V osnovi je namen grafike in grafičnega oblikovanja, da do ciljne skupine ljudi prenese neko idejo ali sporočilo. Tako grafični oblikovalec z različnimi metodami in s pomočjo računalnikov med sabo združi barve, črke, simbole in slike, s katerimi sporočilo, ki ga želi sporočiti okolju, kar najbolje predstavi. Danes je grafika tesno povezana z računalniško tehnologijo, še posebej ko govorimo o računalniški grafiki (slika 1). Računalniška grafika (ang. computer graphics) se ukvarja z ustvarjanjem, pomnjenjem, predstavitvijo, obdelavo in upodabljanjem grafičnih objektov (tj. krivulj, ploskev, teles) s pomočjo računalnika in povezavo grafičnih objektov z ustreznimi negrafičnimi informacijami [1]. Bistvo računalniške grafike je (slika 1) v tvorbi novih (umetnih) objektov in v njihovem realističnem prikazovanju (upodabljanju). Uporabnik vnaša podatke in besedilo, izbira, pozicionira in riše objekte na prikazovalniku z interaktivnimi napravami (npr.: miško, tablico, igralno palico itd.). Tej obliki računalniške grafike so še pred desetimi leti rekli interaktivna računalniška grafika (ang. interactive computer graphics). Dandanes je pridevnik interaktivni izginil, saj je že samo po sebi umevno, da je računalniška grafika interaktivna.

Grafični tipi obsegajo metode, ki omogočajo računalniško predstavitev poljubnega 2D ali 3D geometrijskega objekta ali skupine objektov. Geometrijski objekt lahko označuje različne matematične modele, iz katerih želimo pridobiti želene fizikalne podatke, kot npr. maso, težišče, optične lastnosti itd. Teh podatkov ne moremo dobiti iz slik, ki nosijo le informacije o barvah pikslov in nobene dodatne informacije o prikazanih objektih. V računalniku predstavljene geometrijske objekte lahko tudi senčimo z uporabo različnih tehnik računalniške grafike (npr. odstranjevanje zakritih robov ali ploskev, metanje senc, sledenje svetlobnemu žarku itd.).

V osnovi ločimo več vrst oz. tipov računalniške grafike, in sicer (slika 1):

Grafični medijski tipi so lahko predstavljeni kot (slika 2) [2]:

Najbolj splošna predstavitvena metoda je predstavitev z ovojnico, pri kateri lahko grafične objekte opazujemo iz različnih smeri, jih senčimo itd. V medicini je pogosta predstavitvena metoda prostorske delitve in označevanja zasedenega prostora, pri čemer so vhodni podatki organizirani v obliki dvodimenzionalnih polj tridimenzionalnih prostorskih točk - t.i. vokslov. Tako organizirane podatke dobimo npr. z magnetno tomografom; polja vokslov (rezin) združujemo v tridimenzionalna polja in ustrezno vizualiziramo.

---

   Voksel ali volumetrični piksel (ang. volumetric pixel) je najmanjši element prostorskih podatkov, ki določajo vrednost materije v točki tridimenzionalnega prostora. Voksel si lahko predstavljamo kot analogen pikslu v 2D sliki, saj tako kot piksel nima eksplicitno podanih koordinat za lego v prostoru, temveč je njegov položajodvisen od lege v podatkovni strukturi, ki predstavlja volumetrični model oz. prostorske podatke.

---

Obstaja veliko operacij na naštete grafične tipe, ki so v osnovi zelo odvisne od uporabljenega predstavitvenega modela, vsem pa so skupne naslednje operacije:

S pomočjo računalniške grafike je danes možno sintetizirati realistične upodobitve bodisi realnih ali povsem namišljenih predmetov in okolij. Ker ljudje zlahka in zelo hitro razumemo vizualne upodobitve, postaja računalniška grafika vse pomembnejše računalniško področje, ki se uporablja na vseh možnih področjih od uporabniških vmesnikov do skoraj vseh sodobnih uporabniških programov in področij življenja in dela. Oglejmo si nekaj pomembnejših [1][5]:

Dimenzionalna računalniška grafika omogoča načrtovanje strojev in drugih naprav ter njihovo prostorsko vizualizacijo. Če k temu dodamo še upoštevanje osnovnih fizikalnih zakonitosti, lahko tako opazujemo, ali bo načrtovana naprava vzdržala predvidene obremenitve. V primeru letal, plovil in drugih prometnih vozil lahko ponazorimo tudi zračne ali vodne tokove okrog vozil in optimiziramo njihovo obliko s ciljem čim večjega zmanjšanja upora.

