Per computer grafica (anche grafica digitale o grafica computerizzata; in inglese computer graphics) si intende quella disciplina informatica che ha per oggetto la creazione e la manipolazione di immagini e filmati, per mezzo del computer.
Argomenti importanti nella computer grafica includono il design delle interfacce utente, la grafica delle sprite, la grafica vettoriale, la modellazione 3D, il ray tracing, la realtà virtuale. Le tecniche e i software che permettono tale attività si appoggiano sulle scienze della geometria, dell'ottica e della fisica.[1]
L'espressione computer graphics fu coniata nel 1960, dai ricercatori Verne Hudson e William Fetter. È spesso abbreviata come CG, tuttavia a volte tale acronimo viene confuso con CGI, cioè computer-generated imagery. L'espressione "computer grafica" in passato veniva intesa, in un senso ampio, per descrivere «circa ogni cosa sui computer che non sia testo o suono».[2] A quel tempo i concetti di computer e software grafico erano decisamente diversi da quelli che abbiamo al giorno d'oggi: anche se i contenuti 2D (planimetrie, schemi e disegni tecnici) potevano essere in qualche modo rappresentabili, non era ancora giunto il momento per i contenuti 3D.
Nei due decenni successivi, a riprova degli esponenziali tempi di sviluppo delle tecnologie informatiche, accaddero numerosi eventi, che portarono i computer a essere in grado di presentare qualcosa di più interessante di qualche linea immobile sullo schermo, suscitando così un interesse al di fuori della ristretta cerchia di ricercatori e ingegneri, all'interno della quale tutto questo era nato. Verso la fine degli anni Ottanta alcuni progettisti compresero le potenzialità di questo mezzo e si adoperarono per utilizzarlo con scopi diversi dalla progettazione o visualizzazione. È in questo periodo che avviene il primo contatto tra la computer grafica e il creativo mondo dell'intrattenimento.
Gli anni 1990 segnarono infine la svolta definitiva nell'impiego della computer grafica, con la produzione dei primi lungometraggi animati completamente in 3D, la comparsa dei primi videogiochi con grafiche tridimensionali e l'impiego massimo del computer per la generazione di effetti speciali nelle pellicole cinematografiche. Al giorno d'oggi comprendiamo facilmente il concetto di computer grafica, o contenuto 3D, in quanto ne siamo continuamente a contatto (film di animazione, visualizzazioni di progetti e prototipi di prodotti, pubblicità).
La computer grafica è la scienza e l'arte della comunicazione visiva per mezzo di uno schermo del computer e dei suoi dispositivi di interazione. È un campo che si serve di molte discipline, quali la fisica, matematica, percezione umana, interazione uomo-macchina, ingegneria, grafica, e l'arte.[3] La fisica è utilizzata per modellare la luce e per eseguire simulazioni animate; la matematica è utilizzata per descrivere e creare forme; la percezione umana lo è per determinare l'allocazione delle risorse (per evitare di sprecare tempo-macchina generando immagini di cose che non saranno notate); l'ingegneria per ottimizzare l'allocazione della lunghezza di banda, della memoria e dei tempi di elaborazione. Il graphic design e l'arte si combinano con l'interazione uomo-macchina per far sì che la comunicazione tra computer e utente sia il più efficace possibile.
La computer grafica, intesa come area dell'informatica, studia la creazione e manipolazione delle immagini usando la matematica e le tecniche computazionali da essa derivate, piuttosto che le pure problematiche estetiche, sebbene a volte le due cose possano coincidere o incrociarsi. Campi di studio che confluiscono nella computer grafica sono:
Riassumendo, possiamo dire che la computer grafica è...
Al giorno d'oggi la computer grafica è parte integrante di tantissimi ambiti professionali e industriali. Per esempio la tipografia (impaginazione di giornali e riviste, anche detta desktop publishing), la progettazione grafica (CAD) nelle industrie metalmeccanica, elettronica, impiantistica ed edile, visualizzazione di dati tecnico/medico/scientifici (CAE), sistemi informativi territoriali (SIT o GIS) e di consumo come i videogiochi, il ritocco fotografico, il montaggio di filmati, l'industria cinematografica (film d'animazione digitale ed effetti speciali dei film). È possibile trovare la computer grafica anche in televisione (pubblicità), sui giornali, nelle previsioni meteorologiche, e in una varietà di indagini mediche e procedure chirurgiche. In una presentazione o report, per fare un esempio, un grafico ben costruito può rappresentare statistiche complesse in una forma che è più facile da capire e interpretare. Le interfacce grafiche utente (GUI) che troviamo negli smartphone, nei computer, nelle dashboard delle automobili, e in molti dispositivi elettronici casalinghi, sono state progettate grazie agli sviluppi della computer grafica.
