Компьютерная графика, все что о ней надо знать. Основы компьютерной графики Основные виды компьютерной графики

Компьютерная графика (так же машинная графика ) - область деятельности, в которой компьютеры наряду со специальным программным обеспечением используются в качестве инструмента, как для создания (синтеза) и редактирования изображений, так и для оцифровки визуальной информации, полученной из реального мира с целью дальнейшей её обработки и хранения.

Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе матрицы ламп, можно было получать узоры.

В 1950 году в военном компьютере Whirlwind-I (рус. Вихрь), встроенный в систему SAGE противовоздушной обороны США, впервые был применён монитор - как средство отображения визуальной и графической информации.

В 1957 году Рассел Кирш создал первый сканер для компьютера и получил на нём первое цифровое изображение - маленького сына Владлена.

В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры («Spacewar!») заняло около 200 человеко-часов. Игра была создана на машине PDP-1.

В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере.

В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину. В 1964 году General Motors представила систему автоматизированного проектирования DAC-1, разработанную совместно с IBM.

В 1964 году Эдвард Зейджек создал первую компьютерную анимацию - движение спутника вокруг земли.

В 1968 году группой под руководством Н. Н. Константинова была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.

В 1968 году существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее, электронно-лучевой трубке.

Основные области применения

Научная графика - первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчётная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы.

Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и «движущихся картинок». Получение рисунков трёхмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объёмом вычислений. Передача освещённости объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчётов, учитывающих законы оптики.

Компьютерная анимация - это получение движущихся изображений на экране дисплея. Художник создает на экране рисунки начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчёты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определённой частотой, создают иллюзию движения.

Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Научная работа . Компьютерная графика является также одной из областей научной деятельности. В области компьютерной графики защищаются диссертации, а также проводятся различные конференции

Двумерная (2D - от англ. two dimensions - «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую.

Векторная графика

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также кривые некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов.
Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования: оно может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться; также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой.
Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.
Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение яркости, цвета, прозрачности - или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.
В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

Растровая графика

Фрактальная графика

Фрактальная графика основана на использовании фракталов - объектов, отдельные элементы которых наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Трёхмерная графика (3D - от англ. three dimensions - «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

Трехмерная графика бывает полигональной и воксельной . Воксельная графика аналогична растровой. Объект состоит из набора трехмерных фигур, чаще всего кубов. А в полигональной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей, минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

CGI (англ. computer-generated imagery , букв. «изображения, сгенерированные компьютером») - неподвижные и движущиеся изображения, сгенерированные при помощи трёхмерной компьютерной графики и использующиеся в изобразительном искусстве, печати, кинематографических спецэффектах, на телевидении и в симуляторах.

Созданием движущихся изображений занимается компьютерная анимация, представляющая собой более узкую область графики CGI, применимую, в том числе в кинематографе, где позволяет создавать эффекты, которые невозможно получить при помощи традиционного грима и аниматроники. Компьютерная анимация может заменить работу каскадёров и статистов, а также декорации.

В век информационных технологий компьютерная графика получила широкое распространение во всем мире. Почему она так популярна? Где она применяется? И вообще, что такое компьютерная графика? Давайте разберемся!

Компьютерная графика: что такое?

Проще всего - это наука. Кроме того, это один из разделов информатики. Он изучает способы обработки и форматирования графического изображения с помощью компьютера.

Уроки компьютерной графики на сегодняшний день существуют и в школах, и в высших учебных заведениях. И трудно сегодня найти область, где она не была бы востребована.

Также на вопрос: «Что такое компьютерная графика?» - можно ответить, что это одно из многих направлений информатики и, кроме того, относится к наиболее молодым: оно существует около сорока лет. Как и всякая иная наука, она имеет свой определенный предмет, цели, методы и задачи.

Какие задачи решает компьютерная графика?

Если рассматривать этот в широком смысле, то можно увидеть, что средства компьютерной графики позволяют решать следующие три типа задач:

1) Перевод словесного описания в графическое изображение.

2) Задача распознавания образов, то есть перевод картинки в описание.

3) Редактирование графических изображений.

Направления компьютерной графики

Несмотря на то что сфера применения этой области информатики, бесспорно, крайне широка, можно выделить основные направления компьютерной графики, где она стала важнейшим средством решения возникающих задач.

Во-первых, иллюстративное направление. Оно является самым широким из всех, так как охватывает задачи начиная от простой визуализации данных и заканчивая созданием анимационных фильмов.

Во-вторых, саморазвивающееся направление: компьютерная графика, темы и возможности которой поистине безграничны, позволяет расширять и совершенствовать свои навыки.

В-третьих, исследовательское направление. Оно включает в себя изображение абстрактных понятий. То есть применение компьютерной графики направлено на создание изображения того, что не имеет физического аналога. Зачем? Как правило, с целью показать модель для наглядности либо проследить изменение параметров и скорректировать их.

Какие существуют виды компьютерной графики?

Еще раз: что такое компьютерная раздел информатики, изучающий способы и средства обработки и создания графического изображения с помощью техники. Различают четыре вида компьютерной графики, несмотря на то, что для обработки картинки с помощью компьютера существует огромное количество различных программ. Это растровая, векторная, фрактальная и 3-D графика.

Каковы их отличительные черты? В первую очередь виды компьютерной графики различаются по принципам формирования иллюстрации при отображении на бумаге или на экране монитора.

Растровая графика

Базовым элементом растрового изображения или иллюстрации является точка. При условии, что картинка находится на экране, точка называется пикселем. Каждый из пикселей изображения обладает своими параметрами: цветом и расположением на холсте. Разумеется, что чем меньше размеры пикселей и больше их количество, тем лучше выглядит картинка.

Основная проблема растрового изображения - это большие объемы данных.

Второй недостаток растровой графики - необходимость увеличить картинку для того, чтобы рассмотреть детали.

Кроме того, при сильном увеличении происходит пикселизация изображения, то есть разделение его на пиксели, что в значительной степени искажает иллюстрацию.

Векторная графика

Элементарной составляющей векторной графики является линия. Естественно, что в растровой графике тоже присутствуют линии, однако они рассматриваются как совокупность точек. А в векторной графике все, что нарисовано, является совокупностью линий.

Этот тип компьютерной графики идеален для того, чтобы хранить высокоточные изображения, такие как, например, чертежи и схемы.

Информация в файле хранится не как графическое изображение, а в виде координат точек, с помощью которых программа воссоздает рисунок.

Соответственно, для каждой из точек линии резервируется одна из ячеек памяти. Необходимо заметить, что в векторной графике объем памяти, занимаемый одним объектом, остается неизменным, а также не зависит от его размера и длины. Почему так происходит? Потому что линия в векторной графике задается в виде нескольких параметров, или, проще говоря, формулой. Что бы мы ни делали с ней в дальнейшем, в ячейке памяти будут изменяться лишь параметры объекта. Количество ячеек памяти останется прежним.

Таким образом, можно прийти к выводу, что векторные файлы, по сравнению с растровыми, занимают гораздо меньший объем памяти.

Трехмерная графика

3D-графика, или трехмерная графика, изучает методы и приемы создания объемных моделей объектов, максимально соответствующие реальным. Подобные изображения можно рассмотреть со всех сторон.

Гладкие поверхности и разнообразные графические фигуры используются с целью создания объемных иллюстраций. С их помощью художник создает сначала каркас будущего объекта, а потом поверхность покрывают такими материалами, которые визуально похожи на реальные. Далее делают гравитацию, осветление, свойства атмосферы и прочие параметры пространства, в котором находится изображаемый объект. Затем, при условии, что объект движется, задают траекторию движения и его скорость.

Фрактальная графика

Фракталом называется рисунок, состоящий из одинаковых элементов. Большое количество изображений являются фракталами. К примеру, снежинка Коха, множество Мандельброта, треугольник Серпинского, а также «дракон» Хартера-Хейтчея.

Фрактальный рисунок можно построить либо с помощью какого-либо алгоритма, либо путем автоматического создания изображения, которое осуществляется путем вычислений по заданным формулам.

Модификация изображения происходит при внесении изменений в структуру алгоритма или смене коэффициентов в формуле.

Главным преимуществом фрактальной графики является то, что в сохраняются только формулы и алгоритмы.

