Информатика в техническом университете / Информатика в техническом университете. Компьютерная графика

Рис. 4. Хроматическая диаграмма CIE

У \

Рис. 5. Хроматическая диаграмма системы CIE Luv

Рис. 6. Цветовая модель системы CIE Lab

Яркость

Зеленый Желтый

Рис. 7. Представление системы HSB

Рис. 8. Цветовой круг

Рис. 9. Изображение в натуральную величину и при пятикратном увеличении

;

••":•-•

Рис. 10. Оригинал, оцифрованный с различным разрешением: а — высокое разрешение; б — низкое

Рис. 11. Цветовой эталон

Рис. 12. Изменение экранных размеров одного оригинала при выборе различных значений разрешения

1. Введение в компьютерную графику

Рис. 1.5. Пример оптической иллюзии

На рис. 1.6 показана регулярная сетка, в узлах которой расположены круги небольшого размера. Это классический пример, демонстрирующий оптическую иллюзию в самой простой форме. Испытуемому предлагается подсчитать количество кружков разного цвета. Обычно уже после обработки первого ряда начинают путаться люди с самой устойчивой психикой и идеальным зрением.

На рис. 1 цветной вклейки приведен пример иллюзии цветового восприятия. Прямоугольное поле заполнено в шахматном порядке клетками светло-зеленого цвета, на диагоналях этой фигуры размещены прямоугольники отличного цвета. Требуется оценить сходство цветов клеточек, заполняющих диагонали. Кажется, что диагонали этой фигуры закрашены разным цветом, но инструментальная

проверка или осмотр изображения при большом увеличении свидетельствуют о полной хроматической•щмммммитождественности. Можно выиграть любое пари, что

§ I

И I I i I 5

•>•••••••

Рис. 1.6. Пример иллюзии восприятия тонов

26

1. Введение в компьютерную графику

дающие единый фундамент процедурам настройки и измерения цвета. Беспорядку со специализированными фирменными форматами был положен конец в 1995 г., когда фирма Apple объявила о создании встроенной в операционную среду системы управления цветом ColorSync 2. Фирма предложила новый стандарт записи профайлов и сделала его открытым. Формат оказался удачным и был стандартизован международным консорциумом по свету ICC (International Color Consortium). Разработка принята сообществом разработчиков программного и технического обеспечения и в настоящее время все системы управления цветом основываются на профилях ICC.

Профилирование и калибровка технических устройств оказываются неработоспособными без надлежащей системной организации. Программно-аппаратная среда, объединяющая средства управления цветом в КГ, называется системой управления цветом и ее часто обозначают аббревиатурой CMS (Color Management System). Существует несколько таких систем, среди которых можно выделить двух явных лидеров: на платформе Windows — Image Color Management (ICM); на платформе Macintosh — ColorSync.

Все системы CMS (рис. 1.11) включают в себя три основных составляющих:

• базовое цветовое пространство системы. Аппаратно-независимый способ описания цветов, свободный от ограничений и особенностей классов и типов технических устройств. Это своего рода общий знаменатель, к которому приводятся цветовые пространства отдельных технических устройств, входящих в технологическую цепочку подготовки цветных публикаций. В последних CMS эти функции выполняют CIE Lab или CIE XYZ. Базовое пространство — важная теоретическая составляющая любой системы управления цветом. Для рядового пользователя она не имеет прикладного значения, поскольку является полностью закрытой;

Ядро системы управления цветом

Рис. 1.11. Структура системы управления цветом

46

2. Технические средства компьютерной графики

Рис. 2.5. Суперкомпьютер BlueGene/L фирмы IBM

числений, таких как моделирование атмосферных явлений, решение астрономических задач, прогнозирование погоды, разведка нефтяных и газовых месторождений и т. п. Как правило, суперкомпьютеры создаются под конкретные задачи или научные программы и изготавливаются в единичных экземплярах из серийных комплектующих. Суперкомпьютеры содержат сотни и тысячи процессоров, имеют большую оперативную память и очень высокое быстродействие. Они состоят из большого количества различных аппаратных средств, стоят десятки миллионов долларов, занимают большие помещения, а иногда и специально построенные здания (рис. 2.5).

