2682

12

ческого устройства. Стандартные графические функции API Windows. Спецификация HTML. Понятие конвейеров ввода и вывода графической информации. Стандарты в области разработки графических систем.

7. ФОРМАТЫ ХРАНЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Методы сжатия без потерь информации. Отсутствие сжатия. Формат BMP. Групповое кодирование. Формат PCХ. Метод сжатия LZW. Форматы GIF и TIFF. Общий обзор методов сжатия графической информации.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАЗДЕЛАМ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 4.1. Введение в компьютерную графику

Начиная изучать компьютерную графику, необходимо учитывать то, что как научная и учебная дисциплина компьютерная графика считается одним из специальных разделов информатики. Теория компьютерной графики развивается на базе взаимных связей информатики с другими науками и учебными дисциплинами, такими, как начертательная, проектная, аналитическая и дифференциальная геометрия, топология, черчение, вычислительная математика, операционные системы, языки и системы программирования. Необходимо понимать и знать, что компьютерная графика в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении анализа и синтеза разнообразных изображений от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. То есть компьютерная графика - это специальная область информатики, занимающаяся методами и средствами создания, обработки и наглядного представления графической информации изображения с помощью программно - аппаратных средств.

Контрольные вопросы к теме 4.1

1.Дать определение компьютерной графики как научной и учебной дисциплины?

2.В чем заключаются основные задачи компьютерной графики?

3.Какие классы изображений рассматривает компьютерная графика?

4.В чем заключаются процедуры обработки изображений?

5.Геометрическое моделирование и компьютерная графика.

6.Дать широкое толкование понятий пакетная и интерактивная графика.

7.Основные направления компьютерной графики.

8.Понятие графической системы (базовые и специализированные системы), обеспечение систем.

9.Компьютерная графика как способ формирования изображения. Векторная, растровая, фрактальная графика. 2D, 2,5D и 3D компьютерная гра-

14

-графический дисплей на запоминающейся трубке;

-векторный графический дисплей с регенерацией изображения (дисплей с произвольным сканированием);

-растровые графические дисплеи с регенерацией изображения. 7. Устройство ч/б и цветной растровой трубок. 8.Перспективы развития электронно - лучевых трубок. 9. Устройства вывода графической информации (получение твердой копии). Классификация устройств получения твердой копии. 10. Принтеры:

-матричные;

-струйные;

-лазерные.

11 .Плоттеры

Тема. 4.3. Элементы базовой графики

Создание графического образа фигуры (объекта) всегда в определенной степени связано с геометрическими построениями на плоскости, в пространстве, поскольку идентификация объекта, его позиционирование всегда связано с заданием (определением) координат. Геометрические фигуры описываются различными способами:

-совокупностью линий (системой уравнений, описывающих линии) и по верхностей, геометрических и алгебраических соотношений;

-графами;

-таблицами;

-с использованием специализированных языков графического програм мирования или графического расширения языков программирования об щего назначения.

Вопросы по конкретным требованиям к виду проектирования (на плос-

кости, в пространстве) решаются, исходя из конкретных задач и условий геометрических построений, характера используемых моделей, которые можно непосредственно применять для формирования графических изображений объектов с помощью средств компьютерной графики.

Успешное использование средств компьютерной графики предполагает определение эффективного способа общения пользователя с графической программой при формировании и изменении объектов и их изображений, знание классов элементарных или составных объектов, которые должны формироваться и представляться графически. Для понимания этого факта необходимо рассматривать концептуально отдельные этапы преобразований, общепринятые для прикладных интерактивных программных средств, позволяющих перейти от представления объекта к его образу.

15

Для раскрытия темы необходимо ответить на следующие вопросы:

1.Концептуальная модель интерактивной графики.

2.Структура данных.

3.Построение прикладной модели.

4.Описание объектов.

5.Блок - схема графической системы. Понятие простого графиче ского пакета.

6.Примитивы компьютерной графики.

