24.04.20г
Тема: Типы графических изображений.
Компьютерная графика — область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.
Области применения компьютерной графики. Современное применение компьютерной графики очень разнообразно. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.
Научная графика. Это направление появилось самым первым. Назначение – наглядное изображение объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов.
Деловая графика. Эта область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы.
Чаще всего это графики, круговые и столбчатые диаграммы
Программные средства деловой графики обычно включаются в состав табличных процессоров (электронных таблиц).
Конструкторская графика. Используется в работе инженеров-конструкторов, изобретателей новой техники.
Графика в сочетании с расчетами позволяет проводить в наглядной форме поиск оптимальной конструкции, наиболее удачной компоновки деталей, прогнозировать последствия, к которым могут привести изменения в конструкции. Средствами конструкторской графики можно получать плоские изображения (проекции, сечения) и пространственные, трехмерные, изображения.
Иллюстративная графика. Программные средства иллюстративной графики позволяют 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. Пакеты иллюстративной графики не имеют какой-то производственной направленности. Поэтому они относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения.
Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.
Художественная и рекламная графика. Это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации и многое другое.
Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этого класса графических пакетов является возможность создания реалистических (очень близких к естественным) изображений, а также «движущихся картинок».
Получение движущихся изображений на ЭВМ называется компьютерной анимацией. Слово «анимация» обозначает «оживление» (родственное английскому— животное).
Мультимедиа - одно из ведущих направлений развития современных информационных технологий. Под словом «мультимедиа» понимают воздействие на пользователя по нескольким информационным каналам. Можно еще сказать так: мультимедиа - это интерактивные системы, обеспечивающие работу со статическими изображениями, видеокадрами, анимацией, текстом и звуком.
Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.
Кроме того, в зависимости от способа формирования изображения, компьютерную графику можно разделить на следующие виды:
- Растровая графика.
- Векторная графика.
- Трехмерная графика.
- Фрактальная графика.
- Символьная графика (устарела и на сегодняшний день практически не используется, поэтому рассматривать ее не будем)
Растровое изображение
Растровое изображение составляется из мельчайших точек (пикселов) – цветных квадратиков одинакового размера. Растровое изображение подобно мозаике - когда приближаете (увеличиваете) его, то видите отдельные пиксели, а если удаляете (уменьшаете), пиксели сливаются.
Компьютер хранит параметры каждой точки изображения (её цвет, координаты).
Причём каждая точка представляется определенным количеством бит (в зависимости
от глубины цвета). При открытии файла программа прорисовывает такую картину как
мозаику – как последовательность точек массива. Глубина цвета - сколько битов
отведено на хранение цвета каждой точки:
- в черно-белом - 1 бит
- в полутоновом - 8 бит
- в цветном - 24 (32) бита на каждую точку.
Растровые файлы имеют сравнительно большой размер, т.к. компьютер хранит параметры всех точек изображения.
Поэтому размер файла зависит от параметров точек и их количества:
- от глубины цвета точек,
- от размера изображения (в большем размере вмещается больше точек),
- от разрешения изображения (при большем разрешении на единицу площади изображения приходится больше точек).
Чтобы увеличить изображение, приходится увеличивать размер пикселей-квадратиков. В итоге изображение получается ступенчатым, зернистым.
Для уменьшения изображения приходится несколько соседних точек преобразовывать в одну или выбрасывать лишние точки. В результате изображение искажается: его мелкие детали становятся неразборчивыми (или могут вообще исчезнуть), картинка теряет четкость.
Как Вы думаете, растровое изображение масштабируется с потерей качества или нет? (Растровое изображение масштабируется с потерей качества)
Растровое изображение нельзя расчленить. Оно «литое», состоит из массива точек. Поэтому в программах для обработки растровой графики предусмотрен ряд инструментов для выделения элементов «вручную».
Близкими аналогами являются живопись, фотография
Программы для работы с растровой графикой:
Paint
Microsoft Photo Editor
Adobe Photo Shop
Fractal Design Painter
Micrografx Picture Publisher
Применение:
- для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов. Например, для:
- ретуширования, реставрирования фотографий;
- создания и обработки фотомонтажа, коллажей;
- применения к изображениям различных спецэффектов;
- после сканирования изображения получаются в растровом виде
Векторное изображение
Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике. Линия – элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом. Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно, представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.
Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде математических формул. При открытии файла программа прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам (уравнениям).
Векторное изображение масштабируется без потери качества: масштабирование изображения происходит при помощи математических операций: параметры примитивов просто умножаются на коэффициент масштабирования.
Изображение может быть преобразовано в любой размер
(от логотипа на визитной карточке до стенда на улице) и при этом его качество
не изменится.
Векторное изображение можно расчленить на отдельные элементы (линии или фигуры), и каждый редактировать, трансформировать независимо.
Векторные файлы имеют сравнительно небольшой размер, т.к. компьютер запоминает только начальные и конечные координаты элементов изображения -этого достаточно для описания элементов в виде математических формул. Размер файла как правило не зависит от размера изображаемых объектов, но зависит от сложности изображения: количества объектов на одном рисунке (при большем их числе компьютер должен хранить больше формул для их построения), характера заливки - однотонной или градиентной) и пр. Понятие «разрешение» не применимо к векторным изображениям.
