رسومات حاسوبية (علوم الحاسوب)

رسومات حاسوبية (علوم الحاسوب)
الرسومات الحاسوبية هي مجال فرعي لعلوم الحاسوب يدرس طرق تجميع المحتوى المرئي ومعالجته رقمياً. على الرغم من أن المصطلح يشير غالبًا إلى دراسة رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد، إلا أنه يشمل أيضًا الرسومات ثنائية الأبعاد ومعالجة الصور.
نظرة عامة
يدرس مجال رسومات الحاسوب معالجة المعلومات المرئية والهندسية باستخدام التقنيات الحاسوبية. وهو يركز على الأسس الرياضية والحسابية لتوليد الصور ومعالجتها بدلاً من القضايا الجمالية البحتة. غالبًا ما يتم تمييز رسومات الحاسوب عن مجال الرسم، على الرغم من أن المجالين لهما العديد من أوجه التشابه.
تشمل الدراسات المتصلة ما يلي:
الرياضيات التطبيقية
الهندسة الحاسوبية
طوبولوجيا حسابية
رؤية حاسوبية
معالجة الصورة
تصور المعلومات
التصوير العلمي
تشمل تطبيقات رسومات الحاسوب:
تصميم وطباعة
الفن الرقمي
مؤثرات خاصة
ألعاب الكترونية
مأثرات بصرية
التاريخ
هناك العديد من المؤتمرات والمجلات الدولية يتم فيها نشر أهم النتائج في مجال رسومات الحاسوب. من بينها مؤتمرات SIGGRAPH و Eurographics و Journal of Association of Computing Machinery (ACM) on Journal Graphics. تتميز سلسلة ندوات Eurographics و ACM SIGGRAPH المشتركة بالمواقع الرئيسية للمجالات الفرعية الأكثر تخصصًا: ندوة حول معالجة الهندسة، ندوة حول التقديم، ندوة حول الرسوم المتحركة بالحاسوب، والرسومات عالية الأداء.
كما هو الحال في بقية علوم الحاسوب، تكون منشورات المؤتمرات في رسومات الحاسوب بشكل عام أكثر أهمية من منشورات المجلات (وبالتالي تكون معدلات قبولها منخفضة).
المجالات الفرعية
التصنيف الواسع للمجالات الفرعية الرئيسية في رسومات الحاسوب هو:
علم الهندسة : يدرس طرق تمثيل الأسطح ومعالجتها
الرسوم المتحركة : يدرس طرق تمثيل ومعالجة الحركة
التقديم Rendering: يدرس الخوارزميات لإعادة إنتاج النقل الخفيف
التصوير : يدرس الحصول على الصور أو تحرير الصور
علم الهندسة
يدرس هذا المجال الفرعي تمثيل الكائنات ثلاثية الأبعاد في بيئة رقمية منفصلة. نظرًا لأن مظهر كائن ما يعتمد إلى حد كبير على شكله الخارجي، يتم استخدام تمثيلات الحدود بشكل شائع. تمثل السطوح ثنائية الأبعاد تمثيلًا جيدًا لمعظم الكائنات، على الرغم من أنها قد تكون غير متعددة الجوانب. نظرًا لأن الأسطح ليست محدودة، يتم استخدام تقريب رقمي منفصل. تعد الشبكات متعددة الأضلاع (وأسطح التقسيم الفرعي بدرجة أقل) هي الأكثر شيوعًا إلى حد بعيد، على الرغم من أن التمثيلات القائمة على النقاط أصبحت أكثر شيوعًا مؤخرًا (انظر على سبيل المثال ندوة الرسومات المستندة إلى نقاط). هذه الصور تمثل لاغرانج، وهذا يعني أن المواقع المكانية للعينات مستقلة. في الآونة الأخيرة، تم تطوير أوصاف سطح Eulerian (أي يتم تثبيت العينات المكانية) مثل مجموعات المستويات إلى تمثيل مفيد لتشويه الأسطح التي تمر بالعديد من التغييرات الطوبولوجية (مع كون السوائل المثال الأكثر بروزًا).
المجالات الفرعية للهندسة
نمذجة السطح الضمنية - حقل فرعي أقدم يدرس استخدام الأسطح الجبرية وهندسة البناء الصلبة وما إلى ذلك لتمثيل السطح.
المعالجة الرقمية للهندسة - إعادة بناء السطح، التبسيط، التجهيز، إصلاح الشبكات، تحديد المعالم، إعادة التشكيل، إنشاء الشبكات، ضغط السطح، وتحرير السطح كلها تقع تحت هذا العنوان.
