Компьютерная графика
Компьютерная графика – область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью ЭВМ.
Сферы применения: САПР и компьютерное моделированиеАПР и компьютерное моделирование Полиграфияолиграфия Обучающие программы обучающие программы Интернет и Web-дизайннтернет и Web-дизайн 3D-графика и компьютерная анимацияD-графика и компьютерная анимация
Полиграфия Создание визиток, бланков, рекламных листовок, буклетов и плакатов Создание книжных и журнальных иллюстраций.
Обучающие программы Создание: интерактивных энциклопедий; справочных систем; мультимедийных учебников и интерфейсов к ним.
3D-графика и компьютерная анимация Индустрия компьютерных игр; Создание мультфильмов; Телевизионная реклама и оформление телевизионных каналов.
Интернет и Web-дизайн Оформление «Домашних страничек» и других Интернет-ресурсов
САПР и компьютерное моделирование Инженерная конструкторская деятельность Архитектура Медицина Картография
Типы цветовых моделей Аддитивные (RGB), основанные на сложении цветов; Субтрактивные (CMY, CMYK), основу которых составляет операция вычитания цветов; Перцепционные (HSB, HLS, Lab, YCC), базирующиеся на восприятии.
Виды компьютерной графики Растровая Векторная Фрактальная 3-D графика
Устройства ввода и отображения графической информации фотокамера пленка изображение сканер компьютер принтер цифровая камера слайд-сканер
Способы получения графической информации Планшетный сканер Ручной сканер Пленочный сканер Цифровая фотокамера Дигитайзер
Форматы графических файлов Графический формат - это способ кодировки графической информации. Тип ФорматВ какой программе используется РастровыеTIFFTagged Image File Format GIFGraphics Interchange Format РСХZSoft РС Paintbrush PCDформат Adobe PhotoShop FPXFlaxPix ВМРMicrosoft Windows BitMaP JPEGJoint Photographic Experts Group Векторные CDRCorel Draw Files EPSEncapsulated PostScript DCSDesktop Color Separations PDFPortable Document Format FH8Free Hand File Version 8
Цветовая модель RGB Аддитивный (add присоединять) цвет получается при объединении (суммировании) лучей трёх основных цветов красного, зелёного и синего. Если интенсивность каждого из них достигает 100%, то получается белый цвет. Отсутствие всех трёх цветов даёт чёрный цвет. Систему аддитивных цветов, используемую в компьютерных мониторах, принято обозначать аббревиатурой RGB.
Цветовая модель CMYK В системе субтрактивных (отражаемых) цветов основными являются голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и жёлтый (Yellow). Каждый из них поглощает (вычитает) определённые цвета из белого света, падающего на печатаемую страницу.
Цветовая модель HSB Тон (Hue) конкретный оттенок цвета: красный, жёлтый, зелёный, пурпурный и т. п. Насыщенность (Saturation) - характеризует « чистоту » цвета: уменьшая насыщенность, мы « разбавляем » его белым цветом. Яркость (Brightness) - зависит от количества чёрной краски, добавленной к данному цвету: чем меньше черноты, тем больше яркость цвета.
Растровая графика Основной элемент изображения – точка или "пиксел". Разрешение – это количество точек, приходящихся на единицу длины. Единица измерения разрешения "dpi" - dots per inch - точек на дюйм. Разрешение оригинала – это свойство самого изображения, зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. Разрешение экрана - это свойство компьютерной системы. Мониторы для отработки изображения с диагональю дюйм, (профессионального класса) обеспечивают стандартные экранные разрешения 640x480; 800x600; 1024x768; 1280x1024; 1600x1200; 1600x1280; 1920x1200; 1920x1600-точек. Разрешение принтера Это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины.
