Лекция

Компьютерная графика
1. Понятие компьютерной графики
Под компьютерной графикой понимают процесс создания, обработки и вывода изображений
разного рода с помощью компьютера.
3 слайд
2. Виды компьютерной графики
В зависимости от принципа формирования изображений различают 3 вида компьютерной графи-
ки:
1. растровая графика;
2. векторная графика;
3. фрактальная графика.
2.1. Растровая графика
Изображение, выводимое на монитор или принтер, полученное со сканера или цифрового фото-
аппарата - дискретно, то есть, состоит из отдельных точек.
Пиксел (pixel) – элементарная единица изображения в растровой графике, обычно имеющая
квадратную форму. Совокупность пикселей — растр.
Принцип хранения и обработки некоторого изображения в виде матрицы точек называют растро-
вой графикой.
Растровое изображение представляет собой набор точек, которые последовательно (по строкам)
формируют изображение. Каждая точка запоминается по цвету. Получившаяся цветная мозаика произ-
водит впечатление единого целого.
Учитывая эту специфику построения, растровая графика имеет следующие особенности:
• растровое изображение всегда прямоугольной формы;
• масштабирование растрового изображения может заметно ухудшить качество;
Недостатки растрового изображения:
• большой объем данных;
• невозможность увеличения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек,
то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее. Увеличение то-
чек растра визуально искажает иллюстрацию и делает ее грубой. Этот эффект называется пикселизаци-
ей;
• изменение деталей, например, длины отрезка прямой, связано с большими трудностями, по-
скольку в растровом изображении отрезок – это просто какая-то совокупность точек одного цвета.
Назначение и характеристика пакетов растровой графики.
Растровая графика применяется для разработки электронных и полиграфических изданий. Чаще
для этой цели сканируют иллюстрации, подготовленные художником или фотографии. В последнее
время для ввода растровых изображений в компьютер используют цифровые фото-и видеокамеры.
Основное предназначение программ этого класса - работа с готовыми растровыми изображения-
ми (отсканированными или полученными с помощью других приложений):
2
• цветокоррекция;
• фотомонтаж;
• ретушь;
• наложение разнообразных фильтров для придания изображению выразительности;
• цветоделение и подготовка растровых изображений для различных технологий печати;
• адаптация полноценных растровых изображений для публикаций в Интернете, использования в
программах подготовки презентаций и т.д.
Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстра-
циями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. Представители:
Photoshop, Gimp
2.2. Векторная графика
Как в растровой графике основным элементом изображения является точка, так в векторной гра-
фике основным элементом изображения является линия (при этом неважно прямая это линия или кри-
вая). Линия – элементарный объект векторной графики.
Простейшие объекты объединяются в более сложные, например, объект четырехугольник можно
рассматривать как четыре связанные линии, а объект куб можно рассматривать либо как 12 связанных
линий, либо как 6 связанных четырехугольников. Из-за такого подхода векторную графику часто назы-
вают объектно-ориентированной графикой.
Объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров, но на экран изображе-
ние все равно выводятся в виде точек (просто потому, что экран так устроен). Перед выводом на экран
каждого объекта программа производит вычисление координат экранных точек в изображении объекта,
поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой. Понятно, что при увеличении
размера изображения или масштаба вывода его на экран качество изображения остается практически
неизменным.
Основной принцип представление векторной графики состоит в том, что описываются только
основные точки изображения, а все промежуточные достраиваются между ними по определенным ма-
тематическим законам.
Например, для построения отрезка прямой, достаточно указать координаты концов отрезка, а
также сделать пометку о том, что соединяющая их линия – прямая. Для описания окружности достаточ-
но задать ее центр, указать радиус и сделать помету «окружность».
Такой подход резко снижает расходы на хранение данных. Кроме того, изменение (размер, по-
ложение и т.п.) того или иного элемента происходит очень легко.
Достоинства и недостатки векторной графики
Достоинства: меньший объем, нет потери качества при масштабировании.
На практике средства векторной графики используют для оформительских, чертежных и проект-
но-конструкторских работ.
Программные средства для работы с векторной графикой предназначены, в первую очереди, для
создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки.
Примеры: Adobe Illustrator, CorelDRAW, DRAW.
Сравнение показывает, что сосуществование двух типов цифровых изображений целиком оправ-
дано. Там где требуется точность и четкость линий, используют векторную графику, а там где требуется
реалистичность фотографии — растровую.
2.3. Фрактальная графика
Фрактал - это рисунок, который состоит из подобных между собой элементов.
Существует большое количество графических изображений, которые являются фракталами] тре-
угольник Серпинского, снежинка Коха, "дракон" Хартера-Хейтуея] множество Мандельброта.
3
Построение фрактального рисунка осуществляется по какому-то алгоритму или путём автомати-
ческой генерации изображений при помощи вычислений по конкретным формулам.
Главным преимуществом фрактальной графики есть то, что в файле фрактального изображения
сохраняются только алгоритмы и формулы.
Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической
генерации изображений путем математических расчетов.
Создание художественной фрактальной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в
программировании.
Фрактальными свойствами обладают многие объекты живой и неживой природы. Обычная сне-
жинка, многократно увеличенная, оказывается фрактальным объектом.
3. Форматы графических файлов
Способ организации информации в файле носит название формата. Этот параметр оказывает
определенное влияние на качество изображения и размер файла т.к. некоторые форматы позволяют
сжимать файлы и могут содержать в себе дополнительную информацию.
Наиболее распространенными графическими форматами являются: TIF, GIF, JPG, PDF, PNG.
Все имеющиеся графические форматы можно разбить на три группы:
• растровые;
• векторные;
• универсальные.
