Определение компьютерной графики. Растровая графика. Принципы, положенные в основу. Составляющие элементы. Применение.

Определение компьютерной графики. Растровая графика. Принципы, положенные в основу. Составляющие элементы. Применение.

Компью́терная гра́фика (также маши́нная графика) — область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для синтеза (создания) изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира.

Ра́стровое изображе́ние — представляет собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах (растр).

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.

Растровая графика применяется:

· для хранения и обработки полутоновых изображений (сканированные или изначально созданные на компьютере картины, фотографии);

· ретуширование, реставрирование фотографий в цифровом виде;

· создание и обработка видео. Фотомонтаж.

 

12. Достоинства и недостатки растровой графики. Примеры.

 

Достоинства

§ Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла.

§ Распространённость — растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов.

§ Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

§ Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры, а также сотовые телефоны.

Недостатки

§ Большой размер файлов у простых изображений.

§ Невозможность идеального масштабирования.

§ Невозможность вывода на печать на плоттер.

Форматы растровой графики. Сравнительный анализ. Сферы применения.

Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия (сжатие без потерь или сжатие с потерями соответственно).

Сжатие без потерь:

Ø BMP или Windows Bitmap — обычно используется без сжатия, хотя возможно использование алгоритма RLE. В настоящее время один из самых распространенных графических форматов, поддерживаемый практически всеми графическими программами.

Ø GIF (Graphics Interchange Format) — устаревающий формат, поддерживающий не более 256 цветов одновременно. Всё ещё популярен из‑за поддержки анимации, которая отсутствует в чистом PNG, хотя ПО начинает поддерживать APNG.

Ø PCX устаревший формат, позволявший хорошо сжимать простые рисованые изображения (при сжатии группы подряд идущих пикселов одинакового цвета заменяются на запись о количестве таких пикселов и их цвете).

Ø PNG (Portable Network Graphics) - Графика может быть сохранена с чередованием не только строк, но и столбцов. Таким образом изображение будет проявляться и по строкам, и по столбцам. Поддерживается 256 степеней прозрачности и автоматическая коррекция яркости.

Сжатие с потерями:

Ø JPEG очень широко используемый формат изображений. Сжатие основано на усреднении цвета соседних пикселей и отбрасывании высокочастотных составляющих в пространственном спектре фрагмента изображения. При детальном рассмотрении сильно сжатого изображения заметно размытие резких границ и характерный муар вблизи них.

 

Векторная графика. Объекты векторной графики. Как они формируются? Принципы, положенные в основу. Примеры.

Ве́кторная гра́фика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на использовании элементарных геометрических объектов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники.

Объекты векторной графики:

§ Линии и ломаные линии.

§ Многоугольники.

§ Окружности и эллипсы.

§ Кривые Безье.

§ Безигоны.

§ Текст (в компьютерных шрифтах, таких как TrueType, каждая буква создаётся из кривых Безье).

 

Объекты векторной графики являются графическими изображениями математических функций.

Рассмотрим, к примеру, такой графический примитив, как окружность радиуса r. Для её построения необходимо и достаточно следующих исходных данных:

1. координаты центра окружности;

2. значение радиуса r;

3. цвет заполнения (если окружность не прозрачная);

4. цвет и толщина контура (в случае наличия контура).

Способы хранения изображений векторной графики. Перечень и краткий анализ. Примеры.

Для векторной графики характерно разбиение изображения на ряд графических примитивов – точки, прямые, ломаные, дуги, полигоны. Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т. д.). При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты четырех точек, поэтому объем памяти очень мал по сравнению с точечной графикой. Вывод: Векторная графика - очень экономичный способ кодирования. Элементы изображения хранятся в виде формул в память.

 

Фрактальная графика и ее назначение. Особенности формирования изображения. Примеры.

Фрактальная графика - это не просто множество самоповторяющихся изображений, это модель структуры и принципа любого сущего.

Фрактальная графика, как и векторная вычисляемая, но отличается тем, что никакие объекты в памяти не хранятся. Изображение строится по уравнению, или системе уравнений, поэтому ничего кроме формулы хранить не надо. Изменив коэффициенты можно получить совершенно другую картину. Фрактальными свойствами обладают многие объекты живой и неживой природы (снежинка, ветка папоротника). Способность фрактальной графики моделировать образы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций, поверхности местности

Достоинства и недостатки фрактальной графики. Примеры.

Достоинства:

Фрактальная графика требует только хранения математических формул, не храня изображения в памяти компьютера, поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо

 

Недостатки:

Недостатком фрактальной графики является то, что она генерирует только определённый вид изображений, которые строятся фрактально, с помощью этого способа нельзя строить правильные геометрические формы.

 

 

Недостатки

Цветовая модель RYB подвергается критике из-за того, что с ее помощью нельзя воспроизвести весь спектр видимого цвета. Так, например, некоторые светлые оттенки зеленого, голубого и пурпурного не могут быть синтезированы из каких-либо сочетаний базовых цветов этой модели.

