Техноголия обработки графической информации

Растровая и векторная графика.

Все создаваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части – растровую и векторную графику. Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселами, каждая из которых может иметь определенный цвет. Диапазон доступных цветов определяется текущей палитрой. Так например для черно-белого изображения в палитре два цвета - черный и белый, для цветных изображений палитра может состоять из 16, 256, 65536, 16777216 т.е. 21,24,28,216,224 а также 232.

В противоположность этому векторное изображение многослойно. Каждый элемент этого изображения - линия, прямоугольник, окружность или фрагмент текста - располагается в своем собственном слое, пикселы которого устанавливаются совершенно независимо от других слоёв. Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью специального языка (мат. уравнения линий, дуг, окружности и т.д.). Кроме того, сложные объекты (ломанные линии, различные геометрические фигуры) описываются как совокупность элементарных графических объектов (линий, дуг и т.д.).

Такое векторное изображение представляет собой совокупность слоев содержащих различные графические объекты. Слои накладываясь друг на друга формируют цельное изображение.

Объекты векторного изображения, могут произвольно без потери качества изменять свои размеры.

При изменении размеров объектов растрового изображения происходит потеря качества. Например при увеличении растрового изображения увеличивается зернистость.

Графические редакторы

В настоящее время имеется множество программ для редактирования графических изображений. Эти программы в соответствии с делением графики на растровую и векторную можно условно разделить на два класса:

1. Программ для работы с растровой графикой.

2. Программ для работы с векторной графикой.

Компьютерная графика (предмет и область применения), виды.

Предмет КГ. Области применения КГ. Совр. Тенденции развития КГ.

Компьютерная графика (КГ) – это область информатики, включающая все аспекты формирования изображений с помощью компьютеров. В том случае, если пользователь может управлять характеристиками объектов, говорят об интерактивной компьютерной графике.

Cсовременные системы машинной графики позволяют создавать изображения, практически неотличимые по качеству от фотографических снимков.

При обработке информации, связанной с изображением на мониторе, принято выделять три основных направления: распознавание образов, обработку изображений и машинную графику.

Основная задача распознавания образов состоит в преобразовании уже имеющегося изображения на формально понятный язык символов. Распознавание образов, или система технического зрения (COMPUTER VISION), – совокупность методов, позволяющих получить описание изображения, поданного на вход, либо отнести заданное изображение к некоторому классу. Одной из задач COMPUTER VISION является так называемая «скелетизация» объектов, при которой восстанавливается некая основа объекта, его «скелет».

Обработка изображений (IMAGE PROCESSING) рассматривает задачи, в которых и входные, и выходные данные являются изображениями, например, передача изображения с устранением шумов и сжатием данных, переход от одного вида изображения к другому (от цветного к черно-белому) и т.д.

Компьютерная (машинная) графика (COMPUTER GRAPHICS) воспроизводит изображение в случае, когда исходной является информация неизобразительной природы, например визуализация экспериментальных данных в виде графиков, гистограмм или диаграмм, вывод информации на экран в компьютерных играх, синтез сцен на тренажерах.

Области применения компьютерной графики:

Отображение информации. Отображение статистических данных, результатов моделирования.

Проектирование.

– Системы CAD/CAM используются сегодня в различных областях инженерной конструкторской деятельности: от проектирования микросхем до создания самолетов.

– Архитектура. Есть ряд эффектных применений КГ в области проектирования стадионов и дизайна спортивного инвентаря.

– Медицина.

Моделирование. Моделирование реальной обстановки (симуляторы), построение фотореалистических изображений, формирование виртуальной реальности (VR – virtual reality).

4. Пользовательский интерфейс, например MS Windows, X-Windows, Mac OS и др.

Сегодня интерактивная машинная графика стала доступна уже не только узкому кругу специалистов. Мощные процессоры и современные программы сделали общение человека с ЭВМ настолько простым, что рисовать и даже проектировать с помощью ЭВМ может практически любой пользователь”.

D-графика достигла максимальной скорости (для классических задач и разрешений). Все поставляемые сегодня ПК имеют возможности 3D-графики.

Активно развивается «новое» направление КГ – обработка видеоинформации.