Z računalniško grafiko si pomagamo tudi pri ustvarjanju risank, filmov in računalniških igric. Običajni posameznik se gotovo najprej sreča z računalniško grafiko prav v okviru različnih računalniških iger, risank in drugih računalniških animacij. Te srečamo tako pri zabavi kot v sklopu reklam in tudi večjih filmskih mojstrovin.

---

Intenziven razvoj sodobne medicine in tehnologije v zadnjih nekaj desetletjih je prinesel ogromen napredek, ko gre za zgodnje odkrivanje in diagnosticiranje bolezni. Sodobna tehnologija nam zdaj na razmeroma enostaven način, tako za bolnika kot zdravnika, omogoča priti do 2D in 3D grafike - slik, to pa zagotavlja postavitev natančnejše in zanesljivejše diagnoze. Zdravnikom je na voljo kar nekaj različnih aparatov, ki jim omogočajo zelo dober vpogled v notranjost telesa. Oglejmo si pomembnejša.

Rentgenska radiografija (RTG) (slike 5, 6 in 7)

Rentgenski žarki imajo krajšo valovno dolžino kakor vidna svetloba, zato lahko prodrejo skozi telesna tkiva. Kadar je določen del telesa izpostavljen tem žarkom, jih trdna tkiva, kot so denimo kosti, absorbirajo, zato so na razvitem filmu oziroma rentgenski sliki vidna kot svetlejši deli v temnejši okolici. Mehka tkiva pa so vidna v različnih odtenkih sive barve. Z rentgenskimi žarki se običajno odkrivajo težave oziroma bolezni, povezane z zobmi, kostmi, dojkami in prsnim košem. Kadar zdravnik želi jasno videti mehka tkiva enake gostote, ki so druga ob drugem, se morda odloči, da bo pacientu vbrizgal v krvni obtok kontrastno barvilo, zaradi katerega bo na sliki večji kontrast. Dandanes so rentgenski posnetki najpogosteje pretvorjeni v digitalno obliko in tako vidni na računalniškem zaslonu.

Računalniška tomografija – CT (sliki 8 in 9)

Računalniška tomografija je metoda, pri kateri se rentgenski žarki skupaj s posebnimi senzorji uporabljajo bolj zapleteno in intenzivno kakor pri rentgenskem pregledu. Pacient leži na posebni preiskovalni mizi, ki se pomika v odprtino v aparatu. Sliko ustvarjajo ozki snopi radioaktivnih žarkov in detektorji, ki se za 360 stopinj vrtijo okoli pacienta. Postopek bi lahko primerjali s pregledovanjem štruce kruha, ki bi jo narezali na izredno tanke rezine, nato pa vsako fotografirali. Računalnik slike »rezin« sestavi in tako ustvari natančno sliko prečnega prereza človekove notranjosti. Najsodobnejše naprave omogočajo spiralno skeniranje, s čimer se postopek pospeši. Ker CT-skenerji priskrbijo zelo podrobno sliko, zdravniki z njimi pogosto pregledujejo prsni koš, trebušno votlino in skelet ter diagnosticirajo različne vrste raka in druge bolezni.

Pri CT-skenerjih je sevanje gotovo večje kakor pri običajnem rentgenskem slikanju. Postopek je neboleč in neinvaziven, pri katerem računalnik pridobljene podrobne podatke digitalno pretvori v trodimenzionalno sliko. CT-skenerji so sorazmerno hitri in preprosti za uporabo in lahko tistim, ki imajo npr. notranje poškodbe, rešijo življenje. Poleg tega ne vplivajo na vsajene medicinske naprave.