الهندسة التفاضلية المنفصلة - حقل ناشئ يحدد الكميات الهندسية للأسطح المنفصلة المستخدمة في رسومات الحاسوب.
الرسومات المستندة إلى نقطة - حقل حديث يركز على النقاط باعتبارها التمثيل الأساسي للأسطح.
تقسيم الأسطح
معالجة الشبكات خارج المركز - مجال حديث آخر يركز على مجموعات البيانات الشبكية التي لا تناسب الذاكرة الرئيسية.
الرسوم المتحركة
يدرس المجال الفرعي للرسوم المتحركة أوصاف الأسطح (والظواهر الأخرى) التي تتحرك أو تتشوه بمرور الوقت. من الناحية التاريخية، ركزت معظم الأعمال في هذا المجال على النماذج البارامترية والقائمة على البيانات، ولكن المحاكاة الفيزيائية في الآونة الأخيرة أصبحت أكثر شيوعًا حيث أصبحت أجهزة الحاسوب أكثر قوة من الناحية الحسابية.
المجالات الفرعية
لاقط الحركة
تحريك الشخصيات
المحاكاة المادية (مثل نمذجة القماش، الرسوم المتحركة لجريان الموائع، وما إلى ذلك)
التصيير Rendering
التصيير يولد الصور من نموذج. قد يحاكي التجسيد بالنقل الخفيف لإنشاء صور واقعية أو قد ينشئ صورًا لها أسلوب فني معين في التقديم غير الواقعي . العمليتان الأساسيتان في التصيير الواقعي هما النقل (مقدار الضوء الذي يمر من مكان إلى آخر) والانتثار (كيف تتفاعل الأسطح مع الضوء). انظر تصيير (رسومات الكمبيوتر) لمزيد من المعلومات.
النقل
يصف النقل كيفية انتقال الإضاءة في مكان ما من مكان إلى آخر. الرؤية هي مكون رئيسي للنقل الخفيف.
الانتشار
تُستخدم نماذج الانتثار والتظليل لوصف مظهر السطح. غالبًا ما تتم دراسة هذه المشكلات في الرسومات في سياق التصيير نظرًا لأنها يمكن أن تؤثر بشكل كبير على تصميم خوارزميات التصيير. يمكن تقسيم التظليل إلى قضيتين، والتي تتم دراستها غالبًا بشكل مستقل:
الانتثار - كيف يتفاعل الضوء مع السطح عند نقطة معينة
التظليل - كيف تختلف خصائص المواد عبر السطح
تشير المشكلة الأولى إلى التشتت، أي العلاقة بين الإضاءة الواردة والصادرة في نقطة معينة. يتم تقديم وصف الانتثار عادةً من حيث دالة توزيع الانتثار ثنائية الاتجاه أو BSDF. تتناول المسألة الثانية كيف يتم توزيع أنواع مختلفة من الانتثار على السطح (بمعنى: أي وظيفة تشتت تنطبق أين). يتم التعبير عن أوصاف هذا النوع عادةً باستخدام برنامج يسمى مُظلِل shader. (لاحظ أن هناك بعض الالتباس لأن كلمة «تظليل» تستخدم أحيانًا للبرامج التي تصف التباين الهندسي المحلي.)
المجالات الفرعية الأخرى
عرض فعلي - يهتم بتوليد الصور وفقًا لقوانين البصريات الهندسية
التصيير في الزمن الحقيقي - يركز على الصيير للتطبيقات التفاعلية، وعادةً ما يستخدم الأجهزة المتخصصة مثل وحدات معالجة الرسومات
التصيير غير الواقعي
relighting - مجال حديث يهتم بإعادة عرض المشاهد بسرعة
الباحثين البارزين
Arthur Appel
James Arvo
Brian A. Barsky
Jim Blinn
Jack E. Bresenham
Loren Carpenter
إدوين كاتمول
جيمس كلارك
روبرت إل. كوك
Franklin C. Crow
Paul Debevec
ديفيد س. إيفانز
Ron Fedkiw
Steven K. Feiner
جيمس د. فولي
David Forsyth
Henry Fuchs
Andrew Glassner
Henri Gouraud (computer scientist)
دونالد بي غرينبيرغ
Eric Haines
R. A. Hall
بات هانراهان
John Hughes
Jim Kajiya
Takeo Kanade
كين كنولتون
Marc Levoy
Martin Newell (computer scientist)
James O'Brien
Ken Perlin
Matt Pharr
بوي تونج فونج
Przemyslaw Prusinkiewicz
ويليام ريفز
David F. Rogers
Holly Rushmeier
Peter Shirley
James Sethian
إيفان سذرلاند
Demetri Terzopoulos
Kenneth Torrance
Greg Turk
Andries van Dam
Henrik Wann Jensen
Gregory Ward
جون وورنوك
J. Turner Whitted
انظر أيضا
رسوميات حاسوبية
هندسة رياضية رقمية
تعديل الصور
إبريق شاي يوتاه
المراجع
قراءة متعمقة
فولي وآخرون . رسومات الحاسوب: المبادئ والممارسة .
