1 Представление видеоинформации в виде растровой графики Достоинства

1. Представление видеоинформации в виде растровой графики. Достоинства и недостатки растровой графики. 1) Растр – это матрица ячеек – пикселов ( pixel – Picture Element ). Любой пиксел имеет свой цвет. Совокупность пикселов различных цветов образует изображение. Для описания расположения пикселов используется система координат – часто (и в том числе в VB ) начало отсчета находится в верхнем левом углу. Ось х направлена вправо, ось у вниз. Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселов. Каждому пикселу сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов. Достоинства: • позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому (в теории, конечно, возможно, но файл размером 1 МБ в формате BMP будет иметь размер 200 МБ в векторном формате). • Распространённость — растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов. Недостатки: Большой размер, занимаемый файлами — хотя сейчас достаточно часто применяют сжатие, размер все равно достаточно велик (особенно у больших изображений). Потери качества изображения (очень заметно при увеличении картинки).

• 2. Характеристики растра. • Основные геометрические характеристики растра • Разрешающая способность растра характеризует расстояние между соседними пикселами. Измеряется разрешающая способность растра количеством пикселов на единицу длины, обычно используется единица измерения ppi (pixel per inch) – количество пикселов в дюйме (1 дюйм ≈ 2, 54 см). • Размер растра определяется количеством пикселов по горизонтали и вертикали. Для компьютерных графических систем наиболее удобным является растр с одинаковым размером по горизонтали и вертикали: ppi. X = ppi. Y. В противном случае возникают проблемы при выводе изображений. Например, если растр прямоугольный (как в устаревших мониторах EGA), окружность на экране может выглядеть как эллипс. • Форма пикселов растра определяется особенностями устройства графического вывода и может быть прямоугольной, квадратной (дисплей) или круглой (принтеры). • Количество цветов (глубина цвета) – одна из важнейших характеристик растра. По количеству цветов различают следующие виды изображений:

3. Классификация изображений на глубине цвета. 1. Двухцветные (бинарные). Черно-белые. – 1 бит на пиксел - Среди двухцветных чаще всего встречаются черно—белые изображения. 2. Полутоновые – градации серого или иного цвета. 256 градаций – 1 байт на пиксел Состоит из оттенков одного цветового тона, каждый пиксель такого изображения может иметь 1 из 256 оттенков “градации” цветов. Чтобы закодировать 256 оттенков нам надо 8 бит. Пример этого в полнее достаточно чтобы правильно отобразить черно-белое полутоние. Пример: черно – белое фотографию. 3. Цветные изображения. От 2 бит на пиксел и выше. Глубина цвета 16 бит на пиксел (65 536 цветов) получила название High Со 1 ог, 24 бит на пиксел (16, 7 млн цветов) — True Со 1 ог. В компьютерных графических системах используют и большую глубину цвета — 32, 48 и более бит на пиксел.

4) Оценка разрешающей способности растра. Глаз человека способен различать объекты с угловым размером a около минуты. Если размер объекта d. P значительно меньше, чем расстояние до него R , то a = d. P / R. Таким образом мы можем оценить минимально различимый размер пиксела - пикселы меньшего размера, чем этот не будут восприниматься человеком как отдельные точки. Рекомендуется размещать дисплей на расстоянии 0, 5 м. Таким образом минимальная разрешающая способность, при котором уже не заметны отдельные пикселы равна 300 dpi ( dots per inch ). Современные мониторы имеют разрешающую способность 100 -120 dpi. Диагональ 15” – разрешение 1024*768 пикселов, а необходимо в два раза больше.

• • • • 5. Хранение и генерация растрового изображения. Размеры растра и распределение в нем пиксель это 2 основные характеристики который файл растровых изображение должен сохранят. Размеры изображения хранятся отдельно. Пиксели запоминаются один за другим как один большой массив данных. Этот самый простой способ хранение данных растрового изоброжения но не самый эффективный. Более эффективный способ состоит в том, чтобы сохранят количество черных и белых пикселей в каждый строке этот метод желает данные и более экономичный. Наиболее внешнее на количество в памяти растровом изоброжения оказывается три фактора: 1. Размер изображения 2. Битовая глубина изображения 3. Формат файла используемый для хранения изображения. Очевидно, чем больше размер растра и битовая глубина изображения тем больше размер файла. Достоинство: 1. Растровы изображения выглядит очень реалистично. 2. Легкость управления вывода изображения на графике. Недостатки: 1. Большой объем памяти требуемый для хранение изображения хорошего качество. 2. Некоторые трудности редактирование изображение. 3. Если требуется применение фильтров специальных эффект к таким изображением то это занимает определенное время.

