Grafica computerizzata: Esplorando l'intersezione tra computer grafica e visione artificiale

Di Fouad Sabry

Cos'è la computer grafica

La computer grafica si occupa di generare immagini e opere d'arte con l'aiuto dei computer. Oggi, la grafica computerizzata è una tecnologia fondamentale nella fotografia digitale, nei film, nei videogiochi, nell'arte digitale, nei display di telefoni cellulari e computer e in molte applicazioni specializzate. È stata sviluppata una grande quantità di hardware e software specializzati, con i display della maggior parte dei dispositivi gestiti dall'hardware grafico del computer. Si tratta di un'area dell'informatica vasta e di recente sviluppo. La frase è stata coniata nel 1960 dai ricercatori di computer grafica Verne Hudson e William Fetter della Boeing. È spesso abbreviato in CG, o tipicamente nel contesto del film come immagini generate al computer (CGI). Gli aspetti non artistici della computer grafica sono oggetto di ricerca informatica.

Come trarrai beneficio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Grafica computerizzata

Capitolo 2: Rendering (computer grafica)

Capitolo 3: Grafica raster

Capitolo 4: Grafica vettoriale

Capitolo 5: Rendering della scansione

Capitolo 6: Rasterizzazione

Capitolo 7: Mappatura delle texture

Capitolo 8: Framebuffer

Capitolo 9: Visualizzazione scientifica

Capitolo 10: Rendering del volume

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sulla computer grafica.

(III) Esempi reali di utilizzo della computer grafica in molti campi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che vogliono andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di Computer Grafica.

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 4 mag 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Software per la generazione di frattali

Qualsiasi tipo di programma di grafica può essere considerato un software per la generazione di frattali, purché sia in grado di produrre immagini di frattali. Ci sono molte applicazioni che possono generare frattali e alcune di esse sono gratuite mentre altre costano. Sono disponibili applicazioni per dispositivi mobili che consentono agli utenti di giocare o sperimentare con i frattali. Alcuni programmatori costruiscono software frattale per se stessi a causa dell'unicità del concetto e della difficoltà di comprendere la matematica ad esso associata. La formazione dei frattali ha comportato alcune sfide estremamente significative per il campo della matematica pura.

Il software che genera frattali può produrre immagini matematicamente belle utilizzando la visualizzazione. Su un computer moderno, la creazione di una singola immagine frattale ad alta risoluzione può richiedere da pochi secondi a diversi minuti. È possibile produrre immagini per la simulazione (modellazione) e frattali casuali per scopi artistici. La produzione di frattali da utilizzare nella modellazione è una componente essenziale del realismo nella computer grafica.

Il software di visualizzazione musicale, il software screensaver e i generatori di sfondi hanno tutti la capacità di creare frattali. Questo software fornisce all'utente una selezione più ristretta di configurazioni e funzionalità disponibili e spesso si basa su una serie di variabili pre-programmate. I frattali sono spesso impiegati nella demoscena per il fatto che possono produrre grafica complessa utilizzando solo formule di base.

Nel 1883, il matematico tedesco Georg Cantor creò l'insieme di Cantor generando manualmente frattali tramite il processo di calcolo senza l'uso di un computer. Questa operazione è stata eseguita per generare l'insieme di Cantor. I matematici hanno congetturato l'esistenza di un gran numero di frattali nel corso degli anni successivi. Alcuni sono stati immaginati prima della denominazione dei frattali nel 1975, come l'albero di Pitagora, che è stato sviluppato nel 1942 dall'insegnante di matematica olandese Albert E. Bosman.

La ricerca di Benoit Mandelbrot di una funzione generalizzata per un gruppo di forme note come insiemi di Julia è stata l'impulso alla creazione del primo programma software progettato specificamente per la generazione di frattali. Il 1979 fu l'anno in cui Mandelbrot scoprì che un'immagine del piano complesso poteva essere formata attraverso il processo di iterazione. Insieme ad altri programmatori che lavoravano all'IBM, creò i primi esempi di stampe frattali primitive. Dietmar Saupe, Heinz-Otto Peitgen e Clifford A. Pickover sono solo alcuni degli autori più influenti in questa disciplina.

Esistono due approcci principali che vengono utilizzati nella produzione di frattali bidimensionali. Un modo per farlo è utilizzare la ricorsione generativa per applicare un approccio iterativo alle equazioni di base. È possibile che le fotografie presentino bande di colore in base alla tecnica di colorazione impiegata oltre alla densità di colore del gradiente.

