Grafisk databehandling

Kan kort karakteriseres som den disciplin, der beskæftiger sig med computergenerering af billeder. Grafisk databehandling adskilles derved fra billedbehandling, som beskæftiger sig med digitale billeder optaget af naturligt forekommende objekter, men grænsen mellem de to discipliner er flydende.

Grafisk databehandling kan enten have til formål at visualisere data, som igen enten hentes ind udefra, eller som selv genereres af computere, eller formålet kan være det dannede billede i sig selv.

Eksempler på den første anvendelse kan være lagkagediagrammer over statens procentvise omkostninger, fordelt på sektorer; det kan være niveaukurver på en tredimensional graf eller et ganske simpelt diagram, visende y som funktion af x. Fælles begrundelse for at benytte grafik i denne type anvendelser er, at en grafisk præsentation af data almindeligvis, af informationsmodtageren, kan kaperes overmåde meget hurtigere, end hvis data forelå på tabelform. Grafik af denne type kaldes ofte for præsentationsgrafik, og når anvendelsen er i erhvervslivet for business graphics.

Den anden anvendelse kan eksemplificeres ved computergenererede, tredimensionale figurer til brug for science fiction film, eller ved computerkunst. I sådanne tilfælde er det genererede billede ikke en anden repræsentation af data, det er den eneste.

Grafisk databehandling kan opdeles på en anden måde, nemlig i vektorgrafik og rastergrafik. Vektorgrafik er billeder, opbygget af grafiske primitiver, angivet på matematisk form, såsom linier (vektorer), polygoner, cirkelbuer og ellipser. Rastergrafik er billeder opbygget af pixler, dvs. billedpunkter med tilhørende farver og lysstyrker. Om vektorgrafik eller rastergrafik vælges i en given situation, afhænger dels af den pågældende anvendelse, men nok så meget af, hvilket udskriftsmedie som skal benyttes.

Mulighederne for at vise grafik på et udskriftsmedie var i databehandlingens tidligste dage begrænset til at simulere grafer på en teletype-terminal, ved kreativ brug af bogstaver og tegn. Senere fremkom vektor-plottere på markedet, hvilket forbedrede kvaliteten enormt. Også vektorskærme blev produceret. Disse var dataskærme, hvor elektronstrålen kun overstrøg de dele af skærmen, hvor vektorer var tegnet. Denne type skærme var imidlertid meget lidt fleksible: Enten kunne kun et relativt begrænset antal vektorer tegnes, uden at billedet flimrede, eller hele billedet måtte slettes ved en større elektrisk udladning og derefter gentegnes, hvis ændringer skulle foretages. Disse uhensigtsmæssigheder forsvandt ved introduktionen af rasterskærme, dvs. dataskærme, som viser billeder, opbygget af pixler.

For at kunne vise vektorgrafik på en rasterskærm er det nødvendigt at rasterisere de grafiske primitiver, altså bringe disse på rasterform. Dette indebærer eksempelvis for en sort linie på en hvid baggrund at beregne, hvilke pixler som bør være sorte. Hvis ikke linien er præcis vandret, lodret eller diagonal, vil det rasteriserede billede af linien blive trappeformet. Medmindre rasterskærmens opløsningsevne er tilstrækkelig stor, vil resultatet af denne rasterisering blive generende ringe. Det er dog muligt, på rasterskærme med mange bitplaner, at korrigere for denne effekt ved hjælp af anti-aliasing. Rasterskærme er uhyre fleksible, idet hver pixel kan adresseres individuelt. Ydermere vises altid samtlige pixler, hvilket betyder, at det viste billede kan være vilkårligt kompliceret, kun begrænset af skærmens opløsningsevne. Rasterskærme er derfor nu praktisk taget enerådende som grafiske skærme.

Inden for præsentationsgrafik, både på vektor- og rasterform, er tekster af stor vigtighed til notebrug. Hvorledes tegn nærmere er repræsenteret digitalt, er beskrevet i artiklen font.

En tredje opdeling af grafisk databehandling er i to-dimensional og tre-dimensional grafik (3D-grafik).

To-dimensional grafik beskæftiger sig udelukkende med objekter i skærmens eller papirets plan. 3D-grafik benyttes til at give en to-dimensional gengivelse af tre-dimensionale objekter og dermed simulere det billede, et kamera ville kunne optage. Denne simulering består af tre trin:

For det første en beregning af, hvorledes objekternes koordinater i et tre-dimensionalt rum afbildes i en plan, når betragterens øjeposition er givet. Denne beregning er ganske simpel og lidet ressourcekrævende.

Det næste trin består i en beregning af, hvilke linier og hvilke flader som er skjult for betragteren på grund af objekter i forgrunden. Denne såkaldte "hidden line" - eller "hidden surface-removal" - er lagerkrævende eller beregningstung, og undersøgelser med henblik på tilvejebringelse af effektive algoritmer har stået på i årevis. Ved mange anvendelser, eksempelvis CAD eller præsentationsgrafik i 3D, er resultatet allerede efter dette andet trin tilfredsstillende. Se også solid model.

Det sidste trin i simuleringen er det, som bringer "liv" til billedet, nemlig beregningen af lysforholdene i scenen. Princippet bag denne beregning er ikke specielt vanskeligt, når blot følgende parametre angives: Koordinaterne og farverne for de lyskilder, som illuminerer de objekter, som skal modelleres. Specifikation af objektoverfladernes refleksionsegenskaber (er de blanke eller matte) samt deres farver. Såfremt de afbildede objekter er helt eller delvis gennemsigtige, skal deres brydningsindeks angives. Beregningen kan ske f.eks. ved scankonvertering eller på følgende måde, som dog ikke støttes i de gængse grafikacceleratorer.

Ved den såkaldte "ray-tracing"-metode regnes baglæns ved at lade stråler udgå fra øjepunktet i alle retninger inden for det vindue, som defineres af skærmen eller papiret. Strålerne følges, til de rammer et objekt, hvor de enten er opstået ved refleksion, eller ved at de er afbøjet enten på grund af spejling i overfladen eller på grund af brydning i et gennemsigtigt objekt. De enkelte stråler kan enten ende (begynde) i en af de specificerede lyskilder eller i baggrunden, som kan være sort eller af en given baggrundsfarve og intensitet. Denne teknik er, trods det rimeligt simple princip, overmåde ressourcekrævende. Til gengæld vil den modellerede scene fremstå ganske virkelighedstro. Teknikken er derfor i dag et meget vigtigt værktøj ved fremstilling af underholdningsfilm.