компьютерной графики

Однако необходимо заметить, что выделение данных направлений весьма условно. Кроме того, оно может быть детализировано и расширено.

Итак, перечислим основные области компьютерной графики:

1) моделирование;

2) проектирование;

3) отображение визуальной информации;

4) создание пользовательского интерфейса.

Где применяется компьютерная графика?

В инженерном программировании широко используется трехмерная компьютерная графика. Информатика в первую очередь пришла на помощь инженерам и математикам. Средствами трехмерной графики происходит моделирование физических объектов и процессов, например, в мультипликации, компьютерных играх и кинематографе.

Широко применяется при разработке полиграфических и мультимедийных изданий. Очень редко иллюстрации, которые выполняются средствами растровой графики, создаются с помощью компьютерных программ вручную. Зачастую с этой целью пользуются отсканированные изображения, которые художник изготовил на фотографии или бумаге.

В современном мире широко применяются цифровые фото- и видеокамеры с целью ввода растровых фотографий в компьютер. Соответственно, подавляющее большинство которые предназначены для работы с растровой графикой, ориентированы не на создание изображений, а на редактирование и обработку.

Растровые изображения применяются в интернете в том случае, если есть необходимость передать всю цветовую гамму.

А вот программы для работы с векторной графикой, наоборот, чаще всего используются с целью создания иллюстраций, ежели для обработки. Подобные средства нередко используют в издательствах, редакциях, дизайнерских бюро и рекламных агентствах.

Средствами векторной графики гораздо проще решаются вопросы оформительских работ, которые основаны на применении простейших элементов и шрифтов.

Бесспорно, существуют примеры векторных высокохудожественных произведений, однако они являются скорее исключением, чем правилом, по той простой причине, что подготовка иллюстраций средствами векторной графики необычайно сложна.

Для автоматического с помощью математических расчетов созданы программные средства, работающие с факториальной графикой. Именно в программировании, а не в оформлении или рисовании состоит создание факториальной композиции. Факториальная графика редко применяется с целью создания электронного или печатного документа, однако ее нередко используют в развлекательных целях.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день тяжело представить себе мир без компьютерной графики. Ведь в любой области жизни общества компьютерная графика находит свое применение. Архитекторы используют графику при проектировании зданий, мультипликаторы - при создании новых мультфильмов. Графика применяется в печатных изданиях: книгах, журналах или газетах. Что бы привлечь внимание читателей создаются красочные обложки книг и журналов, а так же иллюстрации, которые помогают читателю наиболее полно представить себе содержание прочитанной информации. Так же графика используется для оформления документов. Это всевозможные логотипы фирм, предприятий и организаций. Очень широко компьютерная графика используется для создания рекламы, без которой уже трудно представить нашу жизнь. Это реклама на телевидении, создаваемая в виде анимации, реклама в газете. И чем ярче реклама, тем больше шансов привлечь к себе внимание.

Данная тема «Виды компьютерной графики» была выбрана потому, что в школьном курсе информатики изучается растровая и векторная графика, а меня заинтересовало изучение трёхмерной и 3D графики. Популярность этого вида графики в нашей стране и во всём мире продолжает расти. Значит, выбранная нами тема актуальна.

Актуальность:

Компьютерная графика играет существенную роль, как в науке, так и в повседневной жизни любого человека. Знания о компьютерной графике расширяются. Наука открывает новые виды и способы создания компьютерных изображений, поражающие своей сложностью, красотой и богатством красок.

Объектом исследования является компьютерная графика.

Предметом исследования являются виды и свойства компьютерной графики, способы её применения в жизни.

Гипотеза исследования: предполагаем, что благодаря знаниям по информатике мы сможем сами создавать трёхмерные изображения.

Проблема: Как при помощи компьютерной графики создаются трёхмерные изображения.

На основании вышесказанного мы ставили перед собой следующие целиисследования: выяснить, как компьютерная графика связана с нашей жизнью; в каких сферах деятельности человеческого общества она применяется и как она влияет на самого человека.

Для реализации поставленных целей, нами были выдвинуты следующие задачи:

рассмотреть характеристики и разновидности компьютерной графики;

рассмотреть цветовые модели и графические форматы компьютерной графики;

- создать собственные графические рисунки;
  
  провести исследование и сравнить восприятие компьютерной графики взрослыми и детьми.
  
  сделать выводы:

Что такое компьютерная графика и где она применяется;

Как компьютерная графика влияет на человека.

Предполагаемая новизна:

Данная тема не полностью изучается в школах на уроках информатики.

Методы исследования:

анализ источников информации по теме: «Виды компьютерной графики»;

изучение литературы по данной теме;

сопоставление существенных признаков различных видов графических изображений;

создание графических изображений при помощи компьютерной программы;

обобщение полученной информации; выявление основных направлений применения компьютерной графики в жизни человеческого общества;

анкетный опрос;

анализ, сравнение, обобщение;

создание презентации по теме исследовательской работы и видео работ, выполненных в программе Ultra Fractal 5.03.

Практическая значимость работы определяется созданием практических материалов по теме исследования, использование материалов и результатов исследовательской работы для расширения знаний, обучающихся в области компьютерной графики на уроках информатики и на элективных курсах.

Научная значимость данной работы заключается в том, что компьютерная графика, которая появилась, при использовании знаний двух наук математики и информатики, и развивается, благодаря новым научным открытиям, всё больше изменяет жизнь человечества. Изучение компьютерной графики интересно и полезно для обучения, развития и отдыха.

Основные теоретические выводы работы основаны на трудах А.Е. Бубнова, А.А. Залоговой, А.А. Кричалова, С.В. Симонович, П.Г. Стоянова и других.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И РАЗНОВИДНОСТИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

1.1. Характеристика компьютерной графики

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. Компьютерная 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. Компьютерная графика используется почти во всех сферах нашей жизни .

Компьютерная графика - это широкое понятие, обозначающее:

Разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера;

Область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов .

Одним из популярных направлений использования персонального компьютера является компьютерная графика. В каждой организации возникает потребность в рекламных объявлениях, листовках, буклетах и т.д. В связи с появлением и развитием Интернета появилась широкая возможность использования графических программных средств. Росту популярности графических программных средств, способствовало развитие World Wide Web («всемирной паутины»). Различают три вида компьютерной графики: растровая, векторная, трёхмерная. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге .

Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики создают с помощью компьютерных программ. Для этой цели сканируют иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото и видеокамеры. Программные средства для работы с векторной графикой, наоборот, предназначены для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики. Программные средства для работы с трёхмерной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции, состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику чаще используют в развлекательных программах .

При работе с цветом в компьютерной графике используются понятия: глубина цвета (его еще называют цветовое разрешение) и цветовая модель. Для кодирования цвета пиксела изображения может быть выделено разное количество бит. От этого зависит то, сколько цветов на экране может отображаться одновременно. Чем больше длина двоичного кода цвета, тем больше цветов можно использовать в рисунке. Глубина цвета - это количество бит, которое используют для кодирования цвета одного пиксела. Для кодирования двухцветного (черно-белого) изображения достаточно выделить по одному биту на представление цвета каждого пиксела. Выделение одного байта позволяет закодировать 256 различных цветовых оттенков. Два байта (16 битов) позволяют определить 65536 различных цветов. Этот режим называется High Color. Если для кодирования цвета используются три байта (24 бита), возможно одновременное отображение 16,5 млн цветов. Этот режим называется True Color. От глубины цвета зависит размер файла, в котором сохранено изображение .

Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется три. Эти модели известны под названиями: RGB, CMYK, НSB .

1.2. Разновидности компьютерной графики

В зависимости от способа создания графического изображения различают растровую, векторную, фрактальную графику и трехмерную(3D).

В растровой графике изображение формируется в виде растра - совокупности точек (пикселей), образующих строки и столбцы. Каждый пиксель может принимать любой цвет из палитры. При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого входящего в него пикселя. Качество растрового изображения возрастает с увеличением количества пикселей в изображении. При этом возрастает и информационный объём всего изображения. Большой информационный объём - один из основных недостатков растровых изображений. Следующий недостаток растровых изображений возникает при изменении их масштаба. Так, при уменьшении растрового изображения несколько соседних пикселей преобразуются в один, что ведёт к потере чёткости мелких деталей изображения. При увеличении изображения в него добавляются новые пиксели, при этом соседние пиксели принимают одинаковый цвет и возникает ступенчатый эффект .