7.Физические и графические примитивы.

8.Атрибуты примитивов.

Тема 4.4. Алгоритмические основы растровой графики

Изучая алгоритмические основы компьютерной графики необходимо учитывать тот факт, что применение базовых алгоритмов компьютерной графики правомерно как для векторной, так и для растровой графики. Кроме того, растровые системы в настоящее время успешно конкурируют с векторными, поскольку способны не только создать свободное от мерцания изображение, но

идинамически изменять и выборочно модифицировать его. Растровое изображение обладает более высокой яркостью, более широким диапазоном тоновых

иособенно цветных оттенков. Кроме того, растровые системы находят все большее применение, успешно заменяя векторные. Единственным недостатком растровой графики является дискретный характер представления изображений

ввиде массива пикселей, что приводит к зазубренности и другим визуальным эффектам. Эти эффекты сводятся к минимуму увеличением пространственной разрешающей способности, а также более тонким управлением яркостью луча. Вопросы к теме

1.Проблема разложения изображения в растр.

2.Простой пошаговый алгоритм вычерчивания прямых отрезков.

3.Разложение отрезка в растр по алгоритму Брезенхема.

4.Вычерчивание кривых; алгоритм Брезенхема для генерации окружности.

5.Разложение в растр — способ генерирования изображения.

-растровая развертка в реальном времени (коротко основные поло-

жения);

-групповое кодирование;

-клеточная организация, изображение отрезков и литер;

-растровая развертка многоугольников;

16

-алгоритм заполнения затравкой.

6.Алгоритмы отсечения:

-постановка задачи; -видовая операция, двухмерное отсечение на плоскости;

-алгоритм отсечения Сазерленда - Коэна; -алгоритм отсечения средней точкой; -отсечение текста.

7. Алгоритм удаления ступенчатости (идея метода).

Тема Координатные системы. Геометрические преобразования

Приступая к изучению и обсуждению механизмов преобразования изображения, необходимо определить условия фиксации положения изображения или частей его, дающих возможность показать соотношения между объектами (элементами)-прототипами до и после выполнения преобразований.

Система правил, соотношений и изобразительных (графических) средств, позволяющая задать (определить) положение объекта внимания на плоскости или в пространстве, определяется как система отсчета .система координат (КС), по которой каждой точке пространства ставится в соот-

ветствие набор чисел (координат). Число координат, которые требуются для описания положения точки, определяет размерность пространства и наличие двухмерной или трехмерной графики. Двухмерная графика использует два понятия - высота и ширина и не вызывает особых затруднений при работе с изображением. В понятии трехмерная графика заложено указание на то, что придется работать с тремя пространственными измерениями - высотой, шириной и глубиной. Не вдаваясь в тонкости понятия "трехмерная графика", отметим, что большее применение, успешно заменяя векторные. Единственным недостатком растровой графики является дискретный характер представления изображений в виде массива пикселей, что приводит к зазубренности и другим визуальным эффектам. Эти эффекты сводятся к минимуму увеличением пространственной разрешающей способности, а также более тонким управлением яркостью луча. Вопросы к теме

6.Проблема разложения изображения в растр.

7.Простой пошаговый алгоритм вычерчивания прямых отрезков.

8.Разложение отрезка в растр по алгоритму Брезенхема.

9.Вычерчивание кривых; алгоритм Брезенхема для генерации окружности.

10.Разложение в растр — способ генерирования изображения.

-растровая развертка в реальном времени (коротко основные поло-

17

жения);

-групповое кодирование;

-клеточная организация, изображение отрезков и литер;

-растровая развертка многоугольников;

-алгоритм заполнения затравкой.

6.Алгоритмы отсечения:

-постановка задачи; -видовая операция, двухмерное отсечение на плоскости;

-алгоритм отсечения Сазерленда - Коэна; -алгоритм отсечения средней точкой; -отсечение текста.