Negli anni Novanta, sono stati oggetto di sviluppo altri campi come la visualizzazione dell'informazione, e una visualizzazione scientifica più incentrata nella «rappresentazione di fenomeni tridimensionali (di architettura, meteorologia, medicina, biologia, ecc...), dove l'enfasi è posta su rese realistiche di volumi, superfici, fonti di illuminazione, e così via, magari con una componente dinamica (tempo)».[4]
In generale, l'obiettivo della computer grafica è la creazione ed elaborazione di immagini e filmati digitali. Il termine "digitale" sta ad indicare un sistema o un dispositivo in cui le grandezze sono rappresentate attraverso valori numerici discreti, come per esempio nell'elaboratore elettronico o nelle macchine fotografiche dette appunto digitali.[5] Un'immagine può essere rappresentata digitalmente in due modi:
È possibile convertire un'immagine vettoriale in una bitmap attraverso la rasterizzazione. È anche possibile l'operazione inversa, attraverso l'image tracing.
Come viene visualizzata un'immagine su schermo?
La maggior parte delle immagini digitali vengono mostrate all'utente su un display raster, il quale le mostra come degli array rettangolari di pixel.[8] Da un punto di vista fisico, in ogni punto dello schermo, inizialmente nero, ci sono tre celle fosforescenti che emettono luce se colpite da un fascio di elettroni, ovvero se si aggiunge energia.[9] Ognuna delle celle corrisponde a uno dei tre colori primari della sintesi additiva: rosso, verde e blu.[9] Al valore massimo di intensità luminosa, prodotta da tutte e tre le celle contemporaneamente, corrisponde il bianco; alla minima, ossia a celle spente, il nero. Tutti gli altri colori si ottengono da combinazioni di intensità diverse di questi tre colori (vedi RGB).
Tuttavia, è bene considerare che perfino nelle televisioni (display raster esemplari), raramente si hanno lo stesso numero di pixel dell'immagine che si vuole visualizzare. Considerazioni come questa spezzano il legame diretto tra i pixel dell'immagine e quelli del display. È preferibile pensare un'immagine raster come una descrizione device-independent (indipendente dal dispositivo) dell'immagine che sarà visualizzata, e il dispositivo come un mezzo per approssimare quell'immagine ideale.[8]
La modellazione digitale è l'insieme dei processi atti a creare rappresentazioni matematiche di oggetti tridimensionali.[10] È impiegata principalmente nell'animazione digitale, nel CAD/CAM, nello sviluppo di videogiochi, nelle simulazioni, per la stampa 3D. Vi sono fondamentalmente due tipologie di oggetti tridimensionali:
Il rendering è il processo che, a partire dai modelli tridimensionali (vettoriali) presenti nella scena 3D[13], permette di generare immagini raster o filmati, dotati di una precisa risoluzione e raffiguranti le superfici degli oggetti, i materiali[14][15] e le texture in relazione all'illuminazione della scena stessa.[1][16] La parte di software dedicata a svolgere questo compito è chiamata motore di rendering (rendering engine)[1], il quale non solo calcola l'aspetto dei materiali associati agli oggetti, ma elabora anche il modo in cui le ombre devono essere create sia in base alle luci posizionate nella scena, sia alle impostazioni di esposizione e ambientali eventualmente definite.[11]
L'animazione è una tecnica impiegata come medium narrativo e trova spazio nel cinema, nella televisione, nei videogiochi e così via. Si ottiene riproducendo sequenze di immagini con variazioni coerenti del contenuto, a una velocità tale da rendere l'occhio umano non più in grado di distinguerle come singole immagini, creando l'illusione del movimento. All'interno di un software di animazione 3D, oltre alle tre dimensioni spaziali, è possibile rappresentare anche quella temporale e ciò viene fatto tramite un elemento dell'interfaccia chiamato timeline, che è disposto orizzontalmente e suddiviso a intervalli regolari, chiamati fotogrammi, i quali costituiscono l'unità base dell'animazione.[1] Quelli del keyframing e dell'interpolazione sono i principi su cui si basa l'animazione al computer.[1]
La componente accademica riguardante la disciplina della computer grafica è dominata dalla SIGGRAPH, (abbreviazione di Special Interest Group on GRAPHics and Interactive Techniques). È la conferenza sulla grafica computerizzata organizzata annualmente negli Stati Uniti dall'ACM SIGGRAPH organization. La prima conferenza SIGGRAPH si tenne nel 1974, vi partecipano decine di migliaia di professionisti del campo. Fra le sedi delle varie edizioni della conferenza si annoverano Dallas, Seattle, Los Angeles, New Orleans e San Diego.
I gruppi accademici che studiano questa disciplina, nel mondo, sono:
«The Magnavox was the very first videogame console ever released, predating even the Atari Pong»
«La Magnavox è stata la prima console per videogiochi mai distribuita, precedendo anche l'Atari Pong.»
«The Magnavox Odyssey, or simply Odyssey, was the world's first home video game console, first demonstrated on May 24, 1972 and released in August of that year, predating the Atari Pong home consoles by three years.»
«La Magnavox Odissey, o semplicemente Odissey, è stata la prima console giochi domestica, mostrata per la prima volta il 24 maggio 1972 e poi distribuita nel mese di agosto di quell'anno, precedendo l'Atari Pong di 3 anni.»
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