В векторной графике основным элементом изображения является линия, при этом не важно, прямая это линия или кривая. В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку линия представляется в виде формулы. Чтобы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии. Линия - это элементарный объект векторной графики. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в более сложные, например, объект четырехугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а для изображения окружности средствами векторной графики требуется только координаты одной точки центра и радиус. Информационный объём векторных изображений значительно меньше растровых изображений. Ещё одно достоинство векторных изображений - возможность их масштабирования без потери качества. Но не все так хорошо. У векторной графики есть свой главный минус. Векторные картинки получаются не такими насыщенными по цвету, как растровые .

Фрактальная графика , как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никакие геометрические фигуры в памяти компьютера как в векторной графике не хранятся и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты. Фрактал это математическая фигура обладающая свойствами самоподобия. То есть фрактал составлен из некоторых частей, каждая из которых подобна всей фигуре. Проще говоря, один объект копируется несколько раз, в результате чего получается рисунок. Изображение строится по уравнению, поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику чаще используют в развлекательных программах .

Трёхмерная графика (3D). Трёхмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино и компьютерных играх.

В трехмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники. Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы. В компьютерной графике используется три вида матриц: матрица поворота; матрица сдвига; матрица масштабирования. Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый (сдвинутый) и масштабированный относительно исходного .

Сравнительный анализ различных видов компьютерной графики представлен в приложении 1.

1.3. Цветовые модели

Цветовая модель RGB. Любой цвет считается состоящим из трех основных компонентов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Эти цвета называются основными. Считается также, что при наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета увеличивается. Совмещение трех компонентов дает нейтральный цвет (серый), который при большой яркости стремится к белому цвету. Метод получения нового оттенка суммированием яркостей составляющих компонентов называют аддитивным методом. Нетрудно догадаться, что чем меньше яркость, тем темнее оттенок. Поэтому в аддитивной модели центральная точка, имеющая нулевые значения компонентов (0,0,0), имеет черный цвет (отсутствие свечения экрана монитора). Белому цвету соответствуют максимальные значения составляющих (255, 255, 255). Модель RGB является аддитивной, а ее компоненты: красный (255,0,0), зеленый (0,255,0) и синий (0,0,255) - называют основными цветами .

Цветовая модель CMYK. Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений. Они отличаются тем, что их видят не в проходящем, а в отраженном свете. Чем больше краски положено на бумагу, тем больше света она поглощает и меньше отражает. Совмещение трех основных красок поглощает почти весь падающий свет, и со стороны изображение выглядит почти черным. В отличие от модели RGB увеличение количества краски приводит не к увеличению визуальной яркости, а наоборот, к ее уменьшению.

Поэтому для подготовки печатных изображений используется не аддитивная (суммирующая) модель, а субтрактивная (вычитающая) модель. Цветовыми компонентами этой модели являются не основные цвета, а те, которые получаются в результате вычитания основных цветов из белого: голубой (Cyan) = Белый - красный = зелёный + синий (0,255,255); пурпурный (сиреневый) (Magenta) = Белый - зелёный = красный + синий (255,0,255); жёлтый (Yellow) = Белый - синий = красный + зелёный (255,255,0). Эти три цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Существенную трудность в полиграфии представляет черный цвет. Теоретически его можно получить совмещением трех основных или дополнительных красок, но на практике результат оказывается плохим. Поэтому в цветовую модель CMYK добавлен четвертый компонент - черный. Ему эта система обязана буквой К в названии (blacK) .

Цветовая модель НSB. Некоторые графические редакторы позволяют работать с цветовой моделью HSB. Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK - для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека. Она проста и интуитивно понятна. В модели HSB тоже три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Регулируя эти три компонента, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями. Оттенок цвета указывает номер цвета в спектральной палитре. Насыщенность цвета характеризует его интенсивность - чем она выше, тем "чище" цвет. Яркость цвета зависит от добавления чёрного цвета к данному - чем её больше, тем яркость цвета меньше . Основные характеристики различных цветовых моделей представлены в приложении 2.

1.4. Графические форматы

Формат графического файла - это способ представления графических данных на внешнем носителе. Выбор того или другого формата для сохранения изображения зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность воссоздания цветов, то преимущество отдают одному из растровых форматов. Логотипы, схемы, элементы оформления целесообразно хранить в векторных форматах. Формат файла влияет на объем памяти, который занимает этот файл. Графические редакторы позволяют пользователю самостоятельно избирать формат сохранения изображения. Если вы собираетесь работать с графическим изображением только в одном редакторе, целесообразно выбрать тот формат, какой редактор предлагает по умолчанию. Если же данные будут обрабатываться другими программами, стоит использовать один из универсальных форматов. Существуют универсальные форматы графических файлов, которые одновременно поддерживают и векторные, и растровые изображения .

Формат PDF (англ. Portable Document Format - портативный формат документа). В этом формате могут быть сохранены изображения и векторного, и растрового формата, текст с большим количеством шрифтов, гипертекстовые ссылки и даже настройки печатающего устройства. Размеры файлов достаточно малы.

EPS (Encapsulated PostScript). EPS позволяет хранить информацию, как о растровой, так и о векторной графике. EPS для передачи векторов и растра в издательские системы, создается почти всеми программами, работающими с графикой. EPS поддерживает все необходимые для печати цветовые модели. EPS имеет много разновидностей, что зависит от программы-создателя. Формат EPS поддерживается программами для разных операционных систем.

BMP (Windows Device Independent Bitmap). Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows. Графические файлы в этом формате имеют большой информационный объём, т.к. в них на хранение информации о цвете каждого пикселя отводится 24бита.

GIF (CompuServe Graphics Interchange Format). В рисунках, сохраненных в формате GIF, можно использовать только 256 разных цветов. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы. Это особенно важно для графики, используемой во Всемирной паутине.

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Строго говоря JPEG’oм называется не формат, а алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, а на разнице между пикселями. Чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается, тем ниже качество.

TIFF (Target Image File Format). Аппаратно независимый формат TIFF, один из самых распространенных и надежных на сегодняшний день, его поддерживают практически все программы так или иначе связанные с графикой. Ему доступен весь диапазон цветовых моделей от монохромной до RGB, CMYK В формате TIFF есть возможность сохранения с применением нескольких видов сжатия: JPEG, ZIP, LZW.

CDR - формат популярного векторного редактора CorelDraw. Свою популярность и распространение пакет получил благодаря кажущейся простоте использования и интерактивным спецэффектам (линзам, прозрачностям, нестандартным градиентам и т.д.). CCX - формат векторной графики от компании Corel. Кроме CorelDraw ничем не поддерживается. Для полиграфии и Интернета непригоден .

Итак, рассмотрев наиболее распространенные графические форматы, использующиеся для создания изображений, фотографий и т.д. мы систематизировали знания, по данному материалу составив приложение 3.

1.5. Области применения компьютерной графики

Научная графика. Это направление появилось первым. Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц .

Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения. Программы САПР (или CAD - computer-aided design) представляют собой векторные программные средства, которые нашли широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Одно из главных применений составляет их использование в различных областях инженерной конструкторской деятельности - от проектирования микросхем до создания самолетов. Другой важной областью применения САПР является архитектура. САПР используется и в медицине. Например, автоматизированное проектирование имплантантов, особенно для костей и суставов, позволяет минимизировать необходимость внесения изменений в ходе операции, что сокращает время пребывания на операционном столе.

Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Программные средства, позволяющие 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, относятся к иллюстративной графике.

Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок" .

Компьютерная анимация. В недавнем прошлом художники мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им 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 состояния движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитает и изобразит компьютер. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением .

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ТЕМЕ: КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Как человек знакомится и использует в своей жизни компьютерную графику?

Ответить на этот вопрос я смог через исследовательскую часть своей работы. Исследовал мир компьютерной графики в ходе анкетирования учеников и учителей. Сделал анализ полученных результатов.

2.1 Опрос обучающихся по теме: «Компьютерная графика»

При анкетировании нами были заданы следующие вопросы:

Вопрос 1. Используете ли вы часто компьютерную графику?

