____OIT 2012_____ / Metodychku pdf / Лабораторна робота № 4

1

Растрова та векторна графічна інформація. Побудова алгоритмів у вигляді блок-схем

Мета роботи: Ознайомитись з основними поняттями та принципами побудови зображень у растровій та векторній графіці. Навчитись будувати та редагувати зображення блок-схем алгоритмів із дотриманням норм ЕСПД.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Прикладне програмне забезпечення для роботи з графікою для персональних комп’ютерів стало настільки потужним, що на шляху користувача залишилось тільки дві основні перепони: його власна майстерність та швидкодія комп’ютера. Проте, незважаючи на те, що для роботи з комп’ютерною графікою існує ціла множина програмного забезпечення розрізняють її всього два види: растрова та векторна графіки.

Границі між ними розмиті та більшість програм поєднують в собі можливості різних категорій. Крім того, можливості, що раніше використовувались в одній області, почали широко застосовуватись в інших, наприклад більшість програм роботи з растровою графікою тепер працюють з об’єктами та шарами, що раніше використовувались тільки в класі програм векторної графіки, а технологія підключення додаткових модулів для створення спеціальних ефектів (plugin), що раніше застосовувались тільки в програмах редагування растрових зображень, знаходить застосування в світі векторної графіки.

Растрова графіка

Растрову графіку застосовують при розробці електронних (мультимедійних) та поліграфічних видань. Основним елементом растрового зображення є точка. У випадку екранного зображення, вона називається пікселем. У залежності від того, на яку графічну роздільну здатність налаштована операційна система комп'ютера, на екрані можуть розміщатися зображення, що мають 800x600, 1024x768, 1280x1024 та більше пікселів. Колір будь-якого пікселя растрового зображення запам'ятовується в комп'ютері за допомогою комбінації бітів. Чим більше бітів для цього використовується, тим більше відтінків кольору можна одержати. Число бітів, що використовуються комп'ютером для будь-якого пікселя, називається бітовою глибиною пікселя. Найбільш просте растрове зображення складається з пікселів, які можуть мати один з двох кольорів: чорний та

Основи інформаційних технологій

2

Растрова та векторна графічна інформація. Побудова алгоритмів у вигляді блок-схем

білий, і таке зображення називається однобітовим. З розміром зображення безпосередньо пов'язана його роздільна здатність. Цей параметр виміряється в точках на дюйм (dots per inch — dpi).

Найбільший вплив на кількість використовуваної пам'яті, що займає растрове зображенням здійснюють такі три фактори:

¾розмір зображення;

¾бітова глибина кольору;

¾формат файлу, що використовується для збереження зображення.

Існує пряма залежність розміру файлу растрового зображення від роздільної здатності. А саме, чим більше в зображенні пікселів, тим більший розмір файлу. Так само, чим більше бітів використовується для відтворення кольору, тим більшим буде файл. Розмір файлу растрової графіки також сильно залежить від обраного формату для збереження зображення. Так за однакових характеристик зображення (однаковому розмірі та бітовій глибині), збереження файлу в форматі BMP дасть змогу отримати зображення на декілька порядків більшим ніж при використанні формату

JPEG чи GIF.

Переваги растрової графіки. Світ складається з мільярдів дрібних об'єктів і людське око пристосоване для сприйняття величезного набору дискретних елементів, що утворюють предмети. З огляду на те, растрова графіка ефективно представляє оточуючі образи. Крім того, пристрої виводу, для створення зображень використовують набори точок. Тому, з технічної точки зору растрові зображення можуть бути легко (без проведення різного роду перетворень) роздруковані на них.

Недоліки растрової графіки. Великі обсяги даних — це основна проблема при використанні растрових зображень. Для підготовчих робіт з великими ілюстраціями типу журнальної полоси потрібні комп'ютери з значними розмірами оперативної пам'яті (2 ГБайт і більше). Зрозуміло, такі комп'ютери повинні мати і високопродуктивні процесори. Другий недолік растрових зображень зв'язаний з неможливістю їх збільшення для розгляду деталей. Оскільки зображення складається з точок, то його збільшення приводить тільки до того, що ці точки стають все більшими і ніяких додаткових деталей при збільшенні растрового зображення розглянути не вдається. Більше того, збільшення точок растру візуально спотворює ілюстрацію, такий ефект називається пікселізацією.

Основи інформаційних технологій

3

Растрова та векторна графічна інформація. Побудова алгоритмів у вигляді блок-схем

Векторна графіка

Векторні зображення зберігаються у вигляді геометричного опису об’єктів, що складають рисунок. Вони містять опис ліній або кривих, з яких складається зображення. Такий спосіб зручний для представлення технічних креслень, тому векторні формати часто використовуються в програмах автоматизації інженерних робіт. Ці формати надають можливість маніпулювати фрагментами графічного зображення, а також різним чином масштабувати зображення. Лінія – це елементарний об’єкт векторної графіки. Більш складні об’єкти векторної графіки отримуються шляхом об’єднання ліній, наприклад, прямокутник можна представити як об’єднання чотирьох ліній.

