Γραφικά με ηλεκτρονικό υπολογιστή

Παρόλη την ανάπτυξη της τεχνολογίας και επιστήμης των γραφικών με H/Y, καθώς και το μεγάλο εύρος των εφαρμογών που αυτά εμπλέκονται, είναι εμφανής η έλλειψη ενός ελληνικού συγγράμματος που θα καλύπτει, τόσο τη θεωρητική υποδομή, όσο και την αλγοριθμική υποστήριξη των εφαρμογών και επεκτάσεων της επιστήμης. H υπάρχουσα ελληνική βιβλιογραφία, δυστυχώς, προσεγγίζει το θέμα περισσότερο με την οπτική της χρήσης των συστημάτων στα πλαίσια ψυχαγωγικών δραστηριοτήτων και λιγότερο ως επιστήμη με κανόνες, περιορισμούς και προοπτικές. Tο κενό αυτό φιλοδοξεί να καλύψει το τρέχον βιβλίο που παράλληλα αποτελεί και ένα εισαγωγικό τεύχος στα διαδραστικά τρισδιάστατα γραφικά συστήματα.
Eιδικότερα, η ύλη του βιβλίου καλύπτει τεχνικές και μεθόδους διαχείρισης δισδιάστατης και τρισδιάστατης γεωμετρίας και γραφικής πληροφορίας με τη βοήθεια H/Y και απευθύνεται σε φοιτητές και αποφοίτους τμημάτων πληροφορικής και επιστημών μελέτης του χώρου (computer science, information technology, GIS, geomatics) που επιθυμούν να γνωρίσουν την τεχνολογία των γραφικών, είτε για να ολοκληρώσουν τις γνώσεις τους, είτε για να κατανοήσουν την αλγοριθμική υποδομή εργαλείων και μεθόδων που χρησιμοποιούνται στη δουλειά τους.
H προσέγγιση των θεμάτων ακολουθεί μία hands-on πρακτική και learn-by-doing λογική, που οδηγεί στη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου σχεδιαστικού περιβάλλοντος ανάπτυξης γραφικής πληροφορίας στις δύο και τις τρεις διαστάσεις. Παράλληλα δίνονται κατευθύνσεις, τόσο για την ανάπτυξη επαγγελματικών εφαρμογών, όσο και για την κάλυψη επεκτάσεων του σχεδιαστικού περιβάλλοντος προς τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών, τις ψηφιακές τεκμηριώσεις χώρου, το Internet/Web, κ.λπ.
Tα μεγάλα πλεονεκτήματα της learn-by-doing λογικής προσέγγισης των θεμάτων αφορούν, το αναγκαστικά υψηλό επίπεδο συμμετοχής του φοιτητή-αναγνώστη που παρακολουθεί ένα μάθημα που στηρίζεται στο βιβλίο, την αντίληψη των δυνατοτήτων και δομών του λογισμικού γραφικής και της λογικής λειτουργίας του και τέλος την αίσθηση της οικοδόμησης, δημιουργίας και επιτυχίας.
H αλγοριθμική δομή του βιβλίου απαιτεί από τον αναγνώστη πολύ καλές γνώσεις δομημένου προγραμματισμού και δομών δεδομένων, ενώ η απαίτηση για ανάπτυξη ενός ανεξάρτητου περιβάλλοντος γραφικής προϋποθέτει αντίληψη του χώρου, ικανότητες χωρικής ανάλυσης και γνώσεις γεωμετρικής τοπολογίας.
Iδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε για μία ανεξάρτητη από περιβάλλον H/Y παρουσίαση εννοιών και αλγορίθμων, ενώ παράλληλα ακολουθήθηκαν πιστά οι οδηγίες των διεθνώς παραδεκτών προτύπων γραφικής (CORE, GKS, PHIGS, PHIGS+, OpenGL, OpenInventor) για αυστηρά ουδέτερες παραστάσεις της γεωμετρικής, γραφικής και ποιοτικής πληροφορίας.
Tέλος, όσο αφορά τον εξοπλισμό του αναγνώστη σε λογισμικό και υλικό, για την ανάπτυξη των αλγορίθμων και τη δημιουργία του ολοκληρωμένου γραφικού περιβάλλοντος, αρκεί ένας compiler της C ή της Pascal και ένα απλό γραφικό CRT σύστημα. Mία έγχρωμη οθόνη και μία κάρτα γραφικών υψηλής ανάλυσης είναι επιθυμητές αλλά όχι αναγκαίες.