Многие современные суперкомпьютеры созданы по кластерной технологии (Cluster). По этой технологии компьютер строится из нескольких десятков вычислительных машин, связанных между собой и функционирующих как единая система. Кластерные суперкомпьютеры легко масштабируются и позволяют получать высокое быстродействие и высокую готовность.

Быстродействие суперкомпьютеров обычно измеряется во ФЛОПСах (FLOPS — Floating Point Operations Per Second). ФЛОПС — количество арифметических операций с плавающей запятой, выполняемых в секунду. Производные единицы: 1 МегаФЛОПС (МФЛОПС) = 1 млн арифметических операций в секунду. 1 ГигаФЛОПС (ГФЛОПС) = 1 млрд арифметических операций в секунду; 1 ТераФЛОПС (ТФЛОПС) = 1 трлн арифметических операций в секунду.

Организация ТОР500 Supercomputer sites (www.top500.org) с 1993 г. дважды в год публикует статистику по 500 наиболее мощным суперкомпьютерам, определяя их производительность на тестовой программе High-Performance Linpack Benchmark (HPL) решения системы алгебраических уравнений. Характеристики пяти лучших компьютеров по данным на ноябрь 2006 г. приведены в табл. 2.1;

Мэйнфреймы — высокопроизводительные компьютеры с большими вычислительными ресурсами, способные решать сложные задачи, обрабатывать большие объемы данных и выполнять обработку нескольких тысяч запросов одновременно.

76

Конструктивно мэйнфреймы выполняются в едином корпусе в форме шкафа или тумбы (отсюда и их название), к которому могут подключаться многочисленные терминалы (рис. 2.6). Как правило, мэйнфреймы отличаются очень высокой надежностью.

Мэйнфреймы обычно используют для хранения и обработки больших баз данных, а также для создания крупных webузлов с большим количеством клиентов.

Серверы — компьютеры, которые в вычислительных сетях являются центральными управляющими и информационными узлами. На серверах хранится большое количество информации, в том числе и графической, которую могут использовать все компьютеры, подключенные к сети, в зависимости от их статуса.

Сервер определяет работоспособность всей сети, сохранность баз данных и другой информации, поэтому серверы имеют систему хранения данных, отличающуюся большой емкостью и высокой надежностью,

Рис 2.6. Мэйнфрейм IBM zSeries 990 возможность замены неисправных блоков 2003 г. при непрерывной работе («горячая» замена)

77

2. Технические средства компьютерной графики

Рис. 2.7. Сервер Hewlett Packard Integrity rx8620-32 (2005 г.) и сервер Apple Xserve G5 (2005 г.)

и средства обеспечения длительной непрерывной работы в различных условиях. Серверы могут быть построены на базе различных семейств компьютеров и содержать от единиц до нескольких десятков процессоров. Конструктивное исполнение серверов многообразно — от настольного до шкафа (рис. 2.7).

Инженерные рабочие станции — относительно недорогие и достаточно мощные и надежные компьютеры на базе современных RISC-процессоров и ОС Unix, которые используются в качестве рабочих мест для профессиональной работы в различных областях, связанной со сложными и объемными вычислениями и с большими объемами данных. Обычно эти компьютеры используют для работы со сложной графической информацией и в CAD/CAE/CAM системах, поэтому их часто называют также графическими рабочими станциями (рис. 2.8).

Рабочие станции, как правило, специально конфигурируются для работы со сложной графической информацией, т. е. в их состав входит мощная графическая подсистема, реализующая многие графические операции (а часто непосредственно операторы языка OpenGL) аппаратно. Как правило, вычислительная.мощность графических процессоров рабочих станций существенно превышает производительность центрального процессора. Кроме того, графические рабочие станции комплектуются мониторами с большим экраном и высоким разрешением и оснащаются

Рис. 2.8. Графическая рабочая станция

78

2.1. Общие сведения об ЭВМ

Рис. 2.9. Персональная рабочая станция

разнообразными устройствами для ввода графической информации и манипулирования изображениями — от простой мыши до больших графических планшетов или специальных шлемов для работы в режиме виртуальной реальности.