Сравнивая результаты, полученные детьми и взрослыми, пришел к выводам. Оказалось, что дети 100% из всех опрошенных слышали и используют компьютерную графику, а взрослые реже по мере необходимости.

Таблица 1

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Часто использую
По мере необходимости
Редко

Вопрос 2. Какие способы применения компьютерной графики вы чаще всего наблюдаете в своей жизни?

Можно сделать вывод, что большинство из опрошенных детей, меньше используют научную и деловую компьютерную графику только в школе на уроках. Взрослые совсем не сталкивались в своей жизни с конструкторской графикой.

Таблица 2

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Научная и деловая графика
графика
Конструкторская графика
Иллюстративная графика
Компьютерная анимация
3D графика
Не знаю

Вопрос 3. Как использование 3D графика влияет на здоровье?

В основном все согласны с тем, что 3D графика влияет на здоровье. Но дети больше склоняются к тому, что 3D графика не оказывает значительного вреда здоровью, а большая часть не могут дать ответ на данный вопрос, а взрослые склоняются больше к тому, что ухудшает здоровье.

Таблица 4

Вопрос 4. Для каких целей вы используете компьютерную графику?

Таблица 5

	Дети
Участвовали в опросе
Цифровая фотография
Интернет
Компьютерные игры
Системы автоматизированного проектирования
Спецэффекты

Вывод: 49% опрошенных детей используют компьютерную графику во время компьютерных игр и при работе в интернете 29%, Спецэффекты, цифровая кинематография 9%;Цифровая фотография и цифровая обработка изображений 4%; Системы автоматизированного проектирования 9%.

Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. В ходе исследовательской работы я выяснил, что некоторые учащиеся нашей школы имеют свои сайты в Интернете и именно знания работы с графическими редакторами позволяют им оформить дизайн сайта.

Вопрос 5. Какие виды графических изображений вы можете сами создавать?

Таблица 3

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Растровая графика
Векторная графика
Фрактальная
3D графика
Не могу строить графические изображения

2.2 Анализ школьных учебников

Современное информационное общество ставит задачи освоения компьютерных технологий перед образованием на такой уровень, когда изучение информатики в общеобразовательном учреждении не может ограничиваться только средними и старшими классами. В средних классах ребёнок уже должен постичь компьютерный интерфейс, уметь работать с графическим редактором, понимая разницу между векторной и растровой графикой и имея в своём арсенале и тот, и другой тип редактора. Поэтому следующим этапом стал анализ школьных учебников. Вот исчерпывающий набор программ для работы с компьютерной графикой на протяжении всего школьного курса: MS Paint, MS Word, MS Excel, MS Power Point, MS Front Page, Corel Draw, Adobe Photoshop. Доступность редактора MS Paint, его простой интерфейс при достаточно хороших возможностях позволяют с первых уроков ребёнку осваивать интерфейс, развивать технику работы с клавиатурой и мышью. И все те вопросы, которые необходимо постичь ребёнку на первых шагах, наиболее доступным образом даются с помощью компьютерной графического редактора Paint. Инструментарий MS Word несколько отличается, но решение уже знакомого профиля задач моделирования, но технически с иным подходом делает освоение текстового редактора и дальнейшую работу с текстом более доступной. Полученные знания и накопленный практический опыт позволяет детям выполнять разработку поздравительных открыток, буклетов и т.п. работ. Дальнейшая работа с компьютерной графикой расширяется на редакторе Corel Draw и редакторе Adobe Photoshop.Это происходит в 8-9 классах. Анимация и трёхмерное моделирование в рамках знакомства. А Corel и Photoshop в рамках вопросов, которые должны быть изучены в школьном курсе. НТМL-технологии на уровне первых самостоятельных шагов. Практические работы по созданию фрактальной, трёхмерной графике в школьном курсе информатики не выполняются. Поэтому я решил самостоятельно изучить программу Ultra Fractal 5.03 и создать фрактальные графические рисунки которые представлены в приложенном видео.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В своей работе раскрыл проблему применения компьютерной графики в различных областях знаний. Дал понятия компьютерной графики, наиболее распространенных и удобных графических редакторов. Раскрыл все области применения компьютерной графики.

В ходе исследования узнал, что: 49% опрошенных детей используют компьютерную графику во время компьютерных игр и при работе в интернете 29%, Спецэффекты, цифровая кинематография 9%;Цифровая фотография и цифровая обработка изображений 4%; Системы автоматизированного проектирования 9%.

Анализ результатов показал, дети больше имеют знаний о различных видах компьютерной графики, а взрослые используют чаще векторную графику. Можно сделать вывод, что большинство из анкетируемых считает компьютерную графику важным явлением окружающего нас мира, но дети имеют больше знаний о данном понятии, так как имеют больше практического опыта в данной сфере деятельности.

Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. В ходе исследовательской работы выяснил, что некоторые учащиеся нашей школы имеют свои сайты в Интернете и именно знания работы с графическими редакторами позволяют им оформить дизайн сайта.

В школе мы изучаем векторную или растровую графику, но практические работы по созданию фрактальной, трёхмерной графике в школьном курсе информатики не выполняются. Поэтому решил самостоятельно изучить программу Ultra Fractal 5.03 и создал фрактальные графические рисунки которые представлены в приложенном видео.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ:

Бубнов А.Е. Компьютерный дизайн. Основы, Мн: Знание, 2008.

Бем Н.А. Современный компьютер, -М., 1986.

Залогова Л.А. Компьютерная графика, М.Бином Лаборатория знаний 2005.

Информатика Уч пособие Ч.2 У-Удэ, 1997.- 59с./ Габеева Д.А., Дамбаева Г-Х.Б.

Симонович С.В. Общая информатика: Учеб пособие М., 2002.- 591с.

Симонович С.В. Специальная информатика Уч пособие М., 2001.- 479с.

Стоянов П.Г. Работа с цветом и графикой, Мн.: БГУИР, 2009.

Стефанюк В.Л. «Компьютер обретает разум»,М.1990.

Приложение 1.

Приложение 2

Приложение 3.

Приложение 4.

Видео приложение 5.

Фрактальные компьютерные рисунки, которые выполнил в Ultra Fractal 5.03

А. Современный компьютер, -М., 1986.

2.Л.А. Залогова Компьютерная графика, М.Бином Лаборатория знаний

3.Стефанюк В.Л. «Компьютер обретает разум»,М.19904.Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ.Москва Бином. Лаборатория знаний 011.

5.Ястребцевая Е.Н. Intel «Обучение для будущего», Москва 2007

6.http://www.monitoring.ruРазмещено на Allbest.ru

Определение и основные виды компьютерной графики

Компьютерная графика - раздел информатики, который изучает средства и способы создания, обработки и передачи графической цифровой инофрмации.

Существует 3 основных вида КГ:

1) Растровая – вид КГ, в котором изучается работа растром (прямоугольная матрица одинаковых элементов, образующая изображение)

2) Векторная – вид КГ, в котором изучаются изображения созданные на основе элементарных геометрических объектов, таких как: точки, линии, сплайны и многоугольники.

3) Фрактальная – раздел КГ, в котором изучаются изображения построенные на основе фракталов (самоповторяющийся рисунок)

Основные области применения компьютерной графики

1) Графические интерфейсы

2) Визуализация данных

3) Компьютерные игры

4) Системы автоматизированного проектирования

5) Искусство – дизайн, кинематограф

Фрактальная графика

Фрактальная графика – раздел КГ, в котором изучаются изображения построенные на основе фракталов (самоповторяющийся рисунок)

Двухмерная и трёхмерная компьютерная графика

Двухмерная (2D - от англ. two dimensions - «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

Трёхмерная графика (3D - от англ. three dimensions - «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

Трехмерная графика бывает полигональной и воксельной. Воксельная графика, аналогична растровой. Объект состоит из набора трехмерных фигур, чаще всего кубов. А в полигональной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей, минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.

5. Дополнительные виды компьютерной графики (пиксельная, ASCII, псевдографика)

Пи́ксельная гра́фика (от англ. pixel - сокращение от pix element) - форма цифрового изображения, созданного на компьютере с помощью растрового графического редактора, где изображение редактируется на уровне пикселей (точек), а разрешение изображения настолько мало, что отдельные пиксели чётко видны. На старых (или на неполнофункциональных) компьютерах, в играх для Game Boy, играх для старых игровых приставок и многих играх для мобильных телефонов в основном используется пиксельная графика, так как это единственный способ сделать чётким небольшое изображение при малом разрешении экранов, характерном для этих устройств.

