58

Лекція 7.

Використання комп'ютерної графіки для оформлення курсових проектів та дипломної роботи за допомогою ЕОМ

7.1. Представлення графічної інформації в ЕОМ

Як і будь-яка інша інформація в ЕОМ, графічні зображення зберігаються, обробляються і передаються по лініях зв'язку в закодованому вигляді - тобто у вигляді великого числа біт - нулів та одиниць. Існує велика кількість різноманітних програм, що працюють з графічними зображеннями. У них використовуються самі різні графічні форматитобто способи кодування графічної інформації. Розширення імен файлів, що містять зображення, вказують на те, який формат в ньому використаний, а значить якими програмами його можна переглянути, змінити (відредагувати), роздрукувати.

Незважаючи на все це різноманітність, існує тільки два принципово різних підходи до того, яким чином можна представити зображення у вигляді нулів і одиниць (оцифрувати зображення): растрова графіка і векторна графіка.

Комп'ютерна графіка

7.1.1. Растрова графіка

При використанні растрової графіки з допомогою певного числа біт кодується колір кожного найдрібнішого елемента зображення - піксела. Зображення представляється у вигляді великого числа дрібних точок, званих пікселями. Кожен з них має свій колір, в результаті чого і утворюється малюнок, аналогічно тому, як з великого числа каменів чи скла створюється мозаїка або вітраж, з окремих стібків - вишивка, а з окремих гранул срібла - фотографія. При використанні растрового способу в ЕОМ під кожен піксел відводиться певна кількість біт, зване бітової глибиною. Кожному кольору відповідає певний двійковий код (тобто код з нулів і одиниць). Наприклад, якщо бітова глибина дорівнює 1, тобто під кожен піксел відводиться 1 біт, то 0 відповідає чорному кольору, 1 - білому, а зображення може бути тільки чорно-білим. Якщо бітова глибина дорівнює 2, тобто під кожен піксел відводиться 2 біти, 00 - відповідає чорному кольору, 01 - червоного, 10 - синього, 11 - чорному, тобто в малюнку може використовуватися чотири кольори. Далі, при бітової глибині 3 можна використовувати 8 кольорів, при 4 - 16 і т.д. Тому, графічні програми дозволяють створювати зображення з 2, 4, 8, 16, 32, 64, ... , 256, і т.д. кольорів. Зрозуміло, що з кожним збільшенням можливої кількості квітів (палітри)

59

вдвічі, збільшується обсяг пам'яті, необхідний для запам'ятовування зображення (тому що на кожен піксел буде потрібно на один біт більше). Для створення і обробки растрових зображень використовуються такі програми, як Adobe Photoshop, Gimp.

Основним недоліком растрової графіки є великий обсяг пам'яті, потрібний для зберігання зображення. Це пояснюється тим, що потрібно запам'ятати колір кожного пікселя, загальне число яких може бути дуже великим. Наприклад, одна фотографія середнього розміру в пам'яті комп'ютера займає кілька Мегабайт, тобто стільки ж, скільки кілька сотень (а то й тисяч) сторінок тексту.

7.1.2. Векторная графіка

При використанні векторної графіки в пам'яті ЕОМ зберігається математичний опис кожного графічного примітива - геометричного об'єкта (наприклад, відрізка, кола, прямокутника і т.п.), з яких формується зображення. Зокрема, для відтворення кола досить запам'ятати становище її центру, радіус, товщину і колір лінії. За цими даними відповідні програми побудують потрібну фігуру на екрані дисплея. Зрозуміло, що такий опис зображення вимагає набагато менше пам'яті (у 10-1000 разів) ніж в растровій графіці, оскільки обходиться без запам'ятовування кольору кожної точки малюнка. Векторні графічні зображення не залежать від дозволу, описуються набором параметричних рівнянь прямих, дуг кіл і кривих Безьє *. У всіх векторних форматах об'єкти можуть варіювати товщину і колір контуру, а замкнуті об'єкти ще і колір заливки. Об'єкти можуть накладатися, частково або повністю затуляючи один одного. В якості окремих об'єктів можуть включатися растрові зображення і текст. Головна перевага векторної графіки в тому, що всі об'єкти незалежні і неможливо здійснити незворотні дії, втратити частину вихідної інформації. Що стосується векторної графіки в інтернеті, то вона цінна ще й тим, що швидше передається по ньому з-за своїх невеликих розмірів.

Для створення і обробки растрових зображень використовуються такі програми, як Corel Draw, Adobe Illustrator і Macromedia Flash.

Основним недоліком векторної графіки є неможливість роботи з високоякісними художніми зображеннями, фотографіями і фільмами. Природа уникає прямих ліній, правильних кіл і дуг. На жаль, саме з їх допомогою (оскільки ці фігури можна описати засобами математики, точніше - аналітичної геометрії) і формується зображення при використанні векторної графіки. Тому основною сферою застосування векторної графіки є отрисовка креслень, схем, діаграм і т.п.

