11 Вопрос Преимущества

• Растровая графика позволяет создать практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла.

• Распространённость — растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов.

• Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

• Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных устройств вывода), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры, а также сотовые телефоны.

Недостатки

• Большой размер файлов у простых изображений.

• Невозможность идеального масштабирования.

• Невозможность вывода на печать на графопостроитель.

Из‑за этих недостатков для хранения простых рисунков рекомендуют вместо даже сжатой растровой

графики использоватьвекторную графику.

12 Вопрос

Растровый графический редактор — специализированная программа, предназначенная для создания и обработки растровых изображений. Подобные программные продукты нашли широкое применение в работе художников-иллюстраторов, при подготовке изображений к печати типографским способом или на фотобумаге, публикации в интернете.

Растровые графические редакторы позволяют пользователю рисовать и редактировать изображения на экране компьютера, а также сохранять их в различных растровых форматах, таких как, например, JPEG и TIFF, позволяющих хранить растровую графику с незначительным снижением качества за счёт использования алгоритмов сжатия с потерями, PNG и GIF, поддерживающими хорошее сжатие без потерь, и BMP, также поддерживающем сжатие (RLE), но в общем случае представляющем собой несжатое «попиксельное» описание изображения.

В противоположность векторным редакторам, растровые используют для представления изображений матрицу окрашенных точек(bit map). Однако, большинство современных растровых редакторов содержат векторные инструменты редактирования в качестве вспомогательных.

13 вопрос Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов; окружность — координатами центра и радиусом; многоугольник — координатами его вершин; закрашенная область — граничной линией и цветом закраски и пр.

Для примера рассмотрим маленький монитор с растровой сеткой размером 10 х 10 и черно-белым изображением. На рисунке ниже одна клетка соответствует пикселю. Приведено изображение буквы «К». Для кодирования изображения в растровой форме на таком экране требуется 100 битов (1 бит на пиксель). («1» обозначает закрашенный пиксель, а «0» — незакрашенный)

14 Вопрос Растровая развёртка окружности

Существует несколько очень простых, но не эффективных способов преобразования окружностей в растровую форму. Например, рассмотрим для простоты окружность с центром в начале координат. Ее уравнение записывается как x² + y² = R². Решая это уравнение относительно y, получим  y = ±  Чтобы изобразить четвертую часть окружности будем изменять x с единичным шагом от 0 до R и на каждом шаге вычислять y. Вторым простым методом растровой развертки окружности является использование вычислений x и y по формулам x = R cos α, y = R sin α, при пошаговом изменении угла α от 0⁰ до 90⁰. Для упрощения алгоритма растровой развёртки стандартной окружности можно воспользоваться её симметрией относительно координатных осей и прямых y = ± x в случае, когда центр окружности не совпадает с началом координат, эти прямые необходимо сдвинуть параллельно так, чтобы они прошли через центр окружности. Тем самым достаточно построить растровое представление для 1/8 части окружности, а все оставшиеся точки получить симметрией (рис. 2.5).  Рис. 2.11 Восьмисторонняя симметрия Рассмотрим участок окружности из второго октанта x Є [0, R/ ]. Далее опишем алгоритм Брезенхейма для этого участка окружности.  На каждом шаге алгоритм выбирает точку P_i (x_i, y_i), которая является ближайшей к истинной окружности. Идея алгоритма заключается в выборе ближайшей точки при помощи управляющих переменных, значения которых можно вычислить в пошаговом режиме с использованием небольшого числа сложений, вычитаний и сдвигов. Рассмотрим небольшой участок сетки пикселей, а также возможные способы (от A до E) прохождения истинной окружности через сетку (Рис. 2.6). Предположим, что точка P_i-1 была выбрана как ближайшая к окружности при x = x_i-1. Теперь найдем, какая из точек S_i или T_i расположена ближе к окружности при x = x_i-1 + 1. Рис. 2.12 Варианты прохождения окружности через растровую сетку Заметим, что ошибка при выборе точки P_i (x_i, y_i) была равна  D(P_i) = (x_i²+ y_i²) – R². Запишем выражение для ошибок, получаемых при выборе точки S_i или T_i. D(S_i) = [(x_i-1+ 1)² + (y_i-1)²] – R² D(T_i) = [(x_i-1+ 1)² + (y_i-1 – 1)²] – R² Если | D(S_i) | ≥ | D(T_i) |, то T_i ближе к реальной окружности, иначе выбирается S_i.  Введем d_i = | D(S_i) | – | D(T_i) | T_i будет выбираться при d_i ≥ 0, в противном случае будет устанавливаться S_i. Опуская алгебраические преобразования, запишем d_i и d_i+1 для разных вариантов выбора точки S_i или T_i. D₁ = 3 – 2 R Если выбирается S_i (когда d_i < 0), то d_i+1 = d_i + 4 x_i-1 + 6 Если выбирается T_i (когда d_i ≥ 0), то d_i+1 = d_i + 4 (x_i-1 – y_i-1) + 10

15, 16 вопрос Для горизонтальных, вертикальных и наклоненных под углом 45° отрезков выбор растровых элементов очевиден. При любой другой ориентации выбрать нужные пикселы труднее, что показано на рис. 2.1.

