Понятие компьютерной графики.

Компьютерная графика — область деятельности, в которой компьютеры используются в качестве инструмента, как для синтеза (создания)изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира.

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

По способам задания изображений графику можно разделить на категории:

1. Двумерная графика

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, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

а. Векторная графика

(прод. 35)

Векторная графика представл. Изобр. как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольн., а также, как общий случай, кривые некоторого порядка. Изображ. может без потерь асштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой.

б. Растровая графика

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. Без особых потерь растровые изображения можно только лишь уменьшать, хотя некоторые детали изображения тогда исчезнут навсегда, что иначе в векторном представлении. Увеличение же растровых изображений оборачивается «красивым» видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были пикселями.

в. Фрактальная графика

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

2. Трёхмерная графика

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.

Всеми визуальными преобразованиями в векторной (полигональной) 3D-графике управляют матрицы. В компьютерной графике используется три вида матриц: - матрица поворота; - матрица сдвига; - матрица масштабирования.

3. CGI графика

CGI (англ. computer-generated imagery, букв. «изображения, созданное компьютером») — изображения, получаемые компьютером на основе расчета 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.

 

Классификация компьютерной графики и средств работы с графикой.

Множество графических изображений, выводимых на экран компьютера, представляет компьютерную графику. Ее можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим основные из них.

Способ формирования изображения является основополагающим классификационным признаком графики, так как он не только лежит в основе качества изображения, выводимого на экран, но и определяет возможности редактирования и емкость занимаемой при хранен. изображения памяти, а также поведение графического объекта при различных технических характерист. монитора. По этому признаку выделяют три вида компьютерной графики: растровую, векторную и фрактальную.

В растровой графике изображение представляется множеством точек (пикселей), размещаемых по фиксированным строкам (растрам). Она, в основном, используется при работе с картинками, полученными при фотографии, киносъемке, сканировании, поэтому главным назначениям средств работы с такой графикой можно назвать редактирование изображений.

Векторная графика предназначена для создания изображений в виде совокупности линий (векторов). Такие картинки широко используются в редакционной, оформительской, чертежной, проектно-конструкторской работе, в картографии. Характерными отличительными чертами векторной графики можно назвать следующие:

- основной элемент изображения – линия, которая на экране воспроизводится совокупностью точек, однако строится она по вычисленным координатам (вычисляемая графика), отталкиваясь от координат ее начала и конца.

- изменение размера или угла наклона линии не ведет к изменению занимаемой ею памяти.

Фрактальная графика – вычисляемая графика, основанная на программировании изображения. Поэтому она обычно используется для построения графиков и диаграмм. Отличительными чертами фрактальной графики можно назвать:

- изображение формируется по уравнениям;

- в памяти хранятся не объекты, а их уравнения;

- позволяет моделировать путем математических вычислений сложные, причудливые и необычные рисунки.

По размерности получаемого изображения компьютерную графику можно разделить на следующие группы:

1. двумерная компьютерная графика – 2D-графика – плоские 2-мерные изображения. Используется в полиграфических комплексах, в дизайнерских, презентационных, анимационных программах

2. трехмерная компьютерная графика – 3D-графика – графика с объемным изображением.

По динамике изображения графика может быть:

1. статическая графика – компьютерная графика с неизменяющимися картинками;

2. компьютерная анимация – графика с изменяющимися 2-х и 3-х-мерными изображениями. Приложения, работающие с такой графикой можно подразделить на: программы 2-х и 3-х-мерного моделирования; программы 2-х и 3-х-мерной анимации; презентационные пакеты.

По назначению графику можно разделить на группы: для полиграфии; для компьютерной живописи; для презентаций; для кино, рекламы, клипов; деловая графика – для отображения данных экономических расчетов в виде графиков и диаграмм различных типов; научная графика – для представления научных объектов различной природы, например, для виртуальной визуализации каких-либо процессов и явлений; конструкторская графика – для 2-х и 3-х-мерного моделирования различных объектов (схемотехника, дизайн, проектирование, инженерные разработки, и пр.).

