Computergrafik

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Ein vollständig computergeneriertes Bild

Die Computergrafik ist ein Teilbereich der Informatik, der sich mit der künstlichen Erzeugung von Bildern mit Hilfe von Computern beschäftigt. Mit derartigen Verfahren erzeugte Bilder nennt man auch Computergrafiken. Verwandte, aber abgegrenzte Fachrichtungen sind Bildverarbeitung, Computer Vision und Mensch-Maschine-Kommunikation. Erstere beiden bilden zusammen mit der Computergrafik und der Informationsvisualisierung die Kernelemente der Computervisualistik.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Teilbereiche
- 2.1 2D-Computergrafik
- 2.2 3D-Computergrafik
3 Anwendungen
4 Literatur
5 Weblinks

[Bearbeiten] Geschichte

ca.1950: Erste Nadeldrucker und Kathodenstrahlröhren-Bildschirme.
Anfang der 1950er: Erste Animation eines „springenden Balls“ auf einem Oszilloskopen von Jay W. Forrester am MIT.
1961: Sketchpad. Ein Programm zum Erstellen von Grafiken mit Lichtgriffel und Tastatur. Entstanden im Rahmen der Dissertation von Ivan Sutherland am MIT.
1973: Erste SIGGRAPH-Tagung der ACM.
1976: Im Film Futureworld wird zum ersten Mal eine Computergrafik verwendet: Das animierte Drahtgittermodell einer Hand.
1980: Erste IBM- und Apple-Rechner mit grafischer Oberfläche.
1981: IBM führt den CGA-Standard ein. Damit lassen sich 320x200 Pixel bei 4 Farben darstellen.
1982: Der Film Tron kommt in die amerikanischen Kinos, der erste Film, in dem reine Computeranimationen verwendet werden. Gründung der Firma Silicon Graphics.
1984: Cindy Goral entwickelt das Radiosity-Verfahren.
1986: Die Firma Pixar wird gegründet und wird im selben Jahr mit dem vollständig im Computer erzeugten Film Luxo Jr. für den Oscar für den besten animierten Kurzfilm nominiert.
1993: OpenGL trägt erheblich zur Standardisierung und damit der Verbreitung von 3D-Computergrafik bei.

[Bearbeiten] Teilbereiche

[Bearbeiten] 2D-Computergrafik

Annäherung eines Kreisbogens durch Bildpunkte

Hauptartikel: 2D-Computergrafik

Die 2D-Computergrafik beschäftigt sich mit der Erzeugung von Bildern, deren Bestandteile sich in der Ebene beschreiben lassen. Bei diesen Bestandteilen, auch Primitiven genannt, handelt es sich meist um mathematisch einfach zu beschreibende Objekte wie Linien, Kreise oder Polygone.

Die beiden großen Bereiche der 2D-Computergrafik arbeiten mit Vektor- beziehungsweise mit Rastergrafiken. Bei ersteren besteht das Bild aus einer mathematischen Beschreibung der Primitiven, bei letzteren aus vielen Bildpunkten (Pixeln), die die Primitiven annähern. Beide Darstellungsformen haben Vor- und Nachteile.

[Bearbeiten] 3D-Computergrafik

Computer-Rendering einer Raumstation

Hauptartikel: 3D-Computergrafik

Im Gegensatz zur 2D-Computergrafik werden die Primitive der 3D-Computergrafik (etwa Kugeln oder Dreiecke) im dreidimensionalen Raum beschrieben. Die erzeugten Bilder können echte stereoskopische 3D-Bilder sein. Meistens handelt es sich jedoch um zweidimensionale Rastergrafiken.

Die Gesamtheit von Primitiven, Materialeigenschaften und Lichtquellen nennt man Szene. Die 3D-Computergrafik beschäftigt sich sowohl mit dem Entwurf und der Beschreibung (Modellierung) der Szene als auch mit der Erzeugung eines Bildes oder Films aus dieser Szene (Rendern). Ein Teil der 3D-Computergrafik ist auf – möglicherweise interaktive – Echtzeitanwendungen spezialisiert. Bei Nicht-Echtzeit-Verfahren wird oft auf bestmögliche Bildqualität oder Realismus wert gelegt; man spricht auch von fotorealistischem Rendern oder Bildsynthese.

Die beiden großen Familien von Renderverfahren sind Raytracing und Radiosity; für zeitkritische Anwendungen eignet sich Scanline Rendering.

[Bearbeiten] Anwendungen

Anwendungen der Computergrafik reichen von der Industrie über die Wissenschaft bis zur Kunst.

Bei nahezu allen privat und geschäftlich sowie bei vielen in der Industrie genutzten Computern kommt die Computergrafik als Bestandteil von grafischen Benutzeroberflächen vor. Auch in zahlreichen Veröffentlichungen, vom World Wide Web bis hin zu professionellen Druckwerken, werden Computergrafiken verwendet.

Zur Visualisierung von Daten, sowohl im geschäftlichen als auch im industriellen und wissenschaftlichen Bereich, kommt vielfach die 2D- oder 3D-Computergrafik zum Einsatz. In der Industrie kommt der Computergrafik im Rahmen der Steuerung, Überwachung und Konzeption eine besondere Bedeutung zu; in letzterem Bereich ist sie ein Fundament des Computer Aided Design (CAD). Einen neueren Bereich bilden Smart Graphics.

In der Architektur erlaubt die 3D-Computergrafik, das Aussehen von Bauwerken vor ihrer Errichtung zu simulieren. Echtzeitanwendungen findet die Computergrafik in der virtuellen oder erweiterten Realität, beispielsweise für medizinische oder militärische Zwecke.

In der Unterhaltungs- und Werbebranche reicht das Spektrum der Computergrafik von der Erstellung einfacher Cartoons bis zu computergenerierten Werbespots oder ganzen Filmen mit vielen Spezialeffekten; in der Filmtechnik bezeichnet man gerenderte Bilder auch als Computer Generated Imagery (CGI). In modernen Computerspielen kommt Computergrafik systematisch zum Einsatz. Die Computergrafik ist heute nicht selten auch ein künstlerisches Ausdrucksmittel (Computerkunst).