شيرلي. أساسيات رسومات الحاسوب .
واط. 3D رسومات الحاسوب .
مجموعات الجامعة
مجموعة رسومات الحاسوب وسهولة الاستخدام في جامعة سايمون فريزر
مجموعة رسومات الحاسوب في جامعة هونغ كونغ
مركز بحوث تكنولوجيا الإعلام في جامعة باث
مجموعة بيركلي للرسوم المتحركة والنمذجة
بيركلي رسومات الحاسوب
مجموعة رسومات الحاسوب بجامعة بريستول
C²G² في جامعة كولومبيا
مركز تكنولوجيا المعلومات المرئية ، معهد IIIT حيدر أباد
Caltech متعدد النمذجة المجموعة
مختبر كارنيجي ميلون للرسومات
قسم رسومات الحاسوب في معهد ماكس بلانك للفور المعلوماتية
قسم رسومات الحاسوب في مدرسة هوت ألبرت جاكار
مجموعة رسومات الكمبيوتر في براون
مجموعة رسومات الحاسوب في جامعة آخن
رسومات الحاسوب في هارفارد
مختبر رسومات الحاسوب وتقنيات غامرة في جامعة جنوب كاليفورنيا
مختبر الرسومات معهد التقنيات الإبداعية في جامعة جنوب كاليفورنيا
مختبر رسومات الحاسوب في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST)
مجموعة رسومات الحاسوب في جامعة بون
مجموعة رسومات الحاسوب في جامعة فرجينيا
مختبر رسومات الحاسوب في جامعة طوكيو
مختبر رسومات الحاسوب في جامعة أوستن
مختبر رسومات الحاسوب في ETH زيوريخ
مجموعة رسومات الحاسوب / التصميم الهندسي في شركة رايس
مختبر رسومات الحاسوب وواجهة المستخدم بجامعة كولومبيا
مختبر رسومات الحاسوب عالية الأداء في جامعة بوردو
مختبر رسومات الحاسوب والتصوير بجامعة بوردو
مختبر رسومات الحاسوب والتصور في جامعة يوتا
مختبر رسومات الحاسوب والتصور في جامعة ويسكونسن
برنامج جامعة كورنيل لرسومات الكمبيوتر
مشروع الرسومات الديناميكية في جامعة تورونتو
مجموعة النمذجة الهندسية والهندسة الصناعية في جامعة التقنية في فيينا
معهد رسومات الحاسوب والخوارزميات في جامعة فيينا التقنية
الرسومات وتحليل الصور في UNC
معمل التصوير والتصوير بجامعة سرقسطة
مجموعة الرسومات والجيوماتكس في جامعة خاين
مجموعة الرسومات والحوسبة الهندسية في جامعة تسينغهوا
الرسومات @ إلينوي
GRAIL في جامعة واشنطن
GRAVIR في iMAGIS
GVIL في جامعة ماريلاند ، كوليدج بارك
GVU Center في Georgia Tech
مجموعة أبحاث التصور ورسومات IDAV بجامعة كاليفورنيا في ديفيس
مجموعة أبحاث IMAGINE في جامعة لوس أنديس، بوغوتا، كولومبيا
مختبر تصوير بجامعة كولومبيا البريطانية
مجموعة MIT Computer Graphics
MRL في جامعة نيويورك
مجموعة برينستون للجرافيك والهندسة
مختبر ستانفورد للكمبيوتر
UCSD مختبر رسومات الحاسوب
ViRVIG في جامعة البوليتكنيك في كاتالونيا
مركز أبحاث الرؤية في فاندربيلت
شبكة INI-GraphicsNet الدولية
مركز أبحاث VRVis
في الصناعة
تشمل المعامل الصناعية التي تجري أبحاثًا حول «الرسومات الحاسوبية»:
مختبرات أدوبي للتكنولوجيا المتقدمة
MERL
مايكروسوفت البحوث - الرسومات
أبحاث نفيديا
تشمل استوديوهات الأفلام الرئيسية التي تبرز أبحاث الرسومات ما يلي:
ILM
PDI / Dreamworks الرسوم المتحركة
بيكسار
رسوميات الحاسوب
علم الحاسوب