ASCII графика (от англ. ASCII artwork) - форма изобразительного искусства, использующая символы ASCII на моноширинном экране компьютерного терминала (терминальный сервер) или принтера для представления изображений. При создании такого изображения используется палитра, состоящая из буквенных, цифровых символов и символов знаков пунктуации из числа 95 символов таблицы ASCII. По причине высокой вероятности различий в представлении на системах с национальными вариантами таблицы остальные 160 символов, как правило, не используются.Двухмерная и трёхмерная компьютерная графика

6. Определение и основные понятия растровой графики

Элементы растра:

1) Для вывода 2D растровой графики на экран используется пиксель (picture element). Как правило пиксель имеет форму многоугольника, так как в такую фигуру проще вписать элемент вывода.

2) Если растр выводится на печатающее устройство, то используется термин точка (dot).

3) В 3D графике используется термин воксель (voxel) – объемный пиксель.

Разрешение растра…

Глубина цвета – диапазон цветовой гаммы, который используется для закрашивания растра.

Объем растра – произведение разрешения на глубину цвета.

Разрешение растрового изображения

Разрешение растра – количество элементов растра в самом растре.

Измерения разрешения:

1) Принятое измерение разрешение экрана выводимое на монитор (320х240px)

2) Плотность пикселей – ppi – pixel per inch

3) Реальное количество пикселей Mpx, Gxp

4) Плотность вывода точек на печать – DPI – dot’s per inch

Разрешение цифрового видео, развёртка и соотношение сторон кадра

Цифровое видео – вид растровой графики, в котором используется растровое изображение, состоящее из нескольких кадров. Основной характеристикой цифрового видео является разрешение. DVD – 576i, 480i; PAL – 720x576; NTSC – 720x480. «i» говорит о том, что вывод строк при воспроизведении происходит через одну. Каждый кадр содержит либо четные, либо нечетные строки. Это называется черезстрочная развертка кадра. «р» - прогрессивная развертка кадров, при ней происходит вывод каждой строки в кадре.

Представление цветов в компьютерной графике, цветовая модель

Цветовая модель - математическая модель описания представления цветов. Все возможные значения цветов, задаваемые моделью, определяют цветовое пространство. Цветовая модель обычно используется для хранения и обработки цветов в дискретном виде, при представлении ее в вычислительных устройствах, в частности, ЭВМ. Цветовая модель задаёт соответствие между воспринимаемыми человеком цветами, хранимыми в памяти, и цветами, формируемым на устройствах вывода (возможно, при заданных условиях).

Аддитивные и субтрактивные цветовые модели

Аддитивное смешение цветов - метод синтеза цвета, основанный на сложении аддитивных цветов , то есть цветов непосредственно излучающих объектов.

Смешивая три основных цвета: красный, зелёный и синий - в определенном соотношении, можно воспроизвести большинство воспринимаемых человеком цветов.

Один из примеров использования аддитивного синтеза - компьютерный монитор, цветное изображение на котором основано на цветовом пространстве RGB и получается из красных, зеленых и синих точек.

В противоположность аддитивному смешению цветов существуют схемы субтрактивного синтеза. В этом случае цвет формируется за счет вычитания из отраженного от бумаги (или проходящего через прозрачный носитель) света определенных цветов. Самая распространенная модель субтрактивного синтеза - CMYK, широко применяющаяся в полиграфии.

Цветовая модель RGB

Цветовая модель соответствует физической модели восприятия цвета человеком(красном, заленом и синем).

Человеческий глаз наиболее восприимчив к зеленому цвету, затем к красному, и в последнюю очередь к синему.

Для записи цвета используется, как правило, значение до 8 бит в десятиричной или шестнадцатиричной форме.

Числовое представление RGB

Цветовая модель RGB используется для кодирования и синтеза цвета, передаваемых с помощью светоизлучения.

(0,0,0) #000000 – черный

(255,255,255) #FFFFFF – белый

В RGB отводится по 2 бита на каждый из цветов(8бит/ RGB=2бита), при этом цвета делятся в соотношении красный:зеленый:синий = 3:3:2

В SVGA – Super-VGA отводится по 8 бит на каждый цвет, так как на цветовую модель отводится 24 бита.

8 бит = 256 цветов

24 бита = 16 777 216 цветов = True Color

16 бит = 65 536 цветов = Hight Color

Человек в среднем воспринимает от 7 до 8 миллионов оттенков.

RGBA –четырехканальная цветовая модель, в котором четвертый канал – это a канал и служит для определения прозрачности.

Компрессия цифрового видео

Чтобы ввести в компьютер и записать на диск видео с аналогового источника - телевизора, видеомагнитофона, аналоговой камеры, - сигнал необходимо преобразовать в цифровую форму - оцифровать. Эта операция осуществляется с помощью электронного устройства, называемого аналогово-цифровым преобразователем (АЦП).

Если же видео вводится в компьютер с цифровой камеры, то такую операцию принято называть захватом (capture). Впрочем, оцифровку аналоговых записей также часто называют термином «захват». В процессе захвата цифровой сигнал может быть преобразован в другой формат.

Одна секунда «захваченной» видеозаписи без звука занимает свыше 30 Мбайт дискового пространства. Это означает, что двухчасовой фильм займет свыше 100 Гбайт, а на диске DVD емкостью 4,7 Гбайт поместится всего 156 секунд видео. Кроме того, для воспроизведения такого фильма необходимо обеспечить скорость передачи данных свыше 200 Мбит/сек, что является весьма сложной задачей для современной аппаратуры. Поэтому для уменьшения объема цифровых данных видеосигнал при захвате перед записью на жесткий диск подвергается сжатию (компрессии). При этом используется преимущественно компрессия по алгоритмам MPEG.

Стандарты MPEG разработаны Экспертной группой кинематографии (Moving Picture Experts Group - MPEG). MPEG - это стандарт сжатия звука и видео в более удобный для хранения, загрузки или пересылки, например через Интернет, формат.
MPEG состоит из трех частей: Audio, Video, System (объединение и синхронизация двух других). Существуют разные стандарты: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7.
Компрессия MPEG-1 используется в основном на дисках VideoCD HXVCD. Более совершенный стандарт - MPEG-2, обеспечивающий значительно лучшее качество, стал не только нормой европейского цифрового телевещания, но и был принят как стандарт сжатия для записи изображения на DVD. Этот стандарт используется также для записи дисков Super VideoCD, CVD, XSVCD и некоторых других. Для записи видеодисков формата DivX используется компрессия MPEG-4.

Алгоритм де Кастельжопа

В вычислительной математике алгоритм де Кастельжо, названный в честь его изобретателя Поля де Кастельжо - рекурсивный метод определения формы многочленов Бернштейна или кривых Безье. Алгоритм де Кастельжо также может быть использован для разделения кривой Безье на две части по произвольному значению параметра.

Достоинством алгоритма является его более высокая вычислительная устойчивость по сравнению с прямым методом.

Линейные кривые

Параметр t в функции, описывающей линейный случай кривой Безье, определяет, где именно на расстоянии от P0 до P1 находится B(t). Например, при t = 0,25 значение функции B(t) соответствует четверти расстояния между точками P0 и P1. Параметр t изменяется от 0 до 1, а B(t) описывает отрезок прямой между точкамиP0 и P1.

Квадратичные кривые

Для построения квадратичных кривых Безье требуется выделение двух промежуточных точек Q0 и Q1 из условия, чтобы параметр t изменялся от 0 до 1:

Кривые высших степеней

Для построения кривых высших порядков соответственно требуется и больше промежуточных точек. Для кубической кривой это промежуточные точки Q0, Q1 и Q2, описывающие линейные кривые, а также точки R0 и R1, которые описывают квадратичные кривые: более простое уравнение p0q0/p0q1=q1p1/p1p2=bq0/q1q0

33. Аффинное преобразование и его матричное представление

Аффинным называется преобразование плоскости, переводящее каждую прямую в прямую и параллельные прямые а параллельные.