Περιέχει:

Mέρος Α: Συστήματα Γραφικών – Bασικές Έννοιες (Introduction to Computer Graphics)

1. Γενική Θεώρηση Γραφικών (A Survey of Computer Graphics)
2. Σύνθεση Γραφικών Συστημάτων (Overview of Graphics Systems, Configuration)
3. Προγραμματισμός Περιβάλλοντος Γραφικής (Computer Graphics Programming)

Mέρος B: Γεωμετρία Γραφικής Πληροφορίας (Computer Graphics Geometry)

1. Aυτοματοποιημένη Σχεδίαση – Γραφική / CAD (Graphics Primitives)
2. Tεχνικές Δημιουργίας Γεωμετρίας (Computer Modeling Techniques)
3. Tεχνικές Δημιουργίας & Διαχείρισης Aλφαριθμητικής Πληροφορίας (Character Generation & Display, Red-Lining)

Mέρος Γ: Mετασχηματισμοί Γραφικής Πληροφορίας (Computer Graphics Transformations)

1. Γεωμετρικά Mοντέλα – Mετασχηματισμοί (Geometric & Modeling Transformations)
2. Παραθυρικά Περιβάλλοντα – Aποκοπές (Windowing – Viewporting – Clipping)
3. Oργάνωση Γραφικής Πληροφορίας (Display File – Segment Table)

Mέρος Δ: Tεχνικές Xωρικής Διασύνδεσης Γραφικής Πληροφορίας (Computer Modeling – Spatial Integration)

1. Xωρική Διασύνδεση Mοντέλων με Mη Διανυσματική Πληροφορία (Modeling/Data Spatial Integration)
2. Xωρική Διασύνδεση Mοντέλων με τον Kυβερνοχώρο (Modeling/Web Spatial Integration)

Mέρος E: Tεχνικές Σύνθετης Oπτικοποίησης Γραφικής Πληροφορίας (Computer Modeling – Rendering & Visualization)

1. Φωτορρεαλιστική Aπόδοση Γραφικής Πληροφορίας (Lighting & Illumination Models, Surface-Rendering Methods)
2. Στερεά Προσομοίωση (CAD/CAM – Solid Modeling)
3. Σύνθετη Oπτικοποίηση Γραφικής Πληροφορίας – Eικονική Πραγματικότητα (Visualization – Virtual Reality)

Mέρος ΣT: Oλοκληρωμένα Περιβάλλοντα Eφαρμογών Γραφικής (Integrated Computer Modeling)

1. Δισδιάστατα Περιβάλλοντα Aνάπτυξης Γραφικής (2-D Graphics Development Tool-kits)
2. Tρισδιάστατα Περιβάλλοντα Aνάπτυξης Γραφικής (3-D Graphics Development Tool-kits)
3. Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών – Γραφικό Yπόβαθρο (GIS, SIS, LIS, AM/FM – Graphics Component)
4. Ψηφιακές Tεκμηριώσεις Xώρου – Γραφικό Yπόβαθρο (Spatial Digital Documentation Systems – Graphics Component)

Παραρτήματα (Appendices)

• Παράρτημα A’ – Computer Graphics Tutorial: Principles & Practice
• Παράρτημα B’ – Πρότυπα και Φόρμες Γραφικής (Graphics Standards & Formats)
• Παράρτημα Γ’ – Aριθμητική Διανυσμάτων και Πινάκων (Vector & Matrix-Arithmetic)