Як відрізнити векторну графіку від растрової? Якщо на екрані малюнок чи малюнок з близьким до природного зображенням, з великим числом кольорів і відтінків, то, швидше за все растрова графіка. Якщо креслення, діаграма, простий стилізований малюнок, - векторна. Якщо програма дозволяє прати, копіювати або переміщувати цілі фрагменти (площі) зображення, то це растрова графіка. Якщо видалити, скопіювати, перемістити можна тільки якісь певні фігури або їх частини, то це графіка векторна.

Приклад зображення, створеного з використанням растрової графіки:

60

Рис. 7.1. Приклад використання растрової графіки: фотографія текстильного принтера.

Приклад зображення, створеного з використанням векторної графіки:

Рис. 7.2. Приклад використання векторної графіки: технологічна схема роботи текстильного принтера.

Файли *. bmp, *. jpg, *. gif, *. msp, *. img та ін відповідають форматам растрового типу, *. dwg, *. dxf, *. pic та ін - векторного.

Для того, щоб краще зрозуміти відмінності при практичному використанні різних видів графіки розглянемо наступний приклад. На рис. 7.3 показано зображення складної геометричної форми. Малюнок був конвертований в растрову графіку і у векторну графіку. Після п'ятиразового збільшення копій фрагмента зображення видно їхні відмінності. На рис. 7.4 показана векторна копія зображення, тут при збільшенні розраховувалися більш точно графіки функцій кривих. На рис. 7.5 растрова копія зображення, тут збільшення зображення відбувалося за рахунок збільшення розмірів самих пікселів.

7.1.3.Області використання векторної та растрової графіки

Усилу своїх особливостей (масштабування без втрати якості зображення, маленький розмір і ін) Векторна графіка використовується в поліграфії (шрифти, логотипи), в Інтернеті (анімації, інтерфейс, банери), при конструюванні для зберігання креслень

ісхем.

Утой же час Растрова графіка має якості, яких немає в векторної (можливо незалежне редагування кожної деталі зображення, аж до пікселя). Растрова графіка незамінна в зображеннях, які дуже складні і яких неможливо описати математичними формулами (наприклад - фотографії), до того ж вона з'явилася раніше растрової і краще освоєна. Саме тому растрова графіка застосовується практично у всіх областях, пов'язаних з комп'ютерною графікою.

Сплайн (SPLINE). Лінія, зазвичай крива, форма якої контролюється за допомогою керуючих векторів, розташованих при вершинах сплайна. Термін з'явився з кораблебудування. Там "сплайном" називали розмічальні мотузку, кривизна якої регулювалася підвішеними важки.

Криві Без'є. Тип сплайну *, вершини якого завжди забезпечуються керуючими векторами. Керуючі вектори представляють собою дотичні до кривої сплайну в точці вершини і дозволяють регулювати форму кривої без переміщення вершин.

На малюнку праворуч показано зміна форми сплайну під дією керуючого вектора. Піксель (PICTURE ELEMENT = елемент картинки = піксель) - елементарна части-

на зображення, найменше адресуються простір на екрані.

7.1.4. Розрішення зображення

Роздільна здатність зображення показує, скільки пікселів міститься в одному дюймі (сантиметрі), і, якщо відомі розміри зображення, можна точно сказати, скільки пікселів міститься в ньому. Це дробове значення часто виражають у пікселях на дюйм (pixels per inch - ppi). Наприклад якщо зображення має розмір, рівний одному квадратному дюйма, а дозвіл зображення дорівнює 8 ppi, то кількість пікселів, що містяться в ньому одно 64 пікселі. Якщо дозвіл - 16 ppi, то зображення цього ж розміру містить 256 пікселів.

Ні 8, ні 16 пікселів на дюйм не можуть забезпечити створення якісного зображення. На рис. 7.6 показана лінійка та узгодження числа пікселів з роздільною здатністю зображення. Зверніть увагу, що праве зображення має здатність 72 ppi - дозвіл екранів монітора.

62

ANTI-ALIASING (Згладжування)

Описаний нижче метод виконується програмами обробки растрової графіки автоматично, але вам необхідно знати про його дії, тому що в деяких випадках його слід відключати.

Криві і діагональні лінії особливо важкі для передачі зображення монітором, оскільки монітор з-за свого будови не може відображати що-небудь, крім прямокутних елементів зображення.

Для збереження плавного виду країв кривих і похилих використовується метод згладжування контурів (анти-аліасінг). На малюнку 7.7 показана різниця між зображенням, де не використовувалося згладжування (ліворуч), і зображенням зі згладжуванням (праворуч).

Рис. 7.7. Ефект від використання згладжування.

Якщо сильно збільшити непаралельних сітки пікселів лінію, до якої застосовано ANTI-ALIASING, то спостерігається наступне явище: в міру віддалення від лінії, її колір розбавляється фоном. Згладжування створює плавний перехід між внутрішньою областю форми та її фоном.

Рис. 7.8. Перехід кольору лінії в фон при згладжуванні (внизу).