Что такое компьютерная графика специальная область информатики
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
Столичный центр образовательных технологий г. Москва
Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца
от 3 170 руб. 1900 руб.
Количество часов 300 ч. / 600 ч.
Успеть записаться со скидкой
Форма обучения дистанционная
- Онлайн
формат - Диплом
гособразца - Помощь в трудоустройстве
Видеолекции для
профессионалов
- Свидетельства для портфолио
- Вечный доступ за 120 рублей
- 311 видеолекции для каждого
«Как закрыть гештальт: практики и упражнения»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Презентация на тему: " Компьютерная графика - специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных." — Транскрипт:
3 Компьютерная графика - специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов
4 По способу формирования изображений компьютерную графику подразделяют на векторную, растровую и фрактальную. Отдельный предмет - трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном 3-мерном пространстве. Компьютерная графика служит, с одной стороны, инструментом визуализации информации, а с другой стороны, во многих случаях является движущей силой развития компьютерной индустрии.
5 Объектами векторной графики являются прямые, окружности, прямоугольники и т.п., т.е. реальные геометрические фигуры. С помощью таких фигур можно создавать цельные изображения и при редактировании вы также будете применять те или иные действия к прямым, окружностям и т.п. Векторные графические изображения не зависят от разрешения, описываются набором параметрических уравнений прямых, дуг окружностей и кривых Безье.
6 Во всех векторных форматах объекты могут варьировать толщину и цвет контура, а замкнутые объекты ещё и цвет заливки. Объекты могут накладываться, частично или полностью заслоняя друг друга. Векторные изображения хранятся в памяти компьютера в виде графических примитивов и описывающих их математических формул. Например, точка задается своими координатами (X,Y), линия - координатами начала (Х1, Y1) и конца (Х 2, Y 2 ), окружность - координатами центра (X,Y) и радиусом (R), прямоугольник - координатами левого верхнего угла (X 1, Yi) и правого нижнего угла (Х 2, Y 2 ) и так далее. Для каждого примитива задается также цвет.
7 Подобрать аналог векторному изображению в реальном мире не так-то просто. Впрочем, на эту роль вполне может претендовать тот человечек, которого в детстве рисовали, наверное, все, приговаривая: «Точка, точка, запятая, минус,, рожица кривая, палка, палка, огуречик. ». Последняя фраза, по сути дела, представляет собой перечисление объектов векторного изображения. Пример векторного графического редактора - редактор рисунков MS Office (в Word и т.д.). С векторной графикой работают в таких программах, как Corel Draw, Adobe Illustrator и Macromedia Flash, Однако и в Adobe Photoshop есть возможность использовать векторную графику для построения растровой.
8 Растровые графические изображения Растровая графика устроена несколько сложнее, с такой графикой связано множество терминов. Растр - это решетка, сетка. Сетка может быть частой, редкой, какой угодно. Ячейка сетки называется пикселем. Это в своем роде кирпичики, из которых строится изображение. Любое конкретное растровое изображение содержит фиксированное количество пикселей. Каждый пиксель имеет определенное положение и цвет. Представление точечного изображения в памяти компьютера - это набор сведений о цвете всех пикселей, упорядоченных тем или иным способом. Наиболее ярким аналогом растрового изображения в реальном мире является мозаика. Точно так же, как точечное изображение, она состоит из отдельных кусочков
9 С растровой графикой работают графические редакторы Paint, Adobe Photoshop. Растровые графические изображения
10 У векторной графики много преимуществ по сравнению с точечной графикой: -Она экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик не сильно увеличивает размер файла. - Объекты векторной графики легко трансформируются, ими просто манипулировать, что не оказывает практически никакого влиянияна качество изображения. - Объекты векторной графики легко трансформируются, ими просто манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения.
11 У векторной графики много преимуществ по сравнению с точечной графикой: -Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет выглядеть настолько качественно, насколько способно данное устройство. Векторная графика может включать в себя и изображения точечной графики, которые становятся таким же объектом, как и все остальные (правда, с особым статусом и со значительными ограничениями в обработке).
12 Рассмотрим недостатки. - Изображения векторной графики могут показаться чрезмерно жестковатыми, «фанерными». Векторная графика действительно ограничена в чисто живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений. - Сложность векторного принципа описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации и сконструировать устройство, подобное сканеру для точечной графики. - Значительным недостатком векторной графики является программная зависимость: каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, поэтому изображение, созданное в одном векторном редакторе, как правило, не конвертируется в формат другой программы без погрешностей.
13 Достоинств у растровой графики, как ни странно, не слишком много. - Основным является простота и, как следствие, техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки) изобразительной информации. Существует развитая система внешних устройств для ввода фотографий, слайдов, рисунков, акварелей и прочих изобразительных оригиналов. К ним относятся сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты. - Не менее важным достоинством точечной графики для художников и фотографов является фотореалистичность. - Форматы файлов, предназначенные для сохранения точечных изображений, являются стандартными, поэтому не имеет решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение. Файл, сохраняющий точечное изображение, легко открывается и импортируется в редакторах точечной и векторной графики, а также в программах верстки и браузерах.
14 Однако растровой графике присущи и существенные недостатки. -Недостаток, который обнаруживается при первой же попытке что-нибудь нарисовать в программе точечной графики, заключается в том, что до начала рисования она потребует введения конкретных значений разрешения (количества пикселей на единицу длины) и глубины цвета (количества цветовых бит на пиксель), а также геометрического размера (длины и ширины изображения, т. е. площади). -Второй недостаток не замедлит проявиться при попытке отсканировать не очень большую фотографию с максимальным разрешением и глубиной цвета. Объем файла в точечной графике однозначно определяется произведением площади изображения на квадрат разрешения и на глубину цвета (если они приведены к единой размерности, например, к дюймам и байтам). Поэтому программное обеспечение любого сканера в состоянии сосчитать эту величину и «предсказать» объем, необходимый для сохранения изображения
15 - Третий недостаток всплывет при попытке слегка повернуть на небольшой угол изображение, например, с четкими тонкими вертикальными линиями. Сразу обнаруживается, что четкие линии превращаются в четкие «ступеньки». Это означает, что при любых трансформациях (поворотах, масштабировании, наклонах и т. д.) в точечной графике невозможно обойтись без искажений.
16 Области использования векторной и растровой графики
17 В силу своих особенностей (масштабирование без потери качества изображения, маленький размер и др.) ВЕКТОРНАЯ графика используется в полиграфии (шрифты, логотипы) и в Интернете (анимации, интерфейс, баннеры). В то же время РАСТРОВАЯ графика обладает качествами, которых нет в векторной (возможно независимое редактирование каждой детали изображения, вплоть до пикселя). Растровая графика незаменима в изображениях, которые очень сложны, и которые невозможно описать математическими формулами (яркий тому пример - фотографии), к тому же она появилась раньше векторной и лучше освоена. Именно поэтому растровая графика применяется практически во всех областях, связанных с компьютерной графикой.