Magnetnoresonančno slikanje - MRI (sliki 10 in 11)

Magnetna resonanca je novejši diagnostični postopek, pri katerem ne uporabljajo rentgenskih žarkov; metoda temelji na resonanci vodikovih ionov v močnem magnetnem polju. Telo oziroma organ, ki ga preiskujejo med snemanjem, je v statičnem magnetnem polju, z uporabo radiofrekventnih valov pa se oblikujejo signali, ki se ob pomoči računalniškega programa spreminjajo v izredno podrobno sliko praktično vseh notranjih delov telesa »plast za plastjo«. Tako dobljena slika omogoča visoko diferenciacijo mehkotkivnih struktur in krvnih žil, in to znatno bolje kot pri CT, s čimer zdravniki dobijo še natančnejšo in jasnejšo sliko notranjosti telesa in to celo takrat, ko tega ni mogoče ugotoviti z nobenim drugim postopkom. Na primer, MRI-skener je ena od redkih naprav, s katero se lahko vidi skozi kost, zaradi česar je izredno učinkovito sredstvo za pregled možganov in drugih mehkih tkiv..

Pri MRI ni sevanja, ki bi bilo lahko nevarno zato MRI za pacienta ne pomeni nobenega znanega tveganja, vendar pa pacienti, ki imajo v telesu kirurške vsadke oziroma kovinske delce, ki so jim jih vstavili po poškodbah, zaradi močnega magnetnega polja po večini ne bodo mogli biti pregledani z MRI.

Nekaj značilnih preiskav z MRI: preiskave osrednjega živčevja v nevroradiologiji za pregled možganovine in hrbteničnega kanala, magnetna angiografija za prikaz krvno-žilnih sistemov, MRI-preiskave organov v prsni in trebušni votlini, MR sklepov in mišic itd.

Pozitronska emisijska tomografija – PET / SPET (slika 12)

Pri tej metodi se v telo vbrizga radioaktivna snov skupaj s snovjo, ki je že naravno navzoča v telesu, največkrat glukozo. Nastane slika, ki je rezultat sevanja pozitronov (pozitivnih elektronov) v tkivih. Ta preiskava temelji na načelu, da rakave celice vsrkajo več glukoze kakor zdrave, kar pomeni, da bolne sprejmejo več radioaktivne snovi. Tako bolna tkiva, ki vsebujejo več pozitronov, tudi močneje sevajo, zaradi česar so na sliki drugače obarvana oziroma svetlejša kakor zdravi deli telesa.

Medtem ko zdravniki s CT in MRI pregledujejo obliko in strukturo organov, pa s PET ugotavljajo, kaj se dogaja v organih, in s tem odkrijejo morebitne spremembe v zgodnejši fazi kakor z drugimi napravami. To preiskavo lahko opravijo tudi v kombinaciji z računalniško tomografijo (CT) in ko obe tako dobljeni sliki položijo eno vrh druge, so podrobnosti še bolj jasno vidne.

---

• Arhitektura (slika 4); primer tega je ponazoritev objektov, ki še sploh ne obstajajo; spreminjamo lahko poglede.  Tako lahko načrtujemo tako notranje razporeditve pohištva in druge opreme.  Najprej tvorimo 3D modele posameznih objektov, razporedimo jih v umetnem prostoru, postavimo umetno osvetlitev ter jih upodobimo na zaslon. Z enako tehnologijo lahko izdelamo 3 dimenzionalne predstavitve objektov. Ti so lahko  posamezna poslopja, stanovanjski kompleksi, trgovski centri, športni objekti ipd. Celo sprehajamo se lahko po objektih.

• Računalniška umetnost (ang. computer art) (slika 4); s sodobno grafično opremo lahko tvorimo umetniške slike z najrazličnejšo vsebino, ki nam dajejo določena občutja.

• Navidezna resničnost (ang. virtual reality). Je tvorba in doživljanje okolja. Osrednji namen je postaviti udeleženca v navidezno okolje, ki je posnetek obstoječega ali neobstoječega okolja. Bodoči kirurgi lahko npr. operirajo navidezne bolnike, počitnic željni uporabniki lahko gredo na navidezne počitnice itd. V osnovi z njeno pomočjo (pa ne le njeno) skušamo preslepiti človeka, da čuti sicer umetno, računalniško ustvarjeno okolje, kot resnično.

