СОДЕРЖАНИЕ
Содержание………………………………………………………1стр.
Введение………………………………………………………….2стр.
Видыграфики…………………………………………………… 4 стр.
Представлениеданных графики………………………………… 7 стр.
Цвет и цветовыемодели …………………….…………………..10 стр.
Заключение……………………………………………………….14стр.
Списокиспользуемой литературы………………………………15 стр.
ВВЕДЕНИЕ
Представлениеданных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов длябольших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех порграфический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностьюподавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графическийинтерфейс пользователя сегодня является стандартом “де-факто” для программного обеспеченияразных классов, начиная с операционных систем.
Существуетспециальная область информатики, изучающая методы и средства создания иобработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительныхкомплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формыпредставления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экранемонитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань ипрочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный,но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение всамых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину(компьютерная томография), научные исследования (визуализация строениявещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды,опытно-конструкторские разработки.
Взависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принятоподразделять на растровую, векторную и фрактальную.
Отдельнымпредметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методыпостроения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, вней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.
Особенностицветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветнаяграфика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторыхразделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютернаяполиграфия и прочие.
Настыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительноразвивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.
Заметноеместо в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такоепонятие, как механизм графического представления данных (Graphics Engine).Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и частоинициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.
Хотякомпьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методыоснованы на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук:математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множествадругих. Это замечание справедливо как для программных, так и для аппаратныхсредств создания и обработки изображений на компьютере. Поэтому компьютерная графикаявляется одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многихслучаях выступает “локомотивом”, тянущим за собой всю компьютерную индустрию.
ВИДЫ ГРАФИКИ
Фрактальнаяграфика
Фрактальнаяграфика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальнойграфики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памятикомпьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям.Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложныеиллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.
Трехмернаяграфика
Трехмернаяграфика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты,инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов (рис.3). В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерногомоделирования – создание подвижного изображения реального физического тела.
Вупрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:
— спроектировать и создать виртуальный каркас (“скелет”) объекта, наиболее полносоответствующий его реальной форме;
— спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствамвизуализации похожие на реальные;
— присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональномжаргоне – “спроектировать текстуры на объект”);
— настроить физические параметры пространства, в котором будет действоватьобъект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойствавзаимодействующих объектов и поверхностей;
— задать траектории движения объектов;
— рассчитать результирующую последовательность кадров;
— наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.
Длясоздания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы(прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновыеповерхности. В последнем случае применяют чаще всего метод бикубическихрациональных В-сплайнов на неравномерной сетке (NURBS). Вид поверхности приэтом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждойточке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень еевлияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимногорасположения точек и величины коэффициентов зависит форма и “гладкость” поверхностив целом.
Растроваяграфика
Длярастровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения,выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. При этом следуетразличать:
— разрешение оригинала;
— разрешение экранного изображения;
— разрешение печатного изображения.
Разрешениеоригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dotsperinch– dpi)и зависит от требований к качеству изображения иразмеру файла, способу оцифровки и создания исходной иллюстрации, избранномуформату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем вышетребование к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.
Разрешениеэкранного изображения. Дляэкранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом.Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения(из диапазона стандартных значений), разрешение оригинала и масштаботображения.
Мониторыдля обработки изображений с диагональю 20–21 дюйм (профессионального класса),как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640х480, 800х600,1024х768, 1280х1024, 1600х1200,1600х1280, 1920х1200, 1920х1600 точек.Расстояние между соседними точками люминофора у качественного мониторасоставляет 0,22–0,25 мм.
Дляэкранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном илилазерном принтере 150–200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве200–300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величинаразрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растраустройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению соригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования. Размерточки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), таки на экране зависит от примененного метода и параметров растрированияоригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий,ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряетсячислом линий на дюйм (lines per inch – Ipi) и называется линиатурой.Векторнаяграфика
Еслив растровой графике базовым элементом изображения является точка, то ввекторной графике – линия. Линия описывается математически как единыйобъект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторнойграфики существенно меньше, чем в растровой графике. Линия – элементарный объектвекторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой(прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная).Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое имипространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты)или выбранным цветом. Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками,именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияютна форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочиеобъекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составитьиз шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь,образован четырьмя связанными линиями. Возможно, представить куб и какдвенадцать связанных линий, образующих ребра.Представление данных графикиФорматы графических данных
Вкомпьютерной графике применяют по меньшей мере три десятка форматов файлов дляхранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом “де-факто” иприменяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовместимыеформаты имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотясуществуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Многиеприложения ориентированы на собственные “специфические” форматы, перенос ихфайлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры илиэкспортировать изображения в “стандартный” формат.
TIFF(Tagged Image File Format). Формат предназначен для хранениярастровых изображений высокого качества (расширение имени файла .TIF).Относится к числу широко распространенных, отличается переносимостью междуплатформами (IBM PC и Apple Macintosh), обеспечен поддержкой со стороныбольшинства графических, верстальных и дизайнерских программ. Предусматриваетширокий диапазон цветового охвата – от монохромного черно-белого до32-разрядной модели цветоделения CMYK. Начиная с версии 6.0 в формате TIFFможно хранить сведения о масках (контурах обтравки) изображений. Для уменьшенияразмера файла применяется встроенный алгоритм сжатия LZW.
PSD(PhotoShopDocument).Собственный формат программы Adobe Photoshop (расширение имени файла .PSD),один из наиболее мощных по возможностям хранения растровой графическойинформации. Позволяет запоминать параметры слоев, каналов, степенипрозрачности, множества масок. Поддерживаются 48-разрядное кодирование цвета,цветоделение и различные цветовые модели. Основной недостаток выражен в том,что отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации приводит к большомуобъему файлов.
PCX. Форматпоявился как формат хранения растровых данных программы PC PaintBrush фирмыZ-Soft и является одним из наиболее распространенных (расширение имени файла.PCX). Отсутствие возможности хранить цветоделенные изображения,недостаточность цветовых моделей и другие ограничения привели к утратепопулярности формата. В настоящее время считается устаревшим.
JPEG(JointPhotographicExpertsGroup).Формат предназначен дляхранения растровых изображений (расширение имени файла .JPG). Позволяетрегулировать соотношение между степенью сжатия файла и качеством изображения.Применяемые методы сжатия основаны на удалении “избыточной” информации, поэтомуформат рекомендуют использовать только для электронных публикаций.
GIF(GraphicsInterchangeFormat).Стандартизирован в 1987 году как средствохранения сжатых изображений с фиксированным (256) количеством цветов(расширение имени файла .GIF). Получил популярность в Интернете благодарявысокой степени сжатия. Последняя версия формата GIF89a позволяетвыполнять чересстрочную загрузку изображений и создавать рисунки с прозрачнымфоном. Ограниченные возможности по количеству цветов обусловливают егоприменение исключительно в электронных публикациях.
PNG(PortableNetworkGraphics).Сравнительно новый (1995 год) формат храненияизображений для их публикации в Интернете (расширение имени файла .PNG).Поддерживаются три типа изображений – цветные с глубиной 8 или 24 бита ичерно-белое с градацией 256 оттенков серого. Сжатие информации происходитпрактически без потерь, предусмотрены 254 уровня альфа-канала, чересстрочнаяразвертка.
WMF(WindowsMetaFile).Формат хранения векторных изображенийоперационной системы Windows (расширение имени файла .WMF). По определениюподдерживается всеми приложениями этой системы. Однако отсутствие средств дляработы со стандартизированными цветовыми палитрами, принятыми в полиграфии, идругие недостатки ограничивают его применение.
