1. История развития КГ

1950 год- появляются компы. Они используются для решения научных и производственных задач.

К 60-тым годам появление долее мощных компов, на которых появляется возможность обработки графических данных в режиме символьной печати.

Затем появляются специальные устройства для вывода на бумагу. Следующий важный шаг произошёл с появлением графических дисплеев.

Первый комп JBM PC -1986 году был оснащен видеоадаптером MDA. Видеосистема была предназначена для работы только в текстовом режиме. Через год появляются видеоадаптер ййййй, который поддерживал уже графический видеорежим, с размером роста 720*348. Следующим шагом был видеоадаптер CGA. Это была первая цветная модель. Он позволил работать в цветном текстовом и графическом режиме.(640*200-цветной, 320*200-белый)

В 1984 году появился видеоадаптер EGA. У него был 16 цветной режим, размером 640*350 pi. В 1987 появились адаптеры MCGA и VGA. На данный момент на компьютеры JBM PC с процессором Pentium используется огромное кол-во видеокарт с глубиной цвета 32 бита/pi при размерах растра 1600*1200. В видеопамяти могут хранится несколько кадров изображения. В настоящее время подключается через шину AGP. Наличие AGP порта повышает быстродействие компа. Кроме видеопамяти на плате видеоадаптера располагается дисплейный процессор, который по сложности приближается к центральному

2. История развития графической системы персонального компьютера

Первый компьютер JBM PC – 1981 году был оснащен видеоадаптером MDA. Видеосистема была предназначена для работы только в текстовом режиме.

Через год появляются видеоадаптер Hercules, который поддерживал уже графический черно-белый видеорежим, с размером 720×348 пикселей.

Следующим шагом был видеоадаптер CGA – 1983. Это была первая цветная модель для IBM PC. Он позволил работать в цветном текстовом и графическом режимах.(320×200 – цветной, 640×200– черно-белый, в цветном может обрабатывать 4 цвета)

В 1984 году появился видеоадаптер EGA. У него был 16-цветный режим, размером 640×350 пикселей (он имеет недостаток – пиксели не квадратные). В 1987 появились адаптеры MCGA(Multicolor) и VGA(Video) (256-цветные видеорежимы). На VGA стало возможно черно-белое фото. Появляются видеоадаптеры, обеспечивающие видеорежимы при 16 цветах – 800×600, 640×480, 1024×768- Super VGA.

1995год–Targa 24-16 000000 цветов, т.е. 24 бита/пиксель. Apple, Macintosh стали сдавать позиции.

На данный момент на компьютеры IBM PC с процессором Pentium используется огромное количество видеокарт с глубиной цвета 32 бита/пиксель при размерах растра 1600×1200.

9. ТИПЫ ПАЛИТРЫ.

Различают одноканальные и многоканальные палитры. Одноканальная палитра предусматривает только одну цветовую величину для каждого элемента изображения, причем эта цветовая величина явно указывает цвет пикселя. Многоканальная палитра предусматривает 2 или более цветовые величины для каждого цветового элемента .Палитры могут быть как пиксельные так и плоскоориентированные. Пиксельно ориентированные палитры хранят все данные о цветах пикселей в виде последовательности битов в каждом элементе массива. В плоскоориентированной палитре цветовые составляющие пикселя разделены. Величины, соотв. определ. цветовому каналу сохраняются вместе, и палитра состоит из 3 –х одноммммм палитр, по одной для каждого цветового канала .Одноканальная пиксельно ориентированная палитра содержит одно пиксельное значение на элемент. Многоканальная пиксель-ориентированная палитра также хранит по 1 пикселю на элемент, но каждый пиксель содержит 2 или более цветовых канала. Одноканальная плоскоориентированная хранит 1 пиксель на элемент и 1 бит на плоскость. Многоканальная плоскоориентированная палитра содержит одно значение цветового канала на элемент. Количество элементов в палитре определяется по формуле 2 в степ n,где n-размер пиксельного значения

18. Векторный файл (вф)

Это те файлы, в которых содержатся математическое описание всех элементов изображения(отдельных элементо), использованные программы визуализации для конструирования конечного изображения. ВФ строится не из пиксельных значений, а из описания элементов изображения.

