Тема 5. Комп’ютерна графіка
Поняття комп'ютерної графіки.
Апаратні засоби опрацювання комп’ютерної графіки
Види комп’ютерної графіки.
Формати графічних файлів.
Системи опрацювання графічних зображень.
1. Поняття комп'ютерної графіки
Представлення даних на моніторі у графічному вигляді вперше було реалізовано всередині 50-х років для великих електронно-обчислювальних машин, що застосовувались в наукових і військових дослідженнях. Тепер, графічний спосіб відображення даних став приналежністю великого числа комп'ютерних систем. Графічний інтерфейс є необхідним для програмного забезпечення різного класу, починаючи з операційних систем.
Під терміном «графіка» зазвичай розуміють результат візуального подання реального або уявного об’єкта, отриманий традиційними методами, наприклад, малюванням, друкуванням.
Комп'ютерна графіка – це інформаційна технологія, що включає методи і засоби створення та обробки зображень за допомогою програмно-апаратних обчислювальних комплексів.
Комп'ютерна графіка охоплює всі види та форми представлення зображень, як на екрані монітора, так і на зовнішньому носії (папір, плівка, тощо). Комп'ютерна графіка застосовується для візуалізації даних у різних сферах людської діяльності.
В залежності від способу формування зображень, комп'ютерну графіку можна поділити на:
растрову;
векторну;
фрактальну;
тривимірну.
За способами представлення кольорів комп'ютерна графіка поділяється на:
чорно-білу;
кольорову.
За спеціалізацією в різних галузях комп'ютерна графіка є:
інженерною;
науковою;
web-графікою;
комп'ютерною поліграфією.
Структура та методи комп'ютерної графіки засновані на досягненнях фундаментальних та прикладних наук: математики, фізики, хімії, біології, статистики, програмування тощо. Це стосується, як програмних, так і апаратних засобів створення та обробки зображень. Тому комп'ютерна графіка є однією з найважливіших складових мультимедійних технологій, що стимулює розвиток комп'ютерної індустрії.
Робота з комп’ютерною графікою – один з найпопулярніших напрямків використання персонального комп’ютера, до того ж займаються цією роботою не тільки професійні художники і дизайнери. На будь-яких підприємствах час від часу виникає необхідність в подачі рекламних оголошень в газетах і журналах або просто у випуску рекламної листівки або буклету.
Без комп’ютерної графіки не обходиться жодна сучасна мультимедійна програма. Робота над графікою займає до 90% робочого часу програмістських колективів, які випускають програми масового використання.
2. Апаратні засоби опрацювання комп’ютерної графіки
Апаратні засоби опрацювання комп’ютерної графіки можна поділити на два основні види: пристрої подання та пристрої редагування.
До пристроїв подання комп’ютерної графіки можна віднести такі основні пристрої як монітор, принтер, плоттер, проектор та екран, тощо. До пристроїв редагування комп’ютерної графіки – маніпулятор типу «миша», сканер, цифровий фотоапарат, графічний планшет. В обидві категорії апаратного забезпечення можна віднести мультимедійну дошку, засобами якої можна як подавати дані на екран, так і редагувати їх за допомогою сенсорної технології.
Розглянемо основні характеристики деяких пристроїв подання комп’ютерної графіки.
МОНІТОР
Від англ. monitor – слідкувати або дисплей від англ. display – відображувати. Це електронний пристрій для відображення інформації.
Сучасні комп'ютерні монітори бувають кількох типів:
на основі електронно-променевої трубки (CRT);
рідкокристалічні (LCD, TFT як підвид LCD);
плазмові;
проекційні;
OLED-монітори.
Плазмові і проекційні монітори використовують там, де потрібен великий розмір екрану (діагональ метр і більше).
Монітори, побудовані на електронно-променевих трубках (ЕПТ), активно витісняються новим поколінням рідкокристалічних моніторів, зручнішим і економнішим.
До основних характеристик моніторів належать:
Розмір екрану – визначається довжиною діагоналі (традиційно вимірюється в дюймах).
Співвідношення сторін екрану – стандартний (4:3) та широкоформатний (16:9, 16:10).
Роздільність дисплею – кількість пікселів по вертикалі та горизонталі.
Глибина кольору – кількість біт на кодування одного пікселя (від монохромного (1 біт) до 32-бітного).
Розмір зерна (для CRT) чи пікселя (для LCD).
Частота оновлення зображення (вимірюється в герцах, для LCD практично однакова).
Швидкість відклику пікселів (не для всіх типів моніторів, у LCD, як правило, суттєво нижча ніж у CRT).
Максимальний кут огляду – максимальний кут, під яким не виникає суттєвого погіршення якості зображення (актуально для LCD).
ПРИНТЕР
Від англ. printer – друкар, це пристрій, призначений для виведення інформації на тверді носії, здебільшого папір.