7. Алгоритм удаления ступенчатости (идея метода).

Тема 4.5. Координатные системы. Геометрические преобразования

Приступая к изучению и обсуждению механизмов преобразования изображения, необходимо определить условия фиксации положения изображения или частей его, дающих возможность показать соотношения между объектами (элементами)-прототипами до и после выполнения преобразований.

Система правил, соотношений и изобразительных (графических) средств, позволяющая задать (определить) положение объекта внимания на плоскости или в пространстве, определяется как система отсчета .система координат (КС), по которой каждой точке пространства ставится в соот-

ветствие набор чисел (координат). Число координат, которые требуются для описания положения точки, определяет размерность пространства и наличие двухмерной или трехмерной графики. Двухмерная графика использует два понятия - высота и ширина и не вызывает особых затруднений при работе с изображением. В понятии трехмерная графика заложено указание на то, что придется работать с тремя пространственными измерениями - высотой, шириной и глубиной. Не вдаваясь в тонкости понятия "трехмерная графика", отметим, что

-параллельные проекции;

5.Задание произвольных трехмерных объектов.

6.Трехмерное отсечение.

7.Аффинные преобразования в трехмерном пространстве.

8.Проектирование в пространстве:

-приближенное воспроизведение поверхностей. Методы аппрок симации поверхностей;

-метод Эрмита;

-метод Безье;

18

-метод В-сплайна.

Тема 4.7. Геометрическое моделирование

Создание графического образа фигуры (объекта) всегда в определенной степени связано с геометрическими построениями на плоскости, в пространстве, поскольку идентификация объекта, его позиционирование всегда связано с заданием (определением) координат. Геометрические фигуры описываются различными способами:

-совокупностью линий (системой уравнений, описывающих линии) и поверхностей, геометрических и алгебраических соотношений;

-графами;

-таблицами;

-с использованием специализированных языков графического программирования или графического расширения языков программирования общего назначения.

Вопросы по конкретным требованиям к виду проектирования (на плос-

кости, в пространстве) решаются, исходя из конкретных задач и условий геометрических построений, характером используемых моделей, которые можно непосредственно применять для формирования графических изображений объектов с помощью средств компьютерной графики.

Успешное использование средств компьютерной графики предполагает определение эффективного способа общения пользователя с графической программой при формировании и изменении объектов и их изображений, знание классов элементарных или составных объектов, которые должны формироваться и представляться графически. Для понимания этого факта необходимо рассмотреть следующие вопросы:

1.Постановка задачи геометрического моделирования на плоскости и в пространстве.

2.Понятие модели.

3.Графические примитивы

4.Виды геометрических и математических моделей и их свойства:

-геометрические модели;

-структурные модели;

-рецепторные модели;

-аналитические геометрические модели;

-модели объемных объектов.

5.Операции над моделями. Моделирование сплошными геометриче-

19

скими конструкциями.

6. Построение поверхностей и тел.

Тема 4.8. Построение реалистических изображений

Во многих случаях изображение представляет собой легкий, дешевый и более эффективный способ наблюдения предварительных результатов, чем изготовление моделей и опытных образцов. Кроме того, визуализация позволяет рассмотреть большее количество вариантов проекта, предъявить законченный проект или оценить правильность процесса дизайн-проектирования, поскольку цифровое описание трехмерного объекта уже готово для использования в качестве основы для формирования изображений. Наконец, визуализация моделей объектов, сформированных средствами компьютерной графики, может иметь самодостаточную ценность, например, при создании рекламы или анимационного клипа. Данное направление в последнее время получило широкое распространение благодаря простоте формирования сложных трехмерных объектов.

Вопросы по теме-

1.Основные методы построения реалистических изображений.

2.Физические и психологические факторы, учитываемые при создании реалистических изображений.

3.Простая модель освещения.

4.Модель освещения со спецэффектами: учет типа источника света, направления и его интенсивности, ограничение области освещения.

