Устройства ввода. Цифровые фотоаппараты

Цифровой фотоаппарат (Рис. 13) фактически представляет собой сканер, фиксирующий картинку, создаваемую объективом наего фоточувствительной ПЗС-матрице. Полученное изображение передается в компьютер, обычно по USB-интерфейсу. Главный параметр цифрового фотоаппарата – число пикселов, на которые разбивается картинка. Чем оно выше, тем более мелкие детали будут различимы. При 3 MPx (мегапикселах) и выше достигается качество отпечатка 10´15см, сравнимое с обычной фотографией.

Рис. 13. – Цифровой фотоаппарат.

Устройства координатного ввода

Устройства координатного ввода обеспечивают ввод координат на плоскости, чаще всего при помощи перемещения пользователем некоторого объекта. Наиболее распространенное такое устройство – всем знакомая компьютерная мышь.

а) оптическая мышь	б) планшет
в) световое перо	г) трекбол

Рис. 14. – Устройства координатного ввода.

Современные модели оптических мышей (Рис. 14, а) снабжены миниатюрной видеокамерой, фотографирующей поверхность с большой частотой, и процессором, рассчитывающим величину смещения между двумя последовательно сделанными снимками.

Планшет (Рис. 14, б) состоит из чувствительной к нажиму поверхности и специальной ручки, учитывающей усилие нажима. Планшет часто используется дизайнерами в качестве электронной кисти.

Световое перо (Рис. 14, в) когда-то являлось основным устройством координатного вода, но в последнее время фактически вышло из употребления – работа на вертикальной поверхности экрана неудобна по сравнению с работой с мышью или с планшетом.

Трекбол (Рис. 14, г) является аналогом мыши, в котором пользователь вращает пальцами шарик. Трекбол не требует места на столе для своего перемещения и широко применяется в ноутбуках.

Экран типа "touchscreen" позволяет непосредственно нажимать пальцем или специальной палочкой (стилусом) на его поверхность. Такие экраны широко применяются в различных справочных системах, автоматах продажи билетов, банкоматах, а также в карманных компьютерах (Рис. 15), где чувствительный экран заменяет собой клавиатуру.

Рис. 15. – Карманный компьютер с экраном типа touchscreen.

Все эти устройства не позволяют напрямую вводить третью координату при работе с 3D графикой. Вопрос удобного и простого ввода трехмерных координат пока ждет своего решения.

Виды кг

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на фрактальную растровую и векторную.

Фрактальная графика

Ф

Рис. 16. Фрактальная форма кочана капусты сорта Романеско (Brassica oleracea)

рактальная графика, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

Фракта́л (лат. fractus — дроблёный, сломанный, разбитый) — геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия, то есть составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком

Многие объекты в природе обладают фрактальными свойствами (рис. 16), например, побережья, облака, кроны деревьев, снежинки, кровеносная система и система альвеол человека или животных.

В

Рис. 17. Вид спереди на трахею и бронхи

физике фракталы естественным образом возникают при моделировании нелинейных процессов, таких, как турбулентное течение жидкости, сложные процессы диффузии-адсорбции, пламя, облака и т. п. Фракталы используются при моделировании пористых материалов, например, в нефтехимии. В биологии они применяются для моделирования популяций и для описания систем внутренних органов (система кровеносных сосудов- рис. 17).

Понятия фрактал и фрактальная геометрия, появившиеся в конце 70-х, с середины 80-х прочно вошли в обиход математиков и программистов. Когда уравнение интерпретируется графически на комплексной плоскости, результатом оказывается странная фигура, в которой прямые линии переходят в кривые, появляются хотя и не без деформаций, эффекты самоподобия на различных масштабных уровнях

Способность фрактальной графики моделировать образы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций (рис.18)

а) Множество Жюлиа	б) Множество Мандельброта — классический образец фрактала
в)	г)
Рис.18. Фрактальные изображения

Растровая графика

Растровое изображение – представляется в виде сетки или растра, ячейки, которые называются пикселями. Любой растровый графический объект воспринимается программой как набор окрашенных пикселей. Поэтому при обработке растровых изображений редактируются не конкретные объекты, а составляющие их группы пикселя. Растровые картинки очень чувствительны к масштабированию. Увеличивая изображение можно невооруженным глазом увидеть растр.

Основной элемент изображения – точка(пиксел).

П

Рис. 19. Писелизация.

