สรุปความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์กราฟิก

ประวัติความเป็นมา  ความเข้าใจ องค์ประกอบ

ประวัติความเป็นมาคอมพิวเตอร์กราฟิก

       จากอดีตสู่ปัจจุบัน คอมพิวเตอร์กราฟิกได้ถูกพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง ทั้งทางด้านการสร้างสรรค์และการออกแบบด้วยซอฟต์แวร์ต่างๆ พร้อมกับมีการแสดงผลที่ตอบสนองต่อผู้ใช้เป็นอย่างดี ซึ่งสามารถแยกประวัติความเป็นมาได้ดังนี้

1. การปฎิวัติคอมพิวเตอร์กราฟิก เป็นการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีซึ่งเปลี่ยนแปลงความเป็นอยู่ของมนุษย์โดยสิ้นเชิง เกิดจากการปฏิวัติที่สำคัญของโลก ได้แก่ การปฏิวัติเกษตรกรรม  การปฏิวัติอุตสาหกรรม  การปฏิวัติคอมพิวเตอร์  โดยมีการพัฒนาอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้มนุษย์มีความเป็นอยู่ที่ดีขึ้น มีการใช้เครื่องจักรแทนพลังงานคนและสัตว์ จนมีการพัฒนาหลอดสูญญากาศ ทรานซิสเตอร์ แผนวงจรรวม และตัวซิลิกอนชิป ตามลำดับ มาใช้แทนกำลังสมองของมนุษย์

2. คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์  เครื่องแรกมีชื่อว่า อินิแอก เป็นเครื่องจักรคำนวณหาความแม่นยำในการหาเป้าหมายหัวกระสุนปืนใหญ่ ต่อมาพัฒนาเป็น อีแวก  และถูกพัฒนาเป็น ยูนิแวก ใช้สำหรับงานด้านธุรกิจมีความสามารถเก็บข้อมูลไว้ในดรัมแม่เหล็ก จนในช่วงเวลาเดียวกัน บริษัทไอบีเอ็ม ได้ผลิตเครื่องคอมพิวเตอร์รุ่น 701/702 ในเชิงอุตสาหกรรม แต่การแสดงผลยังเน้นลักษณะของอักขระและตัวเลขมาก จึงทำให้ต้องจำกัดเฉพาะสำหรับผู้เชี่ยวชาญคอมพิวเตอร์เท่านั้น

3. การวิจัยพัฒนาคอมพิวเตอร์กราฟิก เริ่มมีการพัฒนาระบบต่างๆ ของคอมพิวเตอร์ช่วยในการตรวจจับและเตือนภัยทางอากาศ ที่เด่นคือ ระบบแซจ เนื่องจากข้อมูลที่แซจรายงานผ่านจอภาพช่วยให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์และคอมพิวเตอร์ครั้งแรก จนกลายเป็นพื้นฐานของการพัฒนาระบบประสานกับผู้ใช้กราฟิก หรือ กุย (GUI) ทำให้คอมพิวเตอร์ช่วยการออกแบบ (CAD) ได้ถูกพัฒนาขึ้นใช้สำหรับการผลิตและออกแบบในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูงแต่ไม่เป็นที่นิยม  แต่ต่อมา CAD เริ่มมีใช้ทั่วไป เนื่องจากมีการแข่งขันของภาคอุตสาหกรรม และมีการพัฒนาภาษาคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่สามารถนำไปใช้ร่วมกันหลายระบบจนถึงพีซี ทำให้ต้นทุนลดลงและมีซอฟต์แวร์อเนกประสงค์ ได้แก่ AutoCAD
      เทคโนโลยีการผลิตชิป เป็นปัจจัยสำคัญส่วนหนึ่งที่ทำให้จอภาพบิตแมป มีการแพร่หลายและเป็นจุดเริ่มต้นสำคัญของการพัฒนาระบบคอมพิวเตอร์กราฟิก โดยมีคุณสมบัติคือ การแสดงผลบนจอภาพมีสีสันและคมชัด ให้การเคลื่อนไหวอย่างเป็นธรรมชาติ จึงเป็นองค์ประกอบที่ช่วยในการใช้งานได้ง่ายขึ้น