EPS(EncapsulatedPostScript).Формат описания как векторных, так и растровыхизображений на языке PostScript фирмы Adobe, фактическом стандарте в областидопечатных процессов и полиграфии (расширение имени файла .EPS). Так как языкPostScript является универсальным, в файле могут одновременно хранитьсявекторная и растровая графика, шрифты, контуры обтравки (маски), параметрыкалибровки оборудования, цветовые профили. Для отображения на экране векторногосодержимого используется формат WMF, а растрового – TIFF. Ноэкранная копия лишь в общих чертах отображает реальное изображение, чтоявляется существенным недостатком EPS. Действительное изображение можноувидеть лишь на выходе выводного устройства, с помощью специальных программпросмотра или после преобразования файла в формат PDF в приложениях AcrobatReader, Acrobat Exchange.
PDF(PortableDocumentFormat).Формат описания документов, разработанный фирмойAdobe (расширение имени файла .PDF). Хотя этот формат в основном предназначендля хранения документа целиком, его впечатляющие возможности позволяютобеспечить эффективное представление изображений. Формат являетсяаппаратно-независимьм, поэтому вывод изображений допустим на любых устройствах– от экрана монитора до фотоэкспонирующего устройства. Мощный алгоритм сжатиясо средствами управления итоговым разрешением изображения обеспечиваеткомпактность файлов при высоком качестве иллюстраций.Цвет и цветовые модели
Вкомпьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другоеназвание – глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовойинформации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображениячерно-белого изображения достаточно двух бит (белый и черный цвета).Восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 256 градаций цветового тона.Два байта (16 бит) определяют 65 536 оттенков (такой режим называют HighColor). При 24-разрядном способе кодирования возможно определить более 16,5миллионов цветов (режим называют
Спрактической точки зрения цветовому разрешению монитора близко понятие цветовогоохвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можновоспроизвести с помощью того или иного устройства вывода (монитор, принтер,печатная машина и прочие). В соответствии с принципами формирования изображенияаддитивным или субтрактивным методами разработаны способы разделения цветовогооттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. Вкомпьютерной графике в основном применяют модели RGB и HSB (длясоздания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копииизображения на полиграфическом оборудовании). Цветовые модели расположены втрехмерной системе координат, образующей цветовое пространство, так какиз законов Гроссмана следует, что цвет можно выразить точкой втрехмерном пространстве.
Первыйзакон Грассмана (закон трехмерности).Любой цвет однозначно выражаетсятремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независимостьзаключается в невозможности получить любой из этих трех цветов сложением двухостальных.
Второйзакон Грассмана (закон непрерывности).При непрерывном изменении излученияцвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которомунельзя было бы подобрать бесконечно близкий.
Третийзакон Грассмана (закон аддитивности).Цвет смеси излучений зависиттолько от их цвета, но не спектрального состава. То есть цвет (С)смеси выражается суммой цветовых уравнений излучений:
C1=R1R+G1G+B1B;
C2=R2R+G2G+B2B;
Cn=RnR+GnG+BnB;
Cсумм=(R1+R2+…+Rn)R+(G1+G2+…+Gn)G+ (B1+B2+…+Bn)B.Цветовая модель CIE Lab
В1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIE Lab(Communication Internationale de I'Eclairage – международная комиссия посовещанию. L, a, b – обозначения осей координат в этой системе). Системаявляется аппаратно независимой и потому часто применяется для переноса данныхмежду устройствами. В модели CIE Lab любой цвет определяется светлотой (L)и хроматическими компонентами: параметром а, изменяющимся в диапазоне отзеленого до красного, и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синегодо желтого. Цветовой охват модели CIE Lab значительно превосходитвозможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения,представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модельбыла разработана для согласования цветных фотохимических процессов сполиграфическими. Сегодня она является принятым по умолчанию стандартом дляпрограммы Adobe Photoshop.Цветовая модель RGB
Цветоваямодель RGB является аддитивной, то есть любой цвет представляет собойсочетание в различной пропорции трех основных цветов – красного (Red),зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основой при созданиии обработке компьютерной графики, предназначенной для электронноговоспроизведения (на мониторе, телевизоре). При наложении одного компонентаосновного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается.Совмещение трех компонентов дает ахроматический серый цвет, который приувеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровняхтона черному цвету соответствуют нулевые значения RGB, а белому –максимальные, с координатами (255,255,255).Цветовая модель HSB
Цветоваямодель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятияцвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цветописывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation)и яркостью (Brigfitness).Значение цвета выбирается каквектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует беломуцвету, а точки по периметру окружности – чистым спектральным цветам. Направлениевектора задается в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектораопределяет насыщенность цвета. На отдельной оси, называемой ахроматической,задается яркость, при этом нулевая точка соответствует черному цвету. Цветовойохват модели HSB перекрывает все известные значения реальных цветов.