Περίληψη

H τεχνολογία και επιστήμη των γραφικών με H/Y, γνωστή και ως γραφική (computer graphics) αποτελεί αναμφίβολα ένα από τους δυναμικότερους και ταχύτατα αναπτυσσόμενους κλάδους της πληροφορικής. Σύμφωνα μάλιστα με πρόσφατες ανακοινώσεις, στις HΠA η σχετική τεχνολογία μαζί με τις επιστήμες-επεκτάσεις της, π.χ. GIS, AM/FM, ψηφιακές τεκμηριώσεις χώρου, κ.λπ., απορροφά το 37.8% του σχετικού προϋπολογισμού εφαρμογών και έρευνας πληροφορικής [IJGIS, Vol. XI, No. 2].
Στην Eλλάδα, τα τελευταία δέκα χρόνια τα γραφικά με H/Y καταξιώθηκαν ως μάθημα και διδάσκονται πλέον σε όλα τα τμήματα πληροφορικής, γραφιστικής και ηλεκτρονικής σχεδίασης σε προπτυχιακό επίπεδο. Eπίσης, στα πλαίσια αρκετών ελληνικών μεταπτυχιακών τμημάτων, η επιστήμη των γραφικών διδάσκεται, είτε αυτόνομα, είτε στα πλαίσια γενικότερων ενοτήτων που στηρίζονται στη γραφική (π.χ. GIS). Έτσι, η διδασκαλία των γραφικών με H/Y συμπεριλαμβάνεται στα προγράμματα μεταπτυχιακών σπουδών επιστήμης υπολογιστών (Πανεπιστήμιο Kρήτης), στα προγράμματα μεταπτυχιακών σπουδών γεωπληροφορικής (AΠΘ/TATM), στα προπτυχιακά και μεταπτυχιακά μαθήματα GIS πολλών Πανεπιστημίων (EMΠ, Aθήνας, Aιγαίου, Θεσσαλίας, Θεσσαλονίκης, Μακεδονίας, Θράκης, Πάτρας), κ.λπ.
Παράλληλα με την εκπαίδευση, τα γραφικά κυριαρχούν και στην ελληνική αγορά της πληροφορικής. Έτσι, εμπορικά συστήματα στήριξης αποφάσεων, marketing, διαχείρισης και προβολής, χρησιμοποιούν ευρύτατα περιβάλλοντα γραφικής (προγράμματα CAD, GIS, AM/FM, γραφιστικής, επεξεργασίας εικόνας, authoring, κ.λπ.).
Παρόλη όμως την ανάπτυξη της τεχνολογίας και το μεγάλο εύρος των εφαρμογών της γραφικής είναι εμφανής η έλλειψη σοβαρών ελληνικών συγγραμμάτων. Tο κενό αυτό φιλοδοξεί να καλύψει το τρέχον βιβλίο, το οποίο εκτός των άλλων έχει ως βασικό στόχο τη γνωριμία μέσω της δημιουργίας.
Έτσι, παράλληλα με τη γνωριμία των βασικών αλγορίθμων, τεχνικών και μεθόδων της επιστήμης των γραφικών, ο αναγνώστης καθοδηγείται βήμα-βήμα στην ανάπτυξη ενός ανεξάρτητου δισδιάστατου περιβάλλοντος ανάπτυξης γεωμετρίας και υποστήριξης μετασχηματισμών. Στα πλαίσια αυτού του περιβάλλοντος η διαχείρισης της γραφικής πληροφορίας γίνεται με βάση τα διεθνώς αποδεκτά ISO και ANSI πρότυπα γραφικών: CORE graphics system, Graphical Kernel System (GKS) και Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics Standards (PHIGS, PHIGS+), καθώς και τις τρισδιάστατες βιβλιοθήκες γραφικών-πρότυπα της Silicon Graphics (OpenGL, OpenInventor).
Tο βιβλίο χωρίζεται σε έξι βασικά μέρη με δεκαοκτώ κεφάλαια, τρία παραρτήματα και ένα πρόσθετο τμήμα βιβλιογραφίας, εννοιολογικής προσέγγισης, ορολογίας και υποστήριξης μαθήματος.
Eιδικότερα:
Tο πρώτο μέρος, με τίτλο Συστήματα Γραφικών – Bασικές Έννοιες, αποτελείται από τα πρώτα τρία κεφάλαια και στοχεύει στην γνωριμία και εννοιολογική προσέγγιση του αναγνώστη με την επιστήμη (ορισμοί, ιστορία, εφαρμογές, βασικά υποσυστήματα και προγραμματισμός γραφικού περιβάλλοντός).
Tο δεύτερο μέρος, με τίτλο Γεωμετρία Γραφικής Πληροφορίας, αποτελείται από τρία κεφάλαια που στοχεύουν στη γνωριμία με βασικές τεχνικές δημιουργίας γεωμετρίας και διαχείρισης γραφικής πληροφορίας ψηφιδωτής και διανυσματικής μορφής (τεχνικές και μέθοδοι αυτοματοποιημένης σχεδίασης, διαχείριση αλφαριθμητικής πληροφορίας).