• • • • 6. Представление видеоинформации в виде векторной графики. Достоинства и недостатки векторной графики. Ве кторная гра фика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на использовании элементарных геометрических объектов, таких как точки линии, сплайны и многоугольники. Векторная графика описывает изображения с использованием прямых и изогнутых линий, называемых векторами, а также параметров, описывающих цвета и расположение. Векторная графика состоит из кривых, имеющих координаты, цвет и прочие параметры, а также замкнутых областей, заполненных определенным цветом. Границы этих областей также описываются кривыми. Файл с векторной картинкой содержит координаты и параметры кривых. Результаты обработки векторных изображенийне зависят от разрешающей способности оборудования, качество изображения не ухудшится, если вы будете изменять размер, цвет и т. д. . Векторная графика не зависит от разрешения, т. е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества. Векторная графика применяется при создании цифровых объектов с использованием мелких кеглей или логотипов, для которых важно сохранять четкие контуры, при неограниченном масштабировании. К сожалению, векторный формат становится невыгодным при передаче изображений с большим количеством оттенков или мелких деталей. Ведь каждый мельчайший блик в этом случае будет представляться не совокупностью одноцветных точек, а сложнейшей математической формулой или совокупностью графических примитивов, каждый из которых, является формулой. Это приводит к увеличению размера файла. Перевод изображения из растрового в векторный формат приводит к наследованию последним невозможности корректного масштабирования в большую сторону. От увеличения линейных размеров количество деталей или оттенков на единицу площади больше не становится. Это ограничение накладывается разрешением вводных устройств (сканеров, цифровых фотокамер и др. ). Достоинства векторной графики: минимальный объем файла, полная свобода трансформаций; аппаратная независимость; объектно-ориентированный характер векторной графики Недостатки векторной графики: отсутствие аппаратной реализуемости; программная зависимость; жесткость векторной графики.

• 7. Графические примитивы векторной графики. • Точка на плоскости задается двумя параметрами (X, Y)определяющими его положение относительно начало координат. • Прямая линия описывается kx+b зная параметры (k и b) можно згинирировать бесконечную прямую в известную системе координат. • Для задание отрезка прямой необходимо знать еще 2 параметры x 1 и x 2 начало и конца отрезка. Поэтому для описание отрезка в прямой необходимо знать 4 параметра.

• 9. Атрибуты, использующиеся для характеристики цвета. • Цвет – один из факторов нашего восприятия светового излучения. Для характеристики цвета используются следующие атрибуты. • Цветовой тон. Можно определить преобладающей длиной волны в спектре излучения. Цветовой тон позволяет отличить один цвет от другого, например, зеленый от красного, желтого и других. • Яркость. Определяется энергией, интенсивностью светового излучения. Выражает количество воспринимаемого света. • Насыщенность или чистота тона. Выражается долей присутствия белого цвета. В идеально чистом цвете примесь белого отсутствует. Если, например, к чистому красному цвету добавить в определенной пропорции белый цвет (у художников это называется разбелом), то получится светлый бледно-красный цвет.

• • 10) Аддитивная цветовая модель RGB. Представление модели в виде треугольника Максвелла. Эта модель используется для описания цветов, которые получаются с помощью устройств, основанных на принципе излучения. В этой модели работают мониторы и бытовые телевизоры. В качестве основных цветов выбран красный ( red ) – зеленый ( green ) – синий ( blue ). См рис. – такое изображение с помощью трех фонарей получил Томас Юнг. Позднее Джеймс Максвелл предложил в качестве основных цветов использовал излучения с длинами волн: 630 нм, 528 нм, 457 нм. Т. о. любой цвет можно получить Ц = r R + g G + b B , где r, g, b – количество соответствующих основных цветов (r+g+b=1). Соотношение коэффициентов r, g, b Максвелл представил с помощью треугольника, который был позднее назван треугольник Максвелла. Чтобы получить белый цвет яркости соответствующих источников не должны быть одинаковыми: LR : LG : LB = 1 : 4. 5907 : 0. 0601

• • • 11. Трехмерные координаты RGB. Уравнение цветов. Цветов огромное количество, однако при цветовосприятии человеческим глазом непосредственно воспринимаются три цвета — красный, зеленый, синий. Остальные цвета образуются при смешивании этих трех основных. Именно на данных цветах основана цветовая модель RGB (по первым буквам английских названий базовых цветов этой модели — Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий)). При сложении (смешении) двух основных цветов результат осветляется (речь идет о световых лучах определенного цвета, чем больше света, тем светлее). красный + зеленый = желтый зеленый + синий = голубой синий + красный = пурпурный Если смешиваются все три цвета, в результате образуется белый. Цвета этого типа называются аддитивными. Смешав три базовых цвета в разных пропорциях, можно получить все многообразие оттенков. В модели RGB количество каждого компонента измеряется числом от 0 до 255, то есть имеет 256 градаций. Цветовые компоненты иначе называются каналами. RGB — трехканальная цветовая модель. Модель RGB может быть представлена в трехмерной системе координат. Где оси это соответствующие составляющие синего, зеленого и красного цвета. Тогда цвет, создаваемый смешиванием трех компонентов, представляет собой вектор в данной системе координат ( r , g , b ). Черный цвет – центр координат точка (0, 0, 0). Белый цвет – (1, 1, 1). Белому цвету соответствует максимальное значение компонент. Точки, лежащие на диагонали куба, от черного к белому, соответствуют равным значениям: r i = g i = b i. Это градации серого (их можно считать белым цветом различной яркости). Таким образом если все компоненты вектора ( r , g , b ) умножить на одинаковый коэффициент m , то цвет сохраняется, изменяется только его яркость. Поэтому для анализа цвета важно только соотношение компонентов.

