КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Содержание • Понятие компьютерной графики. Области применения компьютерной графики. • Виды компьютерной графики. • Основные понятия компьютерной графики. • Аппаратные средства КГ.

Понятие компьютерной графики В середине 50 -х годов впервые данные были представлены в графическом виде на мониторе. Компьютерная графика - это область информатики, изучающая средства и способы создания и обработки изображения с помощью компьютера. Задачи компьютерной графики • представление изображения в компьютерной графике; • подготовка изображения к визуализации; • создание изображения; • осуществление действий с изображением.

Области применения компьютерной графики • компьютерное моделирование, • САПР (системы автоматизированного проектирования), • развлечения (компьютерные игры), • образование (обучающие программы), • реклама и дизайн, • мультимедиа презентации, • Internet.

Виды компьютерной графики По области применения: 1. научная графика, 2. деловая графика, 3. инженерная (конструкторская) графика, 4. иллюстративная (художественная) графика, 5. компьютерная анимация, 6. мультимедиа, 7. Web–графика. далее

Научная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов. назад

Деловая графика Этот вид графики предназначен для наглядного представления различных показателей работы учреждений (плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки). ПО для создания и обработки деловой графики – MS Excel. назад

Инженерная (конструкторская) графика Ее используют в своей работе инженеры-конструкторы, архитекторы, изобретатели новой техники. Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения. назад

Иллюстративная (художественная) графика Представляет собой произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Этот вид графики активно используется в рекламном и дизайнерском деле. назад

Компьютерная анимация Предназначена для получения движущихся изображений на экране дисплея. Она используется при создании мультфильмов, компьютерных игр, видеоуроков, видеопрезентаций. назад

Мультимедиа Представляет собой объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. назад

Web–графика Используется для оформления web–страниц. назад

Виды компьютерной графики В зависимости от организации работы графической системы: • пассивная (не интерактивная) графика– это организация работы графической системы, при которой дисплей используется только для вывода изображения под управлением программы без вмешательства пользователя (программы просмотра изображений), • активная (интерактивная, динамическая, диалоговая) графика – это организация работы графической системы, при которой создаются изображения, поддающиеся изменению пользователем в любой момент времени.

Виды компьютерной графики В зависимости от принципов формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге: 1. растровая графика, 2. векторная графика, 3. фрактальная графика.

Растровая графика - это графика, в которой изображение представляется двухмерным массивом точек, которые являются элементами растра. Растр - двухмерный массив точек (пикселей), упорядоченных в строки и столбцы, предназначенный для представления изображения путем окраски каждой точки в определенный цвет. Основным элементом растрового изображения является точка. Если это изображение на экране, то эта точка называется пиксел (Pixel - сокращение от Picture Element - элемент изображения).

Растровая графика Файл растрового изображения для создания картинки должен сохранить: • размеры изображения, • расположение пикселов в изображении. Пиксель сам по себе не обладает никаким размером, он всего лишь область памяти компьютера, хранящая информацию о цвете.

Растровая графика Цвет каждого пиксела растрового изображения черный, белый или любой из спектра запоминается в компьютере с помощью комбинации битов. 2 бита – два цвета (черный и белый), 4 бита – 16 цветов, 8 бит – 256 цветов, 16 бит – 65536 цветов 24 бита – более 16 миллионов доступных цветов. Число битов, используемых компьютером для каждого пиксела, называется битовой глубиной.

Растровая графика Рисунки, иллюстрирующие как простое черно–белое изображение 10 х10 пикселов (коэффициент прямоугольности) записывается, а затем воссоздается: Биты ервые десять Вторые десять Первые десять Вторые десять и т. д.

Растровая графика Так как пикселы не имеют собственных размеров, они приобретают их при выводе изображения на (монитор, принтер). Количество памяти, занимаемое растровым изображением, зависит от трех факторов: • размер изображения (коэффициент прямоугольности); • битовая глубина изображения; • формат файла, используемый для хранения изображения.

Растровая графика Достоинства растровой графики 1. Растровые изображения выглядят вполне реалистично. 2. Растровые изображения легко печатаются на лазерных принтерах. Недостатки растровой графики 1. Большой объем памяти, требуемый для хранения изображения хорошего качества. 2. Невозможность детального рассмотрения растрового изображения при его увеличении (эффект пикселизации)

Растровая графика Графические редакторы для работы с растровыми изображениями: • Microsoft Paint (используется для создания растровых изображений), • Adobe Photo. Shop (используется для обработки растровых изображений).

