گرافیک کامپیوتری

گرافیک کامپیوتری چیست؟
گرافیک کامپیوتری به این معنی است که نقاشی روی یک صفحه رایانه طراحی کند.چیزی که شما آن را طراحی می کنید شباهت با یک۲ چیزی در دنیای واقعی است. بسته به مواد مورد استفاده شما، تغییر آنچه که شما انجام می دهید، آسان و یا سخت است: شما می توانید علامت مداد یا ذغال چوب را به راحتی پاک کنید، و می توانید رنگ روغن را از بین برده و آنها را بدون دردسر بازسازی کنید؛ اما تغییر آبرنگ بسیار مشکلتر است.

 بسیاری از هنرمندان، طراحان و معماران عاشق گرافیک کامپیوتری شده اند. یک تصویر بر روی صفحه نمایش کامپیوتر بکشید و آنچه که شما می کشید یک قطعه از اطلاعات دیجیتال است. این احتمالا شبیه چیزی است که شما بر روی کاغذ کشیده اید – ایده ای که ابتدا در ذهن شما در حال حرکت است – اما در داخل کامپیوتر تصویر شما به عنوان یک سری از اعداد ذخیره می شود. اعداد را تغییر دهید و می توانید تصویر را در چشمک زدن یا حتی سریعتر تغییر دهید. خیلی آسان است که عکس خود را در اطراف صفحه نمایش تغییر دهید، آن را به سمت پایین یا بالا بکشید، چرخش آن، رنگ مبادله و تبدیل آن به انواع مختلف دیگر. پس از اتمام کار، می توانید آن را ذخیره کنید، آن را در یک سند متنی قرار دهید، آن را چاپ کنید، آن را به یک صفحه وب ارسال کنید یا آن را به یک مشتری یا همکار کاری ارسال کنید، زیرا این اطلاعات دیجیتال است.

ردیف و گرافیک برداری

تمام هنر کامپیوتری دیجیتال است، اما دو روش بسیار متفاوت برای طراحی تصاویر دیجیتال روی یک صفحه کامپیوتر وجود دارد که به عنوان گرافیک وکتور و ردیف شناخته می شود. برنامه های کامپیوتری ساده مانند مایکروسافت رنگ و PaintShop Pro بر روی گرافیک شطرنجی استفاده می شوند، در حالی که برنامه های پیچیده تر مانند CorelDRAW، AutoCAD  و Adobe Illustrator از گرافیک برداری استفاده می کنند. تفاوت چیست

گرافیک RASTER

تصاویر و کلمات از نقاط رنگی کوچک یا مربع به نام پیکسل تشکیل دهید. اکثر تصاویر ساده کامپیوتری گرافیکی که ما با آن روبرو هستیم، به شکل پیکسل شده است، مثل دیوارهای ساخته شده از آجر. نخستین صفحه نمایش کامپیوتر که در اواسط قرن بیستم توسعه یافت، بسیار شبیه به تلویزیون بود، که برای ساخت تصاویر متحرک خود از طریق “اسکن کردن” پرتوهای الکترون (ذرات باردار کوچک درون اتم، که همچنین پرتوهای کادو نامیده می شد) از بالا به کار گرفته شد به پایین و چپ به راست مانند یک نوع قلم مو الکترونیک فوری. این روش ساخت یک عکس اسکن رادار نامیده می شود و به همین دلیل است که یک تصویر بر روی یک صفحه کامپیوتر از پیکسل ها ایجاد می شود، گرافیک شطرنجی نامیده می شود

Bitmaps ( بیت مپ )