                  

---

Navidezna resničnost (slika 13) je oblika računalniške simulacije, pri kateri ima udeleženec občutek da se nahaja v umetnem okolju. Udeleženec si okolje ogleduje s pomočjo čelade ali očal skozi dva drobna televizijska zaslona (za vsako oko eden) vgrajena v vizir. Senzorji zaznajo premike udeleženčeve glave ali telesa, kar povzroči spremembo navideznega položaja gledanja. Udeleženec lahko nosi podatkovne rokavice (ang. datagloves). To so rokavice opremljene s senzorji, kar uporabniku omogoča navidezno pobiranje in premikanje predmetov v simuliranem okolju. Tehnologija je še v razvoju, toda vsi pričakujejo, da bo doživela široko uporabo, na primer pri vojaškem in kirurškem urjenju, arhitekturi in domači zabavi.

Virtualni svet (slika 16) je računalniško podprto simulacijsko okolje, namenjeno uporabnikom, ki v njem ustvarjajo interakcijo preko avatarjev. Avatarji so navadno upodobljeni kot tekstovni, dvo ali trodimenzionalni grafični prikazi (običajno osebkov), čeprav so možne tudi druge oblike prikaza avatarja (na primer zvočni ali na dotik miške občutljivi prikazi).

V takšnem, simuliranem  svetu, se lahko pojavijo podobnosti z resničnim svetom ali pa prikazuje popolnoma fantazijski svet. Ustvarjeni svet lahko temelji na pravilih resničnega sveta ali pa na svojih lastnih pravilih.

Primer navideznega sveta je Second Life (http://secondlife.com/) (slika 16), ki deluje od junija 2003.Je virtualni svet, v katerem živi že več kor 11 milijonov prebivalcev iz več kot 100 držav.  Uporaba je brezplačna za en račun, za vsak nadaljnji račun pa je treba plačati 10 $. Za Second Life je značilno ustvarjalno in zelo domišljijsko okolje, avatarje pa si lahko uredimo povsem po osebnih merilih. Rezultat tega je, da je moč srečati zelo različne osebe, nekateri skušajo do potankosti posnemati svojo realno podobo, drugi pa si želijo ustvariti čimbolj poseben avatar. V svetu se gradijo objekti, ki jih nato lahko prodamo ali doniramo. Uradna valuta so lindenski dolarji. V svetu je dejavnih tudi zelo veliko podjetij, ki iščejo svoje priložnosti.

Second Life ima tudi svojo interno valuto imenovano Linden dolar (L $). L $ se lahko uporabi za nakup, prodajo, najem ali zamenjavo zemljišča ali blaga in storitev z drugimi uporabniki.

Na tem mestu se srečamo z pojmom kibernetski prostor (ang. cyberspace). Definiran je kot nova oblika komunikacije preko računalnika in tehnologije virtualne realnosti, ki uporabnikom omogočajo, da vstopajo v kontakt z drugimi ljudmi in da skozi računalniško simulirane svetove ustvarijo svojo virtualno prisotnost - osebnost.

---

V zadnjem času se je uveljavila tudi obogatena resničnost (ang. augmented reality) (slika 14), pri kateri »mešamo« okolje iz resničnega sveta z umetno ustvarjenim okoljem. Osnovni princip obogatene resničnosti je, da računalnik opremimo s kamero, preko katere sprejemamo pogled iz resničnega sveta. Tej sliki dodamo   bolj ali manj kompleksne sintetične, računalniško izračunane modele. 

---

Obogateno resničnost (angl. augmented reality) lahko definiramo kot pogled na realni svet, ki je spremenjen oziroma obogaten z navidezno računalniško generirano informacijo. Cilj obogatene resničnosti je poenostavitev zaznave uporabnikovega okolja, tako da se prikaže navidezna informacija nad realnim okoljem. Tako v nasprotju z virtualno resničnostjo, kjer uporabnik zaznava samo sintetično okolje, obogatena resničnost doda navidezne objekte na realno okolje. Objekti vsebujejo informacijo, ki jo uporabnik sam ne more zaznati in izboljšuje uporabnikovo percepcijo njegovega okolja, zato je spekter uporabnosti obogatene resničnosti zelo širok. Obe obliki resničnosti sta del širšega pojma, ki se mu reče mešana realnost (ang. mixed reality) (slika 1.1).

