Растровое представление графической информации

Вопросы к рейтингу №2

 

Растровое представление графической информации

 

Итак, растровое изображение представляет из себя набор точек, которые последовательно (по строкам) формируют изображение. Каждая точка запоминается, в том смысле, что запоминается ее цвет. Получившаяся цветная мозаика в конечном счете и производит впечатление единого целого.
Растровый метод хранения картинки хорош тем, что он естественней не только для мониторов, но и для сканеров и принтеров.

Основные недостатки растрового формата: искажение картинки при масштабировании, расходование значительных объемов памяти компьютера.

 

Векторное представление графической информации

 

Векторный способ кодирования изображения (векторная графика) состоит в следующем: рисунок "расчленяется" на простые геометрические фигуры (квадрат, круг, эллипс, прямые, кривые линии и т. д.) и каждый такой элемент хранится в памяти компьютера в виде математической формулы. Изображение составляется из контуров элементов; замкнутые контуры могут быть залиты цветом. Изображение может быть преобразовано в любой размер и качество его при этом не изменится. Именно векторные пакеты позволяют создать модель трехмерного объекта.
Пример редактора векторной графики - программа Corel Draw.

 

Сжатие информации

 

Сжатие (компрессия) имеет очень большое значение при создании файлов с мультимедийной информацией. Без него файлы имели бы неприемлемо большой объем.

Алгоритмы сжатия, используемые при создании файлов, делятся на два класса: обеспечивающие сжатие без потери информации и допускающие некоторую ее потерю. Сжатие без потерь основано на удалении избыточности исходного представления информации, т. е. на применении более экономного кодирования. Такое сжатие еще называют обратимым. Сжатие с потерями базируется на удалении некоторой части информации. В ряде случаев эти потери оказываются практически незаметными для зрения или вполне допустимыми. Это относится главным образом к изображениям типа фотографии. Опыт показывает, что довольно часто за счет незначительной потери качества такого изображения можно существенно сократить объем файла. Сжатие с потерями называют также необратимым.

 

Растровые форматы графических файлов

 

Формат GIF (— формат графического обмена) предназначен для сохранения растровых изображений с количеством цветов не более 256.

Формат PNG (— переносимая графика для сети) был разработан с целью заменить формат GIF. Формат PNG должен был преодолеть недостатки GIF, связанные с ограничением количества цветов. PNG не запатентован и может использоваться бесплатно.

Формат JPEG (— объединенная группа экспертов по фотографии) предназначен для компактного хранения многоцветных изображений с фотографическим качеством.

Формат TIFF (— тэговый формат файлов изображений) был разработан как стандарт для сканированных изображений.

Формат BMP (— растровое изображение Windows) является собственным форматом графического редактора Microsoft Paint, поставляемого вместе с операционной системой Windows. Формат BMP допускает применение алгоритма последовательного сжатия без потерь RLE и может представлять до 16 млн цветов.

Векторные форматы графических файлов

 

Формат SWF, называемый также форматом Flash Player, предназначен для хранения векторной графики и анимационных клипов, которые могут содержать звук. Редактировать SWF-файлы нельзя.

Формат EPS был создан для сохранения объектно-ориентированной графики (содержащей векторные и растровые избражения, контуры, текстовые поля и др.), предназначенной для печати на принтерах.

Формат WMF является собственным векторным форматом Windows. Он понятен практически всем приложениям Windows, так или иначе связанным с векторной графикой, но не воспринимается большинством программ Mac OS.

 

Структура пакета программ компьютерной графики

 

В данную структуру входят средства информационного обеспечения (ИО) и программного обеспечения (ПО).
Средства информационного обеспечения
1. Библиотека

2. Временное хранилище данных
3. Хранилище законченных графических изображений.
Средства программного обеспечения
1. Программы трансляции входных данных.

2. Программы формирования структуры информационной модели.

3. Программы управления базой данных пакета программ КГ (СУБД).
4. Монитор пакета программ КГ.

