1. Виды комп. Графики. Растровая

Компьютерная графика – специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. Она охватывает все виды и формы представления изображений (Изображение-это отображение двоичного множества ), доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе.

Растр – малый по размеру квадратный элемент (ячейка, точка). Отсюда, растровые изображения состоят из матрицы растров.

Для растровых изображений особую важность имеет понятие разрешения (растрирование), выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины.

Частота сетки растра изменяется числом линий на дюйм (lines per inch - lpi) и называется линиатурой При этом следует различать:

• разрешение оригинала

• разрешение экранного изображения

• разрешение печатного изображения

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots perinch – dpi) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом. Пиксель характеризуется положением на экране дисплея (координаты x,y) и цветом. Размер пикселя варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешения оригинала и масштаба отображения.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 20-21 дюйм (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения : 640*480 точек, 800*600 точек, 1024*768 точек, 1600*1200 точек, 1600*1280 точек, 920*1200 точек, 1920*1600 точек. Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22 – 0,25 мм.

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150-200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200 – 300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.

Разрешение печатного изображения. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т.д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала.

2. Виды комп. Графики. Векторная

Векторная графика - раздел компьютерной графики, изучающий методы и средства создания и обработки изображений, состоящих из линий (векторов) с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов.

Если в растровой графике базовым элементом является растр, то в векторной графике - линия. Кстати, точку в векторной графике тоже можно рассматривать как линию, имеющую бесконечно малую длину

Кривые Безье. Это особый упрощенный вид кривых третьего порядка. Метод построения кривой Безье основан на использовании пары касательных, проведенных к отрезку линии в ее окончаниях. Отрезки кривых Безье описываются восемью параметрами, поэтому работать с ними удобнее. На форму линии влияет угол наклона касательной и длина ее отрезка. Таким образом, касательные играют роль виртуальных "рычагов", с помощью которых управляют кривой.

3. Виды комп. Графики. Фрактальная

Фрактальная графика - раздел компьютерной графики, изучающий методы и средства создания и обработки изображений, состоящих из фракталов с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов

Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является фрактал.

Фрактал - самоподобная структура, состоящая из частей, каждая из которых в каком-то смысле подобна целому

Фракталы классифицируются на:

Геометрические фракталы. В двумерном случае их получают с помощью некоторой ломаной (или поверхности в трехмерном случае), называемой генератором. За один шаг алгоритма каждый из отрезков, составляющих ломанную, заменяется на ломаную - генератор, в соответствующем масштабе. В результате бесконечного повторения этой процедуры, получается геометрический фрактал.

Алгебраические фракталы. Получают их с помощью нелинейных процессов в n-мерных пространствах. Наиболее изучены двухмерные процессы. Интерпретируя нелинейный итерационный процесс, как дискретную динамическую систему, можно пользоваться терминологией теории этих систем: фазовый портрет, установившийся процесс, аттрактор и т.д.

Стохастические фракталы.

Стохастические фракталы получаются в том случае, если в итерационном процессе случайным образом менять какие-либо его параметры. При этом получаются объекты очень похожие на природные – несимметричные деревья, изрезанные береговые линии и т.д.

4. Способы описания цвета. Модель XYZ

В 1931 г. был спланирован эксперимент: замер цветовой реакции человека на свет различного спектрального состава (красный, зелёный и синий ) Выведены три основных цвета X, Y и Z. Основные цвета определены как некие спектральные распределения энергии. В виде кривых распределения чувствительности глаза. Это распределение представляет собой сумму кривых реакций глаза.

Чувствительность красных колбочек глаза, распределение энергии для основного цвета X имеет два максимума.

Имеем два графика распределения энергии для Y и Z, где Y – соответствуют синему цвету, а Z – зеленому.

Цвета X, Y и Z выбраны так, чтобы при смешении их в равных пропорциях получается белый цвет. Чтобы уменьшить размерность цветового пространства, введём понятие цветности. Цветность это цвет, нормированный по полному количеству света, т.е. по яркости и характеризуется только доминирующей длиной волны (тоном) и насыщенностью.

Коэффициенты цветности стандартизированной колометрической системы.

x = Х/(Х+Y+Z), y = Y/(Х+Y+Z), z = Z /(Х+Y+Z).

И x+y+z=1.

5. Способы описания цвета. Цветовая модель RGB

Этими компонентами, которые называются первичными цветами, являются красный, зеленый и синий цвета (RGB ). Цветовая модель RGB является аддитивной, то есть любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основой при создании и обработки компьютерной графики, предназначенной для электронного воспроизведения ( на мониторе, телевизоре). При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Совмещение трех компонентов дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровнях тона черному цвету соответствуют нулевые значения RGB , а белому – максимальные с координатами(255, 255, 255).