Достаточно распространенным является формат Bitmap (англ. Bit map image - битовая карта
изображения).Файлы этого формата имеют расширение .BMP. Данный формат поддерживается практи-
чески всеми графическими редакторами растровой графики. Основным недостатком формата BMP яв-
ляется большой размер файлов из-за отсутствия их сжатия.
Для хранения многоцветных изображений используют формат JPEG (англ. Joint Photographic
Expert Group - объединенная экспертная группа в отрасли фотографии), файлы которого имеют расши-
рение .JPG или .JPEG. Позволяет сжать изображение с большим коэффициентом (до 500 раз) за счет
необратимой потери части данных, что значительно ухудшает качества изображения. Чем меньше цве-
тов имеет изображение, тем хуже эффект от использования формата JPEG, но для цветных фотографии
на экране это малозаметно.
Формат GIF (англ. Graphics Interchange Format - графический формат для обмена) самый уплот-
нённый из графических форматов, что не имеет потери данных и позволяет уменьшить размер файла в
несколько раз. У формата GIF есть интересные особенности, которые позволяют сохранить такие эф-
фекты, как анимацию изображения.
Графический формат PNG (англ. Portable Network Graphic - мобильная сетевая графика) - формат
графических файлов, аналогичный формату GIF, но который поддерживает намного больше цветов. Для
документов, которые передаются по сети Интернет, очень важным есть незначительный размер файлов,
поскольку от него зависит скорость доступа к информации. Поэтому при подготовке Web-страниц ис-
пользуют типы графических форматов, которые имеют высокий коэффициент сжатия данных: .JPEG,
GIF, .PNG.
Особенно высокие требования к качествам изображений предъявляются в полиграфии. В этой
отрасли применяется специальный формат TIFF (англ. Tagged Image File Format - теговый (с пометка-
ми) формат файлов изображений). Они обеспечивают сжатие с достаточным коэффициентом и возмож-
ность хранить в файле дополнительные данные, которые на рисунке расположены во вспомогательных
слоях и содержат аннотации и примечания к рисунку.
4. Цветовые модели
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смеше-
нием основных цветов.
Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моде-
лью.
4
По принципу образования цветов в компьютерной графике выделяют две большие группы цве-
товых систем –аддитивную и субтрактивную.
В первом случае цвет образуется при помощи световых лучей красного, зеленого и синего. Если
все они максимально ярки, то результирующим будет белый цвет, при их отсутствии – черный.
Во втором случае, наоборот: здесь работает принцип наложения краски на белый лист бумаги
(печать). При отсутствии, каких либо составляющих цвет белый, потом, при наложении остальные цве-
та смешиваются и в результате образуют черный.
4.1. Цветовая модель RGB
RGB основана на трех базовых цветах: красном (Red), зеленом (Green) и синем (Blue). Каждая из
тих составляющих может варьироваться в пределах от 0 до 255, обеспечивая в итоге доступ к 16 млн.
цветов.
Считается также, что при наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета
увеличивается.
Совмещение трех компонентов дает нейтральный цвет (серый), который при большой яркости
стремится к белому цвету. Это соответствует тому, что мы наблюдаем на экране монитора, поэтому
данную модель применяют всегда, когда готовится изображение, предназначенное для воспроизведения
на экране. Если изображение проходит компьютерную обработку в графическом редакторе, то его тоже
следует представить в этой модели.
Достоинство: позволяет работать со всеми 16 млн. цветов. Недостаток: при выводе изображе-
ния на печать часть из этих цветов теряется, в основном самые яркие и насыщенные.
Данную модель применяют всегда, когда готовится изображение, предназначенное для воспро-
изведения на экране. Если изображение проходит компьютерную обработку в графическом редакторе,
то его следует представлять в этой модели.
4.2.Цветовая модель CMYK
Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений. Они отличаются
тем, что их видят не в проходящем, а в отраженном свете. Чем больше краски положено на бумагу, тем
больше света она поглощает и меньше отражает. Совмещение трех основных красок поглощает почти
весь падающий свет, и со стороны изображение выглядит почти черным. В отличие от модели RGB
увеличение количества краски приводит не к увеличению визуальной яркости, а наоборот к ее умень-
шению.
В отличии от аддитивной (суммирующей) RGB, является субтрактивной (вычитающей). Цвето-
выми компонентами этой модели являются основные цвета, а те, которые получаются в результате вы-
читания основных цветов из белого: это голубой (Cyan), пурпурный или фиолетовый (Magenta)и жел-
тый (Yellow). Эти три цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета
до белого.
Существенную трудность в полиграфии представляет черный цвет. Теоретически его можно по-
лучить совмещением трех основных или дополнительных красок, но на практике результат оказывается
негодным. Поэтому в цветовую модель CMYK добавлен четвертый компонент - черный. Ему эта систе-
ма обязана буквой К в названии (blacK).
4.3.Цветовая модель НSB
Некоторые графические редакторы позволяют работать с цветовой моделью HSB. Эта модель
наиболее удобна для человека. Она проста и интуитивно понятна.
В модели HSB три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость
цвета (Brightness)
5
Все оттенки располагаются по кругу и каждому соответствует свой градус. Всего насчитывается
360 вариантов (красный –0, желтый – 60, зеленый – 120 и т.д.).
Эта модель удобна для применения в тех графических редакторах, которые ориентирован не на
обработку готовых изображений, а на создании их своими руками (в Photoshop -нет). Создавая соб-
ственное художественное произведение, удобно работать в этой модели, а по окончании работы его
можно преобразовать в модель RGB или CMYK
.
http://idk-teach.ucoz.ru/_ld/0/44_18_grafika.pdf
http://school.ciit.zp.ua/paint-htm/grafik.htm

Последнее изменение: Wednesday, 1 November 2017, 14:57