Лабораторный практикум по курсу «Компьютерная графика и обработка изображений». GIMP

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Е.В. Чепин

Лабораторный практикум по курсу

«Компьютерная графика и обработка изображений».

GIMP

Москва 2023

УДК 004.92(076) ББК 32.973.26-018я7 Ч-44

Чепин Е.В. Лабораторный практикум по курсу «Компьютерная графика и обработка изображений». GIMP [Электронный ресурс]. М.: НИЯУ МИФИ, 2023. 48 с.

Содержит шесть лабораторных работ и указания преподавателя для сдачи экзамена-автомата.

Предназначен студентам, обучающимся по курсу «Компьютерная графика и обработка изображений».

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. М.А. Иванов доц., зам. директора ИИКС В.В. Климов

2

3

Введение

Курс «Компьютерная графика и обработка изображений» состоит из двух взаимосвязанных блоков: компьютерная графика (КГ) и обработка изображений (ОИ) для инженерных приложений (ОИИП). Для краткости будем использовать аббревиатуру ОИ.

КГ – это создание на компьютере «рукотворных» изображений и их обработка.

ОИИП или ОИ – это инженерные приложения, на входе которых изображения реального мира. Эти изображения используют алгоритмы для измерения объектов реального мира, сбора различной статистики, методов сегментации, методов разложений (БПФ, синус-косинусные и т.п.), распознавания и классификации, методы искусственных нейронных сетей.

КГ и ОИ имеют ряд инвариантных методов и компьютерных технологий, а, следовательно, инвариантных алгоритмов и программ. Кроме того, они используют одни и те же модели цветности и графические форматы. Однако цели КГ и ОИ существенно различны.

Основными областями использования технологий компьютерной графики (КГ) являются следующие.

Конструкторская графика – это чертежи конструкций, полученные по ГОСТам, при использовании, например, среды

AUTOCAD.

Научная графика – документация, полученная с использованием САПР для инженеров-конструкторов, архитекторов и т.п., работающих в различных отраслях.

Компьютерная картография, геоинформационные системы (ГИС) – сбор, обработка, хранение, отображение пространственнокоординированной информации в целях решения различных народнохозяйственных задач.

Деловая графика – для наглядного представления различных показателей (графики, диаграммы) работы учреждений.

Иллюстративная графика – произвольное рисование и черчение на экране монитора для различных применений, прежде всего для художественной и рекламной графики.

4

Компьютерная анимация – создание движущегося динамического изображения, например мультфильма или рекламного ролика.

Мультимедиа – это объединение изображения и звука.

Обработка изображений для технических приложений

(ОИ) – любая форма обработки информации, для которой входные данные представлены изображением, полученным из реального мира, например, фотографиями из микроскопа или видеокадрами, полученными с борта мобильного робота. Обработка изображений может осуществляться как для получения изображения на выходе (в задачах КГ), так и для получения полезной/необходимой информации в технических системах (это задачи ОИ). Кроме статичных 2D и 3D изображений обрабатываются также изображения, изменяющиеся со временем (видео), так называемые динамические изображения.

КГ и ОИ отличаются, прежде всего, по типам форматов, которые преимущественно используются для этих близких областей. Для КГ – это векторные форматы данных, а для ОИ – растровые. Взаимосвязанные задачи: векторизации и растеризации.

Рис. В.1. Взаимодействие КГ и ОИ по виду информации

Программная среда GIMP является свободным программным продуктом и служит для создания и обработки растровых изображений. GIMP – аббревиатура от полного названия программы «Gnu

5

Image Manipulation Program» (Программа GNU для обработки изображений) (GNU’s Not UNIX – «GNU – не Unix»). Программный продукт GIMP – одна из наиболее распространенных и мощных программных сред для создания, редактирования и обработки растровых изображений. Области практического применения данного пакета широки: от использования в Интернет-дизайне, в издательской деятельности и рекламы до обработки растровых изображений в различных прикладных областях и для «домашних» нужд. Возможно также ее использование в классических задачах обработки изображений, правда, в несколько ограниченных рамках.