شما احتمالا از باینری شنیده اید، روشی که رایانه ای برای نشان دادن اعداد مانند (۱-۲-۳-۴ …)  فقط با دو رقم صفر و یک استفاده می کند. فرض کنید شما یک کامپیوتر هستید و می خواهید یک عکس را که کسی روی صفحه نمایش شما طراحی می کند به خاطر بسپارد. اگر در سیاه و سفید باشد، می توانید یک صفر برای ذخیره یک قسمت سفید تصویر و یکی برای ذخیره منطقه سیاه (یا برعکس اگر ترجیح می دهید) استفاده کنید. به نوبه خود، هر پیکسل را کپی کنید، می توانید یک عکس را پر کنید، یک صفحه کامل را، مثلا، ۸۰۰ پیکسل در عرض ۶۰۰ پیکسل به یک لیست از ۴۸۰،۰۰۰ (۶۰۰*۸۰۰) صفر باینری و آنهایی اضافه کنید. این روش تبدیل تصویر به یک فایل کامپیوتری که از رقم دودویی تشکیل شده (که بایت نامیده می شود برای کوتاه کردن) یک بیت مپ نامیده می شود. در عمل، بیشتر بیت مپ ها از تصاویر رنگی هستند. اگر ما از یک بیت برای نشان دادن هر پیکسل استفاده کنیم، می توانیم فقط بگوییم که آیا پیکسل روشن یا خاموش است (سفید یا سیاه). اگر از هشت بیت برای نشان دادن هر یک از پیکسل ها استفاده می کنیم، می توانیم هشت رنگ مختلف داشته باشیم، اما برای ذخیره یک تصویر با همان اندازه، باید هشت برابر حافظه (فضای ذخیره سازی داخل کامپیوتر) داشته باشیم.
گرافیک Raster برای استفاده ساده است .وخیلی آسان است که ببینید چگونه برنامه هایی که از آنها استفاده می کنند کارهای خود را انجام می دهند. اگر شما یک تصویر را دو برابر کنید، کامپیوتر هر پیکسل را دو برابر می کند (بنابراین اعداد ۱۰۱۱۰ تبدیل به ۱۱۰۰۱۱۱۱۰۰ می شوند) اما تصویر در روند بسیار پراکنده تر و دانه تر می شود. این یکی از دلایل اصلی استفاده از گرافیک کشویی است: آنها به اندازه های مختلف اندازه گیری نمی شوند. یکی دیگر از نقصها، میزان حافظه ای است که آنها نیاز دارند. یک عکس کاملا دقیق ممکن است نیاز به ۱۶ میلیون رنگ داشته باشد که شامل ذخیره ۲۴ بیت در هر پیکسل و ۲۴ برابر حافظه به عنوان یک تصویر اساسی سیاه و سفید است.

وضوح

حداکثر تعداد پیکسل ها در یک تصویر (یا بر روی صفحه کامپیوتر) به عنوان رزولوشن آن شناخته می شود. اولین کامپیوتر که من تا به حال به درستی استفاده کردام Commodore PET ،دارای یک صفحه نمایش با وضوح فوق العاده با ۸۰ کاراکتر با ۲۵ خط زیر آن بود (حداکثر ۲۰۰۰ حرف، عدد یا علائم نقطه گذاری ممکن است بر روی صفحه نمایش در هر زمان باشد) ؛ از آنجا که هر کاراکتر از ۸ × ۸ مربع پیکسل ساخته شده بود، این به این معنی بود که صفحه نمایش دارای رزولوشن ۱۲۸ × ۶۴۰ × ۱۲۸۰۰۰ پیکسل (یا ۱۲۲۸ مگاپیکسل، جایی که یک مگا پیکسل یک میلیون پیکسل بود). لپ تاپ من که اکنون استفاده می کنم به رزولوشن ۱۲۸۰ × ۸۰۰ = ۱٫۰۲۴ مگاپیکسل تنظیم شده است که تقریبا ۷-۸ برابر دقیق تر است. دوربین دیجیتال با رزولوشن ۷ مگاپیکسلی تقریبا هفت برابر دقیق تر از رزولوشن صفحه نمایش لپ تاپ من و یا در حدود ۵۰ برابر دقیق تر از صفحه نمایش اصلی Commodore PET است.
Anti-aliasing
نمایش منحنی کشیده شده بر روی یک صفحه نمایش پیکسل می تواند لبه های ناهموار دندانه ای (“jaggies”) ایجاد کند. یک راه حل این است که پیکسل ها را بر روی یک منحنی ترسیم کنید تا ظاهر یک خط صاف را ایجاد کنید. این تکنیک که به نام anti-aliasing شناخته می شود، به طور گسترده ای برای فونت سازی روی صفحه نمایش کامپیوترهای پیکسل طراحی شده است.

