6.2. Графические редакторы

Отметим некоторые области применения компьютерной графики: оформление визиток и объявлений, иллюстративная и деловая графика, подготовка рисунков для отчетов, статей, книг; моделирование реально не существующих объектов; построение трехмерных сцен и анимационных фильмов; создание рекламных роликов и др.

Для составления подобных документов служат специальные прикладные программы – графические редакторы (ГР).

ГР снабжены набором инструментов для инвертирования, зеркального отображения, ретуширования изображения, формирования текстовых сообщений, имитации различных манер живописи, изменения яркости и контрастности, создания иллюзии движения и др.

Разработаны ГР для построения двумерных (плоских) и трехмерных, статических и динамических объектов.

Все ГР можно разделить на два класса: растровые и векторные. В растровых ГР (по-другому называются Bitmap – графические редакторы) изображение строится на растре маленьких, равных по величине, квадратиков (элементов изображений, пикселей).

В векторных ГР все линии определяются начальными точками и формулами, описывающими эти линии.

Растровая графика (РГ) получается в результате сканирования фотографий, иллюстраций, в результате съемки с помощью цифрового фотоаппарата или цифровой видеокамеры. Растровый рисунок можно создать с помощью растрового графического редактора.

Основным элементом РГ является точка (ее положение, яркость, цвет). Растровое изображение формируется из множества отдельных точек (пикселей), расположенных на пересечении столбцов и строк. Слева показана буква, нарисованная с помощью растровой графики.

Термину «растровая графика» в английском языке соответствует термин «Bitmap – графика». В переводе это означает графику, основанную на карте (плане) расположения битов. Приведенный рисунок подтверждает справедливость такого названия.

Качество точечного изображения характеризует разрешающая способность, которая измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi). Полиграфическое качество печати требует разрешения порядка 250 dpi.

Фотоснимок размером 10 12 см будет содержать примерно 10001200 пикселей. Если для кодирования цвета каждого пикселя использовать 24 бита (это дает более 16 миллионов цветовых оттенков), то для хранения всей информации о такой фотографии потребуется более 3,4 Мбайта. Приведенное число говорит о том, что для запоминания растрового изображения требуется большой объем памяти. Большой объем файла является первым недостатком растровых рисунков.

Еще одним недостатком растровых рисунков является искажение изображения при изменении масштаба изображения. При увеличении появляются пиксели, а при уменьшении происходит искажение пропорций. При использовании растровой графики на линиях и кривых, имеющих наклон, просматриваются более или менее заметные «ступеньки».

Достоинства растрового способа представления информации заключаются в почти неограниченных возможностях изменения формы и цвета объекта.

Типичным представителем этого класса ГР является графический редактор Paint, входящий в состав операционной системы Windows.

Растровыми редакторами также являются Adobe Photoshop, Photostyler, Adobe Photo-Paint, Picture Publisher, Corel Photo-paint и др.

В векторной графике при изменении масштаба объекта пропорции точно выдерживаются благодаря запоминанию математической модели объекта, а не карты (таблицы, матрицы) расположения разноцветных пикселей.

Векторными графическими редакторами являются Adobe Illustrator, Macromedia Freehand и Corel Draw и др.

Основным элементом векторной графики (ВГ) являются линия и математическая формула, которая описывает эту линию.

При использовании растровой графики линия создается из множества последовательно расположенных точек, и чем длиннее линия, тем больший объем памяти она требует для своего хранения.

При использовании векторной графики запоминается формула, поэтому независимо от длины все линии одинаковой формы занимают одинаковое место в памяти. С помощью дополнительных параметров задаются цвет, толщина линии и ее вид (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная и т. д.).

Изменение масштаба изображения не приводит к искажениям векторного изображения.

Векторы представляют собой математическое описание объектов. Чтобы компьютер нарисовал прямую линию, нужно указать координаты двух точек. Для изображения окружности достаточно указать координаты центра и радиус и т. д.

Наибольшее распространение в векторной графике получили кривые Безье – разновидность кривых третьего порядка.

Динамическое изображение создают с помощью редакторов 3D Studio MAX, Corel Draw и Animator Pro.

В пакете 3D Studio MAX используется следующая схема формирования изображения: задается небольшое количество ключевых кадров (keyframes), а все остальные связывающие их кадры пакет строит автоматически посредством интерполяции (математическая операция восстановления, реконструкции недостающих данных).