6. Способы описания цвета. Цветовая модель CMYK

должна поглощать весь спектр, образуя в результате черный цвет. Однако из-за того, что ни одна печатная краска не является абсолютно чистой и обязательно содержит те или иные примеси, на практике комбинация всех вторичных цветов дает грязно-коричневый цвет. Чтобы получить настоящий черный цвет, приходится к этим трем краскам добавлять четвертую - черную (K). Буква "K" использована для того, чтобы избежать путаницы, поскольку в английском языке с буквы "B" начинается не только слово black (черный), но и слово blue (синий). Использование этих красок для цветного репродуцирования называется четырех красочной составной печатью.

Цветовая модель CMYK относится к субтрактивным, и ее используют при подготовки публикаций к печати. Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полученные вычитанием основных из белого:

Голубой( cyan) = белый – красный = зеленый + синий;

Пурпурный (magenta) = белый – зеленый = красный + синий;

Желтый (yellow) = белый – синий = красный + зеленый.

7. Способы описания цвета. CIELAB

Цветовая модель Lab основана на оригинальной разработке, предложенной Международной комиссией по освещению (CIE) в 1931 году в качестве международного стандарта измерения цветов. В 1976 году эта модель была усовершенствована и названа CIE Lab.

В рамках модели Lab любой цвет определяется светлотой (L) и двумя хроматическими компонентами: параметром а, который изменяется в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого.

Формулы для преобразования XYZ к CIELAB основаны на:

116 (Y/Yn)^1/3-16, если Y/Y n> 0.008856

L* = ;

903.3 (Y/Yn), если Y/Y n <0.008856

a = 500 (f(X/Х_n) - f (Y/Y_n))

b = 200 (f(Y/Y_n) – f(Z/Z_n)),

t ^1/3, если t> 0.008856

f (t) =:

7.787 * t + 16/116, если t 0.008856

L* изменяется от 0 до 100.

X, Y и Z, стандартизированным к 1.

С одной стороны, система основана на XYZ первичных цветах, с другой она включает дополнительную цветную модель. Оттенок и насыщенность определен координатами с и h, которые могут иметь, и положительные и отрицательные величины.

Как к стандартным цветным треугольником эта цветовая система представляет все цвета воспринимаемые человеческим глазом. Имеются полярные параметры, которые соответствуют визуальному опыту цветов насыщенность с, тон h.

Числовые ценности для насыщенности и оттенка получены из с и h :

Оттенок: h = arctg(b/a ) (Это передает угол между цветным вектором и + ось)

Насыщенность: c = (a2 + b2) ^1/2 (Это соответствует расстоянию между ахроматической точкой и точкой необходимой насыщенности (вектор))

Третья характеристика, яркость, представлена вертикально посредством масштаба яркости, обозначил L в пределах от 0 (черный) к 100 (белый).

Наилучшее представление модели LAB имеет следующий вид:

Горизонтальная развертка CIELAB модели показывает пространство, которое изображает яркость. Это означает, что каждый цвет может быть, точно определен используя a и b вместе с яркостью L = const.

Заключение

Глаз предоставляет мозгу информацию о разнице светлого и тёмного, разницу зелёного и красного, разницу синего и желтого. Это и есть Lab.

Модель Lab призвана разрешить проблему множественности подходов к цветному репродуцированию, вызванную использованием различных типов мониторов и выводных устройств. Эта модель задумана как аппаратно-независимая. Иными словами, она воссоздает одни и те же цвета независимо от особенностей устройства (монитора, принтера или компьютера), которое используется для создания или вывода изображений, в то время, как другие имеют применение только лишь к конкретному устройству. Использование с и h дает хороший результат для представления пространства LAB. за счет этого, модель мы видим более наглядно. Наглядность очень важна для творческих людей.

8. Классификация устройств вывода

Классификация механических методов печати

Классификация немеханических методов печати

Классификация методов печати текстов

Посимвольно-ориентированные методы гарантируют высокое качество текста, но для графического представления они вряд ли применимы. Растрово-ориентированные методы подходят также и для графического вывода.

9. Матричный принтер

Он позволяет довольно качественно выводить текст и формировать графические изображения в основном для вспомогательных целей.

Основной элемент матричного принтера - печатающая головка, содержащая от 7 до 48 вертикально расположенных штырьков (игл), с шишечкой, выталкиваемых электромагнитами до соударения с красящей лентой.

Цветные принтеры, в зависимости от используемой бумаги, работают в один или несколько проходов. Если возможно использование обычной бумаги, то все цвета печатаются в каждой строке, прежде чем произойдет перемещение к следующей. Цвет переключается механически вертикальным смещением красящей ленты. В более скоростных (и дорогостоящих) цветных принтерах, использующих специальную толстую перфорированную бумагу, лента состоит из трех частей: красной, желто-зеленой и синей. Печать происходит постранично в три прохода.

Забота о неналожении точек различных цветов друг на друга возлагается на пользователя. При повторной печати точки другим цветом краситель с бумаги частично переносится на ленту, поэтому ленты быстро мажутся, особенно, светлых оттенков.

Обычно имеется два режима работы - символьный и графический. В символьном режиме принтер, используя внутреннее растровое описание шрифтов, сам управляет печатью строк. В графическом режиме пользователь должен сам подготовить поточечное описание строк.