4. ส่วนต่อประสานกราฟิกกับผู้ใช้ บริษัทซีรอกซ์ได้เสนอเครื่องคอมพิวเตอร์ อัลโต ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ระดับสถานีงานและได้นำเทคโนโลยีการแสดงผลแรสเตอร์บิตแมปมาใช้เป็นเครื่องแรก ได้นำไปพัฒนาระบบ LAN เชื่อมต่อเพื่อแลกเปลี่ยนและใช้ทรัพยากรระบบที่มีอยู่อย่างคุ้มค่า นอกจากนี้การแสดงผลบนภาพจอจะเหมือนกับสิ่งที่พิมพ์ออกมา หรือที่เรียกว่า ได้อย่างที่เห็น (WYSIWYG - วิซิวิก)  เป็นสิ่งที่นำไปสู่วิธีการใช้งานคอมพิวเตอร์กราฟิกในปัจจุบัน คือ เมาส์ ปากกาแสง แป้นกำหนดหน้าที่ ช่วยให้ลดช่องว่างระหว่างผู้ใช้กับคอมพิวเตอร์อย่างมาก และมีการทำงานเรียกว่า เดสทอป ซึ่งมีสัญรูป เชื่อมโยงต่อกันในการใช้งานทำให้สามารถใช้งานซอฟแวร์ได้หลายตัวพร้อมๆ กัน

5. การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิก ได้พัฒนาคอมพิวเตอร์เป็น จอภาพสวมศรีษะ (เอชเอ็มดี) ที่ผู้ใช้สามารถรับข้อมูลได้เสมือนจริงที่สุด มีการสร้างภาพแสดงผลสีเอกรงค์ซึ่งแสดงผลความแตกต่างของเฉดสี ต่อมามีการนำเสนอเทคนิคพิเศษของแสงในธรรมชาติมาใช้กับการสร้างภาพกราฟิกสามมิติที่สมจริง และได้มีการนำมาใช้ในการสร้างภาพยนตร์คอมพิวเตอร์กราฟิกกันอย่างแพร่หลาย ซึ่งมีการนำเทคนิคพิเศษมาช่วยให้เกิดการตอบสนองและความตื่นตาตื่นใจต่อผู้ชม

6. อนาคตคอมพิวเตอร์กราฟิก เป็นการพัฒนาโดยภาพรวมของการนำไปใช้ประโยชน์กับผู้ใช้  โดยมีการนำคอมพิวเตอร์กราฟิกไปทำงานได้ 2 ระบบ คือ 1.ระบบสื่อประสม การนำสื่อหลายอย่างๆ มาเชื่อมโยงต่อกันในการใช้งาน ซึ่งมีหัวใจหลักคือ การแปลงข้อมูลแอนะล็อกเป็นดิจิทัล คือทั้งภาพและเสียงเป็นดิจิทัล ต่อมามีการพัฒนาสื่อต่างๆให้มีการทำงานเร็วขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการพื้นฐานในอนาคต  2.ระบบความเป็นจริงเสมือน การใช้คอมพิวเตอร์สร้างสิ่งแวดล้อมใหม่เพื่อให้ผู้ใช้มีความรู้สึกเหมือนเข้าไปอยู่ในเหตุการณ์นั้นจริง

ความเข้าใจเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์กราฟิก

1. บิต ไบต์ และเวิร์ด  จำนวนชุดข้อมูลที่ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถประมวลผลออกมาได้ โดยที่ บิต เป็นควอนตัมหรือชิ้นของส่วนข่าวสารที่เสมือนกับสวิตซ์ขนาดเล็กที่ควบคุมการเปิดปิดของกระแสไฟฟ้าซึ่งทำให้เกิดรูปแบบของรหัสขึ้นมาเป็นบวกหรือลบ ดำหรือขาว มืดหรือสว่าง ศูนย์และหนึ่ง ไบต์ เป็นการนำบิตซึ่งเป็นข้อมูลเปิดและปิดแทนสัญลักษณ์ด้วย 0 กับ 1 และเวิร์ด หรือคำ เป็นจำนวนบิตที่คอมพิวเตอร์อ่านได้ในแต่ละครั้ง และสามารถประมวลจำนวนบิตที่แตกต่างกันไป จึงนิยมเรียกชุดข้อมูลออกเป็น กิโลไบต์  เมกะไบต์  และกิกะไบต์