Редактор 3D Studio MAX позволяет выполнять следующие преобразования изображаемых объектов: перемещение вдоль заданной траектории; вращение; деформацию (сжатие или растяжение); морфинг (плавная трансформация одного объекта в другой). Пакет позволяет использовать несколько источников света для освещения объектов и несколько камер для наблюдения за объектами с разных точек зрения. Грани объектов могут быть прорисованы (заполнены) различными фактурами, образцы которых хранятся в библиотеке.

Поскольку компьютерная прорисовка, или рендеринг (rendering), трехмерных поверхностей занимает достаточно много времени, объекты в большинстве программ первоначально создаются в виде «проволочных моделей». Такая модель представляет собой сетку (заготовку), набранную из многоугольников и принимающую форму каркаса (скелета) создаваемого объекта. Для создания сферы достаточно нарисовать окружность и задать вращение вокруг какого-либо диаметра. Аналогично стакан с гладкими стенками получится, если нарисовать его контур (прямоугольник) и построить поверхность путем вращения этого контура вокруг его центральной оси.

Чтобы сделать поверхность каркаса видимой, необходимо обтянуть его «кожей». Превращение каркасов, представляющих Собой «проволочные сетки», в «телесные» трехмерные поверхности из различных материалов называется прорисовкой, тонированием, растушевкой или рендерингом. На предыдущем рисунке показан чайник после прорисовки каркаса.

Для достижения фотографической точности создаваемого изображения применяется расчет хода световых лучей от источников к объекту (raytracing). Можно даже учесть недостаточную прозрачность воздуха (среды), что приведет к более яркой и четкой окраске ближних предметов по сравнению с дальними (создает воздушную перспективу). Существуют средства, позволяющие добавить к изображению объекта разнообразные эффекты, такие, как туман или «смазывание», которое встречается при фотографировании быстро движущегося объекта.

Последовательно выбирая различные «точки зрения» на созданную картину, можно обозначить путь следования воображаемой виртуальной камеры. Отснятые с различных точек кадры выстраиваются в цепочку, и получается компьютерный видеоклип. С другой стороны, можно задать маршрут движения не только камеры, но и объекта. При этом не обязательно отмечать каждый кадр на маршруте, достаточно выбрать ключевые (опорные) кадры и предоставить возможность компьютеру самому достраивать недостающие кадры. Трехмерные объекты любой формы с помощью графических редакторов можно подвергать деформациям изгиба, кручения и сдвига.

Графическая программа COSMOPOLITAN Virtual Makeover позволяет моделировать имидж (внешний вид) человека. Программа располагает базой, содержащей более 150 видов причесок.

Завершим данный раздел кратким рассмотрением растрового графического редактора Paint, который входит в состав стандартных программ операционной системы Windows. Paint позволяет получить первое представление о возможностях растровой графики. Графический редактор Paint является однооконным приложением, и его применяют для работы с точечными рисунками формата JPG, GIF или BMP.

Ниже строки заголовка программы Paint располагается Главное меню программы. Как правило, слева от рабочего поля размещается панель инструментов, а снизу – палитра, позволяющая изменять цвет наносимых на рисунок элементов. В самом низу пользовательского интерфейса находится строка состояния.

Paint позволяет легко проводить прямые (9) и кривые (4) линии разной толщины, формировать изображения стандартных фигур: прямоугольников, квадратов, скругленных прямоугольников, эллипсов, кругов (см. фигуры 1, 2, 3, 5, 6), нестандартных многоугольников (7). Несложно залить контуры замкнутых фигур каким-то цветом (фигуры 1, 2, 6). Распылитель позволяет создать нестандартное изображение (8). К рисунку можно добавить поясняющую надпись (10).

Все инструментальные средства Paint по функциональному назначению можно разделить на следующие группы? средства для вычерчивания прямоугольников, эллипсов, окружностей, прямых и гладких кривых линий; свободного рисования (кисть, карандаш, распылитель); стирания изображения (ластик); выделения замкнутых областей; масштабирования изображения; трансформации изображений (отразить, повернуть, растянуть, наклонить); ввода текста; копирования понравившегося цвета (пипетка); заливки замкнутой области одним цветом; изменения цвета используемой краски; обращения цветов (получение негативного изображения); преобразования цветного рисунка в черно-белый рисунок.