Компьютерная графика Компьютерная графика

Компьютерная графика

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

Технические средства компьютерной графики

Графический монитор M Растр Размер M x N (разрешающая способность экрана) 640 x 200, 640 x 480, 1024 x 768, 1280 x 1024 N пиксель

Монитор • • • Электронно-лучевые Жидкокристаллические Газоплазменные

Электронно-лучевые мониторы недостаток — вредное воздействие на здоровье человека.

Мониторы Черно–белые монохромные Цветные

Монохромный монитор (черно-белый) Луч 100% Луч 50%

Цветной монитор С З К Цветной пиксель Красный Зеленый Синий

Жидкокристаллические мониторы

Газоплазменные мониторы

Видеокарта(видеоадаптер)

Видеосистема персонального компьютера Центральный процессор ЦП Оперативная память ОЗУ Графический монитор Информационная магистраль Видеопамять Дисплейный процессор Видеоконтроллер (графический адаптер, видеокарта)

Устройства ввода и вывода графического изображения

Цифровые (графические) планшеты — дигитайзеры и Световое перо • Дигитайзеры обеспечивают перенос изображения с накладываемого листа бумаги в ЭВМ с помощью перемещения по планшету специального указателя. Работа с графическим планшетом аналогична рисованию карандашом. Особенно они удобны для формирования штриховых рисунков и чертежей. У графического планшета высокая разрешающая способность. Эти устройства предназначены для ввода художественной графической информации. • Световое перо представляет собой устройство в форме карандаша, воспринимающее свет от люминофора дисплея. Чувствительным элементом является фотодиод или фототранзистор. Подсчет числа строк растра позволяет определить вертикальную координату, а отсчет времени от начала формирования строки до момента срабатывания пера дает координату по горизонтали. Для ввода рисунков сложной формы используется режим, при котором под кончиком светового пера формируется светящаяся траектория (контур)

Сканеры • • Ввод плоского изображения в ОЗУ обеспечивает сканер. Сканер исключает утомительную процедуру введения текста с помощью клавиатуры и рисунка с помощью мыши. Полученную копию изображения можно редактировать: изменять масштаб, добавлять и удалять детали, изменять цвет и т. д. Электронную копию изображения можно длительное время хранить на магнитном или оптическом носителе. Ручные сканеры. Принцип действия ручных сканеров в основном соответствует планшетным. Разница заключается в том, что протягивание линейки ПЗС в данном случае выполняется вручную. Равномерность и точность сканирования при этом обеспечиваются неудовлетворительно, и разрешающая способность ручного сканера составляет 150 -300 dpi.

• • • Барабанные сканеры. В сканерах этого типа исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Устройства этого типа обеспечивают наивысшее разрешение (2400 -5000 dpi) благодаря применению не ПЗС, а фотоэлектронных умножителей. Их используют для сканирования исходных изображений, имеющих высокое качество, но недостаточные линейные размеры (фотонегативов, слайдов и т. п. ). Сканеры форм. Предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполненных механически или «от руки» . Необходимость в этом возникает при проведении переписей населения, обработке результатов выборов и анализе анкетных данных. От сканеров форм не требуется высокой точности сканирования, но быстродействие играет повышенную роль и является основным потребительским параметром.

• • • Планшетные сканеры предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Принцип действия этих устройств состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специальными элементами, называемыми приборами с зарядовой связью (ПЗС). Основными потребительскими параметрами планшетных сканеров являются: разрешающая способность; производительность; динамический диапазон; максимальный размер сканируемого материала. Разрешающая способность планшетного сканера зависит от плотности размещения приборов ПЗС на линейке, а также от точности механического позиционирования линейки при сканировании. Типичный показатель для офисного применения: 600 -1200 dpi (dpi — dots per inch — количество точек на дюйм). Для профессионального применения характерны показатели 12003000 dpi.

Струйные принтеры • • • Печатающие головки струйных принтеров вместо иголок содержат тонкие трубочки — сопла, через которые на бумагу выбрасываются капельки чернил. К положительным свойствам струйных печатающих устройств следует отнести относительно небольшое количество движущихся механических частей и, простоту и надежность механической части устройства и его относительно низкую стоимость. Основным недостатком, по сравнению с лазерными принтерами, является нестабильность получаемого разрешения, что ограничивает возможность их применения в черно-белой полутоновой печати. В то же время, сегодня струйные принтеры нашли очень широкое применение в цветной печати. При разрешении выше 600 dpi они позволяют получать цветные оттиски, превосходящие по качеству цветные отпечатки, получаемые фотохимическими методами

• • Лазерные принтеры В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображения. Процесс печати включает в себя создание невидимого рельефа электростатического потенциала в слое полупроводника с последующей его визуализацией. Визуализация осуществляется с помощью частиц сухого порошка — тонера, наносимого на бумагу. Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати, отличаются также высокой скоростью печати, которая измеряется в страницах в минуту (ррm — page per minute). К основным параметрам лазерных принтеров относятся: разрешающая способность, dpi (dots per inch — точек на дюйм); производительность (страниц в минуту); формат используемой бумаги; объем собственной оперативной памяти.