Tudi v medicini se vse pogosteje srečujemo z obema vrstama resničnosti. Hiter razvoj medicinske tehnologije omogoča zdravnikom natančen vpogled v anatomske in druge podatke pacientov. Ker je zajem podatkov možen v realnem času, na primer snemanje s pomočjo ultrazvoka, potrebujejo zdravniki tudi nov način prikaza teh podatkov. S pomočjo obogatene realnosti lahko tako med operacijo popolnoma izkoristijo vse informacije, ki so jim na voljo (slika 15)

---

Iz opisanega je razvidno, da je računalniška grafika je predvsem tehnologija, ki je naredila uporabo računalnikov bolj prijazno in atraktivno. Računalnik seveda mora biti opremljen s primernimi perifernimi napravami (najmanj monitor, tiskalnik, digitalizator itd.). Seveda mora biti računalnik opremljen tudi s čimbolj spodobno grafično kartico, ki povezuje periferno napravo z  računalnikom, ta pa jo preko operacijskega sistema in gonilnika krmili. V sedanjem času so grafične kartice običajno integrirane na samo matično ploščo računalnika, boljše pa so kot posebna komponenta računalnika.

V področje računalniške grafike sodi tudi primerna interakcija uporabnika z računalnikom, torej njegov vhod. Večinoma je ta omejen na tipkovnico in miško, možna pa je uporaba bolj atraktivnih naprav, kot so igralne palice, igralne konzole, na dotik občutljivi zasloni ipd.

Sodobne računalniške aplikacije praviloma temeljijo na grafičnem prikazu. Ne nazadnje so že sami operacijski sistemi, kot sta tudi MS Windows in LINUX, opremljeni z grafičnimi uporabniškimi vmesniki.

Ker govorimo o računalniški grafiki, je danes samo po sebi umevno, da pomislimo in uporabljamo barvno grafiko, pri kateri je več značilnosti, ki vplivajo na njeno kvaliteto, kot smo že opisali v poglavju o slikah (npr. ločljivost (resolucija), barva paleta, barvni modeli, osveževanje slike itd.).

Za konec pa še nekaj značilnosti, ki veljajo predvsem za vse grafične aplikacije, ki uporabljajo 3D grafiko. Predvsem pri 3D grafiki je pomemben pojem prostora, v katerem se nahajajo predmeti in osebki, ki naj bodo prikazani na zaslonu. Najbolj pogosto obravnavamo tak prostor s 3D pravokotnim koordinatnim sistemom (koordinate x, y in z).(slika  2) V prostor moramo v skladu s potrebami grafične aplikacije vstavljati posamezne predmete in osebke. Običajno si pri tem pomagamo z modelirnimi programi, ki pomagajo predmete oblikovati, jih prestavljati po prostoru in tudi animirati (sliki 1 in 2). Razvijalec lahko pri tem izbira različne poglede. Modeli predmetov in osebkov so pogosto določeni z mrežo krivulj. Od gostote te mreže je odvisna kvaliteta modela. Poznavanje prostora in postavljanje predmetov in osebkov v prostor še ni dovolj. Če ni luči, ne vidimo nič. Zato moramo  prostor in predmete v njem primerno osvetliti. 

Višek, ki jo dosežemo predvsem s trodimenzionalno grafiko, je interakcija s prikazano sceno. Najbolj popularno obliko take interakcije zasledimo v računalniških igricah, najbolj impresivna pa je nedvomno navidezna resničnost, kjer dosežemo s stereoskopskimi učinki občutek globine. Poleg tega pa skušamo preslepiti tudi druga človeška čutila (na primer zvok), da dobimo občutek, da smo pogreznjeni v tak navidezen prostor.

Eden od problemov interaktivne grafike je tudi čimbolj realistično prikazovanje trkov med predmeti in osebki v navideznem prostoru (sliki 13 in 16). To je računsko zelo zahteven postopek, posebno pri zelo kompleksnih scenah. Še težje to dosežemo v t.i. realnem času, ki je za igrice in podobne aplikacije še kako pomemben.