Практикум состоит из шести лабораторных работ, а также из указаний преподавателя для получения экзамена-автомата. Для получения экзамена-автомата необходимо составить и утвердить у преподавателя индивидуальное техническое задание (ТЗ).

Для выполнения практикума необходимы следующие минимальные ресурсы: компьютер с операционной системой Windows XP (или выше) c установленным на нем пакетом GIMP v.2.10. На сайте http://www.gimp.org/ можно найти бесплатный дистрибутив программы, а также различную справочную информацию, в том числе и касающуюся работы в изучаемой среде GIMP. В начале 2022 года была доступна версия 2.10.30.

В случае, если компьютер подключен к Интернет, можно в любом месте работы с GIMP, нажав клавишу F1, получить справочную информацию о выполняемой операции. Также можно скачать отдельный файл справочной информации по работе в среде GIMP или учебник.

Примечание: термин или словосочетание, выделенные в тексте жирным курсивом, вот так, указывают на то, что он взят из меню пакета GIMP, что помогает найти соответствующую операцию в редакторе.

6

Лабораторная работа № 1

«ТЕХНОЛОГИЯ НАЧАЛЬНОЙ ИНСТАЛЛЯЦИИ СРЕДЫ GIMP»

Цель – инсталляция на своем компьютере с правильной установкой пользовательского интерфейса и проверка работоспособности установленного программного редактора растровой графики

GIMP.

Продолжительность лабораторной работы два академических часа.

Примечание. Данная работа выполняется только в случае указания преподавателя.

Введение

Ниже приводится краткое описание функциональных возможностей GIMP [1].

Изображение – основной объект, с которым работает GIMP. Под термином «изображение» подразумевается один файл растрового изображения, например в формате типа XCF или JPEG. Поддерживаемые форматы графических файлов включают GIF, JPEG, PNG, XPM, TIFF, TGA, MPEG, PS, PDF, PCX, BMP и мно-

гие другие. Собственный формат GIMP – XCF.

Основные типы инструментов и функций пакета GIMP.

Инструменты выделения области обработки – прямоугольное, эллиптическое и свободное выделение, «волшебная палочка», кривые Безье и «умное» выделение.

Полный набор инструментов включает кисти, карандаш, распылитель, штамп и т.д.

Технология использования слоев и каналов.

Полная поддержка альфа-канала для работы с прозрачностью слоев.

Многократные отмена и повтор действий, ограниченные лишь свободным пространством на жестком диске.

Инструменты преобразования включают вращение, масштабирование, искривление и отражение.

Технология «плагины» – внешние программы.

7

Процедурная база данных для вызова внутренних функций GIMP из внешних приложений, таких как Script-Fu.

Дополнения, позволяющие легко добавлять поддержку новых форматов и фильтров.

Общая характеристика и возможности программы

После запуска программы открывается основное окно (GNU Image Manipulation Program), в котором будет отображаться создаваемое/обрабатываемое изображение. Каждое изображение, открытое в GIMP, отображается в своем окне. Количество изображений, которое может быть открыто одновременно, лимитируется только системными ресурсами. Для того, чтобы можно было выполнить какие-то операции в GIMP, необходимо открыть хотя бы одно окно с изображением. Это окно содержит также главное меню среды GIMP с основными командами GIMP (Файл, Правка, Выделение...), которые также можно получить нажатием правой клавиши мыши на изображении.

Кроме основного необходимо открыть еще два окна: «Панель инструментов», обычно расположено слева от основного окна, и окно «Слои», расположено справа от основного окна. Их открытие необходимо установить при начальной настройке пользовательского интерфейса. Эти окна должны всегда открываться при загрузке

GIMP.