Достоинства

Эта система находит применение в изобразительном искусстве, поскольку ее субтрактивный характер означает легкость применения относительно такой модели как RGB. В RYB цвета образуются путем смешивания пигментов, так же, как это происходит на палитре художника. В то же время, в своей работе при смешивании красок художники пользуются куда большим количеством цветов, нежели красный, желтый и голубой. Поэтому, несмотря на академическую ценность системы, в практике синтез цвета из трех цветов находит применение не так уж часто.

 

41) Lab — трехканальная цветовая модель. Она была создана Международной комиссией по освещению (С1Е) с целью преодоления существенных недостатков моделей RGB, CMYK, HSB, в частности, она призвана стать аппаратно-независимой моделью и определять цвета без оглядки на особенности устройства (монитора, принтера, печатного станка и т. д.).

Построение цветов базируется на слиянии трех каналов. Luminosity — здесь осуществляется контроль за яркостью цветов, образованных двумя другими, а именно a и b составляющими.

a — содержит цвета от темно-зеленого через серый к розовому.

b — светло-синий, серый, ярко-желтый. Цветовая модель Lab очень важна для полиграфии. Именно она используется при переводе изображения из одной цветовой модели в другую, между устройствами и даже между различными платформами. Кроме того, именно в этой модели удобнее всего проводить некоторые операции по улучшению качества изображения.

42) Цветовая модель Пантон, система PMS (Pantone Matching System) — стандартизованная система подбора цвета, разработанная американской фирмой Pantone Inc в середине XX века. Использует цифровую идентификацию цветов изображения для полиграфии печати как смесевыми, так и триадными красками. Эталонные пронумерованные цвета напечатаны в специальной книге, страницы которой веерообразно раскладываются. В основе красок Pantone лежат восемь цветных красок (включая триадные цветные), белая и черная. Использование красок Pantone наиболее целесробразно в следующих случаях:

необходимость точного воспроизведения фирменного цвета;

в одно-, двух- или трехкрасочной печати.

прокрашивание ровных плашек в 4-красочной печати;

невозможность передать трудуемый заказчиком точный оттенок CMYKом;

43) Цветовая система Манселла — цветовое пространство, разработанное профессором Альбертом Манселлом (Albert H. Munsell) в начале XX века. Цвет в нем описывается с помощью трех чисел — цветового тона, значения (светлоты), и хромы (насыщенности). Цветовая система Мансела включает три координаты, цветовое тело можно представить как цилиндр в трехмерном пространстве. Цвет в системе определяется тремя атрибутами: Н (hue — цветовой тон), С (chroma — цветность) и V (value — яркость). Цветовой тон делится на пять основных цветов: красный (R), желтый (У), зеленый (G), синий (В) и пурпурный (Р). Сейчас практически не применяется. Используется в стандартах ANSI (Американским национальным инсттитутом стандартов) для определения цвета кожи и волос человека, в судебной медицине.

44) NCS — цветовая модель, предложенная Скандинавским институтом цвета. Она основана на системе противоположных цветов и нашла широкое применение в промышленности для описания цвета продукции. Используются шесть простых цветов: белый, черный, красный, желтый, зеленый и голубой. Система NCS используется в 19 странах и принята в качестве стандарта для определения цвета в Швеции, Норвегии и Испании.

45) RAL — цветовой стандарт, разработан в Германии в 1927 году. Были обозначены стандарты на цветовое пространство, разделяя его на диапазоны и обозначая каждый цвет однозначным цифровым индексом. Универсальная система выбора цветов RAL востребована во многих отраслях, где необходимо правильное понимание цвета.

YUV — цветовая модель, в которой цвет представляется как 3 компоненты — яркость (Y) и две цветоразностных (U и V). Модель широко применяется в телевещании и хранении/обработке видеоданных.

46) Основные устройства ввода в компьютерной графике: клавиатуры, световые перья, планшеты, мыши, сканеры.

47) Графи́ческий планше́т — это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. По технологии изготовления графические планшеты делятся на 2 основных типа: электростатические и электромагнитные. При нажатии пера в пределах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов, что позволяет определять координаты нужной точки. Графические планшеты применяются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближённым к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода.

48) Манипуляторы осуществляют непосредственный ввод информации, указывая курсором на экране монитора команду или место ввода данных. Манипуляторы, как правило, подключаются к последовательному порту. Используются для облегчения управления компьютером (ПК). К манипуляторам относятся мышь, клавиатура, трекбол, графический ланшет(дигитайзер), световое перо, тачпад, сенсорный экран.

49) Виртуа́льная реа́льность, ВР, искусственная реальность, электронная реальность, компьютерная модель реальности (англ. virtual reality, VR) — созданный техническими средствами мир (объекты и субъекты), передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. Для создания убедительного комплекса ощущений реальности компьютерный синтез свойств и реакций виртуальной реальности производится в реальном времени.Применение: компьютерные игры, обучение професиям связанным с повышенным риском.