Презентация на тему: " Компьютерная графика – специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображения с помощью программно-аппаратных вычислительных." — Транскрипт:
1 Компьютерная графика – специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображения с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют на растровую и векторную. Adobe PhotoShop CS – программа для редактирования и создания растровых графических изображений.
2 Растровая и векторная графика Растровое изображение составляется из пикселов – цветных квадратиков одинакового размера. Компьютер запоминает цвета всех пикселов подряд в определенном порядке. Недостатки растровой графики: для хранения изображений необходим большой объем памяти. их сложно масштабировать и редактировать. При увеличении изображения увеличивается размер квадратиков и изображение становится ступенчатым. При уменьшении растрового рисунка несколько соседних точек преобразуются в одну или выбрасываются лишние точки. Изображение искажается, его мелкие детали становятся неразборчивыми. Векторный рисунок создается и запоминается как совокупность контуров – геометрических фигур или линий. Для изменения его размера достаточно изменить один-два коэффициента и пересчитать все кривые. Качество рисунка при этом не изменится. PhotoShop также использую векторную графику с очень скромными возможностями. Манипуляции с уменьшением или увеличением особенно негативно сказываются на тексте: он перестает читаться или, как минимум, теряет приличный внешний. Поэтому PhotoShop, когда это возможно, обращается с элементами текста как с векторными объектами.
3 Разрешение и размеры изображения При сохранении изображения компьютер помимо количества и цветов пикселов запоминает разрешение изображения (число пикселов, умещающихся на одном дюйме). 1 дюйм = 2,54 см. Разрешение можно легко изменить и тогда при печати рисунок будет иметь другие линейные размеры. Каждое устройство вывода – экран, принтер, фотонаборный аппарат – имеет свое разрешение. При воспроизведении изображения на экране значение разрешения рекомендуется 72 пиксела на дюйм, хотя оно не играет ни какой роли, имеет значение только число пикселов в изображении. Стандартные разрешения монитора ( общее число пикселов по горизонтали и вертикали): Если размеры изображения превышают размеры экрана, то все графические пакеты умеют масштабировать изображения, заменяя несколько пикселов одним промежуточного цвета. При этом могут возникнуть нежелательные эффекты. Разрешение принтеров намного больше, чем экранное разрешение. У лазерного принтера – 300 или 600 точек на дюйм, у фотонаборного аппарата – 1600 точек на дюйм. При печати играет роль не столько разрешение печатного устройства, сколько линиатура его растра. При печати на лазерном принтере или фотонаборном аппарате с использованием бумаги среднего качества, как правило используется линиатурв линий на дюйм. Поэтому для изображений при такой печати оптимальное разрешение пикселей на дюйм.
4 Форматы графических файлов Форматы графических файлов определяют: способ хранения информации (растровый, графический); также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия). Различные программы ГР работают с файлами определенных форматов. Например, простейший ГР Paint умеет читать только BMP, PCX и JPG- файлы. Есть много программ, которые умеют работать с различными форматами. Наиболее популярные форматы: растровых файлов - BMP, GIF, PCX, TIFF, PGN, JPG, JPEG, PSD – «родной» формат PhotoShop векторных - WMF, EPS, CDR
5 ФорматИспользование BMP, PCXРисунки типа аппликации (содержащие большие области однотонной закраски) GIF,TIFFДля хранения малоразмерных элементов: надписей, миниатюр, значков-ссылок, диаграмм, изображений любого размера, состоящих из больших областей однородной окраски. Для создания несложной анимации. Изображение содержит не более 256 цветов. JPEGДля эффективного хранения и передачи цветных фотографий с полным набором цветовых оттенков. PSD Собственный формат PhotoShop IMGДля издательских систем, редакторов изображений Windows
6 Цветовые модели и режимы Цвет - важная характеристика изображения. Изображение может быть: черно-белым (то есть содержать только два цвета: белый и черный), полутоновым (то есть содержать разные оттенки одного цвета) цветным. Но и цветное изображение может быть в разной цветовой палитре, в зависимости от его назначения. Чтобы выбрать оптимальную цветовую модель или цветовой режим, надо знать хотя бы основы представления цвета в компьютерной графике. Плашечные и составные цвета Цвета могут быть: плашечными или составными. При использовании плашечного цвета краска смешивается заранее по определенному стандарту и накладывается на бумагу сплошным пятном. С помощью плашечных цветов проще всего добиться нужного цвета на бумаге, так как можно пользоваться готовыми каталогами плашечных цветов, например каталогом фирмы Pantone. Выбрав нужный цвет в каталоге, вы можете перенести его в палитру из библиотеки Pantone Coated или Pantone Uncoated, которая поставляется вместе с Photoshop. Кроме нее в поставку входят библиотеки стандартизированных цветов: Тоуо Color Finder и DIC Color Guide.
7 Составные цвета образуются только в человеческом глазу. На бумаге или на экране они представляют собой набор микроскопических точек разного цвета, выстроенных в растровые линии. При этом для имитации практически любого цвета достаточно трех или четырех базовых цветов. Растровые линии каждого базового цвета располагаются под своим углом, чтобы точки не накладывались друг на друга. Кроме библиотек плашечных цветов в поставку входят библиотеки стандартизованных составных цветов PANTONE Process, PANTONE ProSim, FOCOLTONE и TRUEMATCH. Библиотека цветов ANPA (Американская газетная ассоциация) помимо 33 составных цветов, содержит 5 плашечных цветов
8 Цветовые модели, или палитры Поскольку в качестве базовых цветов можно использовать разные цвета, возникли разные цветовые модели, или палитры. В мониторах используется модель RGB, основанная на трех базовых цветах: красном (Red), зеленом (Green) и синем (Blue). В полиграфии чаще всего используется цветовая модель CMYK, основанная на четырех базовых цветах: голубом (Cyan), пурпурном (Magenta), желтом (Yelow) и черном (BlacK). ПРИМЕЧАНИЕ Вообще-то базовых цветов в этой системе только три: голубой, пурпурный и желтый. Без черного цвета можно было бы обойтись. Но так как он достигается путем смешивания всех трех красок, то дешевле и надежнее добавить к трем базовым и черный цвет. В сущности, он служит только для того, чтобы исправлять недостатки печатного оборудования. Палитры CMYK и RGB имеют разные цветовые охваты, то есть разные, зоны цветов, которые можно точно воспроизвести. Цветовой охват палитры RGB гораздо шире, чем у палитры CMYK. Поэтому некоторые цвета, которые вы видите на мониторе, можно передать на принтере только приблизительно, для них нет соответствующего цвета. Чаще всего это очень яркие цвета.