Окно «Панель инструментов» содержит основные инструменты для рисования и редактирования изображения. В нем содержатся кнопки со значками, нажатием которых производится выбор инструментов, и прочие полезные вещи. При выборе конкретного инструмента внизу окна открывается диалог для выбора и настройки параметров данного инструмента.

Задание

Лабораторная работа № 1 выполняется фронтально, в соответствии с заданием, приведенным ниже. Результат выполнения демонстрируется преподавателю в индивидуальном режиме.

1.Выполнить инсталляцию GIMP на своем компьютере.

2.Загрузить GIMP.

8

3.Выполнить начальную настройку пользовательского интерфейса GIMP.

4.Ознакомиться с составом главных пунктов основного меню GIMP. Для этого можно практически попробовать работу с одной из его функций.

5.Используя возможности Панели инструментов нарисовать простейший рисунок. К художественному качеству рисунка и к его сложности не предъявляется никаких требований.

6.Попробовать работу со слоями, используя Окно слоев. Создать два различных слоя изображений одного размера.

7.Продемонстрировать преподавателю в очном или on-line режимах результат работы.

Контрольные вопросы

1.Что является стандартной настройкой начального интерфейса пользователя?

2.Как выполняется операция «Создать проект», в чем его суть?

3.Чем отличаются операции «Открыть файл изображения» и «Открыть файл изображения как слои»?

4.Где расположено окно «Инструменты» и какие инструменты оно содержит?

5.Где расположено окно «Слои»?

6.Какие группы операций содержит основное меню редактора

GIMP?

7.Чем режим справка отличается от контекстной справки?

Список литературы

1.Инструкция по работе в GNU GIMP (Программа для обработки изображений). Руководство пользователя, например, docs.gimp.org.

2.А. Лапшин. Азбука GIMP - Бесплатный редактор изображений. – https://www.gimpart.org/azbukagimp/?utm_source=azbukagimp- blog&utm_medium=posle-uroka

3.Учебник GIMP для начинающих и профи (uroki-gimp.ru) – Информация по КГ.

4.А. Лапшин. GIMP 2.10. Ключ к миру творчества. 2020. Бесплатный видеокурс. https://www.gimpart.org/catalog/kniga-po-gimp

9

Лабораторная работа № 2

«КГ: СОЗДАНИЕ И РЕДАКТИРОВАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СРЕДЕ GIMP»

Цель – приобретение начальных практических навыков и изучение основных возможностей и приемов работы в программной среде GIMP по созданию графических изображений (КГ).

Продолжительность лабораторной работы № 2 два академических часа.

Введение

Ниже приведено краткое описание некоторых функциональных возможностей GIMP, которые будут полезны при выполнении лабораторной работы № 2.

Выделения. Часто при работе возникает необходимость изменить только часть изображения. Для этого существует механизм выделения областей. В каждом изображении можно создать выделенную область, которая, как правило, отображается в виде движущейся пунктирной линии (она также называется «муравьиной дорожкой»), которая отделяет выделенную область от невыделенной. На самом деле, выделение в GIMP несколько сложнее, чем просто разделение пикселов на выделенные и невыделенные. В действительности выделение представляет собой канал в градациях серого, т.е. каждая точка изображения может быть выделенной, частично выделенной и не выделенной вовсе. Пунктирная линия, которой отображается выделение, представляет собой контур при уровне выделения 50 %. Вышеупомянутый канал в градациях серого всегда можно увидеть, включив отображение быстрой маски. Важным компонентом изучения, как эффективно использовать GIMP, является искусство создания хорошего выбора выделения, которое содержит именно то, что вам нужно, и больше ничего.

Отмена действий (Undoing). В меню: Правка-Отменить дей-

ствие. Ошибки при редактировании изображений неизбежны, но почти всегда можно отменить свои действия: GIMP записывает «историю» действий, позволяя при необходимости вернуться на несколько шагов назад. Однако эта «история» занимает память, поэтому возможности отмены действий не безграничны. Некото-

10