Існує велика кількість різноманітних моделей принтерів, що розрізняються за технологією друку, інтерфейсом, продуктивністю та функціональними можливостями. Зокрема, за технологією друку розрізняють матричні, струменеві та лазерні й сублімаційні принтери. За поширеністю лідером є струменевий друк, другим – лазерний, третім – термосублімаційний, четвертим – матричний.
Розглянемо принцип дії струменевих принтерів.
Рис.1.6. Принцип дії струменевого принтера
Зображення формується за допомогою друкуючої головки, яка містить дуже багато капілярів-сопел (від 50-100), крізь які до паперу подається чорнило. Друкуюча головка рухається по горизонталі, а аркуш паперу переміщується вертикально. Якість отримуваного відбитку залежить від діаметра кожного сопла (сопло може бути тонше від людської волосини) та кількості сопел. Отримавши відбиток на струменевому принтері слід пам’ятати, що він може постраждати від контакту з водою.
Розглянемо принцип дії лазерних принтерів.
Промінь лазерного сканера, під управлінням комп’ютера електризує поверхню барабана лазерного принтера. До заряджених ділянок барабана прилипають частинки сухого фарбувального порошку – тонера. Коли через принтер проходить аркуш паперу, частинки тонера переносяться на нього з барабану. Фіксація зображення на папері відбувається в пічці під температурою та тиском.
Рис.1.7. Принцип дії лазерного принтера
СКАНЕР
Це пристрій, що аналізуючи певний об'єкт, створює його цифрове зображення. Процес отримання такого зображення називають скануванням.
Розглянемо принцип дії планшетних сканерів як найпоширеніших моделей.
Рис.1.8. Принцип дії сканера
Сканований об'єкт кладеться на скло планшета сканованою поверхнею вниз. Під склом розташовується рухома лампа, рух якої регулюється кроковим електродвигуном.
Світло, відбите від об'єкта, через систему дзеркал потрапляє на чутливу матрицю, яка перетворює світловий сигнал в електричний. За кожен крок двигуна сканується смужка об'єкта, що потім поєднується програмним забезпеченням у загальне зображення.
ГРАФІЧНИЙ ПЛАНШЕТ
Це периферійний пристрій, призначений для введення інформації у цифровій формі.
Графічні планшети представляють собою координатну двовимірну електронну сітку, кожен елемент якого здатний сприймати та передавати ряд сигналів від електронного пера. До таких сигналів відносяться: координати точки контакту пера з планшетом, сила натиску, кут нахилу, швидкість проходження та ряд інших.
Розглянемо фізичний принцип дії графічного планшету. Під поверхнею планшета знаходяться струмопровідні нитки (5). В наконечнику пера (3) знаходиться магніт. Коли перо рухається по планшету, цей магніт взаємодіє з магнітними полями (4), які утворюються навколо ниток (5), і при цьому створюється сигнал, який повідомляє комп’ютеру в якій точці знаходиться перо. Зчитування сигналів відбувається в декілька сотень раз в секунду за допомогою мікросхеми, яка забезпечує рівномірне подання координат.
Рис.1.9. Графічний планшет
1 – стержень, 2 – планшет, 3 – наконечник пера, 4 – магнітні поля, 5 – струмопровідні нитки
МУЛЬТИМЕДІЙНА ДОШКА
Це периферійний пристрій, що представляє собою великий сенсорний екран, що працює як частина системи, в яку входять комп’ютер та проектор. Комп’ютер надсилає зображення проектору, який передає його на мультимедійну дошку. Мультимедійна дошка працює одночасно як монітор і як пристрій введення даних, оскільки вводити дані можна просто торкаючись до поверхні дошки.
Мультимедійна дошка поєднує в собі простоту звичайної маркерної дошки з можливостями комп'ютера. У комбінації з мультимедійним проектором стає великим інтерактивним екраном, одним дотиком руки до поверхні якого, можна відкрити будь-який комп'ютерний додаток або сторінку в мережі Інтернет й демонструвати потрібну інформацію або просто малювати. Усе, що користувач малює чи пише, програмне забезпечення інтерактивної дошки дозволяє зберегти у вигляді комп'ютерних файлів, роздрукувати, надіслати електронною поштою, навіть зберегти у вигляді Web-сторінок і розмістити їх в мережі Інтернет.
Щодо принципу дії мультимедійної дошки, то на сьогодні існує багато різних сенсорних технологій, в основі яких покладені різні фізичні принципи. Розглянемо одну з таких технологій.
В пластикову поверхню мультимедійної дошки вмонтована резистивна матриця (двошарова сітка з тонких напівпровідників, розділених повітряним зазором). При дотику до поверхні дошки провідники сітки стискаються й замикають відповідну ділянку електричної схеми. Ця технологія дістала назву резистивної. Резистивні екрани реагують на дотик будь-яким предметом – пальцем, пером, лінійкою, тощо.
Рис.1.10. Резистивна технологія мультимедійної дошки
В даний час інтерактивні дошки активно використовуються в навчальних класах шкіл в якості засобу комп'ютерної підтримки уроку, в тренінг-центрах, кімнатах переговорів.