на тему:
“Системи автоматизованого проектування.
Використання креслень за допомогою комп’ютера”
На цей час у галузі інформатики найбільш динамічно розвиваються комп'ютерні графічно-інформаційні технології. Вони невпинно розширюють свою методологічну основу, інструментальну базу й сферу застосування, охоплюючи все більш широке коло найрізноманітніших галузей життєдіяльності людини. При цьому основним функціональним реалізатором таких технологій виступає комп'ютерна графіка, що є найвидовищнішою багатофункціональною складовою цих технологій, найлегше сприймається та найшвидше обробляється (в інформаційному плані) й засвоюється людиною, а, головне, - повною мірою відповідає природним психологічним особливостям сприйняття людиною навколишнього середовища.
Широкий клас програм, що призначені для створення та обробки графічних зображень. Розрізняють три категорії:
растрові редактори;
векторні редактори;
3-D редактори (тривимірна графіка).
У растрових редакторах графічний об'єкт представлений у вигляді комбінації точок (растрів), що мають свою яскравість та колір. Такий підхід ефективний, коли графічне зображення має багато кольорів і інформація про колір елементів набагато важливіша за інформацію про їх форму. Це характерно для фотографічних та поліграфічних зображень. Застосовують для обробки зображень, створення фотоефектів і художніх композицій.
Векторні редактори відрізняються способом представлення даних про зображення. Об'єктом є не точка, а лінія. Кожна лінія розглядається, як математична крива ІІІ порядку і представлена формулою. Таке представлення компактніше за растрове, дані займають менше місця, побудова об'єкта супроводжується підрахунком параметрів кривої у координати екранного зображення, і відповідно, потребує більш продуктивних обчислювальних систем. Широко застосовуються у рекламі, оформленні обкладинок поліграфічних видань.
Редактори тривимірної графіки. Використовують для створення об'ємних композицій. Мають дві особливості: дозволяють керувати властивостями поверхні в залежності від властивостей освітлення, а також дозволяють створювати об'ємну анімацію.
Підвищений інтерес з боку спеціалістів різних фахових галузей до синтезу комп'ютерних зображень як окремого самостійного напрямку інформаційних технологій, який найбільш інтенсивно розвивається в наш час, пояснюється найвищою їх інформативністю порівняно з іншими носіями інформації. Інформація, що міститься у зображеннях, подається у найбільш концентрованій формі. Одночасно ж ця інформація є і найдоступнішою для сприйняття й аналізу за обмежений проміжок часу. Окрім того, для її сприйняття отримувачеві інформації, поданої у графічній формі (тобто у вигляді певного зображення), достатньо мати відносно невеликий обсяг спеціальних знань й загалом мати здібності звичайної нормальної людини.
Намагання візуалізувати оброблювану інформацію спостерігається практично у всіх без винятку сферах діяльності людини. Тому одночасно з появою й початком практичного використання ЕОМ виникла також й проблема подання сукупності даних, що є результатом протікання певних процесів, у вигляді зображень встановленої структури. Спочатку це виконувалось виключно програмним чином, що вимагало від фахового спеціаліста ще й певної кваліфікації у галузі програмування. Тому комп'ютерна графіка розвивалась в основному у технічних галузях, де таких спеціалістів було чимало.
З появою та поширенням персональних комп'ютерів та відповідного програмного забезпечення комп'ютерна графіка стала доступним інструментальним засобом широкого кола спеціалістів багатьох галузей, які нерідко абсолютно не пов'язані ані з технікою, ані безпосередньо з програмуванням. Збільшення обсягів пам'яті й швидкості обробки інформації у персональних ЕОМ створення складних багатокомпонентних й багатофункціональних відеокомплексів з широким набором різноманітних програм комп'ютерної графіки, можливість роботи з ними у діалоговому режимі з обов'язковою реалізацією умов "дружнього" інтерфейсу відповідно із розв'язуваними задачами конкретної предметної галузі сприяють подальшому розширенню практичного використання методів і засобів комп'ютерної графіки, її вдосконаленню і розвитку.
Швидке розширення функціональних можливостей сучасної обчислюваної техніки створило базу для подальшого розвитку й вдосконалення систем комп'ютерної графіки, що забезпечують відображення динамічних сюжетів, де зображення послідовно змінюють одне одного за визначеним сценарієм. Серед таких систем прийнято виділяти три групи:
системи графічного (імітаційного) моделювання, основною задачею яких є подання (візуалізація) процесів у фізиці, хімії, астрономії, медицині тощо;
системи імітації динамічних ситуацій (наприклад, динамічні тренажери);
системи отримання двовимірних та тривимірних наочних зображень різноманітних об'єктів для телебачення й кіно з наступною їх компіляцією за певним сценарієм у вигляді, наприклад, рекламних комп'ютерних фільмів.