5. Интерфейс с модулями алгоритмов КГ.

6. Модули алгоритмов КГ.

7. Программы формирования результатов.

8. Программы сопровождения архива изображений.
9. Постпроцессоры.

 

Структура и генерация изображений в компьютерной графике

 

Структура изображения:

Координатная точка

Примитив

Элемент

Графический объект

 

Процесс генерации каждого объекта может быть условно разделен на три части:

1.Спецификация графического объекта, то есть описание элементов, примитивов, координатных точек, образующих объект.

2. Инициализация графического объекта, то есть задание имени и атрибутов, а если необходимо и начальной точки ранее специфицированного объекта, входящего в состав изображения.

3. Визуализация графического объекта - уже инициализированное изображение выводится на внешнее устройство.

 

Представление прямой линии в компьютерной графике

Отрезок прямой линии может быть представлен аналитически с помощью различных методов описания:

1) явного: в виде выражения y=f(x).

2) неявного: f(x,y)=0.

3) параметрического: x=X(µ), y=Y(µ).

 

Алгоритм Брезенхама вычерчивания отрезка прямой линии

 

Основной идеей алгоритма Брезенхама является регистрация средних значений погрешности между идеальным положением каждой точки и той позицией на экране дисплея, в которой она действительно отображается. Погрешности между идеальным и действительным положением точки возникают из-за дискретности экрана дисплея. Следовательно, действительное положение каждой точки на линии требует наилучшей аппроксимации. В каждой итерации цикла вычерчивания линии вызываются две переменные ех (error x) и ey (error y), которые увеличиваются в зависимости от изменения значений координат х и у соответственно. Когда значение погрешности достигает определенного значения, оно вновь устанавливается в исходное положение, а соответствующий счетчик координат увеличивается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока линия не будет полностью вычерчена.

 

Алгоритм Брезенхама вычерчивания окружности

 

Алгоритм основан на приращении координат х и у на величину погрешности между ними. Значение погрешности присваивается переменной  (в программе – delta). Полученная функция выполняет запись точек по окружности, используя свойство симметрии окружности, что позволяет вычислять точки только на дуге 45°.

 

При этом х меняется от х = 0 до х = у = r / v2

 

Задача отсечения в компьютерной графике

 

Если изображение выходит за пределы экрана, то на части дисплеев увеличивается время построения за счет того, что изображение строится в "уме". В некоторых дисплеях это приводит к искажению изображения. Поэтому требуется выполнения отсечения сцены по границам окна видимости.

 

Сплайны в компьютерной графике

Один из наиболее эффективных (по качеству получаемого результата и вычислительным затратам) методов решения этой задачи – применение сплайнов. Сплайн - это очень гладкая кривая. Математически гладкость кривых выражается в терминах непрерывности параметрических представлений x(t) и y(t) и их производных.

x(t) = a₀+ a₁t + a₂t² + a₃t³;

y(t) = b₀+ b₁t + b₂t² + b₃t³.

Этапы построения изображений в 3D

1. Определение координат наблюдателя (по отношению к объекту).

2. Определение зоны визуализации (куда попадают объекты).

3. Построение изображения в оперативной памяти (формирование базы данных математической модели сцены).

4. Проецирование (переход 3D -> 2D).

5. Удаление невидимых линий и поверхностей.

6. Затенение и закраска (переход от каркасного к твердотельному изображению).

7. Визуализация (вывод объекта на экран).

Вопросы к рейтингу №2

 

Растровое представление графической информации

 

Итак, растровое изображение представляет из себя набор точек, которые последовательно (по строкам) формируют изображение. Каждая точка запоминается, в том смысле, что запоминается ее цвет. Получившаяся цветная мозаика в конечном счете и производит впечатление единого целого.
Растровый метод хранения картинки хорош тем, что он естественней не только для мониторов, но и для сканеров и принтеров.

Основные недостатки растрового формата: искажение картинки при масштабировании, расходование значительных объемов памяти компьютера.