Растровая графика Форматы файлов растрового изображения Каждый формат предусматривает собственный способ кодирования информации об изображении. Файл определенного формата хранит информацию об алгоритме его сжатия. Пример метода сжатия данных при хранении: до сжатия Биты после сжатия 3 3 6 1 3 1 4 1 5 1 2 1 И т. д.

Форматы файлов растрового изображения BMP (Bit. Ma. P- битовая карта изображения) – поддерживается практически всеми графическими редакторами растровой графики. Основной недостаток формата BMP – большой размер файлов из-за отсутствия их сжатия. PSD (англ. Photo. Shop Document). – формат программы Adobe Photo. Shop, который позволяет записывать растровое изображение со многими слоями, дополнительными цветовыми каналами, масками. Недостаток – отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации, что приводит к большому объему файла.

Форматы файлов растрового изображения TIFF (Tagged Image File Format - теговый (с пометками) формат файлов изображений) –обеспечивает сжатие с достаточным коэффициентом и возможность хранить в файле дополнительные данные, которые на рисунке расположены во вспомогательных слоях и содержат аннотации и примечания к рисунку. JPEG (англ. Joint Photographic Expert Group - объединенная экспертная группа в отрасли фотографии) –позволяет сжать изображение с большим коэффициентом (до 500 раз) за счет необратимой потери части данных, что значительно ухудшает качество изображения. Чем меньше цветов имеет изображение, тем хуже эффект от использования формата JPEG, но для цветных фотографии на экране это малозаметно.

Форматы файлов растрового изображения GIF (англ. Graphics Interchange Format - графический формат для обмена) – самый уплотнённый из графических форматов, не имеющий потери данных. В этом формате сохраняются и передаются малоцветные изображения (до 256 оттенков), например, рисованные иллюстрации. Формат GIF позволяет сохранить такие эффекты, как прозрачность фона и анимацию изображения.

Векторная графика В векторной графике основным элементом изображения является линия (прямые линии, дуги, окружности, эллипсы, прямоугольники – графические примитивы). Под каждую линию выделяется строго определенное количество ячеек. В них записываются параметры всей линии, а не каждой точки отдельно. При изменении линии меняются только параметры, количество же ячеек остается неизменным.

Векторная графика Векторную графику называют: • объектно-ориентированной (любое изображение состоит из линий – объектов, имеющих свойства, описываемые параметрами), • вычисляемой (перед выводом векторного изображения на экран программа производит вычисления координат экранных точек).

Векторная графика Некоторые графические примитивы: примитив параметры пояснение точка х, у числа, определяющие положение точки относительно начала координат прямая k, b уравнение прямой y=kx+b содержит два линия параметра отрезок k, b добавляются два параметра, прямой x 1, x 2 определяющие начало и конец отрезка кривая а 1 , а 2 , а 3 , а 4 , уравнение кривой второго а 5 y=x 2+ а 1 y 2+ а 2 xy+ а 3 x+ а 4 y+ а 5 порядка

Сравнение растровой и векторной графики Критерий сравнения Растровая графика Векторная графика Векторное Растровое изображение Способ представления изображение строится описывается в виде изображения из множества пикселей. последовательности команд. Растровые рисунки Векторная графика не Представление эффективно позволяет получать объектов реального используются для изображения мира представления фотографического реальных образов. качества. Векторные При масштабировании Качество изображения могут и вращении растровых редактирования быть легко картинок возникают изображения преобразованы без искажения. потери качества. Растровые рисунки Векторные рисунки Особенности печати могут быть легко иногда не печатаются изображения напечатаны на или выглядят на бумаге принтерах. не так, как хотелось бы.

Векторная графика Достоинства векторной графики • Векторное изображение занимает меньший объем памяти, нежели растровое. • При масштабировании не ухудшается качество изображения

Векторная графика Недостатки векторной графики • Значительно усложнена работа по созданию художественных иллюстраций. • Векторная графика ограничена в чисто живописных средствах: в программах векторной графики практически невозможно создавать фотореалистические изображения. • Векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для точечной графики

Векторная графика В основном векторная графика используется не для создания художественных композиций, а для оформительских, чертежных и проектно– конструкторских работ (чертежей, схем, диаграмм, фигурных заголовков, фирменных логотипов и стилей). Примеры объектов векторной графики: True Type шрифты в текстовом редакторе Word, объекты Word Art, объекты клипарта, автофигуры и т. д. Графические редакторы векторной графики: 1. Adobe Illustrator, 2. Macromedia Freehand, 3. Corel. Draw.

