Γραφικά υπολογιστών

Τα γραφικά υπολογιστών (computer graphics) είναι ένας κλάδος της επιστήμης των υπολογιστών που ασχολείται με τη θεωρία και την τεχνολογία σύνθεσης εικόνων σε ηλεκτρονικό υπολογιστή.

Λογισμικό

Για την εισαγωγή, δημιουργία και επεξεργασία των γραφικών υπολογιστών χρησιμοποιείται ειδικό λογισμικό, με τη γενική ονομασία "Λογισμικό επεξεργασίας εικόνας". Έτσι, δημιουργούνται γραφικά απεικόνισης διαφόρων σχέσεων - όπως χαρτών και ειδώλων δύο ή τριών διαστάσεων - με την χρήση τελειών, γραμμών, καμπυλών κ.τ.λ. Τα στοιχεία μπορούν να εισαχθούν στον υπολογιστή μέσω διαφόρων συσκευών, (όπως ένας σαρωτής (scanner) ή μια Ψηφιακή φωτογραφική μηχανή, με την μορφή γραμμών, κουκκίδων είτε μέσω του πληκτρολογίου. Όταν παρουσιασθεί το αποτέλεσμα στην οθόνη, ο χρήστης μπορεί να το χειριστεί μετακινώντας το οριζοντίως και καθέτως ή περιστρέφοντάς το, να το επεξεργαστεί ή να το προεκτείνει με την χρήση μιας φωτογραφίδας (light pen) ή μολυβιού με σφαιρίδιο. Ορισμένοι τύποι λογισμικού, όπως τα υπολογιστικά φύλλα, διαθέτουν την δυνατότητα δημιουργίας και επεξεργασίας (εντός ορισμένων πλαισίων) γραφικών παραστάσεων. Η επεξεργασία ενός γραφικού παραμένει, ωστόσο, αποκλειστικό αντικείμενο του λογισμικού επεξεργασίας εικόνας. Κυριότεροι (αλλά όχι μοναδικοί) τύποι τέτοιου λογισμικού είναι το Photoshop της Adobe Corp., το CorelDraw της CorelCorp. και το 3DStudio Max της Autodesk. Υπάρχουν, φυσικά, πολλά ακόμη προγράμματα (ορισμένα, μάλιστα, διανέμονται τελείως δωρεάν), με ποικιλία δυνατοτήτων και χαρακτηριστικών όπως και απαιτήσεων από το λειτουργικό σύστημα και το υπολογιστικό σύστημα στο οποίο θα χρησιμοποιηθούν.

Είδη γραφικών υπολογιστών

Τα γραφικά υπολογιστών μπορούν να διακριθούν σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με κάποιο κριτήριο κατηγοριοποίησης. Ανάλογα με το πλήθος των διαστάσεων οι οποίες συμμετέχουν στην απεικόνιση:

• Δισδιάστατα (2D) Γραφικά Υπολογιστών
• Τρισδιάστατα (3D) Γραφικά Υπολογιστών

Ανάλογα με τον χρόνο στον οποίο γίνεται η απόδοσή τους (rendering):

• Στατικά γραφικά Υπολογιστών
• Γραφικά Υπολογιστών Πραγματικού Χρόνου

Δισδιάστατα (2D) Γραφικά Υπολογιστών

Τα δισδιάστατα γραφικά υπολογιστών αποτελούν προσπάθειες απεικόνισης γραφικών δύο διαστάσεων στην οθόνη μιας ψηφιακής συσκευής (π.χ. ενός υπολογιστή). Συνήθως τέτοιου είδους γραφικά χρησιμοποιούνται για την δημιουργία γραφικών διεπαφών χρήστη (GUI-Graphical User Interface), αλλά και για εικονογραφήσεις βιβλίων, περιοδικών κλπ. εντύπων.

Στα γραφικά με υπολογιστή συμπεριλαμβάνεται και η επεξεργασία εικόνας (στατικής ή κινούμενης), η οποία γίνεται με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού. Η επεξεργασία εικόνας είναι μια από τις δημοφιλέστερες χρήσεις του υπολογιστή σήμερα, καθώς επιτρέπει τη βελτίωση μιας φωτογραφίας με την εφαρμογή ειδικών φίλτρων, τα οποία μπορούν όχι μόνο να τη βελτιώσουν, αλλά και να την παραλλάξουν (φωτομοντάζ).

Τα δύο διαστάσεων γραφικά μπορούν να καταταγούν στις εξής δύο μεγάλες κατηγορίες:

• Διανυσματικά γραφικά (Vector Graphics): Χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία εικόνων όπως λογότυποι, σήματα κατατεθέντα κτλ. αλλά και ψευδο-τρισδιάστατων σχημάτων (προοπτική).

• Γραφικά ψηφίδων (bitmap graphics): Όλα τα γραφικά που δημιουργούνται από ψηφιοποίηση υπαρκτών αντικειμένων (φωτογραφίες, εικόνες από σαρωτές κτλ.) ανήκουν σε αυτή την κατηγορία.

Η βασική διαφορά των δύο κατηγοριών είναι το χαρακτηριστικό της ανάλυσης (resolution). Τα διανυσματικά γραφικά "περιγράφουν" μια εικόνα με τη βοήθεια της αναλυτικής γεωμετρίας και, κατά συνέπεια, με τη βοήθεια εξισώσεων, ενώ τα γραφικά ψηφίδων λειτουργούν όπως ακριβώς ένα ψηφιδωτό: Όσο μικρότερες και περισσότερες ψηφίδες χρησιμοποιούνται, τόσο πιο ευκρινές και ακριβές είναι το τελικό αποτέλεσμα. Η ανάλυση μετράται σε κουκκίδες (ψηφίδες) ανά ίντσα (dots per inch, dpi). Για μια οθόνη, η ανάλυση των 72 ή 96 dpi είναι επαρκέστατη, αν όμως η εικόνα προορίζεται για επαγγελματική εκτύπωση, το ελάχιστο απαιτούμενο είναι οι 300 dpi. Τα διανυσματικά γραφικά είναι ανεξάρτητα ανάλυσης (resolution free), γιατί απλά δε χρησιμοποιούν ψηφίδες για το σχηματισμό της εικόνας.