Векторные данные- включают данные о типе линии и её атрибутах. Линии используются для построения геометрических фигур, т.е. в свою очередь может быть использованы для создания объекта 3D фигур. ВД представляют собой список операций черчения и математическое описание элементов изображения, записанные в файле в той последовательности , в которой они создавались. Простейшие ВФ исполняются текстовыми редакторами и электронными таблицами. Большие ВФ разработаны для хранения и создания рисунков программами САПР.

10.Цвет

Человеческий глаз плохо воспринимает цвета маленьких объектов. Обычно мы воспринимаем намного меньше цветов, чем отображает устройство вывода.

Для восприятия цвета человеком важным является то, как этот цвет получен. Одинаковое изображение на разных устройствах ввода/вывода получить невозможно. Из-за разного способа получения цвета одни и те же изображения, визуализированные на различных устройствах, выглядят по-разному. Все множество цветов получается путем смешивания основных цветов образует цветовую гамму.

17. НАЛОЖЕНИЕ И ПРОЗРАЧНОСТЬ.

Если изображение не прозрачное, то не существует условий, при котором можно наложить одно изображение на другое и видеть при этом элемент нижнего изображения. Для того, чтобы изображения могли прикладываться , задается прозрачность изображения на уровне???? всего изображения, ????фрагменты, ?????? отдельного пикселя. Прозрачностью управляют при помощи дополнительной информации, содержащейся в любом элементе пиксельных данных. Каждый пиксель добавляется по крайней мере один, оверленный бит. Установка такого бита позволяет программе визуализации выборочно игнорировать те пиксельные значения, у которых этот вид установлен.

16 бит=5 бит+5 бит+5 бит+1 овер. бит.

Программа визуализации может переключить оверленный бит, чтобы интерпритироваться как команда игнорирующая данный пиксель, таким образом, появляется возможность наложить 2 изображения, прием переключить о. бит пиксельного значения, заданного цвета, а также отключить изображение любой области изображения не окрашен в дополнительный цвет. Процее отклонения любой области изображения и наложение разных изображений называется цветной репроекцией.

20. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ВЕКТОРНЫХ ФАЙЛОВ.

ПРЕИМУЩЕСТВА:

векторные файлы наиболее удобны для хранения изображений, состоящих из элементов.

векторные данные легко масштабируются и поддаются любым манипуляциям, позволяющим адаптировать их к различным устройствам вывода.

векторные файлы, содержащие текстовые данные могут быть изменены без ущерба для других объектов изображения.

НЕДОСТАТКИ:

векторные файлы не применяются для хранения сложных изображений, как фотография.

внешние представления векторных изображений может изменятся в зависимости от отображающей программы

векторные данные плохо отображаются на растровых устройствах вывода.

визуализация векторного файла может потребовать значительно больше времени, чем визуализация растрового равной сложности.

21. Растровые данные.

РД в большинстве форматов расположены непосредственно после заголовков, но могут быть и в любом другом месте растрового файла т.к. после заголовка может быть палитра или др. данные. В таком случае в заголовке поле смещения данных изо-я или в поле каталога изо-я указ. Местоположение начала данных изо-я. РД состоящие из пиксельных значений обычно выводятся на устройства в виде строк развертки по всей ширине поверхности изо-я. Иногда РД записываются в файл в виде плоскостей.

3. Графика и КГ

Графика-результат визуального представления реального или воображаемого объекта, получаемые традиционными методами, рисованием или печатанием художественных образов. Компьютерная графика-графика, включающая любые данные, предназначенные для отображения на устройстве вывода. В компьютерной графике различают понятия создание и визуализация изображения. В компьютерной графике выполнение работы иногда отделено от его графического исполнения. Одним из способов завершения компьютерно графического процесса является виртуальный вывод, т.е. вывод файла на запоминающее устройство. Данные, которые были выведены в файл, могут быть впоследствии восстановлены и использованы для графического представления. Изображением считается визуальное представление реального объекта, зафиксируемого человеком с помощью некоторого механического процесса. В компьютерной графике изображением считается объект, воспринимаемый устройством вывода. САПР используется во всех областях жизни, таких как машиностроение, электроника и тд.Гео информационные стстемы(ГИС)-разновидность системы компьютерной графики. Они позволяют выполнять ввод и редактирование объектов с учетом их расположения на поверхности земли.