گرافیک برداری

یک روش جایگزین گرافیک رایانه ای است که در مورد مشکلات گرافیک Raster به کار می رود. به جای ایجاد یک عکس از پیکسل، شما با استفاده از خطوط مستقیم و منحنی ساده به نام بردارها یا اشکال های اولیه (حلقه ها، منحنی ها، مثلث ها و غیره) به عنوان یک primitive شناخته می شوید. با گرافیک شطرنجی، ساخت یک اثر از یک خانه را از صدها، هزاران یا میلیون ها پیکسل شخصی ایجاد می کنید؛ مهمتر از همه، هر پیکسل هیچ ارتباطی با پیکسل های دیگر ندارد. با گرافیک برداری، شما ممکن است یک مستطیل برای خانه اصلی، مستطیل های کوچکتر برای پنجره ها و درب ها، یک سیلندر برای دودکش و یک چند ضلعی برای سقف داشته باشید. هنگام نمایش در صفحه نمایش، یک خانه گرافیکی براق هنوز به نظر می رسد که از پیکسل ها کشیده شده است، اما اکنون پیکسل ها به طور دقیق به یکدیگر متصل هستند. نقاط آنها در امتداد خطوط مختلف یا اشکال دیگری است که کشیده اید. نقاشی با خطوط مستقیم و منحنی به جای نقاط فردی به این معنی است که شما می توانید یک تصویر را سریع تر تولید کنید و آن را با اطلاعات کمتری ذخیره کنید.همچنین با استفاده از فرمول های ریاضی به نام الگوریتم هایی که بردارهایی را که از آن تصویر شما کشیده شده است، تبدیل می شود. به این ترتیب برنامه های کامپیوتری می توانند فونت ها را به ابعاد مختلف تغییر دهند بدون این که آنها همه پیکسل ها را نگاه کنند.
بسیاری از بسته های گرافیکی مدرن کامپیوتری به شما این امکان را می دهند یک تصویر را با استفاده از ترکیبی از گرافیک ردیفی  یا برداری به تصویر بکشید، زیرا گاهی اوقات یک رویکرد بهتر از یک دیگر کار می کند و گاهی اوقات شما نیاز به ترکیب هر دو نوع گرافیک در یک تصویر واحد دارید. با استفاده از یک بسته گرافیکی مانند GIMP (برنامه دستکاری تصویر GNU) می توانید منحنی های روی صفحه را با ردیابی و سپس پر کردن مسیر (به صورت فنی به عنوان منحنی های Bézier ) قبل از تبدیل آنها به پیکسل ها (“چرخش” آنها) تا آنها را به چیزی شبیه یک تصویر بیت مپ تبدیل کنید.

گرافیک سه بعدی

برای ایجاد یک تصویر کامپیوتری به نظر می رسد به عنوان یک عکس (مثلا یک صحنه واقعی در جهان واقعی)، باید بیش از میلیون ها پیکسل رنگی در نظر گرفته شود.
اگر شما آثار هنری D3 واقعی را برای چیزهایی مانند CAD (طراحی کامپیوتری) و واقعیت مجازی بخواهید، شما نیاز به تکنیک های پیچیده تر گرافیک دارید. به جای طراحی یک شی، شما یک مدل کامپیوتری D3 از آن را درون کامپیوتر ایجاد می کنید و از طریق روش های مختلف آن را روی صفحه نمایش می دهید. اول، شما ساخت یک طرح اولیه سه بعدی از یک شیء به نام یک قاب سیم (به دلیل آن که از بردارها که به نظر می رسد می تواند  مانند سیم های فلزی کوچک باشد) کشیده شده است. سپس مدل بی قاعده است، فرایندی که در آن بیت های مختلفی از جسم با کمی مشابهت به استخوان ها در یک اسکلت مرتبط می شوند تا به شیوه ای واقع بینانه حرکت کنند. در نهایت، شیء رندر شده است، که شامل سایه انداختن قسمت های خارجی با بافت های مختلف (الگوهای سطح)، رنگ ها، درجه کدورت یا شفافیت و غیره است. رندر یک فرایند بسیار پیچیده است که می تواند ساعت ها، روزها و یا حتی هفته ها  یک کامپیوتر قدرتمند  درگیر کند. ریاضی پیچیده برای مدل سازی اینکه چگونه نور بر روی سطح سقوط می کند، معمولا با استفاده از هر دو روش ردیابی پرتو (یک روش نسبتا ساده ترسیم چگونگی پرت کردن از سطح اشیاء براق در خطوط مستقیم) یا radiosity (یک روش پیچیده تر برای مدل سازی چگونگی استفاده از اشیاء روزمره منعکس کننده و پراکنده نور در Duller، روش های پیچیده تر