• 12. Диаграмма цветности. Понятие цветового канала. • Для изучение закона смешение цветов используется диаграмма цветности. • Диаграмма цветности представляет собой прямоугольник-треугольник с координатой сеткой. Внутри треугольника размещена подкообразная фигура получившая название локус цветов. • По периметру локуса располагается чистые спектральные цвета, обладающие придельные насыщенности. Локус является незамкнутый фигурой и охватывает все цвета выдемоми человеческом глазом. •

• • • 13. Субтрактивная цветовая модель CMY. Цветовой модель CMY Модель CMY использует также три основных цвета: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный, или малиновый) и Yellow (желтый). Эти цвета описывают отраженный от белой бумаги свет трех основных цветов RGB модели. Поэтому можно описать соотношения между RGB и CMY моделями следующим образом: Модель CMY является субтрактивной (основанной на вычитании) цветовой моделью. Как уже говорилось, в CMY-модели описываются цвета на белом носителе, т. е. краситель, нанесенный на белую бумагу, вычитает часть спектра из падающего белого света. Например, на поверхность бумаги нанесли голубой (Cyan) краситель. Теперь красный свет, падающий на бумагу, полностью поглощается. Таким образом, голубой носитель вычитает красный свет из падающего белого. Такая модель наиболее точно описывает цвета при выводе изображения на печать, т. е. в полиграфии. Поскольку для воспроизведения черного цвета требуется нанесение трех красителей, а расходные материалы дороги, использование CMY-модели является не эффективным. Дополнительный фактор, не добавляющий привлекательности CMY-модели, – это появление нежелательных визуальных эффектов, возникающих за счет того, что при выводе точки три базовые цвета могут ложиться с небольшими отклонениями. Поэтому к базовым трем цветам CMY-модели добавляют черный (blac. K) и получают новую цветовую модель CMYK.

• 14. Соотношение для перекодирования цвета из модели CMY в RGB и обратно. • Из модели RGB в CMY • Код красный цвет • Из модели CMY в RGB • Код красны цвет

• • • 15. Цветовые модели XYZ и HSV. XYZ — линейная 3 -компонентная цветовая модель, основанная на результатах измерения характеристик человеческого глаза. Построена на основе зрительных возможностей «стандартного наблюдателя» , то есть гипотетического зрителя, возможности которого были тщательно изучены и зафиксированы в ходе длительных исследований человеческого зрения, проведенных комитетом CIE. Цветовое зрение человека обусловлено наличием трех видов световосприимчивых рецепторов на сетчатке глаза, максимумы спектральной чувствительности которых локализованы в области 450, 550 и 630 нм, что соответствует синему, зеленому и красному цветам. Они являются базовыми, все остальные тона воспринимаются как их смешение. Например, чтобы получить желтый цвет, совсем необязательно воспроизводить его истинную длину волны 570— 590 нм, достаточно создать такой спектр излучения, который возбуждает рецепторы глаза сходным образом. Это явление называется метамерией. Комитет CIE провел множество экспериментов с огромным количеством людей, предлагая им сравнивать различные цвета, а затем с помощью совокупных данных этих экспериментов построил так называемые функции соответствия цветов и универсальное цветовое пространство, в котором был представлен диапазон видимых цветов, характерный для среднестатистического человека. Функции соответствия цветов — это значения каждой первичной составляющей света — красной, зеленой и синей, которые должны присутствовать, чтобы человек со средним зрением мог воспринимать все цвета видимого спектра. Этим трем первичным составляющим были поставлены в соответствие координаты X, Y и Z. Основное свойство, присущее этой системе — положительная определенность — любой физически ощутимый цвет представляется в системе XYZ только положительными величинами. С другой стороны, не всем точкам в пространстве XYZ соответствуют реальные цвета в силу неортогональности функций соответствия цветов. Говоря о «яркости» цвета часто имеют в виду величину Y. HSV— цветовая модель, в которой координатами цвета являются: Hue — цветовой тон, (например, зеленый, красный или сине-голубой. Изменяется в пределах 0— 360°, иногда приводится к диапазону 0— 100 или 0— 1) Saturation — насыщенность. Изменяется в пределах 0— 100 или 0— 1. Чем он выше, тем «чище» цвет, поэтому этот параметр иногда называют чистотой цвета. Чем ближе этот параметр к нулю, тем ближе цвет к нейтральному серому. Value (значение цвета) или Brightness — яркость. Также изменяется в пределах 0— 100 и 0— 1. Модель была создана Элви Реем Смитом, одним из основателей Pixar, в 1978 году. Она представляет собой нелинейное преобразование модели RGB. Цвет, который представлен в HSV, зависит от устройства, на которое он выводится. Модель HSV часто используется в программах компьютерной графики, так как удобна для человека.