Преобразование называется взаимно однозначным, если

Разные точки переходят в разные;

В каждую точку переходит какая-то точка.

Например, сжатие 0 разжатие, поворот, перенос и тд

Матрица 3x3, последний столбец которой равен (0 0 1)T, задает аффинное преобразование плоскости:

По одному из свойств, аффинное преобразование можно записать в виде:

f(x) = x * R + t,

где R – обратимая матрица 2x2, а t – произвольный вектор.

34. Виды аффинных преобразований

Сжатие, растяжение, поворот, перенос, движение, наклон, отображение

Кривые поверхности

Обычно под кривыми поверхностями понимается полигональная модель.

Полигональная модель – кривая поверхность построенная с помощью графических примитивов, обычно треугольник или четырёх угнольник.

Примитивы – геометрические объекты, объёмные поля, которые составляют векторный рисунок:

· Многоугольник;

· Тела вращения.

Уравнение рендеринга

· - длина волны света.

· - время.

· - количество излучения заданной длины волны исходящего вдоль направления во время , из заданой точки

· - излучённый свет.

· - интеграл по полусфере входящих направлений.

· - двунаправленная функция распределения отражения, количество излучения отражённого от к в точке , во время , на длине волны

· - длина волны по входящему направление к точке из направления во время .

· - поглощение входящего излучения по заданному углу.

Графический конвейер

Графический конвейер (graphic pipeline) - это некоторое программно-аппаратное средство, которое преобразует описание объектов в «мире» приложения в матрицу ячеек видеопамяти растрового дисплея. Его задача - создать иллюзию, о которой говорили выше.
В глобальных координатах приложение создает объекты, состоящие из трехмерных примитивов. В этом же пространстве располагаются источники освещения, а также определяются точка зрения и направление взгляда наблюдателя. Естественно, что наблюдателю видна только часть объектов: любое тело имеет как видимую (обращенную к наблюдателю), так и невидимую (обратную) сторону. Кроме того, тела могут полностью или частично перекрывать друг друга. Взаимное расположение объектов относительно друг друга и их видимость для зафиксированного наблюдателя обрабатываются на первой стадии графического конвейера, называемой трансформацией (transformation). На этой стадии выполняются вращение, перемещение и масштабирование объектов, а затем и преобразование из глобального пространства в пространство наблюдения (world-to-viewspace transform), а из него и преобразование в «окно» наблюдения (viewspace-to-window transform), включая и проецирование с учетом перспективы. Попутно с преобразованием из глобального пространства в пространство наблюдения (до него или после) происходит удаление невидимых поверхностей, что значительно сокращает объем информации, участвующей в дальнейшей обработке. На следующей стадии конвейера (lighting) определяется освещенность (и цвет) каждой точки проекции объектов, обусловленная установленными источниками освещения и свойствами поверхностей объектов. И наконец, на стадии растеризации (rasterization) формируется растровый образ в видеопамяти. На этой стадии на изображения поверхностей наносятся текстуры и выполняется интерполяция интенсивности цвета точек, улучшающая восприятие сформированного изображения. Весь процесс создания растрового изображения трехмерных объектов называется рендерингом (rendering).

Шейдеры, шейдерные языки

Ше́йдер (англ. Shader; схема затемнения, программа построения теней) - это программа для одной из ступеней графического конвейера, используемая втрёхмерной графике для определения окончательных параметров объекта или изображения. Она может включать в себя произвольной сложности описание поглощения и рассеяния света, наложения текстуры, отражение и преломление, затемнение, смещение поверхности и эффекты пост-обработки.

Программируемые шейдеры гибки и эффективны. Сложные с виду поверхности могут быть визуализированы при помощи простых геометрических форм. Например, шейдеры могут быть использованы для рисования поверхности из трёхмерной керамической плитки на абсолютно плоской поверхности.

Чтобы понять, что такое шейдер, разберемся для начала, как видео карта рисует примитивы (треугольники, полигоны и др.) На вход поступают данные о каждой вершине примитива. Например, положение вершины в пространстве, нормаль и текстурные координаты. Эти данные называются вершинными атрибутами (vertex attributes). GPU на их основе вычисляет выходные значения: положение вершины в экранных координатах, цвет вершины, рассчитанный в зависимости от освещения и т.д. До выхода видео карт GeForce 3 и Radeon 8500 этот процесс был неуправляемым. Если вас, например, не устраивали те формулы, по которым считается освещение в OpenGL, и вы хотели применить свои, то ничего нельзя было поделать. Приходилось либо довольствоваться тем, что умеет GPU, либо выполнять расчеты для каждой вершины на процессоре, что намного медленнее. Решением этой проблемы стали вертексные программы (в Direct3D они называются вертексные шейдеры). Вертексная программа - это программа, написанная на специальном языке низкого уровня, которая выполняется на GPU и преобразует входные вертексные атрибуты в выходные, которые поступают на вход пиксельного шейдера. Важной особенностью вертексных и пиксельных программ является то, что все инструкции работают с векторами. Например, чтобы посчитать скалярное произведение, надо выполнить всего лишь одну инструкцию, а не 5 (2 сложения и 3 умножения), как на CPU. Благодаря этому можно выполнить массу операций небольшим числом инструкций. Например, умножение матрицы на вектор - всего 4 инструкции. А если инструкций мало, то скорость выполнения такой программы довольно высокая.
Значения, вычисленные в вертексном шейдере, интерполируются по треугольнику. На видео картах, не поддерживающих пиксельные шейдеры, для каждого пикселя определяется его цвет и цвет текстуры (или нескольких текстур) в данной точке. Потом эти цвета умножаются или складываются, в зависимости от параметров выполненной ранее функции glTexEnv(), и результат записывается в буфер кадра. Если же видео карта поддерживает пиксельные шейдеры, то все намного интереснее. Интерполированные по треугольнику значения поступают на вход некоторой программы, называемой пиксельным шейдером. Это программа, состоящая из ряда арифметических и других инструкций, рассчитывает цвет пикселя, который записывается в буфер кадра. По сравнения с вертексными программами, скорость выполнения пиксельных шейдеров намного выше. Можно почти моментально выполнять штук 10 векторных инструкций для каждого пикселя! На CPU такое сделать просто невозможно.
Пиксельные и вертексные шейдеры позволяют на аппаратном уровне создавать потрясающие эффекты: освещение на пиксельном уровне, bump mapping, отражение и преломление, волны на воде, скелетная анимация персонажей, тени и многое другое!

Шейдерные языки

Впервые использованные в системе RenderMan компании Pixar, шейдеры получали всё большее распространение со снижением цен на компьютеры. Основное преимущество от использования шейдеров - их гибкость, упрощающая и удешевляющая цикл разработки программы, и при том повышающая сложность и реалистичность визуализируемых сцен.

Шейдерные языки обычно содержат специальные типы данных, такие как матрицы, семплеры, векторы, а также набор встроенных переменных и констант для удобной интеграции со стандартной функциональностью 3D API. Поскольку компьютерная графика имеет множество сфер приложения, для удовлетворения различных потребностей рынка было создано большое количество шейдерных языков.

Профессиональный рендеринг

Данные шейдерные языки ориентированы на достижение максимального качества визуализации. Описание свойств материалов сделано на максимально абстрактном уровне, для работы не требуется особых навыков программирования или знания аппаратной части. Такие шейдеры обычно создаются художниками с целью обеспечить «правильный вид», подобно наложению текстуры, источников света и другим аспектам их работы.

Обработка таких шейдеров обычно представляет собой ресурсоёмкую задачу. Совокупная вычислительная мощность, необходимая для обеспечения их работы, может быть очень велика, так как используется для создания фотореалистичных изображений. Основная часть вычислений при подобной визуализации выполняется большими компьютерными кластерами.

Шейдерный язык RenderMan

Шейдерный язык RenderMan, описанный в Спецификации интерфейса RenderMan, является фактическим стандартом для профессионального рендеринга. APIRenderMan, разработанный Робом Куком, используется во всех работах студии Pixar. Он также является первым из реализованных шейдерных языков.

Шейдерный язык Gelato

NVIDIA Gelato представляет собой оригинальную гибридную систему рендеринга изображений и анимации трехмерных сцен и объектов, использующую для расчетов центральные процессоры и аппаратные возможности профессиональных видеокарт серии Quadro FX.