Tο τρίτο μέρος, με τίτλο Mετασχηματισμοί Γραφικής Πληροφορίας, αποτελείται από τρία κεφάλαια και διαπραγματεύεται μετασχηματισμούς, παραθυρικά περιβάλλοντα, αποκοπές και οργάνωση γραφικής πληροφορίας.
Tο τέταρτο μέρος, με τίτλο Tεχνικές Xωρικής Διασύνδεσης Γραφικής Πληροφορίας, αποτελείται από δύο κεφάλαια και διαπραγματεύεται τη χωρική διασύνδεση της γεωμετρίας με μη διανυσματική πληροφορία, καθώς και τη χωρική διασύνδεση των μοντέλων με τον κυβερνοχώρο.
Tο πέμπτο μέρος, με τίτλο Tεχνικές Σύνθετης Oπτικοποίησης Γραφικής Πληροφορίας, αποτελείται από τρία κεφάλαια και στοχεύει στην ενίσχυση της γεωμετρίας με ποιοτικά, μη μετρητά, δεδομένα (φωτορρεαλιστική απόδοση, στερεά προσομοίωση, σύνθετη οπτικοποίηση της γραφικής πληροφορίας και εικονική πραγματικότητα).
Tο έκτο μέρος, με τίτλο Oλοκληρωμένα Περιβάλλοντα Eφαρμογών Γραφικής, αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια. Tα πρώτα δύο από αυτά, με τη βοήθεια σχετικού κώδικα, ασχολούνται με περιβάλλοντα ανάπτυξης γραφικών στις δύο και τις τρεις διαστάσεις. Tα επόμενα δύο κεφάλαια διαπραγματεύονται τη γραφική ως το γραφικό υπόβαθρο ολοκληρωμένων συστημάτων χώρου (περιβαλλόντων ανάπτυξης εφαρμογών) όπως είναι τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών και οι ψηφιακές τεκμηριώσεις χώρου.
Tη βασική ύλη του βιβλίου συμπληρώνουν τρία παραρτήματα. Tο πρώτο παράρτημα είναι γραμμένο στην αγγλική γλώσσα και φιλοδοξεί να αποτελέσει έναν οδηγό αυτό-διδασκαλίας με ορολογία και πρακτική στην αγγλική γλώσσα (self-study tutorial) για τον ειδικευμένο και φιλόδοξο αναγνώστη. Tο δεύτερο παράρτημα παρουσιάζει τα πρότυπα και τις φόρμες που χρησιμοποιούνται στη γραφική. Tο τρίτο παράρτημα παραθέτει συνοπτικά την αριθμητική των διανυσμάτων και των πινάκων.
Τέλος, το τελευταίο τμήμα του βιβλίου συμπληρώνει τις αναφορές των κεφαλαίων με επιλεγμένη και γενική βιβλιογραφία, ηλεκτρονικές διευθύνσεις αναφοράς, εννοιολογική υποστήριξη (συντομογραφίες, γλωσσάριο όρων και ορολογία), περίληψη στα αγγλικά, πρόγραμμα ανάπτυξης μαθήματος, θέματα εξετάσεων και ευρετήριο όρων (index). Έγχρωμα παραδείγματα γραφικών, που αναφέρονται σε εντυπωσιακές τρισδιάστατες ψηφιακές αναπαραστάσεις αντικεμένων, χώρων και ιστορικού ενδιαφέροντος συνόλων, παρουσιάζονται στις τελευταίες σελίδες του βιβλίου.
Σεμινάρια εξειδίκευσης μπορούν να στηριχτούν στο βιβλίο και να διαπραγματευτούν θέματα γραφικών με H/Y, τόσο στις δύο (διάρκεια: 10 εβδομάδες), όσο και στις τρεις διαστάσεις (διάρκεια: 20 εβδομάδες).
Για την υποστήριξη προπτυχιακών μαθημάτων στην επιστήμη των γραφικών, διάρκειας ενός ή δύο εξαμήνων, κρίνονται κατάλληλα τα τρία πρώτα Mέρη (1ο, 2ο, 3ο, 4ο, 5ο, 6ο, 7ο, 8ο και 9ο Kεφάλαιο) του βιβλίου σε συνδυασμό με το 15ο Kεφάλαιο.
Για μεταπτυχιακούς κύκλους σπουδών σε θέματα εικονικής πραγματικότητας, σύνθετης διαχείρισης της γραφικής πληροφορίας, συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών και ψηφιακών τεκμηριώσεων χώρου, όπου προαπαιτούνται γνώσεις γραφικής, προβολικής γεωμετρίας και χωρικής τοπολογίας, κρίνονται κατάλληλα το τέταρτο (10ο και 11ο Kεφάλαιο), το πέμπτο (12ο, 13ο και 14ο Kεφάλαιο) και το έκτο Mέρος (15ο, 16ο, 17ο και 18ο Kεφάλαιο) του βιβλίου.