50) Сканеры-устройства ввода. Планшетные сканеры — наиболее популярные устройства ввода. Принцип работы планшетного сканера состоит в том, что вдоль сканируемого изображения, расположенного на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света. Отраженный свет через оптическую систему сканера (состоящую из объектива и зеркал или призмы) попадает на три расположенных параллельно друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС, каждый из которых принимает информацию о RGB-компонентах цвета. Используются для сканирования большинства плоских непрозрачных оригиналов.

 

51) Клавиатуры. Естественным и единственным устройством ввода текста является клавиатура. Для обнаружения нажатия клавиши используется несколько различных способов: механическое замыкание контактов, изменение емкости, изменение магнитного поля, прерывание луча света и т.д. Важными свойствами клавиатуры являются кодировка, используемая для идентификации нажатия клавиши - ASCII, количество клавиш редактирования текста, возможности расширения кодировки за счет нажатия дополнительных клавиш - верхнего и нижнего регистров (Shift), клавиш для задания управляющих символов и кодов (Ctrl, Alt). Существенными являются и эргономические свойства - размеры и расположение клавиш, наличие тактильной обратной связи при нажатии и ощущение контакта при полностью нажатой клавише.

Световое перо. Световое перо служит для непосредственного указания элементов изображения на экране. При аналоговой генерации векторов (символов) можно идентифицировать конкретный вектор (символ). При цифровой генерации векторов можно идентифицировать "рассматриваемую" точку изображения. Из-за нечеткой оптики светового пера и трудностей позиционирования в точку на экране эта возможность практически не нужна. Чаще световое перо используется для указания всего элемента изображения.

Планшеты. Планшеты являются устройствами ввода с непосредственным заданием координат (локаторы). Это одно из важнейших устройств ввода. Пользователь может вводить информацию в компьютер привычным образом, как при использовании карандаша и бумаги.

Мышь. Под "мышкой" понимается небольшое ручное устройство ввода, выдающее приращения координат при перемещении "мышки" по рабочей поверхности (по рабочему столу для механических "мышек" и по специальной пластине для оптических "мышек").

52) Монитор (дисплей) - универсальное устройство визуального отображения всех видов информации.Различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения - активно-матричные и пассивно-матричные жкм.

Принтер – устройство для вывода информации в виде печатных копий текста или графики. Существуют: лазерный, струйный, матричный принтер.

Плоттер (графопостроитель) – устройство, которое чертит графики, рисунки и диаграммы под управлением компьютера. Изображение получается с помощью пера. Используется для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем.

Акустические колонки и наушники – устройство для вывода звуковой информации

53) Электронно-лучевая трубка (кинескоп) предназначена для воспроизведения изображения. Для того, чтобы создать электронный луч 2, применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Электронный луч попадает в экран 10, покрытый люминофором 4. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

54) Большинство мониторов основано на использовании технологии CRT (Cathode Ray Tube). CRT-технологии представляют собой хорошо отработанный и экономически наиболее эффективный метод представления цветных изображений высокого качества, используемый для настольных компьютеров.. Управляющая сетка служит для ограничения интенсивности электронного пучка, испускаемого катодом, путем регулирования напряжения на ней.

55) Экран CRT (белый, зеленый или янтарный) является самым простым. Представленная схема показывает монохромный CRT. Для высвобождения электродов из материала катода используется нагреватель (именно поэтому монитору нужно время, чтобы "прогреться"). Эти отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительно заряженному аноду, расположенному в передней части CRT. Пучок электронов фокусируется в тонкий луч посредством специальных элементов, расположенных рядом с катодом, которые смонтированы в блоке под названием "пушка". Числом электронов и, следовательно, яркостью изображения, управляют при помощи изменения напряжения на сетке.

Достигая передней части CRT, электроны взаимодействуют со специальным фосфорным покрытием, вызывая появление светового излучения. Цвет этого излучения зависит от состава применяемого фосфора.

Для создания изображения луч пробегает по экрану слева направо и сверху вниз, создавая "растровую" сетку. Изображение формируется посредством увеличения или уменьшения яркости точек растра. Точка формируется путем освещения или затемнения. Она называется пикселем (сокращение от "picture element" - "элемент изображения"). Существуют две основных технологии CRT - теневая маска и апертурная решетка.

Определение компьютерной графики. Растровая графика. Принципы, положенные в основу. Составляющие элементы. Применение.

Компью́терная гра́фика (также маши́нная графика) — область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для синтеза (создания) изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира.

Ра́стровое изображе́ние — представляет собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах (растр).

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.

Растровая графика применяется:

· для хранения и обработки полутоновых изображений (сканированные или изначально созданные на компьютере картины, фотографии);

· ретуширование, реставрирование фотографий в цифровом виде;

· создание и обработка видео. Фотомонтаж.

 

12. Достоинства и недостатки растровой графики. Примеры.

 

Достоинства

§ Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла.

§ Распространённость — растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов.

§ Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

§ Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры, а также сотовые телефоны.

Недостатки

§ Большой размер файлов у простых изображений.

§ Невозможность идеального масштабирования.

§ Невозможность вывода на печать на плоттер.