• • • 16. Цветовая модель Lab. Плошечные цвета. Lab — аббревиатура названия двух цветовых пространств - CIELAB (CIE 1976 L*a*b) и Hunter Lab (Hunter L, a, b). Таким образом, Lab — это аббревиатура, не определяющая цветовое пространство однозначно. При разработке двух вариантов Lab целью ставили создание цветового пространства, в котором изменение цвета будет более линейным (если сравнивать с XYZ), то есть такое, чтобы одинаковое изменение значений координат цвета в разных областях цветового пространства производило одинаковое ощущение изменения цвета. Таким образом математически корректируется нелинейность восприятия цвета человеком. Оба цветовых пространства рассчитываются относительно определенного значения точки белого. Цветовая модель CIE L*a*b была разработана в 1976 году. На настоящее время она является международным стандартом. В цветовом пространстве Lab значение светлоты отделено от значений тона или насыщенность цвета. Светлота задана координатой L (варьироуется от 0 до 100, от темного к светлому), хроматическая составляющая — двумя полярными координатами a и b. Первая обозначает положение цвета в диапазоне от зеленого до пурпурного, вторая — от синего до желтого. В отличие от цветовых пространств RGB или CMYK, которые являются набором аппаратных данных для воспроизведения цвета на бумаге или на экране монитора (цвет может зависеть от множества различных факторов), Lab однозначно определяет цвет. Lab нашел широкое применение в программном обеспечении для обработки изображений в качестве промежуточного цветового пространства, через которое происходит конвертирование данных между другими цветовыми пространствами. Благодаря характеру определения цвета в Lab возможно отдельно воздействовать на яркость, контраст изображения и на его цвет. Это позволяет ускорить обработку изображений, например, при допечатной подготовке. Lab предоставляет возможность избирательного воздействия на отдельные цвета в изображении, усиления цветового контраста, также очень важными являются возможности, которые Lab предоставляет для борьбы с шумом на цифровых фотографиях. Плошечные цвета. Многоцветные иллюстрации печатаются в типографии небольшим числом красок. Количество красок определяется художественными, технологическими и экономическими соображениями. Как правило, если в иллюстрации использовано не более четырех отдельных цветов, то их краски и применяются для печати. Цвета, печатаемые собственными красками, носят название плашечных. Цвета для многокрасочных иллюстраций, получаемые при печати с помощью наложения красок базовых цветов модели CMYK, называются триадными. С точки зрения печатника, различие между плашечными и триадными цветами очень существенно. Краски для плашечных цветов поставляются уже смешанными (в отдельных банках), а триадные цвета получаются наложением красок на листе отпечатка. Соответственно, и в компьютерных издательских программах краски для плашечных цветов выбираются из каталога, а триадные задаются пропорцией базовых компонентов. С помощью триадных красок можно передать любые цвета, а с помощью плашечных — только оттенки их собственного цвета. С другой стороны, плашечные цвета обеспечивают высокую точность воспроизведения, поэтому используются и тогда, когда нужно получить очень точный цвет (например, в логотипе компании). Плашечные цвета иначе называют смесовыми, поскольку краски для этих цветов смешиваются заранее, до того, как они попадают в печатную машину.

• 17. Цветовой охват разных устройств компьютерной графики. • Цветовой охват наз-ся диапазон цветов, кот-ый может быть воспроизведен зафиксирован или описан каким либо способ. Определенный цветовой охват имеют мониторы, печатающие устройство и человеческий зрение. Монитор может передать только часть из того, что воспринимает глаз человека, часть из того, что передает монитор можно распечатать. • Несовпадение цветовых охватов разных цветовых моделей которые они описывают приводит к тому что цвета существующие в одной модели отсутствует в другой. Например: при перехода модели RGB в CMYK особенно заметно потери тонов в области синего, голубого, зеленого и оранжевого цвета.

• • • 18. Представление цвета в виде кодов. Цветовая палитра и индексное кодирование цвета. Для того чтобы компьютер имел возможность работать с цветными изображениями, необходимо представлять цвета в виде чисел - кодировать цвет. Способ кодирования зависит от цветовой модели и формата числовых данных в компьютере. Для модели RGB каждая из компонент может представляться числами, ограниченными некоторым диапазоном, например дробными числами от нуля до единицы либо целыми числами от нуля до некоторого максимального значения. Наиболее распространенной схемой представления цветов для видеоустройств является так называемое RGB-представление, в котором любой цвет представляется как сумма трех основных цветов – красного, зеленого, синего – с заданными интенсивностями. Все возможное пространство цветов представляет собой единичный куб, и каждый цвет определяется тройкой чисел (r, g, b) – (red, green, blue). Например, желтый цвет задается как (1, 1, 0), а малиновый – как (1, 0, 1), белому цвету соответствует набор (1, 1, 1), а черному – (0, 0, 0). Обычно под хранение каждого из компонентов цвета отводится фиксированное число n бит памяти. Поэтому считается, что допустимый диапазон значений для компонент цвета не [0; 1], а [0; 2 n-1]. Практически любой видеоадаптер способен отобразить значительно большее количество цветов, чем то, которое определяется размером видеопамяти, отводимой под один пиксел. Для использования этой возможности вводится понятие палитры. В формате True Color каждый из компонент представлено в виде байта , что даёт 256 градаций для каждого цвета. R(red)=0…. 255 = G(green)=0…. 255 = 256*256=16. 7 млн цвета. B(blue)=0… 255 =