اسکنر بدن NMR

گرافیک کامپیوتری می تواند جانها را نجات دهد. تصاویر اسکن پزشکی اغلب تصاویر کامپیوتری پیچیده از صدها یا هزاران اندازه دقیق بدن انسان یا مغز ساخته شده است.
استفاده های واضح از گرافیک کامپیوتری شامل هنر کامپیوتری، فیلم های CGI، نقشه های معماری و طراحی گرافیک می باشد، اما بسیاری از کاربردهای غیرقابل استفاده نیز وجود دارد و نه همه آنها “هنری” هستند. تجسم علمی، راهی برای تولید خروجی گرافیکی از مدل های کامپیوتری است تا مردم بتوانند درک کنند. مدل های کامپیوتری گرمایش جهانی، جداول عظیمی از اعداد را به عنوان خروجی تولید می کنند، که فقط یک دکترا در علم آب و هوا می تواند تشخیص دهد.تصويربرداری پزشکی نمونه ديگري از چگونگی تبديل تصاوير کامپیوتری به اطلاعات مهمتر است. هنگامی که پزشکان شما یک اسکن مغز یا بدن را به شما نشان می دهند، شما به یک نمایش گرافیکی کامپیوتری نگاه می کنید که با استفاده از مقدار گسترده ای از داده های تولید شده از هزاران یا حتی میلیون ها اندازه گیری انجام می شود. عکس های فکوس که از فضا به نمایش گذاشته شده توسط دستگاه های شگفت انگیز مانند تلسکوپ فضایی هابل معمولا با کمک یک نوع گرافیکی کامپیوتری به نام پردازش تصویر افزایش می یابد؛ که ممکن است پیچیده باشد.

طراحی کامپیوتری (CAD) چیست؟

باعث می شود که سریعتر و راحت تر آنچه که در ذهن شما به واقعیت تبدیل شده است را انتقال دهید
طراحی کامپیوتری (CAD) – طراحی چیزها بر روی صفحه نمایش کامپیوتر به جای روی کاغذ – ممکن است سلام فن آوری و مدرن باشد، اما اکنون بیش از یک قرن نیمی از آن استفاده شده است. این اولین بار در سال ۱۹۵۹ ظاهر شد، زمانی که IBM و General Motors اولین طراحی سیستم CAD را برای ساخت اتومبیل بر روی یک صفحه نمایش کامپیوتری توسعه دادند که توسط Computer-1 (DAC-1) طراحی شده است.
طراحی روی صفحه نمایش کامپیوتر با یک بسته گرافیکی بسیار ساده تر از طرح کردن بر روی کاغذ است، زیرا شما می توانید طراحی خود را به راحتی تغییر دهید. اما این چیزی نیست که به CAD تبدیل شود. به جای ایجاد یک تصویر دو بعدی ۲D استاتیک، معمولا آنچه که روی صفحه ایجاد می کنید یک مدل کامپیوتری سه بعدی است که با استفاده از گراف برداری بر اساس یک نوع اسکلت خطی به نام جعبه که به نظر می رسد کمی شبیه یک جسم پیچیده شده در کاغذ گراف است.
CAD برای چه استفاده می شود؟
از قالب های دندان به supercars و طراح لباس ، تقریبا هر محصولی که امروز خریداری می کنیم، با کمک طراحی کامپیوتری همراه است. معماران، تبلیغات و بازاریابی مردم، طراحان، طراحان خودرو، کشتی سازان، و مهندسان هوافضایی – این فقط برخی از افرادی هستند که به CAD اعتماد دارند. به غیر از ارزانتر بودن و راحت تر بودن استفاده از کاغذ، طراحی CAD به راحتی می توان از طریق ایمیل به سراسر جهان ارسال کرد. یکی دیگر از مزیت های بزرگ این است که نقشه های CAD را می توان به طور خودکار به دستورالعمل های تولید برای روبات های صنعتی و دیگر ماشین آلات کارخانه تبدیل کرد، که به طور کلی زمان لازم برای تبدیل طرح های جدید به محصولات به پایان رسیده را کاهش می دهد.