В 80-е годы сфера применения машинной графики существенно расширилась. Появилась база для широкого использования методов машинной графики - персональные компьютеры. В результате машинная графика стала инструментом не только инженеров-исследователей, но и специалистов многих других отраслей, непосредственно не связанных ни с техникой, ни с программированием. Увеличение памяти и скорости обработки информации в персональных ЭВМ, создание видеокомплексов с широким набором программ машинной графики, возможностьуправления ими в диалоговом режиме способствуют дальнейшему расширению применения машинной графики.
Одним из наиболее новых направлений в машинной графики является разработка принципов и методов формирования реалистичных изображений, т.е. изображений, которые могли бы наблюдаться визуально или регистрировались бы оптическими, фотографическими или оптико-электронными устройствами. Потребность в создании реалистичных изображений возникает в таких областях, как дизайн, машиностроительное и архитектурное проектирование, реклама и т.п. В ряде применений реалистичность используется как средство повысить эмоциональное воздействие изображения, как, например, в рекламе, в других же отраслях - как средство оценки качества выбранных решений (в архитектурном планировании, дизайне и др.), в третьих — как средство создания реалистичной обстановки (видеотренажеры, системы распознавания образов). В системах формирования реалистичных изображений должна обеспечиваться передача всей совокупности изобразительных свойств: объемность, расположение предметов в сюжете, полутона, цвет, текстура поверхности. Теоретические исследования последних лет в значительной мере были направлены на разработку методов и средств отображения всей совокупности характеристик сюжетов в синтезируемом изображении.
Быстрое расширение функциональных возможностей современной вычислительной техники создало базу для развития систем машинной графики, обеспечивающих отображение динамических сюжетов, в которых изображения последовательно сменяют друг друга. Из таких систем можно отметить три группы: системы графического моделирования для наглядного представления процессов в химии, медицине, астрономии и др.; системы имитации динамических ситуаций (например, тренажеры); системы получения двухмерных и трехмерных изображений для телевидения и кино. Именно в развитии этих систем наиболее рельефно проявляются трудности и проблемы трехмерной машинной графики. Для них требуется не только высокая точность моделей, но и чрезвычайно высокая производительность вычислительных средств. Создание и внедрение в практику транспьютерных вычислительных систем создают в настоящее время реальные перспективы дальнейшего развития возможностей машинной графики.
В трехмерной машинной графике реалистичных изображений ведущую роль занимает метод трассирования лучей, в основе которого лежит воспроизведение в математической форме хода лучей в реальных устройствах формирования изображений. Этот метод преимущественно рассматривается и в данной книге. Другим методам уделяется сравнительно небольшое внимание. Метод трассирования лучей иногда в литературе называют силовым. Это справедливо лишь в том, что при использовании этого метода можно не искать какие-либо специфические пути синтеза изображений, приспосабливаться к специфике конкретного сюжета. Задача синтеза будет решена, но, возможно, некоторый объем вычислений будет избыточным. Отметим, однако, что если синтезируется реалистичное изображение, то избыточные затраты бывают весьма небольшими. Они велики лишь тогда, когда синтезируется условно-объемное, стилизованное изображение. Наряду с этим метод обратного трассирования лучей имеет несомненные достоинства: универсальность, простота его физической трактовки и, что весьма важно, - возможность распараллеливания вычислений. Это практически позволяет проводить синтез для каждой точки изображения независимо от других.