• • • 19. Условия выбора формата для хранения изображений. Графические форматы файлов. TIFF -- наиболее распространенный формат хранения фотографий в издательском деле. Очень гибкий формат. Позволяет сохранять фотографии в формате 256 color, RGB, CMYK, Grayscale, B&W. Имеется возможность сохранять файл со сжатием и без. В среднем наблюдается 2 -3 -х кратное сжатие (RGB фотографии). JPEG -- достаточно современный формат хранения фотографий. Отличается хорошим сжатием изображений, а также тем, что может за счет качества фотографии иметь несколько степеней сжатия. При приемлимом качестве может сжимать в 10 раз и более (может сжать картинку из 18 мегабайт до 1 мегабайта). Требует достаточно мощного процессора и порядочно памяти (но с этим справляются сейчас даже мобильные телефоны). Может работать с RGB и CMYK фотографиями. GIF -- почти стандарт для хранения небольших изображений в тех случаях, когда не требуется особого качества -- в компьютерных презентациях, HTML страницах и других областях. GIF-формат позволяет записывать изображение "через строчку" (In-terplaced), благодаря чему, имея только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением. Эта возможность широко применяется в Сети. Сначала вы видите картинку с грубым разрешением, а по мере поступления новых данных ее качество улучшается. PNG – (Portable Network Graphics)- для передачи изображения в сети. Он поддерживает полноцветное изображения RGB и индексированное изображения. Имеет эффективный алгоритмы сжатия без потерь качество. И. т. д

• • • 20. Задача адекватного воспроизведения цветов. Система управления цветом Color Management System. Задача адекватного воспроизводится цветов явл одной из простейших. Все устройство, такие, как сканеры, цифровики камеры, мониторы явл RGB устройствами; работают с одетивными цветами. А устройства, такие как принтеры типографские машины работают в модели CMIK, т. е. субтрактивными цветами. По этой причине добиться абсолютно точно соответствия отабражения цветов на мониторе и принтере не возможно но тем не менее, мы должны управлят этим корректное воспр-е цветов функция систем управляться цветам (Color Management Sistem – CMS). Эти система учитывают пинцип-е различие воспроизведения и восприятия цветов размаными устройствами и конкретные характерни оборудование (сканеры, мониторы, принтеры). Чтобы система управляется цветам успешно работала, ей необходимо знать, как передают цвета все устройства технологической цепочки от сканера до принтера. Устройств решает калибровка. Ее результатом является построение цветовых профилей устройств. Цветовой профиль представит сабой таблицу, в который цвета отображаимые (регистрируемые) устройствам описаны в единой цветовой модели, это модель должна включает цветовые охваты. Этаму условия удовляет цветовой модель Lab.