9 Модель Lab Color - универсальная модель позволяет получить практически любой цвет, доступный человеческому глазу. Она не зависит от устройства, так что ее цвета выглядят совершенно одинаково на мониторе и на принтере. Photoshop использует эту модель: для перевода изображения из одной модели в другую. На практике ею пользуются только профессионалы, так как эта модель абстрактна и трудна для понимания и обращения. При цветовой коррекции изображений Photoshop использует модели HLS и HBS (это практически одно и то же). В этих моделях цвет определяется тремя параметрами: Hue (Оттенок), Saturation (Насыщенность) Brightness или Light (Яркость.). Оттенок указывает положение цвета на цветовой шкале, то есть желтый это, красный или, скажем, малиновый цвет. Насыщенность отражает его интенсивность. Чем больше насыщенность, тем более броским, насыщенным становится цвет. Чем она меньше, тем более блеклым, серым становится он. Яркость отражает количество света, проходящее через прозрачный цветовой объект в системе HLS и количество черного в цвете в модели HSB. Чем больше яркость тем ближе цвет к белому, чем она меньше, тем цвет темнее. При минимальной яркости он становится черным. СОВЕТ. Выбирайте палитру RGB, если ваша публикация предназначена для экранного показа. Если же она должна быть напечатана, предпочтительна палитра CMYK, хотя многие принтеры умеют работать и с изображениями в палитре RGB.
11 Цветовые режимы: 1.Hежим True Color. Глубина цвета - 24-бита, миллионов цветов. При выборе большего разрешения приходится Жертвовать богатством цветовой палитры и выбирать палитру похуже. 2.Режим High Color. Глубина цвета - 16-бит, 2 16 =65536 цветов. При работе с градиентными заливками в этом режиме можно заменить ступеньки в цветовом переходе, а в остальном этот режим немногим уступает режиму True Color. 3.В режиме с 256 цветами - самая бедная палитра 4.Режим с 16 цветами используются крайне редко. За последнее время все чаще стали использоваться изображения с глубиной цвета 16 бит на каждый канал, то есть для RGB общая глубина цвета будет 48 бит, для CMYK - 64 бита. Понятно, что число передаваемых оттенков здесь уже не столько велико, что, скажем, переходы цвета в градиентных заливках практически к и незаметны. Следует иметь в виду, что изображения с 16-битовой глубиной цвета занимают вдвое больше места на диске, чем традиционные изображения с глубиной 8 бит на канал, и при обработке изображения для них требуется вдвое больше оперативной памяти.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселов имеющих только два возможных цвета черный и белый Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, т.к. она может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать двумя цифрами - 0 или 1. 0 1
Цель: Ознакомиться с основными видами компьютерной графики, основными преимуществами и недостатками каждого вида графики. Знать основные понятия, назначение компьютерной графики. Уметь рассчитывать объем растрового изображения.
Ключевые слова (план):
Ситуационная задача Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800 на 600 точек и глубиной цвета 24 бит на точку.
Компьютерная графика - область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств. Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора. Виды компьютерной графики отличаются принципами формирования изображения
В компьютерной графике с понятием разрешение изображения обычно происходит больше всего путаницы, поскольку приходится иметь дело сразу с несколькими свойствами разных объектов. Следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства (принтера) разрешение изображения.
Разрешение экрана — это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселах и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.
Разрешение принтера — это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Разрешение измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере
Разрешение изображения - Это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения – его физическим размером.
Кодирование цвета Для кодирования черно-белого изображения достаточно одного бита памяти: 1 – белый 0 – черный. Для кодирования 4-цветного изображения требуется два бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов: 00 – черный 01 – красный 10 – зеленый 11 – коричневый.
На цветном экране все разнообразие красок получается из сочетаний трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Такая цветовая модель называется RGB моделью, по первым буквам английских названий цветов (Red, Green, Blue): К З С Цвет 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
Шестнадцатицветная палитра получается при использовании четырехразрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно: И К З С Цвет 0 0 0 0 черный 0 0 0 1 синий 0 0 1 0 зеленый 0 0 1 1 голубой 0 1 0 0 красный 0 1 0 1 розовый 0 1 1 0 коричневый 0 1 1 1 серый 1 0 0 0 темно-серый 1 0 0 1 ярко-синий 1 0 1 0 ярко-зеленый 1 0 1 1 ярко-голубой 1 1 0 0 ярко-красный 1 1 0 1 ярко-розовый 1 1 1 0 ярко-желтый 1 1 1 1 белый
Количество бит, которое используется для кодирования цвета точки, называется глубиной цвета. Тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: N=2I, где N – количество цветов, I – глубина цвета. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку. Глубина цвета Кол-во цветов 4 16 8 256 16 65536 24 16777216
Ситуационная задача Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800 на 600 точек и глубиной цвета 24 бит на точку. V = 80060024 = 11520000 бит = 1440000 байт = 1406,25 Кб = 1,37 Мб.
Объем растрового изображения = количество точек (число точек по горизонтали* число точек по вертикали) * информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов.
Виды компьютерной графики растровая векторная фрактальная точка/пиксель линия треугольник Наименьший элемент трёхмерная плоскость
Растровая графика Растровое изображение состоит из мельчайших точек (пиксель) – цветных квадратиков одинакового размера, которые образуют строки и столбцы. Растровое изображение подобно мозаике – когда приближаете (увеличиваете) его, то видите отдельные пиксели, а если удаляете (уменьшаете), пиксели сливаются.
Растровая графика Пиксель (англ. pixel, сокр. от англ. PICture’S Element – элемент изображения) – это мельчайшая единица цифрового изображения в растровой графике. Он представляет собой неделимый объект прямоугольной формы, обладающий определенным цветом Пиксель
Растровая графика Растровая графика работает с сотнями и тысячами пикселей, которые формируют рисунок. В компьютерной графике используют следующие термины: Пиксель – отдельный элемент растрового изображения Точка – наименьший элемент, создаваемый принтером Видеопиксель – наименьший элемент изображения на экране Размер графической сетки М х N
Растровое изображение может иметь различное разрешение, которое определяется количеством точек по горизонтали и вертикали. Растр - (от англ. raster) – представление изображения в виде двумерного массива точек (пикселей), упорядоченных в ряды и столбцы Растровая графика М N Растр M x N (графическая сетка) Click to add caption Click to add caption
Достоинством растровой графики являются ее хорошие фотографические качества. Недостаток растровой графики состоит в том, что при увеличении изображения ухудшается его качество. К тому же растровые изображения занимают достаточно большой размер файла.
ретуширование, реставрирование фотографий; создание и обработка фотомонтажа; оцифровка фотоматериалов при помощи сканирования (изображения получаются в растровом виде) Применение растровой графики глубины цвета точек, размера изображения (в большем размере вмещается больше точек), разрешения изображения (при большем разрешении на единицу площади изображения приходится больше точек). Размер файла зависит от:
Цветное изображение на экране получается путем смешивания трех базовых цветов : красного, синего и зеленого (RGB).
Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами Цветные дисплеи, использующие такой принцип называются RGB -мониторами Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета
Векторная графика Векторная графика является объектно-ориентированной графикой, то есть представляет собой набор объектов – линий или примитивных геометрических фигур (точка, линия, окружность и т.п.) Векторный объект храниться в файле как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих атрибуты рисунка (толщина, цвет и т.д.)
Векторная графика Программные средства для работы с векторной графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки
Изображение может быть преобразовано в любой размер (от логотипа на визитной карточке до стенда на улице) и при этом его качество не изменится.
Достоинства: Векторная графика экономна в плане дискового пространства. Объекты векторной графики легко трансформируются и манипулируются, что не оказывает никакого влияния на качество изображения. Недостатки: Однако она ограничена в чисто живописных Средствах : в программах векторной графики практически невозможно создавать фотореалистические изображения.
Не всякое изображение можно адекватно представить в виде набора примитивов, в частности – фотореалистичные изображения В ряде случаев возможно преобразование растровых изображений в векторные . Этот процесс называется трассировкой. Программа трассировки растровых изображений отыскивает группы пикселей с одинаковым цветом, а затем создаёт соответствующие им векторные объекты. Однако получаемые результаты чаще всего нуждаются в дополнительной обработке. Пример трассировки Пример векторного изображения
для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений; для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем; для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов. Применение векторной графики CorelDraw Adobe Illustrator Macromedia Freehand AutoCAD Компас Visio Программы для работы с векторной графикой
Сравнительная характеристика растровой и векторной графики Признак для сравнения Векторная графика Растровая графика Область использования Создание шрифтов, логотипов (полиграфия), оформлениеWeb-страниц, создание иллюстраций (книгоиздательство) Ретуширование, тоновая и цветовая коррекция изображений, создание коллажей Примеры программ Adobe Illustrator,Corel DRAW, графический редактор, встроенный вWORD Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint, Paint Элементы изображения Геометрические фигуры: прямые, окружности, прямоугольники, т.п. Пиксел Возможность автоматизации считывания изображения Процесс невозможен Процесс возможен, технически реализуем
Признак для сравнения Векторная графика Растровая графика Трансформация изображения Без потерь качества изображения Ухудшение качества изображения Информационный объем изображения Малый Большой Качество отображения объектов реального мира Отсутствие фотографического качества Фотографическое качество Универсальные приемы работы и инструменты Команды упорядочивания, взаимного выравнивания, пересечения объектов, исключения одних объектов из других; разнообразные инструменты рисования и виды заливок Команды изменения яркости, цветовых оттенков отдельных пикселей; разнообразные инструменты выделения Возможность конвертации в другие программы Погрешности при конвертации или ее невозможность Легкая конвертация Способы сохранения (форматы) WMF, EPS, CDR, DXF, CGM BMP, PSD, GIF, PNG, TIFF, JPEG,
Фрактальная графика Построение фрактального рисунка осуществляется по какому-то алгоритму или путём автоматической генерации изображений при помощи вычислений по конкретным формулам. фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при изменении масштаба
Фрактал - сложная геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия, то есть составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком и повторяется при уменьшении масштаба. Вся живая и неживая природа состоит из уникальных объектов, порожденных непредсказуемыми движениями хаотического мира. Их находят в местах таких малых, как клеточная мембрана и таких огромных, как Солнечная система. Разветвления трубочек трахей, листья на деревьях, вены в руке, река, бурлящая и изгибающаяся, рынок ценных бумаг — это все фракталы. Фракталы проявляют хаотическое поведение, благодаря которому они кажутся такими беспорядочными и случайными. Но если взглянуть достаточно близко, можно увидеть много аспектов самоподобия внутри фрактала
Компьютерная графика – специальная область информатики, изучающая методы и способы создания и обработки изображений с помощью программно аппаратных вычислительных комплексов.
Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человека либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе.
В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять: на растровую, векторную и фрактальную.
Отдельным предметом считается трехмерная графика (3D) – графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.
Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика.
По степени специализации все виды компьютерной графики подразделяются: на инженерную графику, научную графику, Web-графику, компьютерную полиграфию и т.д.
Несмотря на то что компьютерная графика является только инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других.
3.2.1 Растровая графика
Растровая графика – это графика, изображение в которой представляется в виде набора точек. Каждая точка называется элементом растра и ее описание хранится в специальных растровых файлах.
Существует несколько форматов растровых файлов, например, DIB (Device-Independent Bitmap – аппаратно-независимый растровый формат), используемый в Windows.
Изображение на экране дисплея, на бумаге, полученные с помощью матричного принтера – это растровые изображения.
Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящих на единицу длины. Различают:
- разрешение экранного изображения;
- разрешение печатного изображения.
Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.
Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения, разрешения оригинала и масштаба отображения.
Разрешение печатного изображения. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т.д.), так и на экране, зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм и называется линиатурой.
Средствами растровой графики принято иллюстрировать работы, требующие высокой точности в передаче цветов и полутонов. Однако размеры файлов растровых иллюстраций стремительно растут с увеличением разрешения.
Одним из недостатков растровой графики является так называемая пикселизация изображений при их увеличении (если не приняты специальные меры). Раз в оригинале присутствует определенное количество точек, то при большом масштабе увеличивается их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию.
Для противодействия пикселизации принято:
1) заранее оцифровывать оригинал с разрешением, достаточным для качественной визуализации при масштабировании;
2) применять стохастический растр, позволяющий уменьшить эффект пикселизации в определенных пределах;
3) использовать метод интерполяции, при котором увеличение размера иллюстрации происходит не за счет масштабирования точек, а путем добавления необходимого числа промежуточных точек.
3.2.2 Векторная графика
В векторной графике базовым элементом изображения является линия. Линия описывается математически как единый объект и поэтому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.
Линия – элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом.
Иногда вместо понятия линии используется понятие контур. Этот термин более полно отражает суть, поскольку контур может иметь любую форму – прямую, кривую, ломаной линии, фигуры.
Простейшая замкнутая линия или контур имеют две или более точек, именуемых узлами. Элемент контура, заключенный между двумя смежными опорными точками, называют сегментом контура. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами.
Форму контура меняют перемещением опорных точек, изменением свойств, добавлением новых и удалением имеющихся узлов.
Контур может быть открытым и замкнутым, когда последняя опорная точка является одновременно и первой.
Контур является элементарным графическим объектом. Из контуров создают новые объекты или их группы. С несколькими контурами выполняют операции группировки, комбинирования, объединения. В результате образуются, соответственно: группа объектов, составной контур, новый контур.