2. ข้อมูลและโครงสร้างข้อมูล  ข้อมูลแบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือตัวเลข และรหัส ซึ่งทั้ง 2 ประเภทนี้มีการจัดเก็บ จัดระบบโดยอาศัยการทำงานของโปรแกรม ที่บรรจุขั้นตอนการทำงานไว้อย่างชัดเจนตามที่ได้วางแผนไว้ ทั้งนี้การใช้งานคอมพิวเตอร์กราฟิกส่วนใหญ่มักเป็นการดำเนินงานของโปรแกรม โครงสร้างข้อมูล ข้อมูลที่ถูกนำมาจัดการให้มีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้นเป็นรูปแบบระเบียน ตารางเมตริกซ์ และการลำดับชั้น โดยคอมพิวเตอร์จะทำงานเป็น 2 วิธี คือ อ่าน (Read) และเขียน (Write)

3. มิติและระบบพิกัดในกราฟิก เริ่มจาก จุด เส้น ระนาบ รูปทรงปริมาตรและจตุภาคซึ่งเป็นแกน x และแกน y ซึ่งทำให้เกิดการหมุนเวียน (Rotation) และทำให้ระบุตำแหน่งการเคลื่อนที่ของวัตถุได้อย่างแม่นยำ ระบบพิกัดเชิงขั้น วงกลม สองมิติ ระบบพิกัดทรงกลม รูปทรงสามมิติ บุริมภาพ ประกอบด้วยสีแดง เขียว น้ำเงิน และความโปร่งใส ใช้ได้ดีกับภาพบิตแมปที่มีความลึกตั้งแต่ 8 บิตขึ้นไป ชั้นภาพ เกิดจากผลของบุริมภาพที่ซ้อนภาพบิตแมปไว้ การสร้างทัศนีย-ภาพ วิธีการสร้างภาพลวงตาสามมิติให้ปรากฎบนระนาบ 2 มิติ การสร้างขึ้นใหม่ การเปลี่ยนภาพสองมิติให้เป็นสามมิติ

4. ความต่อเนื่องและความไม่ต่อเนื่อง ความต่อเนื่อง ได้จากการวัด ขนาดมิติ ช่องว่างเวลาและสิ่งแวดล้อม ความไม่ต่อเนื่อง เป็นลักษณะของข้อมูลที่มีความเป็นเอกลักษณ์ในตัวของมันเอง พิกเซล เป็นหน่วยเล็กที่สุดของภาพกราฟิกที่เกิดขึ้นในระบบข้อมูลไม่ต่อเนื่อง ซึ่งมีความคมชัดเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ส่งผลถึงความละเอียดในภาพดิจิทัล ความเข้มเป็นหลักการให้พิกเซลเก็บจำนวนบิตได้มากขึ้น นอกจากนี้ยังมี เวกเตอร์ ความชัน เวกเตอร์กราฟิก โพลีกอน ขอบ จุดยอด และวอกเซล ที่เป็นเส้นกำหนดตำแหน่งความไม่ต่อเนื่องของภาพกราฟิก

5. รูปทรงวัตถุ  โพลีฮีดรอน คือรูปทรงหลายหน้าในลักษณะรูปทรงต่างๆ  หน้า คือผิวแต่ละด้านของโพลีฮีดรอน เซล ส่วนที่แสดงถึงข้อมูลของความลึกและเป็นกระบวนการเก็บข้อมูลสามมิติ ให้อยู่ในรูประนาบบิต 2 มิติ

6. แอนะล็อก และดิจิทัล  แอนะล๊อก เป็นการสื่อข้อมูลจากสัญญาณอันต่อเนื่องและเป็นเครื่องบันทึกการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ ดิจิทัล เป็นการบันทึกสัญญาณลงสื่อบันทึกด้วยตัวเลข ดังนั้นในการแปลงข้อมูลแอนะล็อกเป็นดิจิทัลเป็นการแปลงข้อมูลที่มีปริมาณและความต่อเนื่องให้เป็นตัวเลข ส่วนการแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อกเป็นการแปลงลักษณะเชิงตัวเลขให้เป็นลักษณะรูปคลื่นที่ต่อเนื่อง