Иды компьютерной графики.

Несмотря на то что для работы с компьютерной графикой существует множество классов программного обеспечения, различают всего три вида компьютерной графики. Это растровая графика, векторная графика и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

 

Растровая компьютерная графика.

Растровую графику применяют при разработке электронных (мулътимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют сканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно, большинство графических растровых редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации.

 

Векторная компьютерная графика.

Программные средства для работы с векторной графикой наоборот предназначены, в первую очередь, 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 намного проще. Существуют примеры высокохудожественных произведений, созданных средствами векторной графики, но они скорее исключение, чем правило, поскольку художественная подготовка иллюстраций средствами векторной графики чрезвычайно сложна.

 

Фрактальная компьютерная графика.

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 редко применяют для создания печатных или электронных документов, но ее часто используют в развлекательных программах.

Цвет в компьютерной графике. Способы описания цвета. Цветовые модели.

Система аддитивных цветов

Если с близкого расстояния (а ещё лучше с помощью лупы) посмотреть на экран работающего монитора или телевизора, то нетрудно увидеть множество мельчайших точек красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue) цветов. Дело в том, что на поверхности экрана расположены тысячи фосфоресцирующих цветовых точек, которые бомбардируются электронами с большой скоростью. Цветовые точки излучают свет под воздействием электронного луча. Так как размеры этих точек очень малы (около 0,3 мм в диаметре), соседние разноцветные точки сливаются, формируя все другие цвета и оттенки, например:

красный + зеленый = желтый,

красный + синий = пурпурный,

зеленый + синий = голубой,

красный + зеленый + синий = белый.

Компьютер может точно управлять количеством света, излучаемого через каждую точку экрана. Поэтому, изменяя интенсивность свечения цветных точек, можно создать большое многообразие оттенков.

Таким образом, аддитивный (add — присоединять) цвет получается при объединении (суммировании) лучей трех основных цветов — красного, зеленого и синего. Если интенсивность каждого из них достигает 100%, то получается белый цвет. Отсутствие всех трех цветов дает черный цвет. Систему аддитивных цветов, используемую в компьютерных мониторах, принято обозначать аббревиатурой RGB.

Рис. 2. Диалоговое окно программы CorelDraw для формирования цвета в системе RGB

Рис. 3. Диалоговое окно для выбора цвета в программе Adobe Photoshop

В большинстве программ для создания и редактирования изображений пользователь имеет возможность сформировать свой собственный цвет (в дополнение к предлагаемым палитрам), используя красную, зеленую и синюю компоненты. Как правило, графические программы позволяют комбинировать требуемый цвет из 256 оттенков красного, 256 оттенков зеленого и 256 оттенков синего. Как нетрудно подсчитать, 256 х 256 х 256 = 16,7 миллионов цветов. Вид диалогового окна для задания произвольного цветового оттенка в разных программах может быть различным (рис. 2,3,4).

Таким образом, пользователь может выбрать готовый цвет из встроенной палитры или создать свой собственный оттенок, указав в полях ввода значения яркостей R, G и В для красной, зеленой и синей цветовых составляющих в диапазоне от 0 до 255 (рис. 2,3,4).

Далее вновь созданный цвет может быть использован для рисования и закрашивания фрагментов изображения.

Рис. 4. Диалоговое окно для выбора цвета в графическом редакторе Paint
(стандартная программа WINDOWS)

В программе CorelDRAW цветовая модель RGB дополнительно представляется в виде трёхмерной системы координат (рис. 2), в которой нулевая точка соответствует чёрному цвету. Оси координат соответствуют основным цветам, а каждая из трёх координат в диапазоне от 0 до 255 отражает «вклад» того или иного основного цвета в результирующий оттенок. Перемещение указателей («ползунков») по осям системы координат влияет на изменение значений в полях ввода, и наоборот. На диагонали, соединяющей начало координат и точку, в которой все составляющие имеют максимальный уровень яркости, располагаются оттенки серого цвета — от чёрного до белого (оттенки серого цвета получаются при равных значениях уровней яркости всех трёх составляющих).

Так как бумага не излучает свет, цветовая модель RGB не может быть использована для создания изображения на печатаемой странице.