Основные понятия компьютерной графики. Назначение и виды компьютерной графики

Основные понятия компьютерной графики

Назначение и виды компьютерной графики

Цель:

Ознакомиться с основными видами компьютерной графики, основными преимуществами и недостатками каждого вида графики. Знать основные понятия, назначение компьютерной графики. Уметь рассчитывать объем растрового изображения.

Ключевые слова (план):

Ситуационная задача

Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800 на 600 точек и глубиной цвета 24 бит на точку.

Компьютерная графика - область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора.

Виды компьютерной графики отличаются принципами формирования изображения

В компьютерной графике с понятием разрешение изображения обычно происходит больше всего путаницы, поскольку приходится иметь дело сразу с несколькими свойствами разных объектов. Следует четко различать:

• разрешение экрана,
• разрешение печатающего устройства (принтера)
• разрешение изображения.

Разрешение экрана —

это свойство компьютерной системы

(зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows).

Разрешение экрана измеряется в пикселах и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране

целиком.

Разрешение принтера —

это свойство принтера, выражающее

количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Разрешение измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере

Разрешение изображения

- Это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения – его физическим размером.

Кодирование цвета

Для кодирования черно-белого изображения достаточно одного бита памяти:

1 – белый

0 – черный.

Для кодирования 4-цветного изображения требуется два бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов:

00 – черный

01 – красный

10 – зеленый

11 – коричневый.

На цветном экране все разнообразие красок получается из сочетаний трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Такая цветовая модель называется RGB моделью , по первым буквам английских названий цветов (Red, Green, Blue):

К

З

0

С

0

0

0

Цвет

0

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

1

1

Шестнадцатицветная палитра получается при использовании четырехразрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно:

И

К

0

З

0

0

0

С

0

0

0

0

0

Цвет

0

0

черный

1

1

0

0

1

1

0

синий

0

1

1

0

зеленый

0

0

1

голубой

0

красный

1

1

1

1

0

1

0

розовый

1

коричневый

1

0

1

0

серый

0

0

0

1

темно-серый

0

1

1

1

1

ярко-синий

0

1

1

1

1

1

0

ярко-зеленый

0

1

1

0

ярко-голубой

1

ярко-красный

1

1

ярко-розовый

0

1

ярко-желтый

1

белый

Количество бит, которое используется для кодирования цвета точки, называется глубиной цвета . Тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле:

N=2 I ,

где N – количество цветов, I – глубина цвета.

Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку.

Глубина цвета

4

Кол-во цветов

8

16

256

16

24

65536

16777216

Ситуационная задача

Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800 на 600 точек и глубиной цвета 24 бит на точку.

V = 800  600  24 = 11520000 бит = 1440000 байт = 1406,25 Кб = 1,37 Мб.

Объем растрового изображения

= количество точек (число точек по горизонтали* число точек по вертикали) * информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. 

Виды компьютерной графики

фрактальная

векторная

трёхмерная

растровая

точка/пиксель

линия

треугольник

плоскость

Наименьший элемент

Растровая графика

Растровое изображение состоит из мельчайших точек ( пиксель ) – цветных квадратиков одинакового размера, которые образуют строки и столбцы.

Растровое изображение подобно мозаике – когда приближаете (увеличиваете) его, то видите отдельные пиксели, а если удаляете (уменьшаете), пиксели сливаются.

Растровая графика

Растровая графика

Пиксель (англ. pixel , сокр. от англ. PICture’S Element – элемент изображения) – это мельчайшая единица цифрового изображения в растровой графике.

Он представляет собой неделимый объект прямоугольной формы, обладающий определенным цветом

Пиксель

Растровая графика

Растровая графика работает с сотнями и тысячами пикселей, которые формируют рисунок.

В компьютерной графике используют следующие термины:

• Видеопиксель – наименьший элемент изображения на экране

Размер графической сетки

М х N

• Пиксель – отдельный элемент растрового изображения
• Точка – наименьший элемент, создаваемый принтером

Растровая графика

Растровое изображение может иметь различное разрешение , которое определяется количеством точек по горизонтали и вертикали .

Растр - (от англ. raster) – представление изображения в виде двумерного массива точек (пикселей), упорядоченных в ряды и столбцы

М

Пиксель

Растр M x N (графическая сетка)

N

Достоинством растровой

графики являются ее хорошие фотографические качества.

Недостаток растровой графики состоит в том, что при увеличении изображения

ухудшается его качество.

К тому же растровые изображения занимают

достаточно большой размер файла.

Применение растровой графики

• ретуширование, реставрирование фотографий;
• создание и обработка фотомонтажа;
• оцифровка фотоматериалов при помощи сканирования (изображения получаются в растровом виде)

Размер файла зависит от:

• глубины цвета точек,
• размера изображения (в большем размере вмещается больше точек),
• разрешения изображения (при большем разрешении на единицу площади изображения приходится больше точек).

Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселов имеющих только два возможных цвета черный и белый

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, т.к. она может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать двумя цифрами - 0 или 1 . 

1

0

Цветное изображение на экране получается путем смешивания трех базовых цветов : красного, синего и зеленого (RGB).

Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами

Цветные дисплеи, использующие такой принцип называются RGB -мониторами

Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета

Векторная графика

Векторная графика является объектно-ориентированной графикой , то есть представляет собой набор объектов – линий или примитивных геометрических фигур (точка, линия, окружность и т.п.)

Векторный объект храниться в файле как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих атрибуты рисунка (толщина, цвет и т.д.)

Векторная графика

Программные средства для работы с векторной графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки

Изображение может быть преобразовано в любой размер (от логотипа на визитной карточке до стенда на улице) и при этом его качество не изменится.

Достоинства:

• Векторная графика экономна в плане дискового пространства.
• Объекты векторной графики легко трансформируются и

манипулируются, что не оказывает никакого влияния

на качество изображения.

Недостатки:

Однако она ограничена в чисто живописных

Средствах : в программах векторной графики

практически невозможно создавать

фотореалистические изображения.

Не всякое изображение можно адекватно представить в виде набора примитивов, в частности – фотореалистичные изображения

Пример трассировки

Пример векторного изображения

В ряде случаев возможно преобразование растровых изображений в векторные . Этот процесс называется трассировкой .  Программа трассировки растровых изображений отыскивает группы пикселей с одинаковым цветом, а затем создаёт соответствующие им векторные объекты. Однако получаемые результаты чаще всего нуждаются в дополнительной обработке.

Применение векторной графики

• для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений;
• для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем;
• для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов.

Программы для работы с векторной графикой

• CorelDraw
• Adobe Illustrator 
• Macromedia Freehand
• AutoCAD
• Компас
• Visio

Сравнительная характеристика растровой и векторной графики

Признак для сравнения

Векторная графика

Область использования

Растровая графика

Создание шрифтов, логотипов (полиграфия), оформление Web-страниц, создание иллюстраций (книгоиздательство)

Примеры программ

Ретуширование, тоновая и цветовая коррекция изображений, создание коллажей

Adobe Illustrator, Corel  DRAW, графический редактор, встроенный в WORD

Элементы изображения

Возможность автоматизации

Геометрические фигуры: прямые, окружности, прямоугольники, т.п.

Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint, Paint

Пиксел

считывания изображения

Процесс невозможен

Процесс возможен, технически реализуем

Признак для сравнения

Векторная графика

Трансформация изображения

Растровая графика

Без потерь качества изображения

Информационный объем

Ухудшение качества изображения

изображения

Малый

Качество отображения объектов

Универсальные приемы работы

Большой

Отсутствие фотографического качества

реального мира

Фотографическое качество

и инструменты

Команды упорядочивания, взаимного выравнивания, пересечения объектов, исключения одних объектов из других; разнообразные инструменты рисования и виды заливок

Возможность конвертации

Способы сохранения

в другие программы

Погрешности при конвертации или ее невозможность

Команды изменения яркости, цветовых оттенков отдельных пикселей; разнообразные инструменты выделения

Легкая конвертация

(форматы)

WMF, EPS, CDR, DXF, CGM

BMP, PSD, GIF, PNG, TIFF, JPEG,

Фрактальная графика

Построение фрактального рисунка осуществляется по какому-то алгоритму или путём автоматической генерации изображений при помощи вычислений по конкретным формулам.

фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при изменении масштаба

Фрактал - сложная геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия , то есть составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком и повторяется при уменьшении масштаба.

Вся живая и неживая природа состоит из уникальных объектов, порожденных непредсказуемыми движениями хаотического мира. Их находят в местах таких малых, как клеточная мембрана и таких огромных, как Солнечная система. Разветвления трубочек трахей, листья на деревьях, вены в руке, река, бурлящая и изгибающаяся, рынок ценных бумаг — это все фракталы. Фракталы проявляют хаотическое поведение, благодаря которому они кажутся такими беспорядочными и случайными. Но если взглянуть достаточно близко, можно увидеть много аспектов самоподобия внутри фрактала

Трехмерная графика

Статические и динамические компьютерные изображения, создаваемые при помощи компьютера, которые передают эффект трехмерности изображаемых объектов.

Трёхмерное изображение отличается от плоского построением геометрической проекции трёхмерной модели сцены на экране компьютера или иного графического устройства с помощью специализированных программ.

При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной.

Применение трехмерной графики

Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.

Программы для работы с трехмерной графикой

• 3D Studio Max
• Maya
• Lightwave
• Poser
• Pov-Ray

ОДЗ:

Тема: Принципы построения графических изображений на ПК. Виды компьютерной графики

План:

• Пиксель
• Пространственное разрешение монитора
• RGB
• Глубина цвета

Спасибо

за внимание!