ри создании растровых изображений необходимо задавать разрешение и размеры изображения

Разрешение изображения измеряется в точках на дюйм (dots per inch - dpi) (1 дюйм = 25,4 мм).

В зависимости от того, какое графическое разрешение экрана используется операционной системой, на экране могут размещаться изображения, имеющие 640 ´ 480, 800 ´ 600, 1024 ´ 768 , 1920´1200 и более пикселей.

Пример: У монитора с диагональю 15" размер изображения на экране составляет 2128 см. Зная, что в 1 дюйме 25,4 мм, можно рассчитать, что при работе монитора в режиме 800600 разрешении экранного изображения =75dpi.

П

Рис.20. Обработанная фотография

ри печати требуется разрешение 200-300 dpi.Стандартный фотоснимок размером 1015 см должен содержать 1000 1500 пикселов.=1,5млн. точек, а если на кодирование каждой точки используем 3 байта, то для хранения фото потребуется более 4мб.

Недостатки растровой графики.

1. Большие объемы данных требуют высоких технических характеристик ПК. Память 128мб и выше, высокопроизводительный процессор - для обработки, и большой винчестер для хранения.

2. Невозможность увеличения для рассмотрения деталей. (пикселизация- рис.19)

Достоинства растровой графики

Растровые редакторы являются наилучшим средством обработки фотографий и рисунков, т.к. обеспечивают высокую точность передачи градаций цветов и полутонов (рис.20).

Векторная графика

Векторные изображения формируются из математических линий, называемых векторами. В этом случае внешний вид изображения определяется геометрическими характеристиками векторов.

Системы компьютерного черчения, автоматизированного проектирования, программы трехмерной графики обрабатывают векторные изображения.

Векторные графические редакторы являются оптимальным средством для создания шрифтовых и высокоточных графических объектов, для которых имеет значение сохранение четких, ясных контуров независимо от размера изображения.

С векторной графикой можно встретиться, когда создаются рисунки средствами встроенного графического редактора текстового процессора MS Word. Среди профессиональных векторных программ наиболее распространены CorelDraw и AdobeIllustrator.

Основной элемент изображения - линия.

Линия представлена в памяти ПК несколькими параметрами и в этом виде занимает гораздо меньше места, чем растровая линия состоящая из точек, для каждой из которых требуется ячейка памяти.

Линия - элементарный объект векторной графики. Любой сложный объект можно разложить на линии, прямые или кривые. Поэтому часто векторную графику называют объектно-ориентированной.

Свойства линии

• Форма

• Толщина

• Цвет

• Стиль (пунктир, сплошная)

Замкнутые линии имеют свойство заполнения - цветом, текстурой, узором и т.п. Каждая незамкнутая линия имеет 2 вершины, называемые узлами. С помощью узлов можно соединять линии между собой.

В

Рис.21. Линия Безье

основе векторной графики лежат математические представления о свойствах геометрических фигур.

Пример. Кривые второго порядка (эллипсы, параболы, гиперболы) представляются в памяти 5-ю параметрами. Так как общая формула линии 2-го порядка: x²+a₁y²+a₂xy+a₃x+a₄y+a₅=0. Для кодирования кривой 3-го порядка используют 11 параметров. В векторных редакторах применяют частный случай кривых 3-го порядка - Кривые Безье (8 параметров- рис.21). К концам линии проведены касательные, при помощи которых линию изгибают.

Достоинства векторной графики:

1. Размер, занимаемый описательной частью, не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации, описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.

2. В

   

   а) б)

   Рис.22. Масштабирование рисунка в растровой графике (с ухудшением качества) ив векторной графике (без ухудшением качества)

   связи с тем, что информация об объекте хранится в описательной форме, можно бесконечно увеличить графический примитив, например, дугу окружности, и она останется гладкой.

3. Параметры объектов хранятся и могут быть легко изменены. Также это означает что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшает качества рисунка.

4. При увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть задана постоянной величиной, независимо от реального контура

Фундаментальные недостатки векторной графики

1. Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде — для подобного оригинальному изображению может потребоваться очень большое количество объектов и их сложности, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и на время для его отображения (отрисовки).

2. Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет — трассировка растра, при том что требует значительных вычислительных мощностей и времени, не всегда обеспечивает высокое качество векторного рисунка.

3. Преимущество векторной картинки — масштабируемость — пропадает, когда начинаем иметь дело с особо малыми разрешениями графики (например, иконки 32×32 или 16×16). Чтобы не было «грязи», картинку под такие разрешения приходится подгонять вручную.