Векторные изображения: более схематичны, менее реалистичны, чем растровые изображения, «не фотографичны».
Близкими аналогами являются слайды мультфильмов, представление математических функций на графике.
Программы для работы с векторной графикой:
Corel Draw, Adobe Illustrator, Fractal Design Expression, Macromedia Freehand, AutoCAD
Применение:
- для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений;
- для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем;
- для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов;
- для моделирования объектов изображения;
- для создания 3-х мерных изображений;
Трехмерная графика
Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и “гладкость” поверхности в целом.
Настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;
Задать траектории движения объектов;
рассчитать результирующую последовательность кадров;
наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.
Программы для работы с трехмерной графикой:
3D Studio MAX 5, AutoCAD, Компас
Применение:
- научные расчеты,
- инженерное проектирование,
- компьютерное моделирование физических объектов
- изделия в машиностроении,
- видеороликах,
- архитектуре,
- изделиях машиностроения изображения моделируются и перемещаются в пространстве.
Фрактальная графика
Фрактальная графика – одна из быстроразвивающихся и перспективных видов компьютерной графики. Математическая основа - фрактальная геометрия. Фрактал – структура, состоящая из частей, подобных целому. Одним из основных свойств является самоподобие. Фрактус – состоящий из фрагментов)
Объекты называются самоподобными, когда увеличенные части объекта походят на сам объект. Небольшая часть фрактала содержит информацию о всем фрактале.
В центре находится простейший элемент – равносторонний треугольник, который получил название - фрактальный.
На среднем отрезке сторон строятся равносторонние треугольники со стороной =1/3а от стороны исходного фрактального треугольника
В свою очередь на средних отрезках сторон, являющихся объектами первого поколения строятся треугольника второго поколения 1/9 от стороны исходного треугольника.
Таким образом, мелкие объекты повторяют свойства всего объекта. Процесс наследования можно продолжать до бесконечности.
Полученный объект носит название – фрактальной фигуры.
Абстрактные композиции можно сравнить со снежинкой, с кристаллом.
Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям.
Программа для работы с фрактальной графикой:
Фрактальная вселенная 4.0 fracplanet
Применяют:
- Математики,
- Художники
Форматы файлов
Сравнительная характеристика (в презентации)
|
Растровое изображение |
Векторное изображение |
Трехмерное изображение |
Фрактальное изображение |
|
|
Кодирование изображений: |
составляется из мельчайших точек пикселов) – цветных квадратиков одинакового размера. |
состоит из контуров элементов (прямых, кривых линий, геометрических фигур), которые могут быть залиты цветом |
состоит из контуров элементов |
Базовым элементом является сама математическая формула, хранится изображение и строится по уравнениям. |
|
Применение |
для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов. Например, для: ретуширования, создания и обработки фотомонтажа, коллажей; применения к изображениям различных спецэффектов; после сканирования изображения получаются в растровом виде |
для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений; для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем; для рисованных изображений с четкими контурами, для моделирования для создания 3-х мерных изображений; |
в архитектуре, в рекламе видеороликах, изделиях машиностроения изображения моделируются и перемещаются в пространстве научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов изделия в машиностроении, |
В математике, изобразительном искусстве |
|
Масштабирование |
масштабируется с потерей качества |
масштабируется без потери качества |
масштабируется без потери качества |
масштабируется без потери качества |
|
Реалистичность |
реалистичны, обладают высокой точностью передачи градаций цветов и полутонов |
более схематичны, |
более схематичны |
реалистичны |
|
Программныепродукты |
Paint Microsoft Photo Editor Adobe Photo Shop Fractal Design Painter Micrografx Picture Publisher |
Corel Draw Adobe Illustrator Fractal Design Expression Macromedia Freehand AutoCAD RMRDraw |
3DStudio MAX 5 AutoCAD Компас ArhiCad Blackdown Java3D ALIAS WAVEFRONT MAYA 5.0 GraphiSoft ArchiCAD 8.1 |
Фрактальная вселенная 4.0 Fracplanet The Fractory
|
|
Аналоги |
близкими аналогами являются живопись, фотография |
близкими аналогами являются слайды мультфильмов, представление математических функций на графике |
Графика в компьютерных играх. |
близкими аналогами являются снежинка, кристалл |
|
Форматы |
BMP-Windows Bitmap TIF-Tagged Image File Format PCX- PC Paintbrush PSD - Photoshop PCT-Macintosh P1CT GIF-CompuServe GIF PCD-Kodak Photo CD TGA-True Vision Targa DIB-Windows DIB PMG-Portable Network Graphics JPEG - JPEG |
VMF- Windows Metafile EMF - Windows Enhanced Metafile CGM - Computer Graphics Metafile EPS - Encapsulated PostScript DRW - Micrografx Desiner/Draw DXF - AutoCadformat 2-OT CDR - CorelDraw WPG - DrawPerfect PIC - Lotus 1-2-3 Graphics HGL - HP Graphics Language |
POV-Ray |
Вопросы:
- Перечислите все виды графики
- Какая графика устарела и практически не используется на сегодняшний день?
- В чем преимущества растровой графики?
- В чем недостатки растровой графики?
- В чем преимущества векторной графики?
- В чем недостатки векторной графики?
- Какая графика используется при создании компьютерных игр?