4. ГРАФИЧЕСКИЕ ФАЙЛЫ - это файлы, в которых хранятся любые типы графических данных, предназначенных для последующей визуализации. Способы организации этих файлов называется графическим форматами. После записи в файл, изображение становится данным, формат которой может быть изменён.

5. Графические модели

ГРАФИЧЕСКИЙ ФОРМАТ - это способ записи данных, описывающих графическое изображение. Они разр. для эффективной и логичной организацией и сохранения графических данных в файле.

Графические данные: 1 растровые

2 векторные

2- используется для представления прямых, прямоугольников и кривых и любых других объектов, которые могут быть созданы на их основе с помощью определения в численном виде ключевых точек. С ними программа производит связывание точек.

1- набор числовых значений, определяющий цвета отдельных пикселов. Пикселы- цветовые точки, расположенные на правильной сетке и формирующие образ. Техническим растром является массив числовых значений, задающих цвета отдельных пикселей преображающих цвета на отдельном устройстве вывода. Для обозначения числового значения в растровых данных соответствующих цвету пикселя в изображении используется термин пиксельное значение. Термин bitmap используется для обозначения массива пикселей, независимо от типа, а термин битовая глубина используется для указания размеров этих пикселей, выраженных в битах или байтах.

6.ФИЗИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ПИКСЕЛИ.

Физические пиксели- реальные точки, отображённые на устройстве вывода, т.е. это наименьший физический элемент поверхности отображения, которые можно обрабатывать аппаратным способом. Так как физические пиксели занимают определённую площадь поверхности отображения, то площадь между двумя соседними пикселями вводится ограничения. Логические пиксели имеют местоположение, но не занимают физическое пространство. Поэтому при отображении значения логических пикселей в физические пиксели должны учитываться реальные размеры и расположения физических пикселей

7. ОТОБРАЖЕНИЯ ЦВЕТОВ.

Набор цветов, который задаётся пиксельными значениями в файле не всегда совпадает с тем, который может быть отображен на физическом устройстве вывода. Задача согласования набора цветов решается программой визуализации. Существует 2 варианта:

1 если количество цветов, заданных пиксельными значениями в файле значительно меньше количества цветов , которое способно отобразить устройство вывода.

2 устройство вывода способно отобразить меньше цветов, чем записью в исходных данных

8. Определение цвета с помощью палитры

Пиксельные данные, содержащие более 1 бита на пиксель, могут представляться:

как набор индексов палитры цветов

определяется в соответствии со схемой определения цветов.

Палитра также называется картой индексов, таблицей цветов или таблицей перекодировки и представляет собой одномерный массив цветных величин. С помощью палитры цвета задаются косвенно, посредством указания их позиций в массиве. При использовании этого метода данные записываются в файл в виде последовательности индексов. Растровые данные, в которых используется палитра, называется растровыми данными с косвенно или псевдоцветной записью. Палитра обычно включается в тот же самый файл, где содержится изображение. Таким образом, получается значение цвета, которое необходимо для окрашивания пикселя на устройстве вывода. Обычно каждый элемент палитры занимает 24 бита.Каждое пиксельное значение содержит как индекс палитры. Программа визуализации читает из файла пиксельное значение и обращается к палитре за значением цвета.

12.Аддитивная – новые цвета получаются при сложении основного цвета с черным. Чем больше интенсивность добавляемого цвета, тем ближе результирующий цвет к белому. Смешивание всех основных цветов дает чисто белый цвет, если значение их интенсивности максимальны, и черный, если значения интенсивности минимальны (равны нулю) Аддитивные цветные среды являются самосветящимися. Например, цвет на мониторе – аддитивный.