• • 21. Цветовой профиль устройств. Аппаратно-независимая цветовая модель PCS. Цветовой профиль. Что такое профиль. Цветовой профиль — это цифровой файл, описывающий, как определенное устройство работает с цветом. Существует три основных типа профилей: входной, для мониторов (включающий рабочие пространства RGB) и выходной. Первый предназначен для устройств захвата цвета — сканеров, цифровых камер, в то время как два последних имеют дело с устройствами, отображающими или выводящими цвет. Компьютерные мониторы и экраны телевизоров — это устройства отображения. Выходные устройст включают настольные цветные принтеры, фотографические устройства вывода (например, Cymbolic Sciences Lightje Durst Lambda или Fujifilm Pictography) кроме того, офсетные и цифровые печатные машины. Все, что работает с цветом, имеет свои недостатки и несоответствия. Устройства не только не могут видеть или воспроидить некоторые цвета (цвета, лежащие вне: гаммы), но и их реакция на обрабатываемые цвета, как правило, не является линейной, например, сканер, хорошо справляющийся с нейтральными промежуточными тонами, может давать голубоватый оттенок в сильно освещенных областях изображения либо печатная машина, правильно воспроизводящая четверть тона и промежуточные тона, может блокировать теневые полутона, за счет чего теряются детали. Профиль ICC создает «карту» поведения устройства в широком диапазоне цветов и плотностей, из которой можно вывести «реальные» или требуемые значения. Для входного профиля (сканера, цифровой камеры) это означает возможность узнать действительный цвет в оригинале, создавший данное значение RGB при сканировании. Для профилей мониторов и выходных профилей (экраны, принтеры) это означает возможность вычислить значения, с которыми должно работать устройство, чтобы получить нужный цвет. Важно понимать, что профиль - это не изображение, это "тег", управляющий код (иногда профили ICC называют тегами). Тег является ключом для декодирования цифровых значений в файле изображения. Когда вы внедряете в изображение тег, то вы не изменяете значения данных в файле, а прикрепляете к нему информацию, которую система, реагирующая на профили, использует для точной интерпретации цветовых значений. Аппаратно-независимая цветовая модель, PCS (Profile. Connection. Space), по отношению к которой строятся профили конкретных устройств. В большинстве случаев это цветовая модель Lab. Профили устройств, где указаны все характеристики представления цвета конкретным устройством. Различают профили устройств ввода (сканера, цифровой камеры), профили монитора и выводных устройств (принтера, фотонаборного автомата, печатной машины). Каждое устройство имеет собственный профиль. Модули управления цветом СММ (Color. Management. Modules), которые собственно интерпретируют данные о цвете и информацию профилей и формируют инструкции по коррекции для каждого из устройств. Управление цветом можно выразить простой схемой (рис. 2. 26). Система получает данные из устройства ввода в модели RGB. Они преобразуются СММ в аппаратно-независимый формат в модели Lab с учетом поправок, получаемых из профиля устройства ввода. При выводе на монитор данные в независимой модели преобразуется СММ снова в RGB на основе профиля монитора. Вывод на принтер предполагает преобразование в CMYK с учетом профиля принтера. Профиль устройства содержит информацию о том, как оно представляет цвета. Цветопередача не одинакова для всех устройств каждого типа. Она различается не только в пределах конкретной модели устройства, но даже для отдельных экземпляров данной модели. По этой причине, строго говоря, следует строить индивидуальный цветовой профиль для каждого устройства, задействованного в технологической цепочке. Более того, цветовые параметры отдельного экземпляра зависят от времени эксплуатации: стареет люминофор электронно-лучевой трубки, меняется спектральный состав источника света в сканерах. Поэтому профиль нельзя построить "раз и навсегда", его необходимо периодически обновлять.

• • 22. Устранение ступенчатого эффекта. Модифицированный алгоритм Брезенхема. В алгоритмах разложения отрезка в растр, обсуждавшихся выше, цвет пиксела определялся интенсивностью или цветом единственной точки внутри области пиксела. Например, в алгоритме Брезенхема мы видим, что интенсивность пикселов определялась местоположением одной точки пересечения отрезка и границы пиксела. Этот метод необходим для простых двухуровневых изображений, то есть черных или белых, цвета многоугольника или цвета фона. В результате получается характерное ступенчатое или зазубренное ребро многоугольника или отрезок. Основной причиной лестничного эффекта является то, что дискретность отрезка или ребра недостаточна для того, чтобы соответствовать дискретным пикселам экрана дисплея. Модифицированный алгоритм Брезенхема а) генерация ребер без устранения ступенчатости; б) точное вычисление интенсивности пикселов; в) пикселы границы по модифицированному методу Брезенхема. Построение ребра заполненного моногугольника с устранением ступенчатости. Яркость пиксела ~ площади пиксела, попавшей внутрь многоугольника. d - отсекаемая часть пиксела по Y y t - тангенс угла наклона отрезка

• 23. Локальная цифровая фильтрация. • Под термином "цифровая фильтрация" обычно понимают локальную цифровую обработку сигнала скользящим окном или аппертурой. При этом полагают, что размер окна много меньше размера выборки обрабатываемого фрагмента сигнала. Для каждого положения окна, за исключением, возможно, небольшого числа крайних точек выборки, выполняются однотипные действия, которые определяют так называемый отклик или выход фильтра. Если действия, определяющие отклик фильтра, не изменяются в процессе перемещения по выборке сигнала, то соответствующий фильтр называется стационарным. В противном случае фильтр называется нестационарным. Различают линейную и нелинейную цифровую фильтрацию.

• • 24. Алгоритмы дизеринга. Частотно-модулированный дизеринг. Дизеринг. Современные растровые дисплеи позволяют достаточно качественно отображать миллионы цветов, но для растровых печатающих устройств дело обстоит иначе. Устройства печати обычно имеют высокую разрешающую способность, зачастую на порядок выше, чем дисплеи, но в то же время не позволяют воссоздать даже сотню градаций серого, не говоря уже о миллионах цветов. Оттенки цветов (для цветных изображений) или полутоновые градации (для черно-белых) имитируются комбинированием, смесью точек. Чем качественнее полиграфическое оборудование, тем меньше отдельные точки и расстояние между ними. Для характеристики изображений, получаемых методом дизеринга, используется термин линиатура растра. Линиатура вычисляется как количество линий (ячеек) на единицу длины и измеряется обычно в единицах lpi (lines per inch). Один из способов создания достаточно качественных изображений – диффузный дизеринг (diffused dithering). Он заключается в том, что ячейки создаются случайно (или псевдослучайно), поэтому даже для фрагмента растра пикселов с постоянным цветом не образуются регулярные структуры и изображение не выглядит созданным из ячеек.