После операции группировки каждый контур сохраняет свои свойства и принадлежащие ему узлы.
После операции комбинирования составной контур приобретает новые свойства, но узлы остаются прежними.
После операции объединения образуются новые узлы и меняются свойства исходных контуров.
Параметры обводки контура определяют его вид при отображении. К ним относятся: толщина линии, цвет линии, тип линии (сплошная, пунктирная и прочие), форма концов (со стрелкой, закругленные и прочие).
Замкнутые контуры обладают особым свойством – заливкой, т.е. параметрами заполнения охватываемой области.
Заливка также является объектом и обладает собственным набором свойств. Различают: заливку основным цветом, градиентную заливку (заполнение двумя цветами с плавным переходом между ними), текстурную заливку (заполнение узором с регулярной структурой) и заливку изображением-картой (заполнение готовым растровым изображением, называемым картой).
Математические основы векторной графики:
Точка – объект на плоскости, представленный двумя числами (x, y), указывающими его положение относительно начала координат.
Прямая линия – линия, описываемая уравнением:
y = kx ± b. (6.1)
Указав параметры k и b, всегда можно отобразить бесконечную прямую линию в известной системе координат, т.е. для задания прямой достаточно двух параметров.
Отрезок прямой отличается от прямой линии тем, что для ее описания требуется еще два параметра – координаты начала и конца отрезка.
Кривая второго порядка–параболы. Гиперболы, эллипсы, окружности, т.е. все линии, уравнения которых содержат степени выше второй. Кривая второго порядка не имеет точек перегиба. Прямые линии являются всего лишь частным случаем кривых второго порядка.
В общем виде уравнение кривой второго порядка может выглядеть как:
x 2 + a1y 2 + a2xy + a3x + a4y + a5 = 0. (6.2)
Таким образом, для описания бесконечной кривой второго порядка достаточно параметров. При описании отрезка кривой второго порядка понадобятся еще два параметра.
Кривая третьего порядка, в отличие от кривых второго порядка, имеет возможную точку перегиба, благодаря которой кривые третьего порядка являются основой отображения природных объектов в векторной графике. Примером кривых третьего порядка являются линии изгиба человеческого тела.
В общем виде уравнение кривой третьего порядка может выглядеть как:
x 3 + a1y 3 + a2x 2 y + a3xу 2 + a4х 2 + a5у 2 + а6ху + а7х + а8у + а9 = 0. (6.3)
Кривая Безье – это упрощенный вид кривых третьего порядка. Метод построения кривой Безье основан на использовании пары касательных, проведенных к отрезку в ее окончаниях. Отрезки кривых Безье описываются восемью параметрами, поэтому работать с ними удобнее. На форму линии влияет угол наклона касательной и длина ее отрезка.
3.2.3 Фрактальная графика
Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, т.е. никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям.
Математической основой фрактальной графики является фрактальная геометрия. Здесь в основу метода построения изображений положен принцип наследования от так называемых «родителей» геометрических свойств объектов-наследников.
Понятия фрактал, фрактальная геометрия и фрактальная графика, появившиеся в конце 70-х гг. сегодня прочно вошли в обиход математиков и компьютерных художников. Слово фрактал образовано от латинского fractus и в переводе означает «состоящий из фрагментов». Оно было предложено математиком Бенуа Мандельбротом в 1975 г. для обозначения нерегулярных, но самоподобных структур, которыми он занимался.
Фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому.
Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга. Перефразируя это определение, можно сказать, что в простейшем случае небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.
В центре фрактальной фигуры находится её простейший элемент – равносторонний треугольник, который получил название «фрактальный». Затем на среднем отрезке сторон строятся равносторонние треугольники со стороной, равной (1/3a) от стороны исходного фрактального треугольника. В свою очередь, на средних отрезках сторон полученных треугольников, являющихся объектами-наследниками первого поколения, выстраиваются треугольники-наследники второго поколения со стороной (1/9а) от стороны исходного треугольника.
Таким образом, мелкие элементы фрактального объекта повторяют свойства всего объекта. Полученный объект носит название «фрактальной фигуры». Процесс наследования можно продолжать до бесконечности. Таким образом, можно описать и такой графический элемент, как прямую.
Изменяя и комбинируя окраску фрактальных фигур, можно моделировать образы живой и неживой природы (например, ветви дерева или снежинки), а также составлять из полученных фигур «фрактальную композицию».
Как было сказано ранее, фрактальная графика так же, как векторная и трёхмерная, является вычисляемой. Изображение строится по уравнению или системе уравнений. С изменением коэффициентов уравнения можно получить совершенно другое изображение. Эта идея нашла использование в компьютерной графике благодаря компактности математического аппарата, необходимого для ее реализации. Так, с помощью нескольких математических коэффициентов можно задать линии и поверхности очень сложной формы.
Итак, базовым понятием для фрактальной компьютерной графики является «Фрактальный треугольник». Затем идет «Фрактальная фигура», «Фрактальный объект»; «Фрактальная прямая»; «Фрактальная композиция»; «Объект-родитель» и «Объект-наследник».
Трудно переоценить возможности фрактальной компьютерной графики, позволяющей создавать абстрактные композиции, с реализацией таких композиционных приёмов, как горизонтали и вертикали, диагональные направления, симметрию и асимметрию и др.
С точки зрения машинной графики фрактальная геометрия незаменима при генерации искусственных облаков, гор, поверхности моря. Фактически благодаря фрактальной графике найден способ эффективной реализации сложных неевклидовых объектов, образы которых весьма похожи на природные. Геометрические фракталы на экране компьютера – это узоры, построенные самим компьютером по заданной программе. Помимо фрактальной живописи существуют фрактальная анимация и фрактальная музыка.
Трехмерная графика
Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов.
В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:
- спроектировать и создать виртуальный каркас (скелет) объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;
- спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации, похожие на реальные;
- присвоить материалы различным частям поверхности объекта (спроектировать текстуры на объект);
- настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект;
- задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей.
Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие так называемые сплайновые поверхности, причем чаще всего применяют метод бикубических рациональных В-сплайнов на неравномерной сетке.
В компьютерной графике сплайном называют кривую, построенную по нескольким точкам, причем описание кривой задается полиномом некоторой степени.
Значительный интерес представляет создание трехмерных графических представлений (аппроксимаций) тела человека как основы для проектирования одежды.
В последнее время все большее значение приобретает компьютерная графика, сочетающая в себе точность описания и содержания объекта, и, вместе с тем, требует небольшую продолжительность получения изображе-ния.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселов имеющих только два возможных цвета черный и белый Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, т.к. она может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать двумя цифрами - 0 или 1. 0 1
Цель: Ознакомиться с основными видами компьютерной графики, основными преимуществами и недостатками каждого вида графики. Знать основные понятия, назначение компьютерной графики. Уметь рассчитывать объем растрового изображения.