Прежде чем приступать к обсуждению конкретных алгоритмов рисования отрезков, полезно ответить на вопрос, каковы желаемые характеристики изображения и рассмотреть общие требования к таким алгоритмам:

• Отрезки должны выглядеть прямыми, начинаться и заканчиваться в заданных точках;

• Яркость вдоль отрезка должна быть постоянной и не зависеть от длины и наклона;

• Рисовать нужно быстро.

Как это часто бывает, не все из перечисленных критериев могут быть полностью удовлетворены. Сама природа растрового дисплея исключает генерацию абсолютно прямых линий (кроме ряда специальных случаев), равно как и точное совпадение начала и конца отрезка с заданными точками. Тем не менее, при достаточно высоком разрешении дисплея можно получить приемлемую аппроксимацию.

Постоянная вдоль всего отрезка яркость достигается лишь при проведении горизонтальных, вертикальных и наклоненных под углом 45° прямых. Для всех других ориентации разложение в растр приведет к неравномерной яркости, как это показано на рис. 2.1. Даже для частных случаев яркость зависит от наклона: заметим, например, что расстояние между соседними пикселами для отрезка под углом 45° больше, чем для вертикальных и горизонтальных прямых. Поэтому вертикальные и горизонтальные отрезки будут выглядеть ярче, чем наклонные. Обеспечение одинаковой яркости вдоль отрезков разных длин и ориентации требует извлечения квадратного корня, а это замедлит вычисления. Обычным компромиссом является нахождение приближенной длины отрезка, сведение вычислений к минимуму, предпочтительное использование целой арифметики, а также реализация алгоритмов на аппаратном или микропрограммном уровне.

В большинстве алгоритмов вычерчивания отрезков для упрощения вычислений используется пошаговый метод. Простой алгоритм разложения отрезка в растр, описанный в следующем разделе, иллюстрирует этот метод.

• Простейший алгоритм разложения в растр

Один из методов разложения отрезка в растр состоит в решении дифференциального уравнения, описывающего этот процесс. Для прямой линии имеем:

dy dx

= const

или

Δy Δx

=

y2 - y1 x2 - x1

Решение представляется в виде:

yi+1 = yi + Δy

yi+1 = yi +

y2 - y1 x2 - x1

Δx

где х₁, y₁ и х₂, y₂ - концы разлагаемого отрезка и y_i - начальное значение для очередного шага вдоль отрезка.

17 вопрос Средства создания векторных изображений Векторные изображения могут быть созданы несколькими видами программ. - Программами векторной графики. - Программами САПР, типичным представителем которых является программа AutoCAD. Ее векторный формат - DXF (Dynamic Exchange Format) понимается многими современными программами. - Специализированными программами конвертирования растровых изображений в векторные. Одна из таких программ - CorelTrace 9, входящая в состав интегрированного продукта CorelDraw. Другая известная программа этого класса - Adobe Streamline. - К векторным объектам относятся также текст и PostScript-контуры вроде тех, которые можно найти также в файлах, созданных с помощью текстовых процессов типа MS Word или программ верстки типа PageMaker. На платформе Windows наибольшее распространение из программ векторной графики получил редактор CorelDRAW - мощный, удобный, но в то же время требовательный к ресурсам. Из других программ этого класса следует отметить Adobe Illustrator. Среди компактных и универсальных программ векторной графики можно отметить Corel Xara. С ее помощью вы можете создавать иллюстрации любого уровня сложности для web-сайтов, полиграфии и повседневных нужд любого офиса. Векторные редакторы и программы САПР являются наилучшим средством для построения шрифтовых и высокоточных графических объектов, таких как, например, конструкторские чертежи. Для таких иллюстраций принципиально важное значение имеет сохранение четких, ясных контуров независимо от размера изображения. Как правило, в векторном редакторе создается заготовка, затем она масштабируется до нужного размера и переводится в необходимый нам формат изображения. Когда вы выводите на печать изображение, созданное в векторной программе, его качество зависит не от исходного разрешения изображения, а определяется разрешающей способностью устройств вывода (монитора, принтера, плоттера и т. п.). Именно благодаря тому, что качество векторного изображения не связано с разрешением, файлы векторных изображений имеют, как правило, меньший объем по сравнению с файлами растровых редакторов.

18 вопрос Структура векторной иллюстрации Структуру любой векторной иллюстрации можно представить в виде иерархического дерева. В такой схеме сама иллюстрация занимает верхний уровень, а ее составные части занимают более низкие уровни иерархии. Для знакомства с основными элементами векторного изображения давайте откроем в одном из векторных редакторов любую векторную иллюстрацию и выделим ее составные части, последовательно спускаясь с вершины дерева на его более нижние ветви.  - Самый верхний иерархический уровень занимает сама иллюстрация, объединяющая в своем составе объекты + узлы + линии + заливки. - Следующий уровень иерархии - объекты, представляющие собой разнообразные векторные формы. В большинстве редакторов для их отображения необходимо выбрать режим просмотра в виде каркаса. Например, в CorelDRAW для перехода в этот режим просмотра надо выбрать команду View > Wireframe (Вид > Каркас); в программе Illustrator - View > Outline; для Freehand - View > Keyline View. - Объекты иллюстрации состоят из одного или нескольких контуров. Обычно все объекты в иллюстрации сгруппированы, поэтому для получения доступа к редактированию отдельных объектов иллюстрации их нужно сначала разгруппировать. В CorelDRAW это можно сделать с помощью команды Arrange > Ungroup (Монтаж > Разгруппировать). Контуром называется любая геометрическая фигура, созданная с помощью рисующих инструментов векторной программы и представляющая собой очертания того или иного графического объекта. Типичными примерами контуров могут служить окружность, прямоугольник или другие графические элементы сложного изображения (в том числе и сегмент кривой линии). Замкнутый контур - это замкнутая кривая, у которой начальная и конечная точки совпадают.  Примером замкнутого контура является окружность. В некоторых редакторах замкнутый контур называют фигурой. Открытый контур имеет четко обозначенные концевые точки. Синусоидальная линия, например, является открытым контуром. - Следующий уровень иерархии составляют сегменты, которые выполняют функции кирпичиков, используемых для построения контуров (каждый контур может состоять из одного или нескольких сегментов). Начало и конец каждого сегмента называют узлами, или опорными точками, поскольку они фиксируют положение сегмента, "привязывая" его к определенной позиции в контуре.  Перемещение узловых точек приводит к модификации сегментов контура и к изменению его формы. Наряду с узлами в состав сегмента входят также соединяющие узлы линии (прямые или кривые). В программе Corel-DRAW для отображения образующих контур узлов его необходимо выделить с помощью инструмента Shape (Форма) Закрытые контуры (формы) имеют свойство заполнения цветом, текстурой или растровым изображением (картой).

19 вопрос Комбинированные объекты Векторное изображение может состоять из десятков и сотен объектов (контуров). Все они сначала создаются как простые объекты, из которых затем формируется сложный объект. Достигнутый в результате этих действий результат необходимо зафиксировать, чтобы избежать при выполнении последующих операций искажения рисунка из-за возможного изменения соотношения пропорций между объектами или их взаимного расположения. Для этих целей в векторных редакторах предусмотрена группа базовых операций, включающих: - группировку объектов; - объединение объектов; - использование составных контуров.

20 вопрос Достоинства - Возможность неограниченного масштабирования изображения без потери качества и практически без увеличения размеров исходного файла. Это связано с тем, что векторная графика содержит только описания объектов, формирующих изображения, а компьютер или устройство печати интерпретирует их необходимым образом. - Векторную графику значительно легче редактировать, поскольку готовое изображение не является "плоской" картинкой из пикселов, а составлено из объектов, которые могут накладываться друг на друга, перекрываться, оставаясь в то же время совершенно независимыми друг от друга. - Векторным программам свойственна высокая точность рисования (до сотой доли микрона). - Векторная графика экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений. Это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные (математическая формула объекта), используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. - Для векторных редакторов характерно прекрасное качество печати рисунков и отсутствие проблем с экспортом векторного изображения в растровое. Недостатки - Практически невозможно осуществить экспорт изображения из растрового формата в векторный. - Обратное преобразование (то есть преврашение векторного изображения в растровое) выполняется практически автоматически не только с помощью графических редакторов, но и буфера обмена Window. - Векторная графика ограничена в живописных средствах и не позволяет получать фотореалистичные изображения с тем же качеством, что и растровая. - Векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для растровой графики. - В векторной графике невозможно применение обширной библиотеки эффектов (фильтров), используемых при работе с растровыми изображениям.

21 вопрос Векторные графические редакторы позволяют пользователю создавать и редактировать векторные изображения непосредственно на экране компьютера, а также сохранять их в различных векторных форматах, например, CDR, AI, EPS, WMF или SVG.