Плоттеры (графопостроители) • • Плоттеры - устройства вывода графической информации. Плоттеры используют для оформления больших плакатов, чертежей, карт, эскизов печатных плат, диаграмм, гистограмм. Работа плоттера основана на механических и немеханических способах вывода графической информации. При механическом способе применяются карандаши, перья с чернилами. Аналогично принтерам в немеханических графопостроителях применяются термический, матричный, струйный и лазерный способы печати.

Виды компьютерной графики

По назначению Художественная Деловая Инженерная

По способу формирования растровая векторная фрактальная трёхмерная Наименьший элемент точка линия треугольник плоскость

Растровое изображение составляется из мельчайших точек (пикселов) – цветных квадратиков одинакового размера. Растровое изображение подобно мозаике - когда приближаете (увеличиваете) его, то видите отдельные пиксели, а если удаляете (уменьшаете), пиксели сливаются.

Изображение может иметь различное разрешение, которое определяется количеством точек по горизонтали и вертикали. М N Пиксель Растр M x N (графическая сетка)

Растр - (от англ. raster) – представление изображения в виде двумерного массива точек (пикселов), упорядоченных в ряды и столбцы

Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета (бит на точку 4, 8, 16, 24). Каждый цвет можно рассматривать как возможные состояния точки, и тогда по формуле N=2 I может быть вычислено количество цветов отображаемых на экране монитора. Глубина цвета I Количество отображаемых цветов N 4 24=16 8 28=256 16 (High Color) 216=65 536 24 (True Color) 224=16 777 216

Основные проблемы при работе с растровой графикой • Увеличение изображения приводит к эффекту пикселизации, иллюстрация искажается и появляется лестничный эффект

Структура пиксельных изображений

• Большие объемы данных. Размер файла зависит от: • глубины цвета точек, • размера изображения (в большем размере вмещается больше точек), • разрешения изображения (при большем разрешении на единицу площади изображения приходится больше точек).

Форматы файлов растровой графики. bmp. jpg. jpeg . gif Стандартный формат Windows. Большой размер файлов из-за отсутствия сжатия изображения. Предназначен для хранения многоцветных изображений (фотографий). Отличается огромной степенью сжатия за счет потери информации. Степень сжатия можно регулировать. Самый «плотный» . Фиксированное количество цветов (256). Позволяет создавать прозрачность фона и анимацию изображения

Применение: • ретуширования, реставрирования фотографий; • создания и обработки фотомонтажа; • после сканирования изображения получаются в растровом виде

Программы для работы с растровой графикой: • Paint • Adobe Photo Shop Близкими аналогами являются: живопись, фотография

Работа с выделенными областями

Создание и редактирование изображений

Основы работы со слоями

Композиционное редактирование

Маски и каналы

Специальные эффекты при обработке изображений

Коррекция изображения

Векторная графика • Предназначена для создания иллюстраций с применением шрифтов и простейших геометрических объектов • Основным элементом векторного изображения является контур (линия)

линии

Контурные объекты векторной графики

Сложные объекты векторной графики при увеличении можно рассматривать более подробно

Кривые первого порядка Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде математических формул. При открытии файла программа прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам (уравнениям).

Кривые второго порядка

Кривые третьего порядка

Кривая Безье.

• Близкими аналогами являются слайды мультфильмов, представление математических функций на графике. Программы для работы с векторной графикой: • Corel Draw • Adobe Illustrator • Auto. CAD

Применение: • 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;

Corel. DRAW 1. Линии

Corel. DRAW 2. Текст

Corel. DRAW 3. Объекты

Corel. DRAW 4. Цветовые модели. Заливки.

Corel. DRAW 5. Контуры

Corel. DRAW 6. Упорядочивание объектов

Corel. DRAW 7. Операции с несколькими объектами

Corel. DRAW 8. Интерактивные эффекты

Сравнительная характеристика растровой и векторной графики Характеристики Растровая графика Векторная графика пиксель (точка) контур и внутренняя область совокупность точек (матрица) совокупность объектов да нет легко иногда не печатаются или выглядят не так Объем памяти очень большой относительно небольшой Масштабирование нежелательно да нет да BMP, GIF, JPG, JPEG WMF, EPS Элементарный объект Изображение Фотографическое качество Распечатка на принтере Группировка и разгруппировка Форматы

Области применения Растровая графика • При разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий • В Интернете Вывод: Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. Векторная графика • В рекламных агентствах • В дизайнерских бюро • В редакциях и издательствах Вывод: Большинство векторных редакторов предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. В оформительских работах, основанных на применении шрифтов и простейших геометрических элементов.