Будь-які системи комп'ютерної графіки відтворюють відібрану й певним чином оброблену інформацію про процес або об'єкт у вигляді синтезованих зображень на екрані дисплея. На відміну від фотографічних, телевізійних, оптико-електронних та будь-яких інших систем візуалізації зображень у системах комп'ютерної графіки джерелом вхідної інформації є не самі фізичні процеси або відтворювані об'єкти, а їх відповідні математичні (вірніше, геометричні) моделі. Ці моделі у загальному випадку являють собою упорядковану сукупність даних, числових характеристик, вербальної інформації, параметрів, математичних і логічних залежностей, що визначають структуру, властивості, взаємозв'язки й відношення між окремими елементами й складовими частинами об'єкта, а також між самим об'єктом і його оточенням. Після введення конкретних значень параметрів система комп'ютерної графіки на основі загальної моделі об'єкта й заданих умов візуалізації синтезує конкретне зображення й відтворює його на екрані дисплея.
Отож, центральним компонентом будь-якої системи комп'ютерної графіки є геометрична модель об'єкта (процесу або явища). Тобто комп'ютерна графіка має безпосередній взаємозв'язок з геометричним моделюванням. Проте на цей час література з шкільної інформатики, що розглядає комп'ютерну графіку, містить дуже обмежене за своєю суттю означення комп'ютерної графіки як окремої самостійної науково-практичної дисципліни (напрямку) та розділу інформатики як навчального предмету, навіть не згадуючи про геометричну модель. Так, найпоширенішим з таких означень є таке: "Комп'ютерна графіка - це створення й обробка зображень (малюнків, креслень тощо) за допомогою комп'ютера". Тобто, до цих пір у школі комп'ютерна графіка розглядається лише з позицій створення комп'ютерних малюнків (зображень) на екрані дисплея за допомогою певного набору інструментальних засобів, найпоширенішими з яких є графічний редактор й маніпулятор "миша". Але ж це є найнижчий, можна сказати, досить примітивний рівень практичного застосування комп'ютерної графіки. І ним далеко не обмежуються можливі напрямки використання й вивчення можливостей комп'ютерної графіки та її апарату - методологічного, математичного, алгоритмічного, програмного, інструментального.
Враховуючи той факт, що означення будь-якої галузі зумовлює її інструментальну базу, область застосування й напрямки подальшого розвитку, та визнаючи обмеженість наведеного вище означення комп'ютерної графіки, необхідно сформулювати найпридатніше з методологічних позицій означення й запровадити його у шкільну інформатику. На цей час відомі кілька таких означень. Серед них таким, що найбільше відповідає задачам шкільної інформатики, є, на наш погляд, таке: "Комп'ютерна (машинна) графіка - це створення й маніпуляція на екрані дисплея графічними зображеннями об'єктів, процесів або явищ, що представлені у вигляді певних комп'ютерних геометричних моделей".
Тобто, будь-яке зображення на екрані дисплея - це результат комп'ютерної обробки тієї або іншої геометричної моделі об'єкта. Отже, геометрична модель є первинною відносно будь-якого комп'ютерного зображення й створюється заздалегідь (програмно) або ж синхронно із побудовою певного зображення на екрані дисплея в інтерактивному режимі. Таким чином, основною задачею викладання основ комп'ютерної графіки у курсі шкільної інформатики є створення геометричних моделей об'єктів і одержання певних знань і навичок щодо маніпуляції комп'ютерними зображеннями цих об'єктів.
На наш погляд, комп'ютерна графіка може і повинна стати основою викладання шкільної інформатики, так як вона органічно охоплює всі складові компоненти інформатики, ґрунтується на них і є найбільш природним засобом спілкування людини з комп'ютером. Сказане підтверджується життям й практичним досвідом. Недарма початок освоєння дитиною комп'ютера завжди пов'язаний із створенням комп'ютерних малюнків за допомогою певних графічних редакторів та із комп'ютерними іграми й тренажерами, де головна роль відводиться комп'ютерній графіці. Більше того, значна частина вітчизняної і зарубіжної навчальної літератури з інформатики подає навчальний матеріал із широким залученням програмних засобів візуалізації і методів та алгоритмів комп'ютерної графіки.
Проте, незважаючи на такий стан речей, комп'ютерна графіка у складі шкільної інформатики є всього лише абзацом навчальної програми й нерідко взагалі вилучається з реального учбового процесу в силу об'єктивних чи суб'єктивних причин. Враховуючи ж міжпредметні зв'язки та наступність у викладанні навчального матеріалу різних шкільних дисциплін, навчання комп'ютерної графіки через практичне використання її апарату під час розв'язання, моделювання й візуалізації різноманітних задач у всіх без винятку предметах сприяло б збільшенню загального часу, відведеного на вивчення комп'ютерної графіки, помітно розширювало світогляд учнів й сприяло кращому засвоєнню ними учбового матеріалу.