La curva di Koch è un esempio di frattale geometrico auto-similare o deterministico che può essere generato da alcuni sistemi informatici. Questi programmi iniziano con un iniziatore, quindi procedono all'impiego di un generatore, che viene quindi ripetuto in un certo schema. Questi frattali semplici derivano da un metodo che è stato presentato per la prima volta da Koch nell'anno 1904. Quando l'avvezione del contorno viene utilizzata per esaminare la miscelazione caotica, i frattali appaiono come turbolenza nelle simulazioni della modellazione fluidodinamica. Queste simulazioni producono frattali. Il 1993 è stato l'anno in cui la tecnica del Buddhabrot è stata presentata per la prima volta. È possibile che i programmi per computer costruiscano il paesaggio utilizzando mappe di altezza frattali. Di seguito sono riportati alcuni dei modi in cui i frattali sono stati creati sui computer: Le frasi Spugna di Menger, Varietà ipercomplessa, Albero browniano, Moto browniano, Decomposizione, Sistemi L, Frattali di Lyapunov, Frattali di Newton, Gambi di Pickover e Strani attrattori si riferiscono tutti a diversi tipi di frattali.

I programmi software che generano frattali spesso contengono un'ampia varietà di funzionalità aggiuntive. Pertanto, c'è il potenziale per una variazione comparabile nelle immagini che vengono create. La maggior parte di essi include una sorta di selezione dell'algoritmo, uno zoom interattivo dell'immagine, la capacità di salvare i file in formato JPEG, TIFF o PNG, nonché la capacità di salvare i file dei parametri. Queste funzionalità consentono all'utente di tornare facilmente alle immagini create in precedenza per modificarle o analizzarle in un secondo momento. Gli utenti della stessa applicazione hanno la possibilità di comunicare tra loro sulla formula, i parametri, le variabili e le tecniche di colorazione per le immagini frattali. Non esiste un formato di file frattale ampiamente accettato come standard.

Un'impostazione di iterazione massima è una delle caratteristiche che si possono trovare nella stragrande maggioranza degli algoritmi frattali del tempo di fuga o dei frattali basati su algebri. Se l'immagine viene ingrandita, è necessario aumentare il numero di iterazioni per evitare la perdita di dettagli fini nell'immagine. Quando la capacità di elaborazione di un dispositivo è limitata, è fondamentale limitare il numero massimo di iterazioni. Numerose scelte di colorazione, inclusa una funzione di selezione casuale del colore. Poiché alcuni gradienti producono grandezze molto diverse, è tipico che esistano opzioni per la densità del colore. Questo perché ciò potrebbe causare pesanti bande ripetute o grandi macchie dello stesso colore. Il layering e il compositing alfa sono funzionalità che si possono trovare in altre applicazioni grafiche e sono state incorporate in questo programma di grafica per la tua comodità in modo da poter applicare facilmente effetti di post-elaborazione. È possibile includere effetti di rendering sia 2D che 3D, come l'effetto plasma e l'illuminazione. L'utente ha anche la possibilità di scegliere la resa cromatica, nonché la possibilità di applicare filtri e impegnarsi in altre forme di modifica delle immagini con molti dei pacchetti disponibili. In questo modo l'utente ha un maggiore grado di controllo sui frattali generati. Esistono strumenti software frattali che consentono all'utente di creare filmati mettendo insieme una serie di foto frattali. Altri mostrano il tempo di rendering corrente e includono cicli di colori e strumenti per creare tavolozze di colori in una forma o nell'altra.

I programmi di grafica considerati standard, come GIMP, forniscono filtri o plug-in che possono essere utilizzati per lo sviluppo di frattali. C'è un modificatore frattale (o casuale) disponibile in Blender. Esistono numerosi strumenti autonomi per la generazione di frattali che, se combinati con altri programmi di grafica (come Photoshop), possono essere utilizzati per generare immagini di un livello di complessità più elevato. POV-Ray è un'applicazione di ray tracing in grado di creare frattali. A tale scopo, crea immagini da una descrizione della scena basata su testo. È possibile utilizzare gli script sia in 3ds Max che in Autodesk Maya. Liberamente accessibili su Internet sono una varietà di interfacce basate sul web per lo sviluppo di frattali, una delle quali è il Turtle Graphics Renderer.

A causa dell'effetto farfalla, essere un esperto nella generazione di frattali può essere difficile. Un cambiamento apparentemente piccolo in una singola variabile potrebbe avere ripercussioni inaspettate. C'è un'alta curva di apprendimento associata all'uso di determinati software e sarebbe utile avere una certa conoscenza della