Тема 9. Технологии обработки графической инф-ии (представление графической инф-ии в эвм, виды компьютерной графики, типы графических файлов, примеры графических редакторов).

1. Представление графической инфо в ЭВМ. Графика - связано с изобразительным искусством, основой которого является рисунок, искусство изображения предметов контурными линиями и штрихами, возможно с применением цветных пятен. К график относятся рисунок и различные виды печатных воспроизведений рисунка: гравюра, литография, монотипия и др.

Комп. графика—это техноло¬гии создания и обработки графических изображений средствами вычислительной техники..появилась в сер 1950-х гг. для пред¬ставления результатов научных исследований и инженерных эко¬номических расчетов, что дало начало появлению так называемой деловой графики—технологии создания изображений с сопровождающим текстом..Можно выделить следующие относительно самостоятельные разделы компьютерной графики. Комп полиграфия нацелена на создание качествен¬ного и, насколько это возможно, высокохудожественного графического изображения в части передачи цвета и формы изображ. Научная графика основана на применении компьютера в качестве инструмента научного исследования для визуализа¬ции концепций, построения графических моделей для выполне¬ния исследований. Инженерная графика с помощью компьютерной графики представляет результаты расчетов, воплощает их в зри¬тельные образы. Для удобства и наглядности пользовательского интерфейса в него включаются визуальные средства управления компьютером и прикладной программой (система меню, иконки, графические образы действий пользователя, графические объекты как компоненты приложений и т.п.). Деловая графика сосредото¬чена на создании схем, диаграмм, графиков и т.п., поясняющих методы и модели управления, алгоритмы обработки информации и принятия решений. Компьютерная графика является обязатель¬ным компонентом при создании веб-ресурсов, компьютерных игр, слайд-шоу, клипов и роликов, она незаменима для обучающих программ, поскольку графический образ более доходчив и лучше запоминается. Широко известен метод компьютерной томогра¬фии, основанный на использовании компьютерного оборудова¬ния для исследования и отображения в графическом виде состоя¬ния внутренних органов.

2. Виды компьютерной графики. Технология и алгоритмы обработки графической информации зависят от размерности создаваемых графических образов: плоские — 1D (точки и линии), 2D (плоские фигуры, имеющие длину и ширину); объемные — 3D (кубы, шары, параллелепипеды и т.п.);..Векторная графика основана на формировании изображений с помощью вычислений для про¬тотипа графического образа. Растровая графика близка к анало¬говому представлению изображения, например как для фотографий, при условии бесконечного разрешения изображения. Фрактальная графика она основана на вычислениях фракталов. Статичные изображения не изменяются при обращении к ним, основное требование — сохранность изображений в течение длительного времени. Для динамичных изображений формируется поток — набор кадров (слайдов). Отличительной особенностью слайд-шоу является низкая скорость потока, а также интерактивный характер работы пользователя. Динамически сменяемые и обновляемые кадры могут составить видео (клип/ролик, видеофильм и т.п.).

Цвет—производная света. С одной 1 стороны, он связан со спектральным составом света, что обусловлено физикой процесса отражения. С другой стороны, свет рассматривается как электромагнитная волна, для которой скорость распространения в вакууме постоянна, как поток фотонов — частиц, обладающих определенной энергией и нулевой массой покоя.

Измерением цвета и света занимаются науки: фотометрия — исследует энергетические характеристики света при его испускании, распространении и взаимодействии с телами; колориметрия — анализирует концентрацию вещества по пог¬лощению света растворами, цветовые координаты, полностью характеризующие цвет.

Цвет имеет ряд характеристик: тон — определяется распределением излучения в спектре видимого света (положением пика излучения), обусловли¬вает название цвета; светлота — субъективная яркость участка изображения, отнесенная к субъективной яркости поверхности, воспри¬нимаемой человеком как белая; насыщенность — интенсивность определения тона, степень визуального отличия хроматического цвета от равного по свет¬лоте ахроматического (серого) цвета.

Для графических изображений применяются понятия «цвето¬вое пространство», «модель формирования цвета». Сетчатка глаза человека имеет три вида рецепторов света (колбочек), каждый вид колбочек позволяет воспринимать световой спектр определенного диапазона

Цветовое пространство — это евклидово пространство, име¬ющее в качестве трех его координат значения:

длинноволнового (I) — соответствует красному цвету; средневолнового (S) — соответствует зеленому цвету; коротковолнового (М) — соответствует синему цвету диапа¬зона оптического спектра. Цветовое пространство человека имеет вид конуса в форме подковы, обладает свойством смешивания двух цветовых векторов. Начало координат (S, М, L) = (0,0,0) представляет черный цвет, белый цвет в спектре отсутствует.

Смешение трех основных цветов (красного, зеленого и синего) в определенных пропорциях дает любой воспринимаемый челове¬ком цвет. Любой цвет, кроме основных, может быть создан из суммы трех любых цветов, но каждый основной цвет не может быть создан сочетанием двух других. Цветовые модели: GreyScale- представляет оттенки серого цвета, размещенные в виде матрицы в качестве эталонов яркости белого цвета, применяется для оценки и измерений качества тонопередачи при фотографической съемке, сканировании, копировальных и печатных процессах.CIE XYZ-линейная трехкомпонентная цветовая модель для «стандартного наблюдателя». Содержит функции соответствия цветов каждому из трех основных цветов: красного, зеленого, синего. Любой физически ощутимый цвет представляется в системе XYZ только положительными величинами, эталонные оттенки цвета имеют две координаты (X, У). Яркость цвета использует координату Y. RGB(Red,Green,Blue)- аддитивная цветовая модель, построен¬ная на основных цветах: красный, зеленый, синий, описывающая спо¬соб синтеза цвета. Все цвета получаются путем добавления к черному цвету. Смешение трех цветов дает ахроматический серый цвет, кото¬рый при увеличении яркости приближается к белому цвет. CMYK(Cyan, Magenta,yellow,key)- субтрактивная модель формирования цвета, построенная на цветах: голубой, лиловый/пурпурный, желтый, черный. Эта цветовая схема используется чаще всего в полиграфии для триаднойпечати. HSV или HSB— по существу преобразованная модель RGB, в которой определяется тон как смесь красного, зеленого или сине-голубого цвета (используется градуирование от 0° до 360°), насыщенность (от чистого цвета до нейтрального серого) и яркость (от 1 до 100). Модель HSV применяется преимущественно для высокохудожес-твенных графических изображений. Для визуализации цветовой модели HSV используется цилиндрическое или коническое представление. Координата цилиндра Hхарактеризует изменение тонацвета при движении вдоль окружности цилиндра; при движении вдоль радиуса (S) изменяется насыщенность тона, а при движении вверх/ вниз вдоль высоты цилиндра (V) — яркость определенной насыщенности выбранного тона. Тон — это конкретный оттенок цвета насыщенность отражает его интенсивность или чистоту, яркость зависит от примеси черной краски. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по границе окружности – чистым цветам. Наиболее часто применяется коническая модель, в которой белый цвет – вершина конуса, при движении от основания к вершине конуса изменяется яркость. Боковые поверхности конуса лучше передают специфику цвета.