Персональные рабочие станции — графические рабочие станции, выполненные на вычислительной платформе, используемой в персональных ЭВМ, как правило, это платформа WLNTEL. Вычислительная платформа — совокупность центрального процессора (в данном случае — микропроцессор фирмы Intel) и ОС (в этом случае — вариант ОС Windows фирмы Microsoft). Обычно в качестве персональных рабочих станций используются высокопроизводительные персональные ЭВМ, укомплектованные дополнительными периферийными устройствами в зависимости от назначения станции (рис. 2.9).

Персональные компьютеры (ПК) — компьютеры, предназначенные для индивидуального использования одним пользователем автономно или в сети совместно с другими компьютерами. Персональные компьютеры бывают настольные, переносные и карманные. С точки зрения аппаратной и программной совместимости большинство современных ПК совместимы с IBM PC.

Персональные настольные компьютеры предназначены для работы в лабораторных условиях, в офисе или кабинете. Их располагают непосредственно на рабочем месте, обычно на столе, в соответствии с их названием. Это наиболее распространенные компьютеры, составляющие большую часть всех компьютеров в мире. Настольные персональные ЭВМ в зависимости от их возможностей и назначения можно разделить на профессиональные, офисные, учебные и бытовые.

Как правило, конструктивно настольные компьютеры и рабочие станции состоят из центральной части — системного блока — монитора, клавиатуры и мыши, подключенных к системному блоку. Конструктивное оформление системного блока отличается большим разнообразием — от классического горизонтального или вертикального до самых экзотических решений дизайнеров (рис. 2.10). В некоторых моделях ПК монитор и системный блок совмещены.

79

2. Технические средства компьютерной графики

I':

В "

Рис. 2.10. Настольный компьютер с вертикальным (а) и горизонтальным (б) системным блоком

Переносные (мобильные) персональные компьютеры широко используются наравне с настольными компьютерами. Современные переносные компьютеры часто называют ноутбуками (от англ. notebook), или блокнотными компьютерами. Ноутбук функционально аналогичен настольному ПК и часто не уступает ему по техническим параметрам. В ноутбуках используется такое же ПО и ОС, что и в настольных ПК. Основная особенность ноутбука — возможность автономной работы с питанием от встроенного аккумулятора. Это позволяет использовать ноутбук в различных условиях при отсутствии питающей сети. Конструктивно ноутбук содержит жидкокристаллический дисплей, клавиатуру, совмещенную с системным блоком, жесткий диск и оптический дисковод (CD-ROM, CD-RW или комбинированный DVD+RW). Рядом с клавиатурой размещается манипулятор для управления курсором. Размеры ноутбуков соответствуют портфелю или небольшой сумке.

Широкое распространение ноутбуков сдерживалось их высокой стоимостью по сравнению с настольными компьютерами, однако по мере развития технологии изготовления для них комплектующих их стоимость снижалась, что обусловило повышение спроса и интенсивное развитие их производства. В настоящее время все основные производители настольных компьютеров предлагают большое число моделей ноутбуков, отличающихся функциональными возможностями

истоимостью. Более того, за последние годы появились новые виды ноутбуков:

•мультимедийные — отличаются достаточной производительностью и функциональными возможностями, необходимыми для комфортного решения большинства задач мультимедиа: качественное воспроизведение фильмов с DVD с многоканальным звуком; воспроизведение музыки на Hi-Fi уровне; редактирование и монтаж видеофайлов; 3D игры в высоком разрешении; большой экран с широкими углами обзора (как правило, 17" по диагонали); полный набор коммуникационных возможностей и интерфейсных портов; удобная полноразмерная клавиатура. Их стоимость обычно превышает 2500 долл.;

80