Трехмерная графика

Ортографическая проекция

Аксонометрическая проекция

Перспективная проекция

Цветные линии

Определение видимых линий

Определение видимых поверхностей (рассеянный “ambient” свет)

Закраска индивидуальных полигонов (плоская “flat” закраска)

Закраска Гуро (Gouraud) (диффузное отражение)

Закраска Гуро (Gouraud) (зеркальное “specular” отражение)

Закраска Фонга (Phong) (зеркальное отражение)

Криволинейные поверхности (зеркальное отражение)

Текстуры и тени (отражение в зеркале)

Программы для работы с трехмерной графикой: – 3 D Studio MAX , Auto. CAD, Archi. CAD, Компас • • • Применение: научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов изделия в машиностроении, видеороликах, архитектуре,

Примитивы

Улучшенные примитивы

Растительность

Линии

Создание и редактирование объектов Создание простых объектов и управление ими

Создание и редактирование объектов Создание источников света

Создание и редактирование объектов Моделирование при помощи лофтинга

Создание и редактирование объектов Анимация объектов

Создание и редактирование объектов Создание анимации с помощью инструмента Space Warps

Создание и редактирование объектов Лофтинг

Создание и редактирование объектов Материалы

Создание и редактирование объектов Композиции

Создание и редактирование объектов Системы частиц

Создание и редактирование объектов Объекты Reactor

Создание и редактирование интерьеров

Фрактальная графика Основной элемент- математическая формула. Аналоги: Снежинка, кристалл.

Фрактус – состоящий из фрагментов Одним из основных свойств является самоподобие

$Программа для работы с фрактальной графикой: • Фрактальная вселенная 4. 0 fracplanet Применяют: •$

Программа для работы с фрактальной графикой: • Фрактальная вселенная 4. 0 fracplanet Применяют: • Математики, • Художники Формат: POV

ВОПРОС • Определите, к каким видам графики относятся следующие изображения.

Области применения компьютерной графики

Наука и техника для наглядного изображения объектов научных исследований Моделирование взрыва

Наука и техника для наглядного изображения объектов научных исследований Модель атома

Наука и техника для наглядного изображения объектов научных исследований Космический корабль «Буран»

Наука и техника для наглядного изображения объектов научных исследований Клетка растения

Наука и техника для наглядного изображения объектов научных исследований Географические карты и схемы

Конструирование используют инженерыконструкторы, изобретатели для создания проектов

Конструирование План дома

Конструирование Схема системы спутниковой связи «ЭКРАН» (телевидение и радиовещание)

Конструирование Схема мотора автомобиля

Деловые бумаги для создания иллюстративных материалов в деловых документах Диаграммы

Деловые бумаги для создания иллюстративных материалов в деловых документах Графики

Деловые бумаги для создания иллюстративных материалов в деловых документах Получение Передача ИНФОРМАЦИЯ Хранение Схемы Обработка

Деловые бумаги для создания иллюстративных материалов в деловых документах Фамилия Иванов Курносов Имя Иван Ефим Отчество Иванович Макарович Таблицы Дата рождения 12. 03. 84 г. 05. 10. 81 г.

Деловые бумаги для создания иллюстративных материалов в деловых документах Геометрические фигуры

Иллюстрации

Физкльтминутка Следите за полетом вертолета для глаз

Фотографии для иллюстрирования журналов, книг и т. п.

Реклама для создания рекламных роликов РЕКЛАМА АВТОМОБИЛЕЙ

Мультипликация для создания мультфильмов

Мультипликация для создания компьютерных игр

Мультипликация для создания эффектов в кинофильмах

Flash-графика • Технология Flash основана на использовании векторной графики в формате Shockwave Flash (SWF). Хотя это далеко не первый векторный формат, создателям SWF удалось найти наиболее удачное сочетание между изобразительными возможностями графики, инструментальными средствами для работы с ней, и механизмом включения результата в Webстраницы. Дополнительным преимуществом SWF является его переносимость, то есть этот формат может использоваться на любой аппаратно-программной платформе (в частности, на компьютерах Macintosh, работающих под управлением операционной системы Mac. OS, и на компьютерах IBM с ОС Windows). И еще одна особенность SWF: созданные на его основе изображения не только могут быть анимированы, но также дополнены интерактивными элементами и звуковым сопровождением.

Составляющими Flash-технологии являются: • • векторная графика; поддержка нескольких видов анимации; возможность создания интерактивных элементов интерфейса; поддержка взаимодействия с импортируемыми графическими форматами (в том числе растровыми); • возможность включения синхронного звукового сопровождения; обеспечение экспорта Flash-фильмов в формат HTML, а также в любой из графических форматов, используемых в Интернете; платформная независимость; • возможность просмотра Flash-фильмов как в автономном режиме, так и посредством Web-броузера; • наличие инструментов визуальной разработки, избавляющих создателя Flash-фильмов от многих рутинных операций, а также от детального изучения технических аспектов реализации Flashтехнологии.

Компьютерная графика Компьютерная графика — область информатики