3. Типы графических файлов. Растровая графика оперирует с двумерным массивом точек/пикселей, которые и составляют любое растровое изображение. Пиксель-наименьшая единица двухмерного цифрового изображения, которая имеет определенный цвет, градацию серого цвета и прозрачность, а также форму. Представление растрового изображения в памяти компью¬тера — массив сведений о цвете всех пикселей, упорядоченный тем или иным образом (напр: по строкам, как в телевизион¬ном изображении)Качество растровой картинки зависит от установленного раз¬решения, которое выражается в числе точек или пикселей, прихо¬дящихся на единицу длины изображения. Размер растрового файла пропорционально растет с ростом качества изображения (по размеру и количеству градаций цвета) При выводе на печать на изображение накладывается линейная сетка с заданной частотой, которая указывается в числе линий на дюйм Эта сетка называется линиатурой, она определяет плотность укладки линий растра на единицу длины после растрирования изображ. (виды: амплитудная модуляция и частотная модуляция). При амплитудной- изменяется размер точки в матрице растра при сохран. постоянного расстояния между точками; чем больше интенсивность тона, тем больше размер точки и выше наполняемость тоном растра. При частотной -размер точек растра остается неизменным, от интенсивности тона изменяется число печатных точек в растре и расстояние между ними. сохран в различных форматах:JPEG —широко используется для сжатия фотоизображений с потерей качества (сжатие до 100 раз), наиболее распространенные расширения для этих файлов ;TIFF — формат для хранения изображений с большой глубиной цвета, используется при сканирова¬нии, отправке факсов, распознавании текста, в полиграфии, широко поддерживается графическими приложениями.PNG— формат для хран изображ, использ сжатие без потерь, значительно луч¬шее качество.GIF— независимый от аппа¬ратного обеспечения формат для обмена изображениями; обеспечивает хранение сжатых данных без потерь изобра¬жения, но с ограничением цветов в палитре до 256; исполь¬зуется в основном для схем и графиковTGA— формат видеоизображе¬ний, приспособлен к телевизионным стандартам, 32-битный код цвета пикселя модели CMYKPSD — собственный формат программы AdobePhotoshop, который позволяет запоминать параметры слоев.BMP— формат хранения аппа¬ратно-независимых растровых изображений.Flashpix-формат для презентации на CD-ROM или в инете, высококачественное изображ. Без использ значительного кол-ва памяти и дискового пространства. Векторная графика основана на представлении изображ с помощью геомет¬рических примитивов. Для отображения векторной графики на растровом дисплее используются программные или аппаратные встроенные в видеокарту преобразователи. Векторная графика в основ¬ном двухмерная, подходит для создания простых рисун¬ков, которые должны быть аппаратнонезависимыми и не подлежать дальнейшей обработке. В качестве недостатков :не каждый объект может быть изображен в векторном виде. В векторной графике применяются следующие примитивы: точка(х,у),линии, ломаные линии y=ax+b, многоугольник, окружность, кривые Безье. сохран их в различных векторных форматах: EPS — расширение формата PostScript используется в профессиональной полиграфии, содержит растровые, векторные изображения и их комбинации, поддерживает разные цветовые пространства,PDF— кроссплатформенный фор¬мат электронных документов, позволяет внедрять шрифты, векторные и растровые изображения, формы и мультимедиа-вставки,WMF— универсальный формат вектор¬ных графических файлов для Windows-приложений. Обес¬печивает сохранение последовательности аппаратно неза¬висимых функций,SVG-масштабируемая векторная графика на основе языка SVG являющ. Подмножеством расширяемого языка разметки XML.CDR-внутр формат векторного редактора CorelDRAW,CMX-формат для обмена данными и хран инфо в ClipArt.

Фрактальная графика. Фрактал-часть целого, бесконечно повторяющаяся при уменьшении масштаба самоподобная геометрическая фигура, элементарные части которой повторяют свойства своих родительских структур. Относитсяк разряду вычисляемых, но никакие объекты в памяти комп не сохран.

Трехмерная графика (3D-графика)-трехмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве, применяется для моделирования объектов геометрической формы, создания комп образов и анимации в кино и комп играх. Объект 3D графики представляется как набор поверхностей, минимальная поверхность называется полигоном(x,y,z). Типы 3D моделей:игровые, фотореалистичные, архитектурные.

Слайд-шоу или презентации-коллекция слайдов, величиной в экран монитора. Слайд может содержать текст, графические изображения, объекты, поддерживаемые технологией OLE, командные кнопки. При работе со слайдами можно применять, сценарии, макросы, программные модули для автоматизации действий пользователя, изменять последовательность показа. Слайды можно просматривать на экране монитора, печатать, сохранять на носителе либо публиковать как веб-ресурс.

Видео-динамичное графическое изображение, которое изменяется во времени путем быстрой смены графических образов или анимации элементов одного образа. Видео основано на так называемой видеоинформации — различных изображений, зафиксированных на магнитной ленте, кино¬пленке, фотоснимке или оптическом диске, с которых оно может быть воспроизведено. Данный вид информации использует различ¬ные технологии записи, обработки, передачи, хранения и воспро¬изведения. Характеристики: число кадров в секунду, порядок вывода кадров на экран, разрешение, пропорции экрана, цветовое разрешение, скорость ввода видеопотка, качество видео, поддержка стереовидео. Дальнейшая обработка цифровой информации для подготовки мидеофильма включает в себя: микширование отдельных кадров в один с наложением эффек¬тов, преобразования цвета видеоизображений, изменение формы и динамики объектов ,наложение графического изображения или анимации на «живое» видео, совмещение видеоизображений с различными видами титров, синхронизация видеоизображения с аудио и пр.Форматы файлов для видео, с которыми работают граф редакторы:AVI,WAV,FLM,Quick Time.