7. การสูญข้อมูล  การสูญเสียข่าวสารข้อมูลที่ไม่อาจนำมาเข้ากับเกณฑ์วัดได้ ในคอมพิวเตอร์กราฟิกการสูญเสียข้อมูลเกิดขึ้นได้ทั้งในลักษณะเชิงกาลเวลา และเชิงมิติ การสูญข้อมูลเชิงกาลเวลา เป็นการสูญเสียข้อมูลในขณะที่เวลากำลังดำเนินอยู่ เช่น ภาพเคลื่อนไหวที่ออกมาไม่ชัดเจน  การสูญข้อมูลเชิงมิติ  เป็นการสูญเสียข้อมูลเนื่องจากข้อมูลมีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่นำมารองรับข้อมูลนั้น ในคอมพิวเตอร์กราฟิกผลของการสูญข้อมูลจะปรากฏให้เห็นเป็นรอยหยัก ตามบริเวณขอบที่เป็นแนวทแยง หรือเส้นโครงได้อย่างชัดเจน

องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์กราฟิก

1. ฮาร์ดแวร์ : องค์ประกอบพื้นฐาน ฮาร์ดแวร์ เป็นองค์ประกอบทางกายภาพของระบบคอมพิวเตอร์ รวมไปถึงอุปกรณ์ที่อยู่รอบข้างสำหรับใช้รับข้อมูลโดยมีหลักการและองค์ประกอบพื้นฐานที่สำคัญอยู่ 5 ส่วน คือ

1.1 บัส เป็นสายไฟต่อเชื่อมสัญญาณไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ภายในคอมพิวเตอร์ให้ถึงกัน ซึ่งมีการออกแบบไว้บนแผงวงจรหลัก จึงเปรียบเสมือนกับทางด่วนข้อมูลที่เชื่อมชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่อยู่ภายในคอมพิวเตอร์ให้ติดต่อกันได้

1.2 สัญญาณนาฬิกา ในคอมพิวเตอร์เวลาถือเป็นข้อมูลไม่ต่อเนื่องและถูกควบคุมด้วยระบบนาฬิกา ซึ่งเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตความถี่ของสัญญาณนาฬิกา โดยจะถูกส่งไปยังซีพียู แล้วจะมีการส่งต่อข้อมูลไปยังตัวเรจิสเตอร์ที่บรรจุในซีพียู

1.3  ซีพียู เป็นสถานที่รวมของแผงสวิตซ์จำนวนมาก ที่มีหน้าที่เปิดและปิดวงจรไฟฟ้า โดยจะมีการตรวจสอบสถานะคำส่งที่จะกระทำการได้ แล้วจึงส่งคำสั่งไปยังแอแอลยูเพื่อกระทำการตามคำสั่งนั้น ก่อนจะส่งไปยังเรจิสเตอร์

1.4  หน่วยความจำ เป็นองค์ประกอบของฮาร์ดแวร์ที่สามารถเก็บข้อมูล ข่าวสาร ในรูปของเลขฐานสอง ซึ่งมีหลายชนิด ได้แก่ หน่วยความจำหลัก ข้อมูลจะถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำของอุปกรณ์รอบข้างในระยะหนึ่งก่อน จากนั้นจึงส่งต่อไปยังหน่วยความจำหลัก ซึ่งแบ่งเป็น แรม หน่วยความจำที่สามารถอ่านและเขียนได้ รอม หน่วยความจำที่อ่านได้เพียงอย่างเดียวแก้ไขไม่ได้  หน่วยความจำอุปกรณ์รอบข้าง เป็นความจำที่ไม่ขึ้นตรงต่อซีพียูทางระบบบัสผ่านทางพอร์ต ซึ่งปัจจุบันความจำส่วนนี้ถูกพัฒนาให้เก็บไว้ในสื่อประเภท แถบเทปแม่เหล็กและจานแม่เหล็ก นอกจากนี้ยังมีความจำเสมือน เป็นที่เก็บข้อมูลส่วนที่เหลือแล้วสามารถนำไปใช้ได้เช่นเดียวกับแรม ออปติคัลดิสก์ เป็นการนำเทคโนโลยีเลเซอร์มาใช้เป็นตัวกลางในการอ่านข้อมูลที่บันทึกอยู่บนจาน วอร์มดิสก์ ส่วนออปติคัลดิสก์ที่สามารถนำมาบันทึกข้อมูลได้  เฟรมบัฟเฟอร์ เป็นหน่วยความจำรอบข้างที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการแสดงผลภาพบิตแมป  ดีแอลเอ็ม เป็นความจำพิเศษที่ออกแบบให้เก็บจำนวนตัวเลข พอร์ต เป็นแผงวงจรไฟฟ้าเชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์กับอุปกรณ์รอบข้างตัวอื่นๆ หลายตัว ที่มีลักษณะการทำงานที่แตกต่างกันในเวลาเดียวกัน จึงทำให้ต้องมีตัวต่อประสานแต่ละชนิดติดตั้งเข้ากับแผงวงจรหลัก