Ένα ακόμη χαρακτηριστικό των γραφικών είναι το βάθος χρώματος, δηλαδή το πλήθος των δυαδικών ψηφίων (bits) που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή του χρώματος κάθε ψηφίδας (ή κάθε περιοχής στα διανυσματικά γραφικά). Το σημερινό στάνταρ είναι για μεν τις οθόνες βάθος χρώματος 24 bits ενώ για τις εκτυπώσεις 32 bits (Η οθόνη και η εκτύπωση χρησιμοποιούν διαφορετικά χρωματικά πρότυπα. Υπάρχουν και γραφικά με μεγαλύτερο βάθος χρώματος, που προορίζονται για ειδικές χρήσεις, καθώς το ανθρώπινο μάτι δε μπορεί να διακρίνει περισσότερα από 16,7 εκατομμύρια χρώματικές διαβαθμίσεις).

Για τις εφαρμογές του Διαδικτύου χρησιμοποιούνται συνήθως γραφικά ψηφίδων, γιατί τα διανυσματικά γραφικά δεν υποστηρίζονται από παλαιότερες εκδόσεις φυλλομετρητών που χρησιμοποιούνται ακόμα από σχετικά μεγάλο ποσοστό των χρηστών του Διαδικτύου.

Ο τύπος των γραφικών αναγνωρίζεται συνήθως από την επέκταση του ονόματος του αρχείου, στο οποίο είναι αποθηκευμένα (δηλ. το τμήμα εκείνο του ονόματος που βρίσκεται δεξιά από την τελεία που χωρίζει στα δύο το όνομα ενός αρχείου). Οι πλέον συνήθεις τύποι είναι:

• Διανυσματικά γραφικά: .svg, .cdr, .ai

• Γραφικά ψηφίδων: .tif, .bmp, jpg, .gif, .png (Οι τρεις τελευταίοι τύποι είναι οι κατάλληλοι για το Διαδίκτυο).

Τρισδιάστατα (3D) Γραφικά Υπολογιστών

Τα τρισδιάστατα γραφικά υπολογιστών αποτελούν προσπάθειες απεικόνισης γραφικών τριών διαστάσεων στην - απεικόνισης δύο διαστάσεων - οθόνη μιας ψηφιακής συσκευής (π.χ. ενός υπολογιστή). Το γεγονός ότι η απεικόνιση χρησιμοποιεί τρεις διαστάσεις τα καθιστά ιδιαίτερα ρεαλιστικά. Τέτοιου είδους γραφικά χρησιμοποιούνται συνήθως από προγράμματα όπως τα παιχνίδια υπολογιστών και οι εικονικοί κόσμοι. Τα τρισδιάστατα γραφικά βρίσκουν επίσης εφαρμογή στον κινηματογράφο, για τη δημιουργία σκηνών εικονικών κόσμων (χαρακτηριστικό παράδειγμα οι ταινίες του κύκλου "Ο Άρχοντας των Δαχτυλιδιών") αλλά και ειδικών εφέ, που είναι αδύνατον να γυριστούν ως πραγματικές σκηνές.

Στατικά Γραφικά Υπολογιστών

Τα στατικά γραφικά υπολογιστών αποτελούν αντικείμενα γραφικών τα οποία δεν αποδίδονται την στιγμή που εκτελούνται αλλά έχουν αποδοθεί μία φορά κατά τη δημιουργία τους. Παράδειγμα τέτοιων γραφικών είναι τα μικρά βίντεο, τα οποία εμφανίζονται σε διάφορα παιχνίδια, και τα οποία έχουν "γυριστεί" μια φορά και κάθε φορά που θα τα παρακολουθήσουμε παραμένουν ίδια. Για τη δημιουργία τους χρησιμοποιείται κάποιο πρόγραμμα δημιουργίας γραφικών και κίνησης (animation) όπως το 3dStudio Max, το Maya, το Lightwave, το Blender,το cinema4d κτλ.

Γραφικά Υπολογιστών Πραγματικού Χρόνου

Τα γραφικά υπολογιστών πραγματικού χρόνου αποτελούν αντικείμενα γραφικών τα οποία αποδίδονται την στιγμή που εκτελούνται. Για παράδειγμα τα γραφικά που εμφανίζονται στην οθόνη ενός υπολογιστή, ο οποίος εκτελεί ένα παιχνίδι, ανήκουν συνήθως σε αυτήν την κατηγορία. Για τη δημιουργία τους απαιτείται κάποια μηχανή απόδοσης γραφικών (graphics rendering engine) πραγματικού χρόνου, όπως για παράδειγμα το Ogre3d, το Irrlich, το Crystal Space κτλ.

Εφαρμογές Γραφικών Υπολογιστών

Όπως έχει αναφερθεί και παραπάνω, υπάρχουν αρκετές εφαρμογές των γραφικών υπολογιστών. Μερικές από αυτές είναι οι γραφικές διεπαφές χρήστη, τα παιχνίδια υπολογιστών, οι εικονικοί κόσμοι. Τα γραφικά υπολογιστών βρίσκουν, επίσης, εφαρμογή στην εικονογράφηση εντύπων, στην αρχιτεκτονική σχεδίαση, στη δημιουργία λογοτύπων αλλά και στη δημιουργία ακριβέστατων σχεδίων γενικότερα.