13.Субтрактивная – для получения всех цветов основные цвета вычитаются из белого. Чем больше интенсивность вычитаемого цвета, тем ближе результирующий цвет к черному. Смешивание всех основных цветов дает черный, когда значение интенсивности максимально, и белый, когда значение интенсивности равно нулю. В природе субтрактивные среды являются отражающими. Все изображения, визуализированные на бумаге, это пример субтрактивной цветной модели.

11. Цветовые МОДЕЛИ

RGB. Аддитивная цветовая модель имеет различное количество красного, зеленого, голубого. Ее противоположность – модель CMY (Cyan Magenta Yellow) – голубой, пурпурный, желтый Это субтрактивная цветовая модель, основанная на том, что при освещении каждый из основных цветов поглощает дополняющий его цвет (голубой поглощает красный, пурпурный – зеленый, желтый – синий). Цветовая модель CMYK (К от Black – последняя буква). К – черный цвет, который является в этой модели основным. Результат применения этой модели называется 4-х цветной печатью.

33. Физическое и логическое сжатие.

Алгоритмы сжатия используют для повторного кодирования данных.

Различие между методами физич. и логич. сжатия основано на том, как данные преобразуются. В результате физического сжатия данные преоб-ся без учета содержащейся в них инфо. Происходит просто переход серии битов из 1 шаблона в другой более компактно. Алгоритм физического сжатия удаляет существующую в данных избыточность.

Все рассмотренные методы будут физическими.

Метод логического сжатия явл-ся процессом логич. постановки, т.е. замены одного набора алфавита цифровых или двоичных символов другими. Логическое сжатие выполняется только на символьном или более высоком уровне. Основано на инфо содержащейся в исходных данных и логисеское сжатие не применяется для данных изо-я.

Методы физического сжатия делятся на две категории:

1) сжатие всего файла

При сжатии всего файла программа сжатия считывает все его данные, применяет к ним сжимающий алгоритм и создает новые файлы. Выигрыш в размере файла значительный, но файл нельзя использовать ни одной программой пока его не восстановить. Поэтому сжатие всего файла используют для длительного хранения или для пересылки (rar, zip и т.д.)

2) сжатие включенное в структуру файла

Программы предназ. для чтения файлов таких форматов способны считать данные при распаковке файлов.

заголовок

данные изображения

палитра

концовка

19. Структура векторных файлов.

Базовая структура ВФ содержит

заголовок

ВД (данные изображения)

заголовок

данные

изображение

маркер конца файла

Общая информация, описывающая структуру файла, помещена в заголовок. В данных изображения просто описаны векторные элементы.

Когда в файл необходимо записать дополнительную информацию, которая полностью не поместилась в заголовок, которая была добавлена позже, то в таком случае добавляется палитра и концовка.

Заголовок содержит информацию, общую для всего ВФ и должен быть прочитан до того, как будет обрабатываться вся остальная информация. Общая информация включает число, идентифицирующее файловый формат, номер версии и другую информацию, например, цветовую. Кроме этих данных в заголовке могут быть записаны значения атрибутов по умолчанию, которые применяются к любым элементам ВД этого файла, если значения их собственных атрибутов не заданы – толщина линии, цвет по умолчанию. Выделение атрибутов по умолчанию позволяет существенно сократить размер файла. Заголовок и концовка в ВФ не всегда имеют постоянную длину. Поэтому файл должен читаться последовательно. Информация, записанная в заголовок, определяется типом данных в файле и включает сведения о высоте и ширине изображения, его позиции на устройстве вывода, а также сведения о количестве слоев изображения.

22. Структура растровых файлов

Если файловый формат позволяет хранить несколько изображений, то после заголовка в файле размещается каталог изображений, который содержит информацию о смещении начальных позиций всех изображений в файле.

2

3

1

Заголовок

Заголовок

Заголовок

Палитра

Каталог изображений

Палитра

Каталог изображений

Палитра 1

Растровые данные

Растровые данные изображения 1

Растровые данные изображения 1

Концовка

Растровые

данные изображения 2

. . .

. . .

