Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Белорусско-Российский университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

ОиТ - Лекции / Лек10 Системы обр грф инф

.doc

Скачиваний:

Добавлен:

29.02.2016

Размер:

69.63 Кб

Скачать

☆

Лек 10. Системы обработки графической информации

Понятие компьютерной графики. Виды компьютерной графики.

Растровая графика. Кодирование графической информации

Векторная графика.

Цветовые модели компьютерной графики.

Графические редакторы.

На заре своего развития компьютеры не обладали значительными графическими возможностями. В то время на экран можно было выводить только символы (буквы, цифры, специальные знаки). Но уже тогда программисты научились получать рисунки в режиме символьной печати. На бумажных листах с помощью звездочек, точек, крестиков, букв печатались графики функций, изображались физические процессы, получались художественные изображения. В редком компьютерном центре стены не украшались распечатками с портретами Эйнштейна, репродукциями Джоконды и другой машинной живописью.

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика (КГ).

Компьютерная графика охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки.

Как и любая другая информация в ЭВМ, графические изображения хранятся, обрабатываются и передаются по линиям связи в закодированном виде - т.е. в виде большого числа бит- нулей и единиц.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на: растровую и векторную.

1. Растровая графика. Способы кодирования растровой графики.

Принцип растровой графики чрезвычайно прост. Он был изобретен и использовался людьми за много веков до появления компьютеров: мозаика, витражи, вышивка. В любой из этих техник изображение строиться из дискретных элементов.

Растровые графические изображения чаще всего получают в процессе преобразования графической информации из аналоговой формы в цифровую, например, в процессе сканирования существующих на бумаге или фотопленке рисунков и фотографий, при использовании цифровых фото- и видеокамер, путем "захвата" кадра телевизионных передач с использованием ТВ-тюнера и так далее.

Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности.

Растровое изображение – изображение, представляющее совокупность точек (пикселей) различных цветов.

Пиксель (pixel, является сокращением от picture element - элемент картинки) - минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

Каждый пиксель имеет определенное положение и цвет. Хранение каждого пикселя требует определенного количества битов информации, которое зависит от количества цветов в изображении.

Бит - единица информации в компьютере, он обозначает ячейку памяти компьютера, которая может находиться во включенном (обычно обозначается 1) и выключенном (обозначается 0) состоянии.

Состояния битов можно использовать для представления черного или белого цветов, так что, соединив на поле несколько битов, можно создать изображение из черных и белых точек.

Качество растрового изображения зависит от размера изображения (количества пикселей по горизонтали и вертикали) и количества цветов (глубина цвета), которые можно задать для каждого пикселя.

Параметры качества изображения:

1)Разрешающая способность растрового изображения (P=M*N) - размер сетки экрана, т.е. число пикселей по горизонтали (M) и по вертикали (N) на единицу длины изображения. Чаще всего используют британскую длину-дюйм (inch), равный 2,54 cм. Его количественной единицей считается, обычно число точек на дюйм-dpi или число пикселей на дюйм-ppi

Пример: 1024×768, 640×480, …

2) Глубина цвета (I) – количество бит, используемых для кодирования цвета. Цвет каждого пикселя растрового изображения – черный, белый, серый или любой из спектра – запоминается с помощью комбинации битов. Чем больше битов используется для этого, тем большее количество оттенков цветов для каждого пикселя можно получить.

Количество цветов в палитре (N) и количество информации, необходимое для кодирования каждой точки (I), связаны между собой и могут быть вычислены по формуле:

N=2I

Глубина цвета , I (битов)

Количество цветов в палитре, N

24=16

28=256

216=65 536

224=16 777 216

Графические редакторы- Paint, Fractal Design Painter, Corel Photo-PAINT, Adobe PhotoShop

Графические форматы. Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия (сжатие без потерь или сжатие с потерями соответственно).