Основополагающим принципом, которого неукоснительно придерживаются разработчики, является бескомпромиссное качество финального изображения, не ограниченное ничем, в том числе - современными возможностями видеокарт. Как производственный инструмент, способный создавать конечный продукт высокого качества, Gelato предназначен для профессионального использования в таких областях как кино, телевидение, промышленный дизайн и архитектурные визуализации.

Open Shading Language

Open Shading Language (OSL) - представляет собой небольшой, но богатый язык для программируемых шейдеров в развитых рендерах и других приложениях, идеально подходит для описывающих материалов, света, перемещения и получения изображения.

OSL - был разработан Sony Pictures Imageworks для использования в своем внутреннем рендере и используется для анимационных фильмов и визуальных эффектов.

OSL используется в пакете для создания трёхмерной компьютерной графики Blender.

Шейдерный язык Cg

Разработан nVidia совместно с Microsoft (такой же по сути язык от Microsoft называется HLSL, включён в DirectX 9). Cg расшифровывается как C for Graphics. Язык действительно очень похож на C, он использует схожие типы (int, float, а также специальный 16-битный тип с плавающей запятой - half). Поддерживаются функции и структуры. Язык обладает своеобразными оптимизациями в виде упакованных массивов (packed arrays) - объявления типа «float a» и «float4 a» в нём соответствуют разным типам. Второе объявление и есть упакованный массив, операции с упакованным массивом выполняются быстрее, чем с обычными. Несмотря на то, что язык разработан nVidia, он без проблем работает и с видеокартами ATI. Однако следует учесть, что все шейдерные программы обладают своими особенностями, о которых можно узнать из специализированных источников.

Шейдерные языки DirectX

Типы шейдеров

В настоящее время шейдеры делятся на три типа: вершинные, геометрические и фрагментные (пиксельные).
Вершинные шейдеры (Vertex Shader)
Вершинный шейдер оперирует данными, сопоставленными с вершинами многогранников. К таким данным, в частности, относятся координаты вершины в пространстве, текстурные координаты, тангенс-вектор, вектор бинормали, вектор нормали. Вершинный шейдер может быть использован для видового и перспективного преобразования вершин, генерации текстурных координат, расчета освещения и т. д.
Геометрические шейдеры (Geometry Shader)
Геометрический шейдер, в отличие от вершинного, способен обработать не только одну вершину, но и целый примитив. Это может быть отрезок (две вершины) и треугольник (три вершины), а при наличии информации о смежных вершинах (adjacency) может быть обработано до шести вершин для треугольного примитива. Кроме того, геометрический шейдер способен генерировать примитивы «на лету», не задействуя при этом центральный процессор. Впервые начал использоваться на видеокартах Nvidia серии 8.
Пиксельные шейдеры (Pixel Shader)
Фрагментный шейдер работает с фрагментами изображения. Под фрагментом изображения в данном случае понимается пиксель, которому поставлен в соответствие некоторый набор атрибутов, таких как цвет, глубина, текстурные координаты. Фрагментный шейдер используется на последней стадии графического конвейера для формирования фрагмента изображения.

57. Определение, основные понятия и методы текстурирования

Тексту́ра - растровое изображение, накладываемое на поверхность полигональной модели для придания ей цвета, окраски или иллюзии рельефа. Приблизительно использование текстур можно легко представить как рисунок на поверхности скульптурного изображения. Использование текстур позволяет воспроизвести малые объекты поверхности, создание которых полигонами оказалось бы чрезмерно ресурсоёмким. Например, шрамы на коже, складки на одежде, мелкие камни и прочие предметы на поверхности стен и почвы.

Качество текстурированной поверхности определяется текселями - количеством пикселей на минимальную единицу текстуры. Так как сама по себе текстура является изображением, разрешение текстуры и её формат играют большую роль, которая впоследствии сказывается на общем впечатлении от качества графики в 3D-приложении.

Традиционно термином texture mapping или тектурирование в трехмерном моделировании называют процесс наложения двухмерной текстуры на трехмерный объект (текстура как бы натягивается на объект) для придания ему соответствующего внешнего вида. Таким образом, например, производится "раскрашивание" моделей монстров и игроков в трехмерных играх типа Quake и др.

Методы текстурирования

Bump mapping(рельефное текстурирование) - простой способ создания эффекта рельефной поверхности с детализацией большей, чем позволяет полигональная поверхность. Эффект главным образом достигается за счет освещения поверхности источником света и черно-белой (одноканальной) карты высот, путем виртуального смещения пикселя (как при методе Displace mapping) как если бы там был вертекс(только без физического и визуального сдвига), за счет чего таким же образом изменяется ориентация нормалей использующихся для расчета освещенности пикселя (затенение по Фонгу), в результате получаются по-разному освещенные и затененные участки. Как правило Bump mapping позволяет создать не очень сложные бугристые поверхности, плоские выступы или впадины, на этом его использование заканчивается. Для более детальных эффектов в последствии был придуман Normal mapping.

MIP-текстурирование (англ. MIP mapping) - метод текстурирования, использующий несколько копий одной текстуры с разной детализацией. Название происходит от лат. multum in parvo - «много в малом».

Изображение лучше всего выглядит, когда детализация текстуры близка к разрешению экрана. Если разрешение экрана высокое (текстура слишком маленькая/объект очень близко), получается размытое изображение. Если же разрешение текстуры слишком высокое (текстура слишком велика/объект очень далеко), получаем случайные пиксели - а значит, потерю мелких деталей, мерцание и большой проценткэш-промахов. Получается, что лучше иметь несколько текстур разной детализации и накладывать на объект ту, которая наиболее подходит в данной ситуации.

Принцип действия

Создаётся так называемая MIP-пирамида - последовательность текстур с разрешением от максимального до 1×1. Например: 1×1, 2×2, 4×4, 8×8, 16×16, 32×32, 64×64, 128×128, 256×256, 512×512 и 1024×1024. Каждая из этих текстур называется MIP-уровнем (англ. MIP level) или уровнем детализации - LOD (англ. level of detail).

На всех этих текстурах находится одно и то же изображение. Таким образом, MIP-текстурирование увеличивает расход видеопамяти на треть:

При наложении текстур вычисляется расстояние до объекта и номер текстуры находится по формуле:

где resolution - разрешение виртуальной камеры (количество пикселей, которое будет в объекте размером в 1 ед., расположенном в 1 ед. от камеры), texelsize - размер текселя в единицах трёхмерного мира, dist - расстояние до объекта в тех же единицах, mip bias - число, позволяющее выбирать более или менее детальную текстуру, чем даёт формула.

Эта цифра округляется до целого, и текстура с соответствующим номером (нулевая - самая детальная, первая - вдвое меньшая и т. д.) накладывается на объект.

Недостатки

Расход видеопамяти увеличивается на треть. Впрочем, типичные объемы видеопамяти в начале 2010ых составляют 1-3 ГБ. К тому же, если объект далеко, его детальную текстуру можно выгрузить в оперативную память.

MIP-текстурирование не решает проблему текстур, находящихся под острым углом к зрителю (например, дорога в автосимуляторе). У таких текстур разрешение по одной оси сильно отличается от разрешения по другой - и, например, по оси X изображение явно размыто, в то время как по оси Y видны мерцания, свойственные завышенному разрешению текстуры. Есть сразу несколько способов решения этого (начиная с наименее качественного):

Установить в видеодрайвере наиболее комфортное значение mip bias - числа́, которое отвечает за выбор номера текстуры в пирамиде. Если оно отрицательное, видеоплата берёт более детальные текстуры, если положительное - менее детальные.

Многие игры сами устанавливают подходящий mip bias для разных типов объектов. Например, в Live for Speed mip bias устанавливается пользователем отдельно для автомобилей, препятствий и дороги.

Воспользоваться анизотропной фильтрацией - методом текстурирования, который направлен именно на решение этой проблемы.

Наконец, видна чёткая граница между MIP-уровнями. Это решается трилинейной фильтрацией.

Процедурное текстурирование - метод создания текстур, при котором изображение текстуры создается с помощью какого-либо алгоритма (процедурного алгоритма).

