и для улучшения или модификации уже предварительно отснятого видеоматериала (например, для наложения погодной карты как фон для телеведущего, рассказывающего о прогнозе погоды). Наиболее распространенным и популярным методом создания спецэффектов является хромакей, при обработке изображения с двух источников совмещаются таким образом, что ключевой тон заменяется другим изображением.

В современных фильмах широко используются спецэффекты. Так, например, фильм «Терминатор-2», где монстр превращается в лужу жидкого металла на глазах у зрителей это - не что иное, как результат компьютерной визуализации. С помощью этой технологии можно заменить реального актера его компьютерным прототипом. Прием был использован, как уже говорилось выше, в «Терминаторе-2», а также в кинофильме «Пираты Карибского моря». Кроме того, с помощью графики можно воссоздать на экране несуществующие в реальности декорации и этим изрядно сэкономить бюджет картины. Точно так же графика может заменить собой реальных каскадеров, которые тоже обходятся довольно дорого. Впервые это удалось осуществить еще в 70-х годах, во время съемки картин «Звездные войны» и «Чужой». Без спецэффектов было бы ни статуи Свободы, торчащей из песка в последней сцене в Планете обезьян, ни Изумрудного города, ни величественного особняка Тара в «Унесенных ветром».

В корень углубившись в исследования этой работы оказалось, что не существует границы в создании спецэффектов и развитии компьютерной графики. Подтверждение этому видно во втором разделе, который показывает, что спецэффекты были, есть и будут.

Список используемой литературы

1. Журнал «Информатика»; стр.57

2. Ron Fosner. OpenGL Programming for Windows 95 and Windows NT. Addison-Wesley. ISBN 0-201-40709-4

3. Mark Kilgard. OpenGL for the X Window System. Addison-Wesley. ISBN 0-201-48359-9

4. OpenGL Architecture Review Board и др. OpenGL Reference Manual: The Official Reference Document to OpenGL, Version 1.4. Addison-Wesley. ISBN 0-321-17383-X

5. Randi J. Rost. OpenGL Shading Language. Addison-Wesley. ISBN 0-321-19789-5

6. OpenGL Architecture Review Board и др. OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 2, Fifth Edition. Addison-Wesley. ISBN 0-321-33573-2

7. Ву М., Дэвис Т., Нейдер Дж., Шрайндер Д. OpenGL. Руководство по программированию. Библиотека программиста. Питер, 2006. ISBN 5-94723-827-6

8. Рэнди Дж. Рост. OpenGL. Трёхмерная графика и язык программирования шейдеров. Для профессионалов. Питер, 2005. ISBN 5-469-00383-3, 0-321-19789-5

9. Richard S. Wright, Benjamin Lipchak. OpenGL SuperBible. 3rd ed. SAMS Publishing. ISBN 0-672-32601-9

10. Ричард С. Райт мл., Бенджамин Липчак. OpenGL. Суперкнига = OpenGL SuperBible -- 3 изд. -- М.: Вильямс, 2006. -- С. 1040. -- ISBN 5-8459-0998-8.

11. Дональд Херн, М. Паулин Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL = Computer Graphics with OpenGL -- 3-е изд. -- М.: Вильямс, 2005. -- 1168 с. -- ISBN 5-8459-0772-1.

12. Эдвард Энджел. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL = Interactive Computer Graphics. A Top-Down Approach with Open GL -- 2-е изд. -- М.: Вильямс, 2001. -- 592 с. -- ISBN 5-8459-0209-6.

Размещено на Allbest.ru