Зрозуміло, що у растровій графіці теж існують лінії, але там вони розглядаються як комбінації точок. Для кожної точки лінії в растровій графіці виділяється одна або кілька комірок пам'яті (чим більше кольорів можуть мати пікселі, тим більше комірок їм виділяється). Відповідно, чим довшою є растрова лінія, тим більше пам'яті вона займає. У векторній графіці обсяг пам'яті, займаний лінією, не залежить від її довжини, оскільки лінія представляється у виді формули, а точніше кажучи, у виді декількох параметрів. Що б ми не робили з нею, змінюються тільки її параметри, що зберігаються в комірках пам'яті, а кількість комірок залишається незмінною для будь-якої лінії.

До основних об’єктів векторної графіки відносяться:

¾точка – задається парою параметрів (x,y),

¾лінія – задається двома парами параметрів (x1,y1) і (x2,y2),

¾крива Баз'є – частковий випадок кривих третього порядку – задаються початкова точка і важелі, шляхом повернення яких утворюється крива.

Рис.1. Основні об’єкти векторної графіки

Оскільки об'єкти векторної графіки зберігаються в пам'яті комп’ютера у виді набору параметрів, а на екран зображення виводяться у виді точок (екран так влаштований), то кожен графічний редактор векторної графіки здійснює процедуру обчислення координат екранних точок у зображенні об'єкта (растрування), тому векторну графіку іноді називають графікою, що обчислюється. Аналогічні обчислення здійснюються при друкуванні таких об'єктів.

Основи інформаційних технологій

4

Растрова та векторна графічна інформація. Побудова алгоритмів у вигляді блок-схем

Перевагами векторної графіки є: можливість масштабування,

трансформації і редагування векторного малюнку без втрати його якості та невеликий обсяг пам’яті, що займає створене зображення на диску.

Недоліки векторної графіки. Як можна зауважити в навколишньому середовищі є зовсім мало об’єктів які складаються тільки з прямих ліній. На жаль, вони є основними компонентами векторних малюнків. І тому долею векторної графіки, в основній свої масі, є двомірні креслення і кругові діаграми, створені спеціальними програмами САПР, двох і трьох мірні технічні рисунки, стилізовані малюнки що складаються з прямих ліній і областей, зафарбованих однотонним кольором.

Поняття алгоритму

Назва "алгоритм" походить від латинської форми імені одного з найвизначніших середньоазіатських математиків Мухаммеда ібн Муса алХорезмі (Alhorithmi), який жив в 783-850 р. У своїй книзі "Про індійський рахунок" він виклав правила запису натуральних чисел за допомогою арабських цифр і правила дій над ними. В XII столітті ця книга була переведена на латинь та одержала широке поширення в Європі. Як відомо, в математиці для вирішення типових завдань використовуються певні правила, що описують послідовності дій. Наприклад, правила додавання дробових чисел, вирішення квадратних рівнянь тощо. За звичай, будь-які інструкції й правила являють собою послідовність дій, які необхідно виконати в певному порядку. Для рішення завдання треба знати, що дано, що необхідно одержати, які дії й у якому порядку треба для цього виконати. Саме послідовність, що визначає порядок виконання дій над даними з метою одержання шуканих результатів, і є алгоритмом.

Під алгоритмом розуміють послідовність дій, строге виконання яких приводить до вирішення поставленого завдання за визначену кількість кроків. Кожній людині доводиться постійно зіштовхуватись з цим поняттям у різних сферах діяльності (кулінарні книги, інструкції з використання різних приладів, правила вирішення математичних завдань...). За звичай, виконуючи звичні дії людина навіть не замислюється над ними.

Якщо уважно роздивитись навколо, то можна виявити нескінченну кількість алгоритмів які оточують людей. При всьому їх розмаїтті всім алгоритмам притаманні такі властивості:

1. Зрозумілість для виконавця – виконавець алгоритму повинен розуміти, як його виконувати. Іншими словами, маючи алгоритм та

Основи інформаційних технологій

5

Растрова та векторна графічна інформація. Побудова алгоритмів у вигляді блок-схем

довільний варіант початкових даних, виконавець повинен знати, як треба діяти для виконання цього алгоритму.

2.Дискретність (переривчастість, роздільність) — алгоритм повинен представляти процес вирішення завдання як послідовне виконання простих (або раніше визначених) кроків (етапів).

3.Визначеність — кожне правило алгоритму повинно бути чітким та однозначним. Завдяки цій властивості виконання алгоритму носить механічний хаpактеp і не потребує ніяких додаткових вказівок або відомостей про вирішуване завдання.

4.Результативність (або закінченість) полягає в тому, що за кінцеве число кроків алгоритм або повинен приводити до вирішення завдання, або зупинятися через неможливість одержати рішення з видачею відповідного повідомлення.

5.Масовість означає, що алгоритм вирішення завдання розробляється в загальному виді, тобто він може бути застосований для деякого класу завдань, які різняться вихідними даними. При цьому вихідні дані можуть вибиратися з деякої області, яка називається сферою застосування алгоритму.

Алгоритм, що реалізує рішення завдання, можна представити різними способами: за допомогою графічного або текстового опису, у вигляді таблиці значень.