Ключевые слова (план):
Ситуационная задача Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800 на 600 точек и глубиной цвета 24 бит на точку.
Компьютерная графика - область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств. Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора. Виды компьютерной графики отличаются принципами формирования изображения
В компьютерной графике с понятием разрешение изображения обычно происходит больше всего путаницы, поскольку приходится иметь дело сразу с несколькими свойствами разных объектов. Следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства (принтера) разрешение изображения.
Разрешение экрана — это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселах и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.
Разрешение принтера — это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Разрешение измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере
Разрешение изображения - Это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения – его физическим размером.
Кодирование цвета Для кодирования черно-белого изображения достаточно одного бита памяти: 1 – белый 0 – черный. Для кодирования 4-цветного изображения требуется два бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов: 00 – черный 01 – красный 10 – зеленый 11 – коричневый.
На цветном экране все разнообразие красок получается из сочетаний трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Такая цветовая модель называется RGB моделью, по первым буквам английских названий цветов (Red, Green, Blue): К З С Цвет 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
Шестнадцатицветная палитра получается при использовании четырехразрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно: И К З С Цвет 0 0 0 0 черный 0 0 0 1 синий 0 0 1 0 зеленый 0 0 1 1 голубой 0 1 0 0 красный 0 1 0 1 розовый 0 1 1 0 коричневый 0 1 1 1 серый 1 0 0 0 темно-серый 1 0 0 1 ярко-синий 1 0 1 0 ярко-зеленый 1 0 1 1 ярко-голубой 1 1 0 0 ярко-красный 1 1 0 1 ярко-розовый 1 1 1 0 ярко-желтый 1 1 1 1 белый
Количество бит, которое используется для кодирования цвета точки, называется глубиной цвета. Тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: N=2I, где N – количество цветов, I – глубина цвета. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку. Глубина цвета Кол-во цветов 4 16 8 256 16 65536 24 16777216
Ситуационная задача Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800 на 600 точек и глубиной цвета 24 бит на точку. V = 80060024 = 11520000 бит = 1440000 байт = 1406,25 Кб = 1,37 Мб.
Объем растрового изображения = количество точек (число точек по горизонтали* число точек по вертикали) * информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов.
Виды компьютерной графики растровая векторная фрактальная точка/пиксель линия треугольник Наименьший элемент трёхмерная плоскость
Растровая графика Растровое изображение состоит из мельчайших точек (пиксель) – цветных квадратиков одинакового размера, которые образуют строки и столбцы. Растровое изображение подобно мозаике – когда приближаете (увеличиваете) его, то видите отдельные пиксели, а если удаляете (уменьшаете), пиксели сливаются.
Растровая графика Пиксель (англ. pixel, сокр. от англ. PICture’S Element – элемент изображения) – это мельчайшая единица цифрового изображения в растровой графике. Он представляет собой неделимый объект прямоугольной формы, обладающий определенным цветом Пиксель
Растровая графика Растровая графика работает с сотнями и тысячами пикселей, которые формируют рисунок. В компьютерной графике используют следующие термины: Пиксель – отдельный элемент растрового изображения Точка – наименьший элемент, создаваемый принтером Видеопиксель – наименьший элемент изображения на экране Размер графической сетки М х N
Растровое изображение может иметь различное разрешение, которое определяется количеством точек по горизонтали и вертикали. Растр - (от англ. raster) – представление изображения в виде двумерного массива точек (пикселей), упорядоченных в ряды и столбцы Растровая графика М N Растр M x N (графическая сетка) Click to add caption Click to add caption
Достоинством растровой графики являются ее хорошие фотографические качества. Недостаток растровой графики состоит в том, что при увеличении изображения ухудшается его качество. К тому же растровые изображения занимают достаточно большой размер файла.
ретуширование, реставрирование фотографий; создание и обработка фотомонтажа; оцифровка фотоматериалов при помощи сканирования (изображения получаются в растровом виде) Применение растровой графики глубины цвета точек, размера изображения (в большем размере вмещается больше точек), разрешения изображения (при большем разрешении на единицу площади изображения приходится больше точек). Размер файла зависит от:
Цветное изображение на экране получается путем смешивания трех базовых цветов : красного, синего и зеленого (RGB).
Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами Цветные дисплеи, использующие такой принцип называются RGB -мониторами Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета
Векторная графика Векторная графика является объектно-ориентированной графикой, то есть представляет собой набор объектов – линий или примитивных геометрических фигур (точка, линия, окружность и т.п.) Векторный объект храниться в файле как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих атрибуты рисунка (толщина, цвет и т.д.)
Векторная графика Программные средства для работы с векторной графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки
Изображение может быть преобразовано в любой размер (от логотипа на визитной карточке до стенда на улице) и при этом его качество не изменится.
Достоинства: Векторная графика экономна в плане дискового пространства. Объекты векторной графики легко трансформируются и манипулируются, что не оказывает никакого влияния на качество изображения. Недостатки: Однако она ограничена в чисто живописных Средствах : в программах векторной графики практически невозможно создавать фотореалистические изображения.
Не всякое изображение можно адекватно представить в виде набора примитивов, в частности – фотореалистичные изображения В ряде случаев возможно преобразование растровых изображений в векторные . Этот процесс называется трассировкой. Программа трассировки растровых изображений отыскивает группы пикселей с одинаковым цветом, а затем создаёт соответствующие им векторные объекты. Однако получаемые результаты чаще всего нуждаются в дополнительной обработке. Пример трассировки Пример векторного изображения
для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений; для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем; для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов. Применение векторной графики CorelDraw Adobe Illustrator Macromedia Freehand AutoCAD Компас Visio Программы для работы с векторной графикой
Сравнительная характеристика растровой и векторной графики Признак для сравнения Векторная графика Растровая графика Область использования Создание шрифтов, логотипов (полиграфия), оформлениеWeb-страниц, создание иллюстраций (книгоиздательство) Ретуширование, тоновая и цветовая коррекция изображений, создание коллажей Примеры программ Adobe Illustrator,Corel DRAW, графический редактор, встроенный вWORD Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint, Paint Элементы изображения Геометрические фигуры: прямые, окружности, прямоугольники, т.п. Пиксел Возможность автоматизации считывания изображения Процесс невозможен Процесс возможен, технически реализуем
Признак для сравнения Векторная графика Растровая графика Трансформация изображения Без потерь качества изображения Ухудшение качества изображения Информационный объем изображения Малый Большой Качество отображения объектов реального мира Отсутствие фотографического качества Фотографическое качество Универсальные приемы работы и инструменты Команды упорядочивания, взаимного выравнивания, пересечения объектов, исключения одних объектов из других; разнообразные инструменты рисования и виды заливок Команды изменения яркости, цветовых оттенков отдельных пикселей; разнообразные инструменты выделения Возможность конвертации в другие программы Погрешности при конвертации или ее невозможность Легкая конвертация Способы сохранения (форматы) WMF, EPS, CDR, DXF, CGM BMP, PSD, GIF, PNG, TIFF, JPEG,
Фрактальная графика Построение фрактального рисунка осуществляется по какому-то алгоритму или путём автоматической генерации изображений при помощи вычислений по конкретным формулам. фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при изменении масштаба
Фрактал - сложная геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия, то есть составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком и повторяется при уменьшении масштаба. Вся живая и неживая природа состоит из уникальных объектов, порожденных непредсказуемыми движениями хаотического мира. Их находят в местах таких малых, как клеточная мембрана и таких огромных, как Солнечная система. Разветвления трубочек трахей, листья на деревьях, вены в руке, река, бурлящая и изгибающаяся, рынок ценных бумаг — это все фракталы. Фракталы проявляют хаотическое поведение, благодаря которому они кажутся такими беспорядочными и случайными. Но если взглянуть достаточно близко, можно увидеть много аспектов самоподобия внутри фрактала
Компьютерная графика – специальная область информатики, изучающая методы и способы создания и обработки изображений с помощью программно аппаратных вычислительных комплексов.
Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человека либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе.
В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять: на растровую, векторную и фрактальную.
Отдельным предметом считается трехмерная графика (3D) – графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.
Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика.
По степени специализации все виды компьютерной графики подразделяются: на инженерную графику, научную графику, Web-графику, компьютерную полиграфию и т.д.
Несмотря на то что компьютерная графика является только инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других.
3.2.1 Растровая графика
Растровая графика – это графика, изображение в которой представляется в виде набора точек. Каждая точка называется элементом растра и ее описание хранится в специальных растровых файлах.
Существует несколько форматов растровых файлов, например, DIB (Device-Independent Bitmap – аппаратно-независимый растровый формат), используемый в Windows.
Изображение на экране дисплея, на бумаге, полученные с помощью матричного принтера – это растровые изображения.
Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящих на единицу длины. Различают:
- разрешение экранного изображения;
- разрешение печатного изображения.
Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.
Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения, разрешения оригинала и масштаба отображения.
Разрешение печатного изображения. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т.д.), так и на экране, зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм и называется линиатурой.
Средствами растровой графики принято иллюстрировать работы, требующие высокой точности в передаче цветов и полутонов. Однако размеры файлов растровых иллюстраций стремительно растут с увеличением разрешения.
Одним из недостатков растровой графики является так называемая пикселизация изображений при их увеличении (если не приняты специальные меры). Раз в оригинале присутствует определенное количество точек, то при большом масштабе увеличивается их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию.
Для противодействия пикселизации принято:
1) заранее оцифровывать оригинал с разрешением, достаточным для качественной визуализации при масштабировании;
2) применять стохастический растр, позволяющий уменьшить эффект пикселизации в определенных пределах;
3) использовать метод интерполяции, при котором увеличение размера иллюстрации происходит не за счет масштабирования точек, а путем добавления необходимого числа промежуточных точек.
3.2.2 Векторная графика
В векторной графике базовым элементом изображения является линия. Линия описывается математически как единый объект и поэтому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.
Линия – элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом.
Иногда вместо понятия линии используется понятие контур. Этот термин более полно отражает суть, поскольку контур может иметь любую форму – прямую, кривую, ломаной линии, фигуры.
Простейшая замкнутая линия или контур имеют две или более точек, именуемых узлами. Элемент контура, заключенный между двумя смежными опорными точками, называют сегментом контура. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами.
Форму контура меняют перемещением опорных точек, изменением свойств, добавлением новых и удалением имеющихся узлов.
Контур может быть открытым и замкнутым, когда последняя опорная точка является одновременно и первой.
Контур является элементарным графическим объектом. Из контуров создают новые объекты или их группы. С несколькими контурами выполняют операции группировки, комбинирования, объединения. В результате образуются, соответственно: группа объектов, составной контур, новый контур.
После операции группировки каждый контур сохраняет свои свойства и принадлежащие ему узлы.
После операции комбинирования составной контур приобретает новые свойства, но узлы остаются прежними.
После операции объединения образуются новые узлы и меняются свойства исходных контуров.
Параметры обводки контура определяют его вид при отображении. К ним относятся: толщина линии, цвет линии, тип линии (сплошная, пунктирная и прочие), форма концов (со стрелкой, закругленные и прочие).
Замкнутые контуры обладают особым свойством – заливкой, т.е. параметрами заполнения охватываемой области.
Заливка также является объектом и обладает собственным набором свойств. Различают: заливку основным цветом, градиентную заливку (заполнение двумя цветами с плавным переходом между ними), текстурную заливку (заполнение узором с регулярной структурой) и заливку изображением-картой (заполнение готовым растровым изображением, называемым картой).
Математические основы векторной графики:
Точка – объект на плоскости, представленный двумя числами (x, y), указывающими его положение относительно начала координат.
Прямая линия – линия, описываемая уравнением:
y = kx ± b. (6.1)
Указав параметры k и b, всегда можно отобразить бесконечную прямую линию в известной системе координат, т.е. для задания прямой достаточно двух параметров.
Отрезок прямой отличается от прямой линии тем, что для ее описания требуется еще два параметра – координаты начала и конца отрезка.
Кривая второго порядка–параболы. Гиперболы, эллипсы, окружности, т.е. все линии, уравнения которых содержат степени выше второй. Кривая второго порядка не имеет точек перегиба. Прямые линии являются всего лишь частным случаем кривых второго порядка.
В общем виде уравнение кривой второго порядка может выглядеть как:
x 2 + a1y 2 + a2xy + a3x + a4y + a5 = 0. (6.2)
Таким образом, для описания бесконечной кривой второго порядка достаточно параметров. При описании отрезка кривой второго порядка понадобятся еще два параметра.
Кривая третьего порядка, в отличие от кривых второго порядка, имеет возможную точку перегиба, благодаря которой кривые третьего порядка являются основой отображения природных объектов в векторной графике. Примером кривых третьего порядка являются линии изгиба человеческого тела.
В общем виде уравнение кривой третьего порядка может выглядеть как:
x 3 + a1y 3 + a2x 2 y + a3xу 2 + a4х 2 + a5у 2 + а6ху + а7х + а8у + а9 = 0. (6.3)
Кривая Безье – это упрощенный вид кривых третьего порядка. Метод построения кривой Безье основан на использовании пары касательных, проведенных к отрезку в ее окончаниях. Отрезки кривых Безье описываются восемью параметрами, поэтому работать с ними удобнее. На форму линии влияет угол наклона касательной и длина ее отрезка.
3.2.3 Фрактальная графика
Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, т.е. никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям.