5.Модель освещения, учитывающая отражение, прозрачность, преломле-

ние.

6.Методы закраски:

-однотонная закраска;

-закраска методом Гуро;

-закраска методом Фонга.

7.Алгоритмы создания теней и учета фактуры поверхности

Тема 4.9. Цвет в компьютерной графике

Цвет чрезвычайно важен в компьютерной графике как средство усиления зрительного ощущения и повышения информационной насыщенности изображения. Но он по разному описывается в компьютерной графике, полиграфии, фотографии, биологии.

20

В природе цвет не является неотъемлемым свойством объектов (как, например, масса и ускорение). Для его возникновения как свойства конкретного предмета требуется одновременное наличие трех непременных условий: самого объекта, света и наблюдателя, способного видеть отраженный (пропущенный, излучаемый) объектом цвет.

Зрительная система человека воспринимает электромагнитную энергию с длинами волн от 400 до 700 нм как видимый свет (1 нм = 10"9 м). Свет принимается либо непосредственно от источника, например электрической лампочки, либо косвенно при отражении от поверхности объекта или преломлении в нем. Используя эти положения, надо дать ответы на следующие вопросы темы:

1.Понятие цвета.

2.Физика и биология цвета.

3.Способ описания цвета. Законы Гроссмана.

4.Цветовые модели:

-модель RGB;

-модель CMY(K). Цветоделение. Цветовая палитра;

-другие модели.

5.Цветовой охват.

6.Цветовые профили.

7.Сквозной контроль цвета.

8.Глубина цвета.

9.Преобразование цветных изображений.

Тема 4.10. Основы растровой графики

Принцип построения растровых изображений основан на конечности разрешающей способности глаза, когда при сближении двух точек глаз перестает их различать. Растровое изображение можно представить как массив пикселей, каждый из которых имеет цвет. Соответственно, растр - представление изображения, выражаясь языком математики, методом дифференцирования (деления непрерывности на элементарные отрезки). Именно из принципа представления растрового изображения и проистекают его недостатки. Совершенно очевидно, это относительно большая размерность1. Кроме того, элементарная единица изображения пиксель - неделима. Отсюда невозможность масштабирования растрового изображения. Увеличив растровое изображение раз в 10, единственно, что можно будет увидеть - нагромождение цветных квадратиков в стиле раннего авангарда, понять смысл которого можно только издалека, до и то, если позволит размер экрана.

21

Вопросы по теме

1.Что такое растр и его характеристики?

2.Основные понятия растровой графики: -динамический диапазон; -масштабирование и размер;

-изображение для печати и электронной публикации; -технология подготовки растровой графики;

3.Источники растровых изображений.

4.Подготовка изображений для Internet

5.Сканирование.

6.Программы для растровой графики:

-Corel Photo - Paint;

-Adobe Photoshop.

Тема 4.11. Основы векторной графики

Любое изображение можно представить как совокупность фигур (замкнутых линий), окрашенных в тот или иной цвет. Именно так создается с помощью карандашей и кисточек изображение, именно на этом принципе построены векторные форматы. Это и определяет основные достоинства вектора. Отсутствие необходимости описывать каждый пиксель позволяет значительно сократить объем файла даже при довольно больших размерах изображения. Известно, что при умножении функции на постоянное число, форма описываемой кривой не изменяется. Отсюда векторное изображение - идеальный объект для масштабирования. Увеличенное в десятки раз векторное изображение будет выглядеть не хуже оригинала. Однако, получив возможность управлять размерами, мы теряем гибкость работ с цветом, свойственную растровым изображениям. Поэтому векторные редакторы используются для создания изображений с последующей их доводкой и нюансировкой, придания им реалистичности в растровых редакторах.

1. Векторные объекты.

2.Математические основы векторной графики З.Кривые Безье. Основные свойства. 4.Фрактальная графика.

5.Программы векторной графики: возможности, приемы работы, области применения:

-Adobe Illustrator;