10.3 Стандарт машинной графики gks (гкс, ягс)

С развитием МГ возникла потребность каким-либо образом привести в соответствие системы, разрабатываемые различными группами ученых в различных странах. Иными словами, потребовался стандарт машинной графики.

В 1976 г. начался процесс разработки такого стандарта и в 1981 г. был принят международный стандарт GKS (Graphical Kernel System). Свыше 100 ученых со всего мира затратили более 50 человеко-лет для того, чтобы GKS стал тем всеобъемлющим и строгим стандартом, которым он является сейчас.

В русском языке для обозначения этого стандарта применяются аббревиатуры ЯГС (ядро графической системы) или ГКС (графический корневой сегмент). Первое название более точно отражает суть названия стандарта.

10.4 Растровая графика

Растровая графика - область МГ, в которой изображение формируется из массива пикселей, упорядоченных по строкам и столбцам.

Пиксель (пиксел) - наименьший элемент носителя изображения, которому можно индивидуально назначить цвет или степень яркости.

Простейшим примером растровой графики может служить детская мозаика из разноцветных квадратиков или шестиугольников. Базовыми элементами растровой картинки являются независимо адресуемые изолированные точки носителя изображения. На этом принципе устроены цветные растровые дисплеи, сходные с телевизионными мониторами и имеющие их своими предшественниками. В растровых устройствах изображение формируется последовательно, строка за строкой. Устройства с регенерацией воспроизводят всю матрицу пикселей (экран) с заданной частотой обновления (25, 30, 50 или 60 Гц). Для этого изображение запоминается в памяти хранения пикселей, которая называется буфером кадра.

Растровая графика является основным способом создания полутоновых изображений. На растровые мониторы также можно выводить текстовые надписи. При этом знакогенератор раскладывает графическое описание литер на базовые элементы изображения - на пиксели.

Растровые изображения обладают множеством характеристик, которые специальным образом организованы и зафиксированы в компьютере. Различные файлы компьютерной графики хранят эти характеристики по-раз­ному. Две основные характеристики, которые файл в растровой графике дол­жен сохранить, чтобы воссоздать изображение – это размеры изображения и расположение пикселей. Даже если будет испорчена информация о цвете каждого пикселя и о коэффициенте прямоугольности изображения, компьютер все рано сможет вос­создать версию рисунка, если будет знать расположение пикселов в нем.

Размеры растрового изображения записываются в виде его ширины и вы­соты, выраженных в пикселах. Пиксел сам по себе не обладает никакими раз­мерами, так как это всего лишь область в памяти компьютера, хранящая ин­формацию о цвете. Соотнеся размер в пикселах с некоторой разрешающейся способностью устройства ввода, можно определить настоящий размер рисунка. Поскольку размеры изображения хранятся отдельно, пикселы запоминаются один за другим, обычно как большой блок данных. Компьютеру не приходится запоминать позиции каждого пиксела, он воссоздает сетку по размерам, задан­ным коэффициентом прямоугольности, а потом запоминает ее.

Коэффициент прямоугольности введен специально для обозначения количества пикселов в матрице рисунка по вертикали и горизонтали. Часто его называют коэффициентом изображения. Некоторые наиболее часто используемые коэффициенты прямоугольности для различных форматов:

DOS 320*200, 320*240, 600*400, 600*480

Windows 640*480, 800*600, 1024*768, 1240*1024

Macintosh 512*384, 640*480, 768*576, 1024*768

Коэффициент прямоугольности относится к реальным размерам ви­деопиксела. Размеры видеопикселов зависят от аппаратного и программного обеспечения, поэтому этот коэффициент будет различен.

Исправить искажение рисунка, возникающее при его переносе в другую программную систему, как правило, можно масштабированием, причем коэффициент масштабирования одного на­правления отличается от коэффициента другого направления (по вертикали и горизонтали). При масштабировании не изменя­ется общее число пикселов, а меняется размер всех пикселов.

Цвет каждого пикселя растрового изображения запоминается в компьютере с помощью комбинации битов. Чем больше битов для этого используется, тем больше оттенков цвета можно получить.

Бит – наименьший элемент памяти компьютера, который может принимать значение «включено» или «выключено» («да» или «нет», «единица» или «ноль»). Цвет каждого пиксела растрового изображения – черный, белый, серый или любой из спектра – запоминается в компьютере с помощью комбинации битов. Число битов, используемых компьютером для запоминания цвета каждого пиксела, называется битовой глубиной.

Наиболее простой тип растрового изображения состоит из пикселов, имеющих только два возможных цвета – черный и белый. Такой тип пиксела занимает лишь один бит памяти компьютера. Поэтому изображения, состоящие из пикселов этого вида, называются 1-битовыми изображениями. Если каждый пиксел для хранения информации о цвете требует 24 бита, изображение будет называться 24-битовым изображением.

Для отображения большего количества цветов используется больше битов информации. Число доступных цветов равно двум в степени, равной количеству битов в пикселе. Если пиксел состоит из двух битов (черный-белый), то мы имеем 2² возможные комбинации значений «включено – выключено». Используя для значения «выключено» символ 0, а для «включено» - 1, эти комбинации можно записать так: 00, 01, 10 и 11. Таким образом, пиксел, состоящий из двух битов дает четыре возможных цвета или градации серого.

Четыре бита информации дадут 2⁴ или 16 различных цветов (или градаций серого); 8 бит – 2⁸ или 256 цветов; 24 битов обеспечат более 16 миллионов доступных цветов. Цвета, описываемые 24 битами, часто называют естественными цветами, так как 16 миллионов цветов – более, чем достаточно, чтобы представить все возможные цвета, которые способен различить человеческий глаз.

Если условно показать матрицу пикселей, то видно, что прямая линия будет действительно прямой только в исключительных случаях - угол наклона к горизонтали 0^о, 45^о и 90^о. Во всех остальных случаях для построения отрезка придется набрать ломаную линию, близкую к прямой. При построении отрезка за один “ход” точку можно переместить в один из соседних восьми пикселей. Программист- пользователь, конечно, не думает об отдельных ходах. Эти ходы вычисляет стандартная программа в ЭВМ. Такой процесс называется интерполяцией. Если набирается траектория, близкая к прямой линии, то говорят о линейной интерполяции, если близкая к дуге окружности, то - о круговой интерполяции. Линиям, построенным в растровом режиме, всегда свойственен эффект ступенчатости.