Лучше всего процесс процедурного текстурирования представить в виде блоков (операторов). Существует три типа блоков:

генераторы

вспомогательные

Каждый генератор и фильтр реализует какой-либо процедурный алгоритм. Каждый блок имеет совокупность параметров. Даже если не использовать такую схему все равно она сводится к этому общему случаю.

Для создания «природных» текстур, таких как дерево, гранит, металл, камни, лава в качестве фильтров используютсяфрактальный шум (англ. fractal noise) и ячеистые текстуры (англ. cellular textures).

Свойства процедурных текстур:

Обратимость. В процедурной текстуре сохраняется вся история ее создания.

Малый размер (если в качестве исходных данных к процедурным алгоритмам выступают только числовые значения).

Неограниченное количество вариаций при использовании стохастических (использующих генератор псевдослучайных чисел) алгоритмов.

Масштабируемость до любого размера (зависит от процедурного движка/библиотеки).

Одновременно с итоговой текстурой очень легко получаются alpha-, bump-, reflect-карты.

Детальное текстурирование (англ. Detail mapping) - программная техника в трёхмерной компьютерной графике, которая позволяет улучшить детализацию текстур на близком расстоянии от камеры. Конечный результат создаёт иллюзию использования текстуры огромного разрешения.

При приближении камеры к полигональной модели текстура становится размытой. В случае достаточного объема свободной памяти размытие может быть устранено увеличением разрешения текстуры. Однако хранение каждой текстуры в огромном разрешении не является практичным решением. Детальное текстурирование решает проблему другим путём:

Базовая текстура оставляется в разумном среднем разрешении

Создаётся детальная текстура с крупномасштабным изображением мелких деталей (отдельные травинки, галька, структура древесины и т. д.)

Полученная текстура обесцвечивается

Фильтром верхних частот удаляется всё, кроме самых мелких деталей

Фильтром коррекции гистограммы устанавливается средняя яркость на уровне 0.5

Обе текстуры смешиваются в пиксельном шейдере

Перед смешиванием текстурные координаты детальной текстуры масштабируются, чтобы детальная текстура повторялась в несколько раз чаще базовой

Для снижения заметности повторений детальной текстуры масштаб выбирается нецелочисленным

Цвет базовой текстуры умножается на цвет детальной, умноженный на 2 (для сохранения исходной яркости)

Рельефное текстурирование

Рельефное текстурирование - метод в компьютерной графике для придания более реалистичного и насыщенного вида поверхности объектов.

Bump mapping - простой способ создания эффекта рельефной поверхности с детализацией большей, чем позволяет полигональная поверхность. Эффект главным образом достигается за счет освещения поверхности источником света и черно-белой (одноканальной) карты высот, путем виртуального смещения пикселя (как при методе Displace mapping) как если бы там был вертекс(только без физического и визуального сдвига), за счет чего таким же образом изменяется ориентация нормалей использующихся для расчета освещенности пикселя (затенение по Фонгу), в результате получаются по-разному освещенные и затененные участки. Как правило Bump mapping позволяет создать не очень сложные бугристые поверхности, плоские выступы или впадины, на этом его использование заканчивается. Для более детальных эффектов в последствии был придуман Normal mapping.

Normal mapping - техника, позволяющая изменять нормаль отображаемого пикселя основываясь на цветной карте нормалей, в которой эти отклонения хранятся в виде текселя, цветовые составляющие которого интерпретируются в оси вектора , на основе которого вычисляется нормаль, используемая для расчета освещенности пикселя. Благодаря тому, что в карте нормалей задействуются 3 канала текстуры, этот метод дает большую точность, чем Bump mapping, в котором используется только один канал и нормали, по сути, всего лишь интерпретируются в зависимости от "высоты".

Карты нормалей обычно бывают двух типов:

object-space - используется для не деформирующихся объектов, таких как стены, двери, оружие и т.п.

tangent-space - применяется для возможности деформировать объекты, например персонажей.

Для создания карт нормалей обычно используется высокополигональная и низкополигональная модели, их сравнение дает нужные отклонения нормалей для последней.

Parallax mapping

Данная технология также использует карты нормалей, но, в отличие от normal mapping, она реализует не только освещение с учётом рельефа, но и сдвигает координаты диффузной текстуры. Этим достигается наиболее полный эффект рельефа, особенно при взгляде на поверхность под углом.

представление о базовых понятиях компьютерной графики.

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся созданием, хранением и обработкой различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую .

Под растровым понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселей) различных цветов или оттенков.

При увеличении растрового рисунка в несколько раз становится видно, что изображение состоит из конечного числа "квадратиков" определенного цвета. Эти квадратики и называют пикселями .

В векторной графике все изображения описываются в виде математических объектов – контуров, т.е. изображение разбивается на ряд графических примитивов – точки, прямой , ломанной, дуги, многоугольника.

Оба этих способа кодирования графической информации имеют свои особенности и недостатки.

Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, с использованием более чем 16 млн. оттенков цветов, вне зависимости от сложности.

Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы, матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры.

Основной проблемой растровой графики является большой объем файлов, содержащих изображения: чем больше количество пикселей и чем меньше их размеры, тем лучше выглядит изображение.

Второй недостаток растровых изображений связан с невозможностью их увеличения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее и напоминают мозаику. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой. Этот эффект называется пикселизацией (от пиксель – самый маленький элемент изображения, точка (как атом в молекуле)).

Рис. 1.1.

У векторных изображений , напротив, размер файла не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации , описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.

Описание объектов может быть легко изменено. Также это означает, что различные операции с рисунком, такие как перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшают его качества.

Рис. 1.2.

К недостаткам векторной графики относят следующие:

Возможность изображения в векторном виде доступна далеко не для каждого объекта: для этого может потребоваться разбить объект на очень большое количество векторных линий, что сильно увеличивает количество памяти, занимаемой изображением, и время его прорисовки на экране.
Векторный формат не дает возможность отобразить плавные переходы цветов, сохранить фотографическую точность изображения.

Выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Каждый из видов компьютерной графики был разработан для решения определенных задач и имеет свою заданную область применения.

Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате.

Пиксели, разрешение, размер изображения

Размеры растровых изображений выражают в виде количества пикселов по горизонтали и вертикали, например, 600?800. В данном случае это означает, что ширина изображения составляет 600, а высота - 800 точек. Количество точек по горизонтали и вертикали может быть разным для разных изображений.

При выводе изображения на поверхность экрана или бумаги, оно занимает прямоугольник определённого размера. Для оптимального размещения изображения на экране необходимо согласовывать количество точек в изображении, пропорции сторон изображения с соответствующими параметрами устройства отображения.

Степень детализации изображения, число пикселей (точек) отводимых на единицу площади называют разрешением .

Если пикселы изображения выводятся пикселами устройства вывода один к одному, размер будет определяться только разрешением устройства вывода. Соответственно, чем выше разрешение экрана, тем больше точек отображается на той же площади и тем менее зернистой и более качественной будет ваша картинка.

При большом количестве точек, размещённом на маленькой площади, глаз не замечает мозаичности рисунка. Справедливо и обратное: малое разрешение позволит глазу заметить растр изображения ("ступеньки").

Высокое разрешение изображения при малом размере плоскости отображающего устройства не позволит вывести на него всё изображение, либо при выводе изображение будет "подгоняться", например, для каждого отображаемого пиксела будут усредняться цвета попадающей в него части исходного изображения. При необходимости крупно отобразить изображение небольшого размера на устройстве с высоким разрешением приходится вычислять цвета промежуточных пикселей.

Следует четко различать: разрешение экрана; разрешение печатающего устройства; разрешение изображения .

Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны, пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.

Разрешение экрана (экранного изображения) - это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселях и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком. Для измерения экранного разрешения используют обозначение ppi (pixel per inch).

Разрешение принтера (печатного изображения) - это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины (растра). Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере. В зависимости от сорта бумаги выбирают следующие величины частоты растра: для газетной бумаги - 70-90 dpi, для бумаги среднего качества - 90-100 dpi, для глянцевой - 133 dpi и выше.

Разрешение изображения (оригинала) - это свойство самого изображения. Разрешение оригинала используется при вводе изображения в компьютер и измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi), задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Установка разрешения оригинала зависит от требований, предъявляемых к качеству изображения и размеру файла. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения - его физическим размером.

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

Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, 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.