Палитра N

Растровые данные изображения N

Растровые данные изображения N

Концовка

Концовка

Если файловый формат позволяет иметь каждому изображению свою палитру, то она сохраняется непосредственно перед данными того изображения, с которым она связана. В таком случае структура изменится, и будет иметь вид.

23. Заголовок растрового файла.

Заголовок – раздел данных и символов в формате ASCII данных, который хранит общую информацию о растровых данных, хранящихся в файле. //Структура и содержимое конкретного заголовка определяется исполнением //

Типичный набор полей заголовка.

идентификатор файла

версия фа

ла

информ-ия

описыв-ая изобр-ие

количество строк в изображении

количество пикселей в строке

количество битов в пикселе

количество цветовых плоскостей

тип сжатия

коорд-ты

изобр-ия

х координата начала изображения

у координата начала изображения

текст описания

неиспользуемое пространство

24.Растровые данные

Растровые данные – набор числовых значений, определяющих цвета отдельных пикселей. Растровые данные состоят из пиксельных значений, которые выводятся в виде строк развертки по всей ширине поверхности изображения.

27Преимущества и недостатки растровых файлов

Преимущества РФ

РФ специально разрабатывались для хранения реальных изображений, получаемых со сканирующего фотографического или видеооборудования (РФ легко создаются с помощью любого растрового устройства ввода данных)

пиксельные значения могут изменяться либо индивидуально, либо группами с помощью палитр

РФ легко преобразуются для передачи на точечное устройство вывода (легко выводятся на растровые устройства вывода)

Недостатки РФ

РФ имеют очень большой размер, особенно если изображение многоцветное (чем больше возможностей файлового формата, тем больше размер). Применение различных схем сжатия уменьшает размер, но необходимость распаковки перед использованием замедляет процесс чтения и визуализации изображения

2 растровые форматы плохо поддаются масштабированию

30. Фрактальная графика

Фрактал – это объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур.

Фрактальными свойствами обладают многие природные объекты, такие как снежинка, кристаллы, растения.

Таким образом можно получить объекты любого уровня сложности по простому алгоритму, и вся информация, необходимая для восприятия?? этого рисунка будет занимать 10-ки байт.

Сейчас исследование фракталов развивается по 2-м направлениям:

Фрактал – наилучшее направление живой природы

Фрактал как способ сжатия информации

Фрактальная геометрия появилась в конце 70-х годов.

Слово фрактал образовано от латинского fractus – состоящий из фрагментов. Термин фрактал предложил Бенуа Мандельброт. По его определению фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому.

В 1977г. Мандельброт издал книгу «Фрактальная геометрия в природе». Это и считается началом фрактальной графики и геометрии. В любом фрактале найдется такая часть, которая содержит информацию о всем фрактале.

Построение геометрического фрактала

Фракталы в 2-хмерном случае получают с помощью некоторой ломанной. В 3-хмерном случае некоторой поверхностью, называемой генератором.

За один шаг алгоритма каждый из отрезков, составляющих ломанную, заменяется на ломанную- генератор в соответствующем масштабе. В результате такой замены получается следующее поколение элементов.

Для снежинки Кох в 1-ом поколении каждый отрезок заменяется на 4 звена каждое по 1/3 отрезка.

Для получения следующего поколения каждое звено нового элемента заменяется на уменьшенный образующий элемент, так называемый ломанной-генератор.

Кривая n-го поколения при любом конечном n называется предфракталом. При n → ∞ получится фрактал.

Построение графического фрактала

Выбирается точка на комплексной плоскости.

Действуем на нее отображением х → х2 + с, в результате чего точка перемещается на плоскость. На полученную точку повторно действуем отображением.

Если в результате точка убегает на бесконечность, красим ее в один цвет, если прыгает вокруг исходного положения, то красим ее в черный цвет. Эти действия повторяем для всех точек плоскости. Таким образом получаем 2-хцветный фрактал – он называется множеством Жулиа. Форма множества Жулиа меняется в зависимости от коэффициента с.

Многоцветный фрактал получают таким образом. Точки не убегающие на бесконечность красят в один цвет, убегающие за одну итерацию – во второй цвет и т.д.