Что такое интерактивная машинная графика?

Компьютер в машинной графике используется для описания изображений, их хранения, манипулирования ими, их вызова и визуализации, т.е. в основном: для пассивных операций. Компьютер выводит на экран предварительно подготовлен­ное изображение, и наблюдатель не может непосредственно управлять изображе­нием, прежде чем оно появится на экране. В каждом конкретном случае изображение может быть либо таким простым, как, например, графики простых функ­ций, либо столь сложным, как визуализация результатов моделирования процесса автоматического полета и посадки самолета или космического корабляВ зависимости от степени участия пользователя в различных формах взаимодействия с ЭВМ при построении изображения, компьютерная графика подразделяется на два основных класса: “пассивную” или пакетную и “активную” или интерактивную компьютерную графику.Компьютерная графика для пакетной обработки представляет собой систему, в которой ЭВМ под управлением прикладных программных пакетов (ППП) обеспечивает формирование и вывод графического изображения на экран графического дисплея, графопостроителя, на координатограф, для получения фотокопии изображения и другие устройства, позволяющие получать графические документы. Примером пакетной графики могут служить различные скоростные печатающие устройства, кинокамеры и видеомагнитофоны, создающие высококачественные, цветные изображения реальных или воображаемых объектов. И модификация (редактирование) этого изображения на выходном устройстве осуществляется под действием самого пакета прикладных программ в режиме конструирования и его повторного запуска.Подсистема интерактивной компьютерной графики определяется совокупностью аппаратурно-программных средств, обеспечивающих реализацию алгоритма решения проектной задачи, при уточнении ее формулировки. Интерактивнаякомпьютерная графика - это так же использование ЭВМ для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь оперативно вносит изменения в изображение непосредственно в процессе его воспроизведения, т.е. предполагается возможность работы с графикой в режиме диалога в реальном масштабе времени. Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления.В динамической интерактивной машинной графике компьютер используется для подготовки и визуализации графических данных. Однако интерактивная графика позволяет наблюдателю в реальном масштабе времени влиять на весь процесс представления изображения. Чтобы убедиться в серьезности ограничений, определяемых условиями работы в реальном времени, рассмотрим задачу вращения объемного изображения, состо­ящего из 1000 линий, со скоростью 15 град/с. Картинка из 1000 линий в большинстве слу­чаев представляется матрицей 1000 х 4 однородных координат конечных точек линий. Вращение, как правило, представляется путем умножения этой матрицы на матрицу преобразования размером 4 х 4. Для проведения такого матричного Умножения требуется выполнить 16 тыс. операций умножения, 12 тыс. операций сложения и 1 тыс. операций деления вещественных чисел. Если умножение осу­ществляется программно, то для того чтобы выполнить все операции вращения, может потребоваться значительное время. Обычный универсальный компьютер с процессором вещественной арифметики, способным выполнять операции умно­жения с быстродействием 3.6 мкс, сложения —за 2.6 мкс и деления со скоро­стью 5.2 мкс, может выполнить такое матричное умножение за 0.1 с. Посколь­ку для того, чтобы картинка на экране начала двигаться, она должна перери­совываться не менее 30 раз в секунду, то становится очевидным, что в случае с данным примером картинка не сможет непрерывно перемещаться по экрану. Даже если предположить, что изображение обновляется только 15 раз в секун­ду, т. е. при повороте на каждый градус, то и в этом случае программная ре­ализация не позволяет получить эффект непрерывного вращения и исключает возможность получения действительно реалистичных изображений. Существу­ет множество способов достижения реального интерактивного режима визуали­зации изображения: использование более мощного дополнительного компьютера или более тщательное программирование, уменьшающее время выполнения мат­ричного умножения. Однако в любом случае обязательно будет достигнут мо­мент, когда всякое дальнейшее улучшение станет уже невозможным. Уменьше­ние сложности изображения также не даст нужного эффекта, так как при этом может оказаться неприемлемым качество картинки. Однако операция матрич­ного умножения, необходимая для манипулирования изображением из нашего примера, для действительно очень сложных картинок может осуществляться на уровне микропрограмм или с помощью специализированных цифровых умножи­телей, применение которых всегда было наиболее эффективным и экономичным.......