Графічний спосіб подання алгоритмів має ряд переваг завдяки візуальності і явному відображенню процесу вирішення завдання. Алгоритми, представлені графічними засобами, одержали назву візуальних алгоритмів.

Текстовий опис алгоритму є досить компактним і може бути реалізований на абстрактній або реальній мові програмування у вигляді програми для комп’ютера.

Таблиці значень представляють алгоритм неявно, як деяке перетворення початкових даних у вихідні. Табличний спосіб опису алгоритмів застосовується для перевірки правильності функціонування розробленого алгоритму на визначених тестових наборах вхідних даних, які разом з результатами виконання алгоритму фіксуються в так званих "таблицях трасування".

Підсумовуючи, можна зробити висновок, що всі три способи подання алгоритмів є взаємодоповнюючими. Зокрема, на етапі проектування алгоритмів найкращим способом є графічне подання, на етапі перевірки алгоритму – табличний опис, на етапі застосування – текстовий запис у вигляді програми.

Основи інформаційних технологій

6

Растрова та векторна графічна інформація. Побудова алгоритмів у вигляді блок-схем

Візуальні алгоритми

При проектуванні візуальних алгоритмів використовують спеціальні графічні елементи – графічні блоки. Правила їх виконання регламентуються нормами ЕСПД. ЕСПД – це комплекс державних стандартів, які встановлюють взаємопов’язані правила розробки, оформлення та обігу технічної документації. Застосування даних стандартів дає можливість:

¾уніфікувати створені рисунки, для взаємного їх застосування в нових розробках;

¾знизити трудоємність та підвищити ефективність розробки;

¾автоматизувати виготовлення та зберігання програмної документації.

Результатом алгоритмізації вирішення задачі є блок-схема алгоритму, яка складається з деякої послідовності графічних блоків. Графічні фігури для створення блок-схем повинні будуватись з врахуванням певних співвідношень. Розмір а повинен вибиратися з ряду 10, 15, 20 мм, допускається збільшувати розмір а на число, кратне 5. Розмір b рівний 1,5а.

Основними серед графічних блоків є:

Виведення результатів виконання алгоритму на екран/папір.

Блок початку/кінця алгоритму

Основи інформаційних технологій

7

Растрова та векторна графічна інформація. Побудова алгоритмів у вигляді блок-схем

З’єднувач. Вказівник зв’язку між розірваними лініями потоку

Блок циклу. Забезпечує циклічне виконання операцій.

Загальними правилами при проектуванні візуальних алгоритмів є:

¾на початку блок-схеми повинні бути блоки початку та введення інформації;

¾після блоку введення інформації можуть слідувати блоки обробки та блоки умов;

¾в кінці блок-схеми повинні розташовуватись блоки виведення значень вихідних даних та закінчення алгоритму;

¾в блок-схемі алгоритму повинен бути тільки один блок початку та кінця алгоритму;

¾зв’язки між блоками вказуються з допомогою направлених ліній.

Основні структури блок-схем алгоритмів

Алгоритми можна представляти як деякі структури, що складаються з окремих базових елементів. Логічна структура будь-якого алгоритму може бути представлена комбінацією трьох базових структур: слідування (лінійна), розгалуження та цикл. Характерною особливістю базових структур алгоритмів є наявність в них одного входу та одного виходу.

Лінійні алгоритми не містять блоку умови і призначені, в основному, для представлення лінійних процесів. Такі алгоритми застосовують для опису загального вирішення задачі у вигляді послідовності блоків.

1

Початок

2

Введення змінних

X,Y

3

Z = X+Y

C = X-Y

D = X*Y

4

Виведення Z,C,D

5

Кінець

Рис.2. Лінійний алгоритм знаходження деяких параметрів Z, C, D

Основи інформаційних технологій

8

Растрова та векторна графічна інформація. Побудова алгоритмів у вигляді блок-схем

Розгалужені алгоритми в своєму складі містять блок умови та різні конструкції розгалуження. Розгалуження – це структура, яка забезпечує вибір між певними альтернативними варіантами.

Кожна керуюча структура розгалуження має один вхід та один вихід. Розгалуження містить блок умови, у якому записують логічні вирази, такі як А>С, X<=Y. Залежно від значень змінних А, С в керуючій структурі розгалуження (випадок А) умова А>С приймає значення "істина" або "неправда" і процес обчислень включає блок дії Z=A або Z=C.

Аналогічно здійснюється процес у керуючій структурі неповного розгалуження (випадок В). Тільки в цьому випадку, якщо умова X<= Y істинна, то виконується дія С=Х, в іншому випадку жодних дій не виконується.

K: Y=K

C

Рис.3. Приклади розгалужених структур алгоритмів (а - розгалуження, в- неповне розгалуження, с – багатоальтернативний вибір)

У керуючій структурі багатоальтернативного вибору у блоці умови записується змінна, у нашому випадку Х, що може приймати різні значення. Якщо значення змінної Х співпаде з одним зі значень у блоці дії, то виконуються дії, записані в цьому блоці. Наприклад, якщо Х=1, то виконається дія Y=1.

Основи інформаційних технологій