 

Векторная графика.

Векторная графика — это изображения, созданные (а точнее будет сказать — описанные), при помощи математических формул. В отличии от растровой графики, которая является ни чем иным, как массивом цветных пикселов и хранит информацию для каждого из них, векторная графика — это набор графических примитивов, описанных математическими формулами. Например, для того, чтобы построить прямую на экране нужно всего лишь знать координаты точек начала и конца прямой и цвет, которым ее нужно нарисовать, а для построения многоугольн. — координаты вершин, цвет заливки и, если необх., цвет обводки.

Благодаря такому способу представления графической информации, векторное изображение можно не только масштабировать как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, но так же можно перегруппировывать примитивы и менять их форму для создания совершенно других изображений из тех же объектов.

Достоинства векторной графики:

- Небольшой размер файла при относительно несложной детализации изображения.

- Возможность неограниченного масштабирования без потери качества.

- Возможность перемещения, вращения, растягивания, группировки и т.д.так же без потери качества.

- Возможность позиционирования объектов по оси, перпендикулярной плоскости экрана (по оси z — «выше», «ниже», «выше всех», «ниже всех»).

- Возможность выполнения булевых преобразований над объектами — сложение, вычитание, пересечение, дополнение.

- Управление толщиной линий при любом масштабе изображения.

Недостатки векторной графики:

- Большой размер файла при сложной детализации изображения. (Бывают случаи, что из‑за множства мелких сложных деталей размер векторного изображения гораздо превышает размер его растровой копии)

- Трудность передачи фотореалистичного изображения (следует из 1‑го недостатка)

- Проблемы совместимости программ, работающих с векторной графикой, при этом не все программы открывают (или корректно отображают) даже «общепринятые» форматы (такие как eps), созданные в других редакторах.

 

Растровая графика.

Растровая графика — это изображения, составленные из пикселов — маленьких цветных квадратиков, размещенных в прямоугольной сетке. Пиксел — это самая маленькая единица цифрового изображения. Качество растрового изображения напрямую зависит от количества пикселов, из которых оно состоит — чем больше пикселов тем больше деталей можно отобразить. Увеличить растровое изображение путем тупого увеличения масштаба не получится — число пикселов увеличить невозможно, в этом, я думаю, многие убеждались, когда старались разглядеть мелкие детали на маленькой цифровой фотографии, приближая ее на экране; в результате этого действия разглядеть что‑то кроме увеличивающихся квадратиков (это как раз они — пикселы) не удавалось. Такой фокус удается только агентам ЦРУ в голливудских фильмах, когда они с помощью увеличения картинки с камеры внешнего наблюдения распознают номера машины. Если вы не являетесь сотрудником этой структуры и не владеете такой волшебной аппаратурой — ничего у вас не выйдет.

У растрового изображения есть несколько характеристик. Для фотостокера самыми важными являются: разрешение, размер и цветовая модель.

Разрешение — это количество пикселей на дюйм (ppi — pixel per inch) для описания отображения на экране или количество точек на дюйм (dpi — dot per inch) для печати изображений.

Размер — общее количество пикселов в изображении, обычно измеряется в Мп (мегапикселах), это всего лишь результат умножения количества пикселов по высоте на количество пикселов по ширине изображения.

Цветовая модель — характеристика изображения, описывающая его представление на основе цветовых каналов.

Достоинства растровой графики:

- Возможность воспроизведения изображений любого уровня сложности. Количество деталей, воспроизводимых на изображении во многом зависит от количества пикселов.

- Точная передача цветовых переходов.

- Наличие множества программ для отображения и редактирования растровой графики. Абсолютное большинство программ поддерживают одинаковые форматы файлов растровой графики. Растровое представление, пожалуй, самый «старый» способ хранения цифровых изображений.

Недостатки растровой графики:

- Большой размер файла. Фактически для каждого пиксела приходится хранить информацию о его координатах и цвете.

- Невозможность масштабирования (в часности, увеличения) изображения без потери качества.