Скорости печати в символьном режиме порядка первых сотен символов в секунду (120, 120-200, более 200). Скорости печати строк в минуту также первые сотни (до 200, 200-400, более 400).

10. Струйная печать

Набор сопел для чернил размещается в головке печати, с, по крайней, мере одним соплом на один субтрактивный цвет. Нынешние модели базируются на технологиях: "капля по запросу", "пузырьковой технологии струйной печати"

Цилиндрический пьезоэлектрический кристалл плотно надет на резиновую трубку, заканчивающуюся соплом. При подаче напряжения на кристалл трубка обжимается и выбрасывает каплю чернил в сопло. Дроссель служит для того, чтобы при обжатии трубки чернила выбрасывались только в сопло, а не в резервуар с чернилами.

Количество сопел одного цвета, требуемое разрешением и скоростью печати, вертикально размещается в печатающей головке. Для цветной печати обычно используется три цвета - желтый, голубой, малиновый. Часто добавляется дополнительный черный цвет.

Суммарная скорость печати в целом невысока - от 20 до 50 символов в секунду и порядка 90 секунд на лист формата А4 в графическом режиме.

Достоинством устройств струйной печати является малое энергопотребление и практически бесшумная работа.

Фирма Seiko Epson Corporation разработала новую технологию струйной печати (Micro Piezo, Micro Dot и Micro Wave), отличтительным свойством которой является управление мениском чернил в сопле. Технология позволяет управлять размером и формой чернильных пятен, повысить скорость выстреливания капель, увеличить количество оттенков до шести, включая полутона, и устранить зернистость. Технология позволяет получить разрешение до 1440 точек на дюйм (  57 точек на мм). Принцип работы струйных принтеров, использующих новую технологию, представлен на рис. 8. На рис. 9 показаны результаты печати по технологиям Micro Dot и традиционной.

11. Лазерный принтер

Лазерные принтеры используют ксерографический (электрофотографический) метод печати, который также применяется в большинстве аппаратов копирования.

Слой фоточувствительного селена, нанесенный на алюминиевый барабан, в темном боксе аппарата получает равномерный положительный поверхностный заряд с помощью коронного разряда. Этот фоточувствительный слой является изолятором в темноте и полупроводником при освещении. Заряженный слой облучается источником света с целью создания на нем скрытого изображения в виде распределения заряда. Скрытое изображение делается видимым с помощью мелкодисперсного порошка положительного тонера. Синхронно с вращением барабана перемещается обычная бумага. Частички тонера под действием электростатического поля переносятся на бумагу. Полученное изображение фиксируется термическим способом. Перед следующим заряжанием фоточувствительный слой очищается от оставшихся частиц тонера и разряжается.

Картинка формируется лазерным лучом на фоточувствительном слое в виде узора точек.

Для печати за один проход по бумаге используются гибкая светочувствительная лента, покрытая слоем селена, и лента переноса, на которой формируются изображения для всех четырех цветов.

Изображение, сформированное на ленте переноса, переносится на бумагу и затем закрепляется нагреванием.

12. Принтеры на твердых красителях. Графопостроители

В отличие от цветных лазерных принтеров, принтеры на твердых красителях (solid ink printers) исходно разрабатывались как цветные устройства. Перед началом работы твердые

красители расплавляются нагревательным элементом и готовы к работе в течение рабочего дня

Расплавленные красители поступают в печатающую головку, обеспечивающую плотность печати 1200 точек/дюйм (47 точек/мм) по горизонтали и 600 точек/дюйм (24 точки/мм) по

Существенными преимуществами принтеров на твердых красителях являются простота смены красителей - стержни красителей добавляются по мере надобности, малое количество (две) типов расходуемых компонент, против 5-12 для цветных лазерных принтеров и возможность работы с высоким качеством цветопередачи на самых различных носителях, в том числе и на обычных слайдах для слайд-проекторов.

В лаборатории фирмы Тектроникс, разработавшей эти принтеры, достигнута скорость печати до 100 страниц/мин. На рис. 14 показан внешний вид принтера Phaser 840, выпускаемого фирмой

Назначение графопостроителей - высококачественное документирование чертежно-графической информации.

В разделе рассмотрены назначение, классификация, принципы действия и устройство графопостроителей.

Графопостроители можно классифицировать следующим образом:

 по способу формирования чертежа - с произвольным сканированием и растровые;

 по способу перемещения носителя - планшетные, барабанные и смешанные (фрикционные, с абразивной головкой).

 по используемому инструменту (типу чертежной головки) - перьевые, фотопостроители, со скрайбирующей головкой, с фрезерной головкой.

Результат работы графопостроителей состоит в установлении головки в требуемую позицию, маркировании позиций и/или их соединение линиями.

Требуемые координаты задаются в 2D координатной системе, большей частью это XY-система.

13. Электронно-лучевые трубки, Черно-белые кинескопы, Цветные кинескопы