1.5 โมเด็ม เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยส่งข้อมูลดิจิทัลจากคอมพิวเตอร์

2. ซอฟต์แวร์ : โปรแกรมคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ซึ่งบรรจุคำสั่งและขั้นตอนวิธีที่ทำให้ฮาร์ดแวร์ทำงานได้ ซึ่งรวมถึงโปรแกรมคอมพิวเตอร์และเอกสารประกอบการใช้ และผลิตภัณฑ์สื่อที่ใช้ร่วมกับอุปกรณ์โสตทัศนูปกรณ์ทั้งหลาย และยังหมายถึงตัวรหัสของขั้นตอน คำสั่งต่างๆ ที่เจาะจงการดำเนินงานที่เป็นตรรกะอย่างชัดเจน โปรแกรมอรรถประโยชน์ มีขอบข่ายการทำงานที่จำกัดลงและเกี่ยวข้องกับการทำงานขั้นพื้นฐาน ที่กำหนดโดยระบบปฏิบัติการ โปรแกรมประยุกต์ เป็นโปรแกรมที่มีความจำเพาะหรือใช้งานเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะด้าน

3. ภาษาโปรแกรม : เครื่องมือติดต่อกับฮาร์ดแวร์ ภาษาโปรแกรมเป็นเครื่องมือที่ใช้สื่อสารระหว่างมนุษย์กับเครื่องคอมพิวเตอร์ สำหรับควบคุมลักษณะโครงสร้าง เนื้อหาและข้อความสั่งของภาษาโปรแกรมนั้นๆ ภาษาเครื่อง เป็นตัวประสานระหว่างฮาร์ดแวร์กับซอฟต์แวร์ ภาษาแอสเซมบลี เป็นภาษาระดับที่สองที่สามารถนำไปปฏิบัติได้ ภาษาระดับสูง เป็นภาษาระดับที่สาม ซึ่งสร้างขึ้นจากภาษาแอสเซมบลี ภาษาระดับสูงมาก เป็นภาษาระดับที่สี่ที่สร้างขึ้นมาจากภาษาระดับสูงอีกทีหนึ่ง ภาษาธรรมชาติ เป็นภาษาที่จัดว่ามีความคล้ายคลึงกับภาษาของมนุษย์มาก โปรแกรมแปลโปรแกรม เป็นโปรแกรมที่ใช้สำหรับการแปลโปรแกรมที่เขียนขึ้นจากภาษาระดับสูงมาก โปรแกรมแปลคำสั่ง เป็นโปรแกรมที่จะอ่านทุกคำสั่งที่มีในโปรแกรมระดับสูง                                                          

4. การประมวลผลข้อมูลแบบกระจาย เป็นการเชื่อมต่อเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์เข้ากับเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่า ซึ่งเป็นการผสมผสานแบบเกี่ยวดองกันของเครื่องคอมพิวเตอร์ที่อยู่ในเครื่อข่ายเดียวกัน

5. ระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ เพื่อเชื่อมโยงระบบคอมพิวเตอร์อื่นๆ เข้าด้วยกันจึงเป็นการสื่อสารจากผู้ใช้รายหนึ่งไปสู่ผู้ใช้อีกรายหนึ่งซึ่งช่วยให้เครื่องคอมพิวเตอร์ของผู้ใช้สามารถติดต่อถึงกันได้ โดยเครื่องบริการทำหน้าที่เป็นผู้รับฝากและจัดส่งข้อมูลถึงผู้ใช้รายอื่นๆ ได้

วิชา : 423395 - Computer Graphic สอนโดย : อ. จินดารัตน์ ยศสมศักดิ์ สรุปเนื้อหาและภาพโดย : กัญญาภัค สุตันทวงษ์

Design by Kanyapak McManus : CSJOY.COM
CSJOY.COM WEBBOARD-กระดานสนทนา