Математической основой фрактальной графики является фрактальная геометрия. Здесь в основу метода построения изображений положен принцип наследования от так называемых «родителей» геометрических свойств объектов-наследников.
Понятия фрактал, фрактальная геометрия и фрактальная графика, появившиеся в конце 70-х гг. сегодня прочно вошли в обиход математиков и компьютерных художников. Слово фрактал образовано от латинского fractus и в переводе означает «состоящий из фрагментов». Оно было предложено математиком Бенуа Мандельбротом в 1975 г. для обозначения нерегулярных, но самоподобных структур, которыми он занимался.
Фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому.
Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга. Перефразируя это определение, можно сказать, что в простейшем случае небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.
В центре фрактальной фигуры находится её простейший элемент – равносторонний треугольник, который получил название «фрактальный». Затем на среднем отрезке сторон строятся равносторонние треугольники со стороной, равной (1/3a) от стороны исходного фрактального треугольника. В свою очередь, на средних отрезках сторон полученных треугольников, являющихся объектами-наследниками первого поколения, выстраиваются треугольники-наследники второго поколения со стороной (1/9а) от стороны исходного треугольника.
Таким образом, мелкие элементы фрактального объекта повторяют свойства всего объекта. Полученный объект носит название «фрактальной фигуры». Процесс наследования можно продолжать до бесконечности. Таким образом, можно описать и такой графический элемент, как прямую.
Изменяя и комбинируя окраску фрактальных фигур, можно моделировать образы живой и неживой природы (например, ветви дерева или снежинки), а также составлять из полученных фигур «фрактальную композицию».
Как было сказано ранее, фрактальная графика так же, как векторная и трёхмерная, является вычисляемой. Изображение строится по уравнению или системе уравнений. С изменением коэффициентов уравнения можно получить совершенно другое изображение. Эта идея нашла использование в компьютерной графике благодаря компактности математического аппарата, необходимого для ее реализации. Так, с помощью нескольких математических коэффициентов можно задать линии и поверхности очень сложной формы.
Итак, базовым понятием для фрактальной компьютерной графики является «Фрактальный треугольник». Затем идет «Фрактальная фигура», «Фрактальный объект»; «Фрактальная прямая»; «Фрактальная композиция»; «Объект-родитель» и «Объект-наследник».
Трудно переоценить возможности фрактальной компьютерной графики, позволяющей создавать абстрактные композиции, с реализацией таких композиционных приёмов, как горизонтали и вертикали, диагональные направления, симметрию и асимметрию и др.
С точки зрения машинной графики фрактальная геометрия незаменима при генерации искусственных облаков, гор, поверхности моря. Фактически благодаря фрактальной графике найден способ эффективной реализации сложных неевклидовых объектов, образы которых весьма похожи на природные. Геометрические фракталы на экране компьютера – это узоры, построенные самим компьютером по заданной программе. Помимо фрактальной живописи существуют фрактальная анимация и фрактальная музыка.
Трехмерная графика
Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов.
В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:
- спроектировать и создать виртуальный каркас (скелет) объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;
- спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации, похожие на реальные;
- присвоить материалы различным частям поверхности объекта (спроектировать текстуры на объект);
- настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект;
- задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей.
Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие так называемые сплайновые поверхности, причем чаще всего применяют метод бикубических рациональных В-сплайнов на неравномерной сетке.
В компьютерной графике сплайном называют кривую, построенную по нескольким точкам, причем описание кривой задается полиномом некоторой степени.
Значительный интерес представляет создание трехмерных графических представлений (аппроксимаций) тела человека как основы для проектирования одежды.
В последнее время все большее значение приобретает компьютерная графика, сочетающая в себе точность описания и содержания объекта, и, вместе с тем, требует небольшую продолжительность получения изображе-ния.
Презентация на тему: " Понятие компьютерной графики и ее классификация. Компьютерная графика - специальная область информатики, занимающаяся методами и средствами создания," — Транскрипт:
1 Понятие компьютерной графики и ее классификация
2 Компьютерная графика - специальная область информатики, занимающаяся методами и средствами создания, преобразования, обработки, хранения и вывода на печать изображений с помощью цифровых вычислительных комплексов.
4 Под растровым (bitmap, raster) понимают способ представления изображения в компьютерной графике в виде совокупности отдельных точек различных цветов или оттенков.
5 Пиксель - неделимая точка в графическом изображении. Пиксель характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения
6 Достоинства растровой графики
7 Разрешение изображения Разрешение дисплея Разрешение при печати
8 Разрешение изображения – определяет насколько точно будут воспроизведены детали изображения. Чем выше разрешение, тем выше качество печати и тем больше объем данных изображения. Разрешение выражается в dpi (Dots Per Inch – Точках на дюйм).. Например, разрешение 400 dpi означает, что в каждом дюйме присутствует 400 точек. Размер одной точки составляет примерно 63,5 микрон (0,0635 мм.)
9 Разрешение дисплея – это степень резкости изображения, показываемого на дисплее. Разрешение дисплея измеряется в dpi (точек/дюйм).
10 Разрешение при печати – работа цветного струйного принтера основана на распылении чернильных частиц на бумажный или какой- либо другой носитель, используемый для печати. Разрешение при печати выражается числом чернильных частиц, которые можно распылить на один дюйм (примерно 2,54 мм.) бумаги. Например, разрешение 1440 dpi означает, что на длине одного дюйма бумаги будет распылено 1440 чернильных частиц. Чем больше число чернильных частиц, тем точнее воспроизводятся детали изображения. Однако при этом соответственно возрастает и время печати.
11 Для векторной графики характерно разбиение изображения на ряд графических примитивов – точка, прямая, ломаная, дуга, полигон. Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т.д.).
12 Экономия в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик несильно увеличивает размер файла. Объекты векторной графики просто трансформируются и ими легко манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения. Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет настолько качественным, на сколько способно данное устройство.
13 Программная зависимость: каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, поэтому изображение, созданное в одном векторном редакторе, как правило, не конвертируется в формат другой программы без погрешностей. Сложность векторного принципа описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации и сконструировать устройство подобное сканеру для растровой графики. Векторная графика действительно ограничена в чисто живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений.
14 Фрактал – объект, обладающий бесконечной сложностью, позволяющий рассмотреть столько же своих деталей вблизи, как и издалека. Земля – классический пример фрактального объекта. Из космоса она выглядит как шар. Если приближаться к ней, мы обнаружим океаны, континенты, побережья и цепи гор. Будем рассматривать горы ближе – станут видны еще более мелкие детали: кусочек земли на поверхности горы в своем масштабе столь же сложный и неровный, как сама гора. И даже еще более сильное увеличение покажет крошечные частички грунта, каждая из которых сама является фрактальным объектом.
Читайте также: