ОБЪЕКТЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
Ключевые слова
- компьютерная графика
- растровая, векторная, фрактальная графика
- кривые Безье
- трехмерная графика
- компьютерная анимация
- форматы графических файлов
- алгоритмы сжатия изображений
- разрешение
Информационные технологии
Компьютерная графика :
- область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов;
- разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера.
Объекты компьютерной графики
По способу создания можно выделить следующие классы объектов компьютерной графики:
Объекты компьютерной графики
Анимация
Двухмерные объекты
Трехмерные объекты
Растровые
Векторные
Фрактальные
Растровая графика
Растровые изображения можно получить, сканируя рисунки или фотографии, фотографируя объекты цифровым фотоаппаратом, создавая рисунки с использованием графического планшета или разнообразных растровых графических редакторов ( Paint , Gimp , PhotoShop ).
Растровые изображения
Растровое графическое изображение состоит из отдельных маленьких прямоугольников — пикселей .
При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого входящего в него пикселя.
Качество растрового изоб-ражения возрастает с увеличением количества пикселей в изображении и количества цветов в палитре. Но при этом возрастает и информа-ционный объём всего изображения.
Минимальная единица растрового изображения – точка (пиксель)
Растровая графика
Растровая графика — универсальное средство для формирования и обработки плоских изображений. В полиграфических и электронных изданиях растровые изображения используются в тех случаях, когда нужно качественно и чётко передать в изображении оттенки цветов и плавные переходы от одного цвета к другому.
х2
Недостаток : существенное падение качества изображения в результате его масштабирования и преобразований.
Векторное изображение
Векторное изображение – изображение, построен-ное из геометрических примитивов (объектов): отрезков прямых, дуг, окружностей, эллипсов, много-угольников и кривых Безье. Примитив не нужно рисовать – выбрав на панели инструментов пикто-грамму с его изображением или названием вы просто задаёте необходимые параметры, по которым компьютер сам выполняет необходимые построения.
!
Объекты векторного изобра-жения накладываются друг на друга, образуя незави-симые слои. Каждый слой векторного изображения со-держит свой объект.
Векторная графика
При преобразовании векторного объекта исходное изображение удаляется, а вместо него строится новое – по тем же алгоритмам, но с учётом изменённых данных. Это позволяет без потерь качества масштабировать, пово-рачивать и трансформировать векторные изображения.
х5
х10
Векторные графические изображения создают с помощью специальных программ ( CorelDRAW , Inkscape ) и широко используют в картографии, мультипликации, инженерной графике, при создании логотипов, схем, диаграмм – там, где важны чёткость контуров и возможность увеличения масштаба изображения без потери качества.
Кривые Безье
Кривые Безье были разработаны в 60-х годах XX века независимо друг от друга Пьером Безье из автомобиле-строительной компании «Рено» и Полем де Кастельжо из компании «Ситроен», где применялись для проектирования кузовов автомобилей. Математический аппарат кривых Безье основан на многочленах Бернштейна, описанных Сергеем Натановичем Бернштейном в 1912 году.
Кривые Безье
В компьютерной графике в основном применяются кривые Безье второго и третьего порядка .
Кривая Безье второго порядка описывается уравнением:
B ( t ) = (1 – t ) 2 P 0 + 2 t (1 – t ) P 1 + t 2 P 2 , t ∈ [0, 1].
Здесь:
- P 0 – начало кривой;
- P 1 – опорная точка;
- P 2 – конец кривой;
- прямая P 0 P 1 – касательная к кривой в точке P 0 ;
- прямая P 1 P 2 – касательная к кривой в точке P 2 .
Р 0
Р 1
Р 2
Фрактальная графика
Термин фрактал (от лат. fractus — дроблёный) употребляется для обозначения объектов, обладающих свойством самоподобия, когда целое (в точности или приближённо) имеет ту же форму, что одна или более его частей.
В основе фрактальной графики лежит очень простая идея: бесконечное по красоте и разнообразию множество фигур можно получить из относительно простых конструкций при помощи всего двух операций – копирования и масштабирования.
Трехмерная графика
В последнее время всё большую популярность приобретает трёхмерная или 3D-графика (от англ. three dimensions – три измерения). В ней применяются технологии создания в виртуальном пространстве объёмных моделей, которые максимально приближены к реальным объектам.
Трёхмерная графика широко используется в инженерном проектировании, компьютерном моделировании физических объектов и процессов, в мультипликации, кинематографии и компьютерных играх.
Анимация
Анимация (от англ. animation – одушевление) – это «ожив-ление» изображения. При анимации несколько рисунков (кадров) сменяют друг друга через заданные промежутки времени.
Компьютерная анимация – последовательный показ заранее подготовленных графических файлов, а также компьютерная имитация движения с помощью изменения формы объектов или показа последо-вательных изображений с фазами движения.
!
Форматы графических файлов
Формат графического файла – это способ пред-ставления графических данных на внешнем носителе.
!
Различают растровые и векторные форматы графических файлов. Среди них, в свою очередь, выделяют собственные ( оригинальные ) форматы графических приложений и универсальные графические форматы, которые «понимают-ся» всеми приложениями, работающими с растровой (векторной) графикой.
Графические редакторы предоставляют пользователю возможность самостоятельно выбирать формат файла, в котором будет сохранено изображение.
Комментарии .
На слайде две гиперссылки – выбираются на усмотрение учителя. На каждом из слайдов предусмотрен возврат на данный слайд.
Лупа – переход на алгоритмы сжатия
Основной недостаток растровых изображений – их большой размер. Поэтому растровые фотографии и рисунки сохраняются в сжатом виде.
9
Растровые форматы файлов
BMP (от англ. Bit MaP image – битовая карта изображения)
Изображения хранятся в файлах попиксельно, без сжатия, потому размеры таких файлов достаточно большие
GIF (от англ. Graphics Interchange Format – формат обмена гра-фикой) способен хранить сжатые данные без потери качества в формате не более 256 цветов, поддерживает анимацию
PNG (от англ. Portable Network Graphic – портативная сетевая графика) имеет высокую степень сжатия данных без потерь и предназначен для применения в сетевых приложениях
TIFF (от англ. Tagged Image File Format – формат файла размеченного изображения). Большая глубина цвета у данного формата позволяет хранить изображение с высоким качеством
JPEG (от англ. Joint Photographic Expert Group – объединённая группа экспертов в области фотографии) сжатый формат для хранения изображений с плавными переходами между цветами
Векторные форматы файлов
WMF (от англ. Windows MetaFile – метафайл Windows) – универсальный формат для программ, которые работают в ОС Windows (хранение коллекции Microsoft Clip Gallery)
CGM (от англ. Computer Graphic Metafile – метафайл компьютерной графики) – используется для представления графических объектов, преимущественно, в технических областях
SVG (от англ. Scalable Vector Graphics – масштабируемая вектор-ная графика) – универсальный формат, позволяет с высоким ка-чеством хранить в файле текст, изображение и анимацию
CDR (от англ. CorelDRaw files – файлы CorelDraw) – собственный формат файлов векторного графического редактора CorelDraw
AI (от англ. Adobe Illustrator files – файлы Adobe Illustrator) – собственный формат файлов редактора векторной графики Adobe Illustrator
Алгоритм сжатия RLE
Алгоритм RLE (от англ. Run Length Encoding – кодирование длин серий) – один из простейших методов сжатия изображений.
Его основной идеей является поиск цепочек одинаковых элементов и замена их на пары «число повторений – значение», что в определённых случаях существенно уменьшает избыточность данных.
24 символа
A
E
A
A
A
A
A
E
E
E
D
A
A
A
A
C
A
A
B
B
C
C
C
C
A
6
E
D
4
1
C
5
2
A
6
B
Результат сжатия: 24 / 12 = 2 раза
12 символов
Алгоритм сжатия RLE
Алгоритм RLE в первую очередь рассчитан на изображения с большими областями одного цвета (деловая графика, схемы, рисунки и т.п.). При его использовании в других ситуациях (например, при сохранении цветных фотографий) вместо уменьшения размера файла может происходить его увеличение.
12 символов
Размер данных увеличился в 16 / 12 ≈ 1,33 раз
D
D
C
D
A
D
A
B
C
D
D
B
D
2
C
1
1
B
A
1
D
4
C
1
B
A
1
1
16 символов
Алгоритм сжатия RLE
Если для записи длины цепочки идущих подряд одинаковых символов использовать положительные числа, а для записи количества следующих друг за другом различных символов использовать отрицательные числа, то для разных изображений возможно как уменьшение, так и увеличение размера.
12 символов
12 символов
Размер данных уменьшился в 12 / 11 ≈ 1,09 раз
Размер данных увеличился в 14 / 12 ≈ 1,17 раз
D
A
B
C
D
A
D
D
A
A
D
D
D
C
D
D
A
B
C
D
D
D
B
A
C
4
A
D
3
A
2
D
3
-
B
C
B
-
3
A
B
C
4
D
D
-
3
A
2
11 символов
14 символов
Алгоритм LZW
Алгоритм LZW – Лемпеля-Зива-Велча (назван по именам его разработчиков Авраама Лемпеля, Якоба Зива и Терри Велча). В его основе лежит идея замены наиболее часто встречающихся последовательностей в исходном потоке данных ссылками на «образцы», хранящиеся в специально создаваемой таблице (словаре).
24 символа
B
A
B
E
D
E
D
E
F
C
A
B
C
A
B
A
F
C
A
D
C
B
E
C
3
3
1
2
1
A
E
А
1
2
B
A
F
A
B
C
D
E
C
2
20 символов
Словарь
Результат сжатия: 24 / 20 = 1,2 раз
3
F
A
B
C
2
D
1
C
B
E
→
→
→
РАЗРЕШЕНИЕ
Понятие разрешения
Разрешение – величина, определяющая количество точек (элементов растрового изображения) на единицу площади (или единицу длины).
!
Разрешением экрана монитора обычно называют размеры полу-чаемого на экране изображения в пикселях: 1024 × 768, 1280 × 1024, 1920 × 1080.
Разрешение изображения – это количество пикселей на единицу длины изображения. Чем выше разрешение, тем больше пикселей умещается в дюйме и тем более мелкими они являются: детали изображения прорисовываются чётче и оригинал отображается точнее.
Разрешение принтера – это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (от англ. dots per inch – точек на дюйм). Например, под разрешением 300 dpi подразумевается 300 × 300 точек на одном квадратном дюйме.
Разрешение экрана монитора – это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек ОС).
Цифровые фотографии
Цифровая фотография – растровое изображение, состоящее из множества цветных точек (пикселей).
Её размер определяется количеством пикселей в строке и количеством таких строк. Общее количество пикселей в фотографии рассчитывают как произведение количества строк на количество пикселей в строке и указывают в мегапикселях (миллионах пикселей).
Размер цифровой фотографии определяет качество (детализацию) изображения и размер файла.
Обработка цифровых фотографий
Удаление нежелательных объектов или «следов» времени на фотографии
Кадрирование – операция, позволяющая «вырезать» из исходного изображения его прямоугольную часть
Прозрачный фон, замена фона
Коррекция – изменение характеристик изображения, позволяющее добиться нужного качества
Комментарии .
На слайде 4 прозрачных триггера – вызывают появление фотографий «До» и «После» обработки (анимация с задержкой, поэтому желательно для каждой картинки дождаться ее окончания (финиш – картинка в альбоме)).
21
Самое главное
Компьютерная графика – широкое понятие, обозначающее:
- область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов;
- разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера.
По способу создания можно выделить следующие классы объектов компьютерной графики: двумерные изображения (растровые, векторные, фрактальные), трёхмерные изображения, анимацию.
Графический формат — это способ записи графической информации. Графические форматы делятся на векторные и растровые. Большинство графических форматов реализуют сжатие данных (одни — с потерями, другие — без).
Самое главное
Физический размер изображения определяет размер рисунка по вертикали (высота) и горизонтали (ширина) и может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах).
При работе с объектами компьютерной графики приходится иметь дело с разрешением экрана, разрешением изображения и разрешением печатающего устройства.
Неоспоримыми достоинствами цифровой фотографии являются: простота процесса съёмки и оперативность получения конечного результата; простота создания панорам и спецэффектов; возможность обработки сделанных фотографий средствами компьютерной графики; простота встраивания фотографий во всевозможные цифровые материалы; возможность передачи фотографий по телекоммуникационным сетям или размещения в Интернете.