Графическая информация
<<на страницу "Дистанционный курс «Технология работы с графическим редактором Photoshop»
Раздел информатики, занимающийся проблемами создания обработки на компьютере графических изображений, называется компьютерной графикой
Машинная графика в настоящее время уже вполне сформировалась как наука. Существует аппаратное и программное обеспечение для получения разнообразных изображений - от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Машинная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности восприятия и передачи информации. Знание её основ в наше время необходимо любому ученому или инженеру. Машинная графика властно вторгается в бизнес, медицину, рекламу, индустрию развлечений. Применение во время деловых совещаний демонстрационных слайдов, подготовленных методами машинной графики и другими средствам автоматизации конторского труда, считается нормой. В медицине становится обычным получение трехмерных изображений внутренних органов по данным компьютерных томографов. В наши дни телевидение и другие рекламные предприятия часто прибегают к услугам машинной графики и компьютерной мультипликации. Использование машинной графики в индустрии развлечений охватывает такие несхожие области как видеоигры и полнометражные художественные фильмы.
Любую работу компьютер выполняет по определенным программам, которые обрабатывают определенную информацию. Дисплей — это устройство вывода информации, хранящейся в памяти ЭВМ. Значит, и «картинки» на экране — это отображение информации, находящейся в компьютерной памяти.
История компьютерной графики
Результатами расчетов на первых компьютерах являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге. Для того чтобы осознать полученные результаты, человек брал бумагу, карандаши, линейки и другие чертежные инструменты и чертил графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Иначе говоря, человек вручную производил графическую обработку результатов вычислений. В графическом виде такие результаты становятся более наглядными и понятными.
Возникла идея поручить графическую обработку самой машине. Первоначально программисты научились получать рисунки в режиме символьной печати. На бумажных листах с помощью символов (звездочек, точек, крестиков, букв) получались рисунки, напоминающие мозаику. Так печатались графики функций, изображения течений жидкостей и газов, электрических и магнитных полей. С помощью символьной печати программисты умудрялись получать даже художественные изображения(рис. 1). В редком компьютерном центре стены не украшались распечатками с портретами Эйнштейна, репродукциями Джоконды и другой машинной живописью.
рис. 1
Затем появились специальные устройства для графического вывода на бумагу — графопостроители (другое название — плоттеры). С помощью такого устройства на лист бумаги чернильным пером наносятся графические изображения: графики, диаграммы, технические чертежи и прочее. Для управления работой графопостроителей стали создавать специальное программное обеспечение.
Настоящая революция в компьютерной графике произошла с появлением графических дисплеев. На экране графического дисплея стало возможным получать рисунки, чертежи в таком же виде, как на бумаге с помощью карандашей, красок, чертежных инструментов.
Рисунок из памяти компьютера может быть выведен не только на экран, но и на бумагу с помощью принтера. Существуют принтеры цветной печати, дающие качество рисунков на уровне фотографии.
Виды современной компьютерной графики
Приложения компьютерной графики очень разнообразны. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.
Научная графика
Это направление появилось самым первым. Назначение — визуализация (т. е. наглядное изображение) объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов (рис. 2).
Рис. 2
Деловая графика
Эта область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки — вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы (рис. 3).
Рис. 3. Графики, круговые и столбчатые диаграммы
Программные средства деловой графики обычно включаются в состав табличных процессоров (электронных таблиц).
Конструкторская графика
Она используется в работе инженеров-конструкторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом систем автоматизации проектирования (САПР). Графика в САПР используется для подготовки технических чертежей проектируемых устройств (рис. 4).
Рис. 4. Графика в САПР
Графика в сочетании с расчетами позволяет проводить в наглядной форме поиск оптимальной конструкции, наиболее удачной компоновки деталей, прогнозировать последствия, к которым могут привести изменения в конструкции. Средствами конструкторской графики можно получать плоские изображения (проекции, сечения) и пространственные, трехмерные, изображения.
Иллюстративная графика
Программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов. Пакеты иллюстративной графики не имеют какой-то производственной направленности. Поэтому они относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения.
Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.
Художественная и рекламная графика
Это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации и многое другое.
Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этого класса графических пакетов является возможность создания реалистических (очень близких к естественным) изображений, а также «движущихся картинок» (рис. 5).
Для создания реалистических изображений в графических пакетах этой категории используется сложный математический аппарат.
Рис. 5 Художественная графика
Получение рисунков трехмерных (пространственных) объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации — все это связано с геометрическими расчетами. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источников света, от расположения теней, от фактуры поверхности (глянцевая, матовая, пористая) требует расчетов, учитывающих законы оптики.
Компьютерная анимация
Получение движущихся изображений на дисплее ЭВМ называется компьютерной анимацией. Слово «анимация» означает «оживление».
приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создать на экране рисунки лишь начального и конечного состояний движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитает и изобразит компьютер. Такая работа также связана с расчетами, опирающимися на математическое описание данного типа движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения (рис. 6).
Рис. 6 Анимация
Фрактальная графика
Фрактальная графика – одна из быстроразвивающихся и перспективных видов компьютерной графики. Математическая основа - фрактальная геометрия. Фрактал – структура, состоящая из частей, подобных целому. Одним из основных свойств является самоподобие. Фрактус – состоящий из фрагментов)
Объекты называются самоподобными, когда увеличенные части объекта походят на сам объект. Небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.
Рис.7 Фрактальная фигура
Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранятся и изображение строится исключительно по уравнениям.
Растровая и векторная графика
В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют:
· Растровая графика
· Векторная графика
· Трехмерная графика
· Фрактальная графика
· Символьная графика
Рассмотрим растровую и векторную графиу.
Растровая графика - метод графического представления объекта в виде множества точек.
Растровое изображение - изображение, сформированное построчно из отдельных точек растра, имеющих различную степень яркости и разный цвет. Пиксел - неделимая точка в графическом изображении; наименьший адресуемый элемент растрового изображения. Пиксел характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения.
Растровое изображение подобно мозаике - когда приближаете (увеличиваете) его, то видите отдельные пиксели, а если удаляете (уменьшаете), пиксели сливаются.
Компьютер хранит параметры каждой точки изображения (её цвет, координаты). Причём каждая точка представляется определенным количеством бит (в зависимости от глубины цвета). При открытии файла программа прорисовывает такую картину как мозаику – как последовательность точек массива. Глубина цвета - сколько битов отведено на хранение цвета каждой точки:
- в черно-белом - 1 бит
- в полутоновом - 8 бит
- в цветном - 24 (32) бита на каждую точку.
Растровые файлы имеют сравнительно большой размер, т.к. компьютер хранит параметры всех точек изображения.
Поэтому размер файла зависит от параметров точек и их количества:
– от глубины цвета точек,
– от размера изображения (в большем размере вмещается больше точек),
– от разрешения изображения (при большем разрешении на единицу площади изображения приходится больше точек).
Чтобы увеличить изображение, приходится увеличивать размер пикселей-квадратиков. В итоге изображение получается ступенчатым, зернистым.
Для уменьшения изображения приходится несколько соседних точек преобразовывать в одну или выбрасывать лишние точки. В результате изображение искажается: его мелкие детали становятся неразборчивыми (или могут вообще исчезнуть), картинка теряет четкость.
|
Исходное изображение Фрагмент увеличенного изображения |
Растровое изображение масштабируется с потерей качества.
Оригинал Увеличенный фрагмент
для показа массива точек
Близкими аналогами являются живопись, фотография
Программы для работы с растровой графикой:
-
Paint
-
Microsoft Photo Editor
-
Adobe Photo Shop
-
Fractal Design Painter
-
Micrografx Picture Publisher
Применение:
для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов.
Например, для:
O ретуширования, реставрирования фотографий;
O создания и обработки фотомонтажа, коллажей;
O применения к изображениям различных спецэффектов;
O после сканирования изображения получаются в растровом виде
Векторное изображение
Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому 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. Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно, представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.
Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде математических формул. При открытии файла программа прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам (уравнениям).
Векторное изображение масштабируется без потери качества: масштабирование изображения происходит при помощи математических операций: параметры примитивов просто умножаются на коэффициент масштабирования.
Изображение может быть преобразовано в любой размер
(от логотипа на визитной карточке до стенда на улице) и при этом его качество не изменится.
Векторное изображение можно расчленить на отдельные элементы (линии или фигуры), и каждый редактировать, трансформировать независимо.
Векторные файлы имеют сравнительно небольшой размер, т.к. компьютер запоминает только начальные и конечные координаты элементов изображения -этого достаточно для описания элементов в виде математических формул. Размер файла как правило не зависит от размера изображаемых объектов, но зависит от сложности изображения: количества объектов на одном рисунке (при большем их числе компьютер должен хранить больше формул для их построения), характера заливки - однотонной или градиентной) и пр. Понятие «разрешение» не применимо к векторным изображениям.
Векторные изображения: более схематичны, менее реалистичны, чем растровые изображения, «не фотографичны».
Близкими аналогами являются слайды мультфильмов, представление математических функций на графике.
Программы для работы с векторной графикой:
-
Corel Draw
-
Adobe Illustrator
-
Fractal Design Expression
-
Macromedia Freehand
-
AutoCAD
Применение:
O для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений;
O для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем;
O для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов;
O для моделирования объектов изображения;
O для создания 3-х мерных изображений;
Сравнительная характеристика
|
|
Растровое изображение |
Векторное изображение |
|
Кодирование изображений: |
составляется из мельчайших точек пикселов) – цветных квадратиков одинакового размера. |
состоит из контуров элементов (прямых, кривых линий, геометрических фигур), которые могут быть залиты цветом |
|
Применение |
для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов. Например, для: ретуширования, создания и обработки фотомонтажа, коллажей; применения к изображениям различных спецэффектов; после сканирования изображения получаются в растровом виде |
для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений; для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем; для рисованных изображений с четкими контурами, для моделирования для создания 3-х мерных изображений; |
|
Масштабирование |
масштабируется с потерей качества |
масштабируется без потери качества |
|
Реалистичность |
реалистичны, обладают высокой точностью передачи градаций цветов и полутонов |
более схематичны, |
|
Программные продукты |
Paint Microsoft Photo Editor Adobe Photo Shop Fractal Design Painter Micrografx Picture Publisher |
Corel Draw Adobe Illustrator Fractal Design Expression Macromedia Freehand AutoCAD RMRDraw |
|
Аналоги |
близкими аналогами являются живопись, фотография |
близкими аналогами являются слайды мультфильмов, представление математических функций на графике |
|
Форматы |
BMP-Windows Bitmap TIF-Tagged Image File Format PCX- PC Paintbrush PSD - Photoshop PCT-Macintosh P1CT GIF-CompuServe GIF PCD-Kodak Photo CD TGA-True Vision Targa DIB-Windows DIB PMG-Portable Network Graphics JPEG - JPEG |
VMF- Windows Metafile EMF - Windows Enhanced Metafile CGM - Computer Graphics Metafile EPS - Encapsulated PostScript DRW - Micrografx Desiner/Draw DXF - AutoCadformat 2-OT CDR - CorelDraw WPG - DrawPerfect PIC - Lotus 1-2-3 Graphics HGL - HP Graphics Language |
Тест "Графическая информация"
Использованные источники:
1.Семакин.И, Залогова Л., Русаков С., Шестакова Л. Информатика. Базовый курс 8 класс. Москва: Бином, 2007г.
2.Залогова Л.А. Компьютерная графика. Учебное пособие. Москва: Бином, 2006г
3.http://informatikaiikt.narod.ru/obrabotkagraf1.html Основы информатики
4.http://informatika.na.by/files/razrabotkiurokovimeropriiatii/prezentacii.html Информатика для учителя, ученика и родителей.
5.http://globex-kyiv.uaprom.net/p142-sapr-catia.html