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