ГИА СИУ

 

4. Компьютерная графика.

 

Компьютерная графика.

 

 Компьютерная графика – это сложное понятие, вобравшее в себя множество родственных понятий на протяжении долгого развития вычислительной техники и её графических возможностей, начавшееся в 1960-е года и активно продолжающееся в наше время.

 

 Обобщённо компьютерная графика – это область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для создания и редактирования изображений, созданных с помощью программных средств или полученных из внешнего мира (с фотоаппаратов, сканеров, видеокамер, различных систем анализа, телескопов и других сложных оптико-вычислительных систем).

 

 Наибольший толчок развития компьютерная графика получила на этапе изобретения монитора -- средства вывода информации на дисплей. В компьютерной графике применяются очень сложные технологии, в основу которых входят алгоритмы, глубоко использующие некоторые области высшей математики и её различные приложения.

Представление в компьютере графической информации. Векторная и растровая графика.

 

 Чаще всего при работе с изображениями и фотографиями мы имеем дело с двумерной графикой, которую по способу создания и представления графической информации разделяют на растровую, векторную и фрактальную графику.

Растровая графика.

 

 При растровой графике изображение представляется с помощью набора пикселей, имеющих различные характеристики. Пиксель – это наименьший и неделимый элемент изображения, как правило имеющий форму квадрата. Каждый пиксель имеет своё значение определённого цвета, яркости и прозрачности. Растровое изображение как мозаика формируется из этих маленьких кубиков, каждый из которых вносит свой маленьких вклад в общее изображение, задавая его форму и цвет. Поскольку пиксели очень маленькие, мы их не замечаем, воспринимая всё изображение в целом. Но если увеличить и присмотреться, то мы увидим, что даже плавные линии и округления состоят из совокупности квадратиков с прямыми углами, каждый из которых на чуть-чуть выступает из общей дуги, формируемой множеством пикселов.

 Как правило, в большинстве случаев мы работаем или имеем дело с растровой графикой. Именно с помощью растровой графики формируется изображение цифрового фотоаппарата или со сканера. С помощью растровой графики можно представить любое изображение, которое при соответствующем качестве будет выглядеть максимально похожим на изображение реального мира.

 Любое изображение, созданное с помощью растровой графики, характеризуется следующими параметрами:

 Количеством пикселей, которое определяет реальный максимальный размер изображения, при котором его качество не изменяется. Например, часто количество пикселей по ширине и высоте: 640*480 или 1024*768

 Количеством используемых цветов. Чем больше это количество, тем большее количество оттенков может принимать каждый пиксель и тем качественнее изображение

 Как было сказано выше, каждый пиксель характеризуется своими параметрами цвета, яркости и прозрачности. Эти параметры определяются с помощью уникального для каждого пикселя набора двоичных цифр (например, если пиксель имеет восьмиразрядный формат, то такими наборами могут быть: 00100111, 11100110 и другие). Изображение растровой графики хранит информацию о каждом пикселе в виде последовательности таких двоичных наборов, а программа - просмотрщик прочитывает эти наборы, ставя в соответствие каждому набору свои параметры цвета, яркости и прозрачности, формируя попиксельно всё изображение в целом.

Ввиду своего построения, изображение, полученное с помощью растровой графики, невозможно увеличить без потери его качества, так как при увеличении нужно увеличить и число пикселей, формирующих данное изображение, но каким цветом заполнить возникающие пиксели, сделав переходы между цветами плавными, компьютер сам определить не в силах. Именно поэтому при увеличении получаются большие и неприятные квадраты, каждый из которых закрашен в один монотонный цвет.

 Кроме этого, для описания (сохранения) изображений, особенно имеющих большие размеры, уходит большое количество памяти, так как компьютер должен хранить информацию о каждом пикселе.

Векторная графика.

 

 При использовании векторной графики изображение формируется из совокупности отдельных простеньких геометрических фигур – геометрических примитивов -- каждый из которых задаётся с помощью соответствующего ему математического описания. Такими примитивами может быть точка, прямая, прямоугольник, окружность или фигура некоторого вида, называемая сплайном. У каждого примитива (геометрической фигуры) есть свои параметры, называемые атрибутами, например, толщина линии или цвет заполнения. У окружности этими параметрами являются:

 Радиус окружности

 Координаты центра окружности

 Цвет и толщина контура окружности

 Цвет самой окружности

 

 Таким образом, все графические примитивы описываются с помощью математических выражений, которые при работе с векторным изображением или при его выводе на экран рассчитывает сам компьютер. Сам графический файл содержит набор координат и параметры каждого графического примитива в отдельности. Эти данные и формируют сам файл векторного изображения, который оказывается значительно меньше, чем файл аналогичного растрового изображения, так как хранить нужно в основном уже текстовую информацию. При этом размер файла векторного изображения не зависит от размера самого изображения.

 Поскольку векторное изображение строится на математическом описании геометрических фигур, то его можно масштабировать (увеличивать или уменьшать) без какой-либо потери качества. При увеличении компьютер рассчитает заново параметры каждой фигуры в зависимости от пропорции увеличения и выведет тот же прямоугольник, окружность или ломаную линию, но с большей длиной, шириной, радиусом, толщиной или цветом. Все скругления окажутся идеально ровными, в то же время, если они изначально были построены из отдельных маленьких отрезков, то увеличение сделает это только намного заметнее.

 

 Если фигуры перекрываются, то в случае векторной графики имеет значение их порядок относительно друг друга.

 

 

 

Рисунок 3. Различие растровой и векторной графики.

 

 Векторная графика хорошо подходит для создания логотипов, шрифтов, эмблем, комиксов или несложных рисунков, но при этом она становится бессильной при обработке серьёзных графических работ. Из векторного изображения достаточно легко получить растровое, а вот обратное преобразование на сегодняшний день невозможно.

Отображение на мониторе.

 

 Поскольку монитор отображает только двухмерное изображение, которое он выводит попиксельно, то реально любое изображение, формируемое на мониторах, является растровым. Тем не менее, при совместной работе программных и аппаратных средств компьютера векторное изображение формируется таким, чтобы наши глаза и мозг воспринимали его именно векторным. То же самое происходит и с трёхмерной графикой: всю работу по созданию трёхмерного изображения в конечном итоге проделывает наш мозг, а компьютер использует лишь особенности нашего зрительного восприятия окружающего мира.

Форматы графических файлов.

 

 Графические файлы предназначены для хранения любой графической информации, которая может быть записана различными способами. Способы записи графической информации определяют формат этого файла. Все форматы хранения двухмерных графических файлов можно разделить на растровые, векторные и комплексные форматы. Ниже мы рассмотрим самые популярные из растровых и комплексных форматов.

Растровые форматы.

 Формат JPEG является одним из самых распространённых и популярных графических форматов файлов. Он применяется для хранения многих фотографий, картинок и другой графики. Файлы, содержащие данные JPEG, обычно имеют расширение .jpg или .jpeg. Этот формат использует для сжатия изображения алгоритм с потерей качества. При сохранении файла можно указать степень сжатия изображения, в зависимости от которой получаемое изображение будет занимать разный объём памяти, и, соответственно, получать разное качество. Алгоритм сжатия преобразует расположенные по соседству 8 пикселей по горизонтали и 8 пикселей по вертикали в один пиксель с усреднённым цветом. Чем сильнее сжатие, то заметнее становится дробление изображения на квадратики, как это показано на рисунке ниже. В данном примере для сравнения степень сжатия уменьшается слева направо.

 

 

Рисунок 4. Работа формата JPEG

 

 Поскольку JPEG отводит для каждого пикселя по 24 бита, то всего данный формат работает примерно с 16 миллионами различных цветов.

 

 Следует также отметить, что формат JPEG не поддерживает прозрачность изображения.

Формат BMP.

 

 Формат BMP с давних пор активно поддерживается и продвигается операционной системой Windows. Файлы данного формата имеют расширение .bmp. Так как формат BMP поддерживает максимальную глубину цвета[1] 48 бит, то качество хранимых изображений может быть очень высокое, но при этом и размер файла становится слишком большим, поэтому на практике он используется не так часто.

Формат TIFF.

 

 Формат Tiff используется в основном для хранения изображений с большой глубиной цвета. Как правило, это изображения, получаемые со сканера или используемые в полиграфии. Файлы данного формата имеют расширение .tiff. При сохранении файла в формате Tiff у пользователя есть возможность выбрать, сжимать или не сжимать сохраняемое изображение.

 

 Формат Tiff позволяет работать с прозрачностью изображения.

Формат GIF.

 

 Формат Gif способен сжимать данные без потери качества. Он использует всего 256 цветов, поэтому файлы данного формата, как правило, выглядят довольно примитивно и занимают немного памяти.

 

 Особенностью данного формата является то, что он позволяет отображать анимацию у изображения. Это достигается тем, что файл данного формата хранит несколько последовательных изображений и информацию о том, сколько каждое изображение будет показано на экране. Поскольку эта последовательность является циклической и воспроизводится постоянно, то создаётся ощущение движения картинки.

 

 Формат очнь широко распространён при использовании на интернет-ресурсах в качестве анимации или аватарок.

 

 Расширение файла этого формата .gif.

Формат PNG.

 

 Png является очень важным форматом, который всё больше вымещает большинство остальных форматов, особенно форматы Gif и JPEG, ввиду некоторых ощутимых преимуществ. Во-первых, этот формат использует эффективные алгоритмы сжатия без потери качества. Во-вторых, в данном формате имеется расширенная поддержка прозрачности цветов, глубина которых может достигать 48-ми бит.

 

 К сожалению, в отличие от формата Gif, для замены которого и пришёл формат Png, этот формат не имеет анимационных возможностей.

 

 Файлы формата PNG имеют расширение .png.

Формат RAW.

 

 Формат Raw используется для работы с фотографиями очень высокого качества, получаемыми с зеркальных цифровых фотоаппаратов. Это один из любимых форматов фотографов, и фотоаппараты часто сохраняют высококачественные снимки именно в этот формат, задавая для файлов фотографий расширение .raw.

Комплексные форматы.

Формат PDF.

 

 Формат PDF – это очень распространённый формат хранения электронных документов, которые могут содержать, как текст, так и любую графику. Важной особенностью формата PDF является то, что он поддерживается практически любыми компьютерами и операционными системами. Файлы данного формата имеют расширение .pdf. Этот формат очень удобно использовать для распространения документации на продукцию, сканированных изображений в одном файле, текстовую информацию, не подлежащую изменению или редактированию, любых схем или специфических графических элементов, созданных в малораспространённых редакторах. В отличие от специализированных программ, документы PDF способен открыть практически любой компьютер ввиду бесплатности и простоты распространяемого фирмой Adobe Systems программного обеспечения для созданного ей стандарта.

Формат DJVU.

 

 Формат DJVU создан специально для хранения и распространения  сканированных документов, таких, как книги, журналы или рукописи, в которых обилие формул, схем, рисунков и рукописных символов делает трудоёмким их полноценное распознавание. Этот формат стал основой для распространившихся в сети интернет электронных библиотек.

 Необходимо помнить, что формат DJVU сжимает данные с потерей качества, но при этом достигается существенно меньший размер файла, чем совокупность размеров изображений, составляющих это файл DJVU.

 

 Файлы формата DJVU имеют расширение .djvu.

 

 

 

Сайт создан по технологии «Конструктор e-Publish»
Hosted by uCoz