Векторная графика Форматы файлов векторной графики WMF (англ. Windows Meta. File - метафайл Windows) - универсальный формат для Windows-дополнений. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery. Основные недостатки - искажение цвета, невозможность сохранения ряда дополнительных параметров объектов. CGM (англ. Computer Graphic Metafile - метафайл компьютерной графики) – формат, который используют большинство программ редактирования векторных рисунков, САПР и издательские системы.

Форматы файлов векторной графики CDR (англ. Corel. DRaw files - файлы Corel. DRaw) - формат, который используется в векторном графическом редакторе Corel Draw. AI - формат, который поддерживается векторным редактором Adobe Illustrator. EPS (англ. Encasulated Post. Script) – формат описания как векторных, так и растровых изображений на языке Post. Script

Фрактальная графика, как и векторная - вычисляемая, но отличается от нее тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Поэтому создание фрактальных изображений основано не в рисовании, а в программировании. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину.

Фрактальная графика Фрактал – геометрическое образование, представляющее собой систему самоподобных фигур, расположенных относительно друга закономерным образом. Форма, размер отдельных элементов и их взаимное расположение может быть описано математической формулой.

Фрактальная Примеры фрактальных изображений графика

Фрактальная графика Фрактальную графику редко применяют для создания печатных или электронных документов, но ее часто используют в развлекательных программах для автоматической генерации необычных иллюстраций. Фрактальное изображение можно получить в любой среде программирования, которая поддерживает работу с графикой.

Трехмерная (3 D) графика Трёхмерная графика— это раздел компьютерной графики, изучающий способы, методы и средства создания и обработки изображений в трехмерном пространстве. Широко используется для создания изображений в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке. Наиболее распространенная программа 3 DS Max.

Трехмерная Примеры трехмерных изображений графика

Трехмерная графика Можно получить трехмерное изображение (объемные диаграммы) в среде MS Excel

Основные понятия компьютерной графики • Разрешение изображения и его размер • Цветовое разрешение и цветовые модели

Разрешение изображения и его размер Различают: • 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 печатающего устройства – это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (количество точек на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.

Разрешение изображения и его размер • 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. Физический размер изображения может измеряться как в пикселах, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом

Разрешение изображения и его размер Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселах, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает. Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет.

Цветовое разрешение и цветовые модели Цветовое разрешение определяет метод кодирования цветовой информации, и от него зависит то, сколько цветов на экране может отображаться одновременно. 2 бита – два цвета (черный и белый), 4 бита – 16 цветов, 8 бит – 256 цветов, 16 битов – 65536 цветов, 24 бита – более 16 миллионов доступных цветов.

Цветовое разрешение и цветовые модели Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Цветовой моделью называется способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты

Цветовое разрешение и цветовые модели Наиболее применимы в компьютерной графике типы цветовые модели: Цветовая модель RGB Наиболее распространенная и простая для понимания цветовая модель. В этой модели работают мониторы и телевизоры Любой цвет считается состоящим из трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue)

Цветовое разрешение и цветовые модели Цветовая модель CMYK Используется для подготовки не экранных, а печатных изображений, которые можно увидеть не в проходящем, а в отраженном свете. Цветовыми компонентами этой модели являются : Cyan – голубой Magenta – пурпурный Yellow – желтый blac. K – черный

Цветовое разрешение и цветовые модели Цветовая модель HSB Ориентирована не на обработку готовых изображений, а на их создание. Компоненты этой модели : оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation), яркость цвета (Brightness).

Аппаратные средства компьютерной графики Для ввода графических изображений используются: – мышь, – графический планшет, – сканер, – цифровая фотокамера, Для вывода графических изображений используются: – монитор, – принтер

Аппаратные средства компьютерной графики Для управления выводом графической информации на экран монитора и для хранения изображения используется видеокарта, основными компонентами которой являются: – видеопамять – предназначена для хранения видеоинформации, – дисплейный процессор (видеопроцессор) читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет работой дисплея.

Эффект пикселизации назад