• • 27. Трехмерное аффинное преобразование координат и объектов. Понятие "трехмерная графика" подразумевает не способы построения собственно трехмерных объектов, а их изображения на плоскости. Истинно трехмерные способы отображения объектов пока что недостаточно широко распространены. Достоинства модели ● легкость расчета координат каждой точки поверхности, нормали; ● небольшой объем данных для описания достаточно сложных форм. Недостатки: ● сложность формул описания с использованием функций, которые медленно вычисляются на компьютере, снижают скорость выполнения операций отображения; ● невозможность в большинстве случаев применить данную форму описания непосредственно для изображения поверхности - поверхность отображается как многогранник, координаты вершин и граней которого рассчитываются в процессе отображения, что уменьшает скорость сравнительно с полигональной моделью описания.

• 30. Инкрементные алгоритмы генерации прямой (алгоритмы Брезенхэма). • Брезенхэм предложил подход, позволяющий разрабатывать так называемые инкрементные алгоритмы растеризации. Основной целью разработки таких алгоритмов было построение циклов вычисления координат на основе только целочисленных операций сложения/вычитания без использования умножения и деления. Уже известны инкрементные алгоритмы не только для отрезков прямых, но и для кривых линий. • Инкрементные алгоритмы выполняются как последовательное вычисление координат соседних пикселов путем добавления приращений координат. Приращения рассчитываются на основе анализа функции погрешности. В цикле выполняются только целочисленные операции сравнения и сложения/вычитания. Достигается повышение быстродействия для вычисления каждого пиксела по сравнению с прямым способом.

• • 32. Алгоритмы отсечения. С ростом мощности компьютеров всё большая часть людей пробует работать с графикой. На первый взгляд многие алгоритмы кажутся интуитивно понятными, но, если вы хотите, чтобы ваше приложение работало с приемлемой скоростью, вам придётся изучить классические алгоритмы. Этот посвящён разбору нескольких алгоритмов, направленных на одну и ту же задачу, задачу отсечения отрезков. При генерации изображений могут получаться фигуры произвольной формы и размеров. Зачастую мониторы не могут отобразить сгенерированные изображения целиком. Также иногда возникают ситуации, когда необходимо задать область изображения на экране и выводить изображения только внутри этой области. Для решения этих задач и придуманы алгоритмы отсечения. Отсечение отрезков Самой простой задачей отсечения является задача отсечения отрезков. Сформулируем её на конкретном примере. Будем считать, что область вывода задаётся прямоугольником ABCD. Рассмотрим пример, и в качестве отсекаемой фигуры возьмём треугольник PRQ. Процесс отсечения должен выполняться полностью автоматически. Т. е. для отрисовки треугольника PRQ должны выполниться только команды отрисовки отрезков PQ; PP'; Q' Q. При этом координаты точек P'; Q' заранее не известны. На практике возможно большое количество взаимных расположений точек отрезка и области вывода. Это разнообразие делает операцию отсечения весьма нетривиальной с алгоритмической точки зрения. Для решения этих задач созданы алгоритмы отсечения.

• • • • • 34. Алгоритмы закраски. Рассмотрим еще один класс алгоритмов "закраски", а именно алгоритмы заполнения области с затравкой. В этих алгоритмах предполагается, что граница области задана на растровой плоскости и указана одна из внутренних точек области, которая называется затравочной. Требуется заполнить определенным цветом связную компоненту области, содержащую затравочную точку. Под связностью будем понимать 4 -х или 8 -ми связности, определенные выше (какая связность конкретно используется, зависит от формулировки задачи). Данному классу алгоритмов можно сопоставить физическую интерпретацию, а именно представить, что в затравочной точке помещен источник, заливающий всю область определенным цветом. Поэтому часто такие алгоритмы называют алгоритмами заливки. В связи с той физической интерпретацией, которую мы имеем, можно получить очевидный алгоритм решающий задачу заливки области. Допустим надо "закрасить" цветом IColor область, граница, которой имеет цвет BColor, и нам задана точка с координатами (x 0 , y 0 ) в качестве затравочной. Поместим затравочную точку на стек. Извлекаем координаты точки с вершины стека в переменные x, y Если Screen[x, y] <> IColor, то Screen[x, y] = IColor Для всех соседних точек (xg, yg) повторить пункт 5 Если Screen[xg, yg]<>BColor и Screen[xg, yg]<>IColor, то поместить точку (xg, yg) на стек. Если стек не пуст, то переходим к пункту 3. Соседние точки, пункта 4 алгоритма, определяются в зависимости от того, какое условие связности определенно в условие задачи. Приведенный алгоритм весьма неэффективен, так как предполагает неоднократную обработку одних и тех же точек и неконтролируемый рост размера стека. Поэтому усовершенствуем его, используя идею, примененную нами в алгоритме построчного сканирования. Заметим, что на каждой строке множество точек подлежащих закраске, состоит из интервалов, принадлежащих внутренности области. Эти интервалы отделены друг от друга интервалами из точек, принадлежащих границе или внешности области. Кроме того, если набор точек образует связный интервал, принадлежащий внутренней части области, то точки над и под этим интервалом либо являются граничными, либо принадлежат внутренней части области. Последние могут служить затравочными для строк лежащих выше и ниже рассматриваемой строки. Суммируя все это, можно предложить следующий алгоритм. Поместим затравочную точку на стек. Извлекаем координаты точки с вершины стека в переменные (x, y) Заполняем максимально возможный интервал, в котором находится точка, вправо и влево вплоть до достижения граничных точек. Запоминаем крайнюю левую xl и крайнюю правую xr абсциссы заполненного интервала. В соседних строках над и под интервалом (xl , xr ) находим незаполненные к настоящему моменту внутренние точки области, которые объединены в интервалы, а в правый конец каждого такого интервала помещаем на стек. Если стек не пуст, то переходим к пункту 3. Алгоритм правильно заполняет любую область даже такую сложную как на рисунке:

• • 35. Способы создания фотореалистических изображений. Создание фотореалистичных изображений начинается с присвоения материалов (текстур) различным элементам проекта. Каждая текстура применяется ко всем элементам одинакового цвета, лежащим в одном и том же слое. Учитывая, что максимальное количество слоев — 65 тыс. , а цветов — 256, можно предположить, что индивидуальный материал реально применить к любому элементу проекта. Программа предоставляет возможности редактирования любой текстуры и создания новой, основанной на растровом изображении (BMP, JPG, TIFF и др. ). При этом для текстуры можно использовать два изображения, одно из которых отвечает за рельефность, а другое — за фактуру материала. Как рельефность, так и фактура обладают различными параметрами размещения на элемент, както: масштаб, угол поворота, смещение, способ заполнения неровных поверхностей. Кроме того, рельефность имеет параметр «высота» (изменяемый в диапазоне от 0 до 20), а фактура, в свою очередь, обладает весом (изменяемым в диапазоне от 0 до 1). При создании реалистичных картинок немалую часть времени занимают размещение и управление источниками света. Источники света подразделяются на глобальное и местное освещение.

• • • • 36. Виды геометрических моделей их свойства. Проблемы геометрического моделирования. Геометрическая модель объекта является машинным представлением его формы и размеров, получаемым прежде всего в результате вычислений, часто связанных на начальном этапе с интерактивными действиями пользователя. Двумерные модели, которые позволяют формировать и изменять чертежи, были первыми моделями, нашедшими применение. Такое моделирование широко используется до сих пор и вполне устраивает промышленные организации при решении разнообразных задач. Одним из ярких представителей является система Auto. CAD, разработанная фирмой Autodesk. Однако двумерное представление объекта даже с достаточным числом проекций, разрезов и сечений не совсем удобно для сложных объектов. Трехмерная модель служит основой для создания виртуального представления объекта в трех измерениях. Выделяют три вида трехмерных моделей: каркасные (wire, «проволочные» ) модели; поверхностные (surface) модели; модели сплошных тел (solid, твердотельные). Каркасные модели полностью описываются в терминах точек и линий. Каркасное моделирование представляет собой моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений, большинство из которых возникает из-за недостатка информации о гранях, заключенных между линиями, и невозможности выделить внешнюю и внутреннюю область изображения твердого объемного тела. Однако каркасная модель требует гораздо меньше компьютерной памяти, чем две другие модели, и может оказаться вполне пригодной для решения некоторых задач, относящихся к простым формам. Одним из основных недостатков каркасных моделей является возможность неоднозначной интерпретации изображаемого объекта (рис. 3. 1). Причем даже удаление невидимых ребер не устраняет неоднозначности интерпретации, что можно увидеть на рис. 3. 1. б, в. Это связано с невозможностью представления в каркасной модели такого признака как наличие поверхностей, ограниченных ребрами. Поверхностные модели, в которых к данным каркасной модели добавляется топологическая информация о взаимосвязи ребер, позволяют описывать достаточно сложные поверхности. Поверхностная модель во многих случаях соответствует нуждам промышленности (авиационная, автомобильная, энергомашиностроение и т. д. ) при описании сложных форм и работе с ними. Возможны различные виды задания поверхностей (плоскости, поверхности вращения, линейчатые поверхности). Используются различные математические модели аппроксимации поверхностей (методы Кунса, Безье, В-сплайнов). Они позволяют интерактивно изменять характер поверхности с помощью параметров, работа с которыми не требует от пользователя специальной математической подготовки. Однако поверхностная модель также не обеспечивает однозначности, которая позволила бы определить, ограничивают ли заданные моделью поверхности некоторый объем. Объемная (твердотельная) модель позволяет представлять сложные изделия с обеспечением логической связности информации. Объекты могут быть ограничены сложными поверхностями.