Тип файла

Описание

Использование

BMP

Несжатая растровая графика, от 2 до 224 цветов

Paint; стандартный формат Windows

JPG (JPEG)

Растровая, Real color, сжатая с потерей качества

Стандартный формат фото в Интернет

GIF

Растровая, сжатая без потери качества, до 256 цветов, поддерживает эффекты анимации, прозрачного фона и черезстрочной загрузки

Стандартный формат баннеров и анимаций в Интернет

PNG

Растровая, сжатая без потери качества, от 2 до 232 цветов, поддерживает несколько уровней прозрачности, черезстрочной загрузки, гамма-коррекцию изображений

Формат, разработанный как альтернатива GIF и JPG. Поддерживается современными браузерами

Достоинства:

1) Простота хранения и кодирования;

2) Высокое качество представления изображения (изображения фотографического качества).

3) Компьютер легко управляет устройствами вывода, которые используют точки для представления отдельных пикселей. Поэтому растровые изображения могут быть легко распечатаны на принтере.

Недостатки:

1) Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению). При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения. При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом/

2) Большой размер, занимаемый файлами — хотя сейчас достаточно часто применяют сжатие, размер все равно достаточно велик (особенно у больших изображений).

2. Векторная графика.

Векторные графические изображения являются оптимальным средством хранения высокоточных графических объектов (чертежи, схемы и пр.), для которых имеет значение сохранение четких и ясных контуров. С векторной графикой мы сталкиваемся, когда работаем с системами компьютерного черчения и автоматизированного проектирования (САПР), программами обработки трехмерной графики и др.

Векторное изображение – изображение, формирующееся из объектов (точка, линия, окружность, прямоугольник и пр.), хранящиеся в памяти компьютера в виде графических примитивов и описывающих их математических формул.

Векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой или чертежной графикой.

Рис.3. Исходное векторное изображение

Рис. 4. Изображении с узлами примитивов

Для векторной графики характерно разбиение изображения на ряд графических примитивов (точки, прямые, ломаные, окружности, эллипсы, прямоугольники). Примитив строится вокруг его узлов (nodes). Координаты узлов задаются относительно координатной системы макета. А изображение будет представлять из себя массив описаний – например:

точка задается своими координатами (X,Y),

линия — координатами начала (XI,Y1) и конца (X2,Y2),

окружность — координатами центра (X,Y) и радиусом (R),

прямоугольник — координатами левого верхнего угла (X1,Y1) и правого нижнего угла (X2.Y2) и так далее. Для каждого примитива задается также цвет.

Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т. д.), т.е. изображение хранится в памяти как база данных описаний примитивов.

Графические редакторы- Corel Draw, Adobe Illustrator.

Графические форматы: CDR, WMF

Тип файла

Описание

Использование

CDR

Векторная, с подключением растровых объектов, сжатая без потери качества

Corel Draw – профессиональное приложение для работы с графикой

WMF

Векторная, несжатая

Microsoft Word и др. офисные программы

Достоинства:

1) Занимают небольшой объем памяти. Это происходит потому, что хранится не само изображение, а некоторые основные данные, используя которые это изображение можно воспроизвести.

2) Векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества. Это возможно, так как масштабирование изображений производится с помощью простых математических операций (умножения параметров графических примитивов на коэффициент масштабирования).

Недостатки:

1) Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде (не позволяет получить изображение фотографического качества);

2) Векторные изображения иногда не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы. Дело в том, что векторные изображения описываются десятками, а иногда тысячами команд. В процессе печати эти команды передаются принтеру. А принтер содержит свои собственные процессоры, которые интерпретируют переданные им команды. Поэтому нужно проверять понимает ли принтер векторные команды.

4. Цветовые модели.

Цветовые модели- способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты

Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется 3 типа цветовых моделей: RGB, CMYK, HSB.

Модель RGB. Модель RGB применяется всюду, где цветное изображение рассматривается в проходящем свете («на просвет»): в бытовых телевизорах, мониторах, слайд-проекторах.

RGB - аддитивной цветовая модель, описывающая смешивания трех базовых (основных) цветов: Red-красного (255,0,0),

Green-зеленого (0,255,0),

Blue-синего (0,0,255)

При смешении основных цветов получаем: синий (B)+красный (R)=пурпурный (Magenta),

зеленый (G)+красный (R)=жёлтый (Yellow),

зеленый (G)+синий (B) = циановый (Сyan),

синий(B)+красный(R)+зеленый(G)=белый (W).

При наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета увеличивается.

В HTML используется #RrGgBb-запись, называемая также шестнадцатеричной: каждая координата записывается в виде двух шестнадцатеричных цифр, без пробелов (см. цвета HTML). Например, #RrGgBb-запись белого цвета — #FFFFFF.