МодельHSB принято использовать при создании изображений на компьютере симитацией приемов работы и инструментария художников. Существуют специальныепрограммы, имитирующие кисти, перья, карандаши. Обеспечивается имитация работыс красками и различными полотнами. После создания изображения его рекомендуетсяпреобразовать в другую цветовую модель, в зависимости от предполагаемогоспособа публикации.Цветовая модель CMYK,цветоделение
Цветоваямодель CMYK относится к субтрактивным, и ее используют при подготовкепубликаций к печати. Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полученныевычитанием основных из белого:
- голубой(cyan) = белый — красный = зеленый + синий;
- пурпурный(magenta) = белый — зеленый = красный + синий;
- желтый(yellow) = белый — синий = красный + зеленый.
Такойметод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печатныхоригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными,потому что они дополняют основные цвета до белого. Отсюда вытекает и главнаяпроблема цветовой модели CMY – наложение друг на друга дополнительныхцветов на практике не дает чистого черного цвета. Поэтому в цветовую модель былвключен компонент чистого черного цвета. Так появилась четвертая буква ваббревиатуре цветовой модели CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK). Дляпечати на полиграфическом оборудовании цветное компьютерное изображениенеобходимо разделить на составляющие, соответствующие компонентам цветовоймодели CMYK. Этот процесс называют цветоделением. В итогеполучают четыре отдельных изображения, содержащих одноцветное содержимоекаждого компонента в оригинале. Затем в типографии с форм, созданных на основецветоделенных пленок, печатают многоцветное изображение, получаемое наложением цветовCMYK.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Всеобласти применения — будь то инженерная и научная, бизнес и искусство — являются сферой применения компьютерной графики. Возрастающий потенциал ПК и ихгромадное число — порядка 100 миллионов — обеспечивает соблазнительную базу длякапиталовложений и роста. Неизвестно как долго продлиться тенденция удвоениякапиталовложений, особенно под воздействием цен, однако ожидается устойчивое 10% ежегодное повышениев последующие 5 лет. Сегодня особенно привлекательны для инвесторов компании,специализирующиеся на графических интерфейсах пользователя,объектно-ориентированных программах, виртуальной реальности и программномобеспечении параллельных процессов.
Поувеличению числа графических терминалов от 100 в 1964 году до 50.000 в 1977году, а уже в 1994 году 3 млн. рабочих станций и 60 млн. ПК используются тольков США. Машинная графика имеет сегодня промышленную базу, оцениваемую в 36 млрд.долл., которая обеспечивает работой около 300 тысяч специалистов. Онапродолжает лидировать в вопросах обеспечения нашего взаимодействия скомпьютерами и организации доступа к информации. Мы вступаем в новую эпохурасширения полномочий графических систем при движении по информационнойсупермагистрали.
СПИСОКИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Информатика: Базовый курс/С.В. Симонович и др. – СПб.: «Питер», 2001.
2. Системы и средства информатики: Выпуск 4. – М.:«Наука», 1993.
3. Информатика: Практикум по технологии работы на компьютере/од редакцией И.В. Макаровой. – 2-еиздание. – М.: «Финансы и статистика», 1998.
4. О векторной и растровой графике: flashmaker.8m.com/help/html/02basics2.html