Цветовую модель CMYK. Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений. Они отличаются тем, что их видят не в проходящем, а в отраженном свете. Чем больше краски положено на бумагу, тем больше света она поглощает и меньше отражает свет. Совмещение трех основных красок поглощает почти весь падающий свет, и со стороны изображение выглядит почти черным. Поэтому для подготовки печатных изображений используется не аддитивная, а субтрактивная (вычитающая) модель.

CMYK – субтрактивная (вычитающая) цветовая модель, в которой из белового цвета вычитаю первичные цвета

Цветовыми компонентами этой модели являются не основные цвета, а те, которые получаются в результате вычитания основных цветов из белого:

голубой (Cyan) - (0,255,255)= Белый - красный = зелёный + синий,

пурпурный (сиреневый) (Magenta)- (255,0,255)= Белый - зелёный = красный + синий,

жёлтый (Yellow)-(255,255,0)= Белый - синий = красный + зелёный/

Эти три цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого.

Существенную трудность в полиграфии представляет черный цвет. Теоретически его можно получить совмещением трех основных или дополнительных красок, но на практике результат оказывается негодным. Поэтому в цветовую модель CMYK добавлен четвертый компонент - черный(blacK).

CMYK=CMY+K

Цветовая модель RGB имеет по многим тонам цвета более широкий цветовой охват (может представить более насыщенные цвета), чем типичный охват цветов CMYK, поэтому иногда изображения, замечательно выглядящие в RGB, значительно тускнеют и гаснут в CMYK.

Цветовая модель НSB. Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK - для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека. В модели HSB тоже три компонента: Hue-оттенок цвета,

Saturation-насыщенность цвета,

Brightness-яркость цвета.

Регулируя эти три компонента, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями. Оттенок цвета указывает номер цвета в спектральной палитре. Насыщенность цвета характеризует его интенсивность - чем она выше, тем "чище" цвет. Яркость цвета зависит от добавления чёрного цвета к данному - чем её больше, тем яркость цвета меньше.

Цветовая модель HSB удобна для применения в тех графических редакторах, которые ориентированы не на обработку готовых изображений, а на их создание своими руками.

5. Графические редакторы

Графический редактор –это программное обеспечение ЭВМ, которое используется для создания, редактирования, хранения и вывода графических изображений. Примеры: MS Paint, пакет программ фирмы Corel, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator.

Функции графических редакторов:

Вырезать, склеивать, стирать фрагменты изображений.

Применять для рисования краски и кисти.

Запоминать рисунки на внешних носителях, осуществлять поиски воспроизведение.

Увеличивать фрагмент изображения для проработки мелких деталей.

Добавлять к рисункам текст.

Масштабировать, перемещать и поворачивать изображение

Редактор векторной графики CorelDraw.

Общий вид интерфейса:

Главное меню – здесь сосредоточены все основные команды работы с программой.

Стандартная панель – Содержит основные команды для работы с документами. Открытие, сохранение, печать, импорт и экспорт и др.

Панель свойств текущего инструмента – отображает свойства текущего инструмента, с которым мы работаем.

Панель инструментов – все основные инструменты рисования и редактирования.

Рабочая область – область, в которой мы можем создавать объекты, но эти объекты не будут доступны для печати и экспорта. Объекты, созданные в этой области будут доступны на всех страницах.

Рабочий лист – область, в которой мы формируем окончательное изображения для вывода на печать или экспорта.

Палитра цветов – здесь могут быть выведены текущие цветовые палитры, с которыми мы работаем (CMYK, RGB и пр.)

Докеры – вспомогательные окна для редактирования объектов.

Контекстное меню – вызывается нажатием правой клавиши мыши. В зависимости от места нажатия вам становятся доступными основные команды, которые можно выполнить с этой областью или объектом. Это более быстрый и удобный способ работы, чем через Главное меню.

Графические объекты – непосредственно сами объекты, которые мы создаем в программе.

Строка состояния – здесь отображается текущая информация о документе и выбранном объекте.

Измерительные линейки – вспомогательные линейки для точной работы с координатами и для работы с Направляющими.

Редактор растровой графики Photoshop (CS 5)