Масштабирование растрового изображения
Растровая графика: достоинства Эффективно представляет реальные образы. На своем высшем уровне качества - изображение выглядят вполне реально подобно тому, как выглядят фотографии в сравнении с рисунками. Устройства вывода для создания изображений используют наборы точек. Растровые изображения могут быть очень легко распечатаны на таких устройствах. Большое количество устройств для получения растровых изображений. Растровая графика: недостатки Растровые изображения занимают большое количество памяти. Значительные требования к аппаратным ресурсам компьютера для обработки растровых изображений. Ухудшение качества изображения при масштабировании
Adobe Photoshop 1- Главное меню 2 – Панель инструментов 3 – Инспектор свойств 4 – Дополнительные палитры 5- Палитры 6 – окно документа 7 – окна свернутых документов
Примеры обработки растровой графики Реконструкция сцены и фотомонтаж
Примеры обработки растровой графики Применение фильтров Работа с фильтрами, выделением и слоями
Фильтры и спецэффекты Размывание Акварельный эффект Тиснение Увеличение яркости и резкости
Примеры обработки растровой графики Цветовая коррекция изображения
Ретуширование фотографий Виды дефектов: Художественные (неправильное кадрирование, неравновесная композиция кадра, несоответствующий фон, затемнения или блики, подчеркнуты дефекты на лице объекта, недостаточно подчеркнуты выразительные черты лица Технические (повышенная зернистость, нерезкость, трещины, царапины, единичные мелкие пятна, измятость, отслоение эмульсии, эффект «красные глаза»)
Векторная графика Основной элемент изображения - линия. Любой сложный объект можно разложить на линии, прямые или кривые. Свойства линии - Форма - Толщина - Цвет - Стиль (пунктир, сплошная) Замкнутые линии имеют свойство заполнения - цветом, текстурой, узором и т.п. Линия описывается как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой.
Формирование векторного изображения Выбор инструмента рисования Создание фигуры Определение свойств
Приемы работы с векторными объектами Зеркальное отражение Вращение Заливка контуров
Фрактальная графика Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Однако базовым ее элементом являются сама математическая формула, то есть никаких графических объектов в памяти ПК не хранится и изображение, строится исключительно по уравнениям.
Трехмерная (3D) графика Каждому объекту при его создании задается форма по модели проволочного каркаса. Затем поверхность «обтягивается» нужным материалом (текстурой). Объекты располагаются в поле (объеме) рисунка, обозначаются источники освещения, их расположение, характер, цвет, направление и размер луча, выбирается точка зрения. Программа просчитывает «восприятие» объектов с данной точки с учетом их перекрытий, показывает тени, отблески с учетом формы предметов и т.д. Можно добавить различные эффекты туман, смазывание, деформацию, кручение объектов и т.д. Возможности анимации движение камеры относительно объектов, перемещения и повороты объектов.
Понятие о компьютерной графике Компьютерная графика – область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно–аппаратных вычислительных комплексов. Сферы применения машинной графики: компьютерное моделирование; САПР (системы автоматизированного проектирования); компьютерные игры; обучающие программы; реклама и дизайн; мультимедийные презентации; Internet.
По специализации в отдельных областях компьютерную графику можно разделить на инженерную, научную, деловую, иллюстративную и демонстрационную графику. Компьютеризацию чертежных и конструкторских работ проводят давно и в настоящее время используют различные системы автоматизации проектных работ (САПР). Широкое распространение САПР обусловлено появлением микропроцессорной техники, предоставившей возможности создавать, модифицировать и обрабатывать сложные графические изображения на экране монитора. Это направление компьютерной графики относится к инженерной графике. В настоящее время САПР обозначает аппаратно-программный комплекс, поддерживающий процесс проектирования с использованием специальных средств машинной графики, поддерживаемых пакетами программного обеспечения, для решения задач, связанных с проектной деятельностью. В совокупности развитая САПР представляет собой специализированную информационную систему. Сфера применения САПР охватывает такие разные области приложения, как архитектура, гражданское строительство, картография, медицина, геофизика, разработка моделей одежды, издательское дело, реклама.
Понятие о компьютерной графике Компьютерная графика также представляет значительный интерес для научных исследований. Она выступает как средство формирования научной документации с использованием специальной документации - математических знаков, индексов, шрифтов и т.п.Эта область применения компьютерной графики относится к научной графике. В компьютерной графике большое значение имеют методы и способы геометрического моделирования. Модели, геометрические преобразования составляют в настоящее время основу теории компьютерной графики и геометрического моделирования. Деловая графика служит для отображения данных экономических расчетов. Графические представления расчетных и статистических данных удобно представлять в виде схем, диаграмм, гистограмм и графиков. Графическое представление данных лучше всего развито в электронных таблицах и в СУБД. Иллюстративная графика связана с изображением графического материала в издательских системах. Иллюстративный материал (это схемы, эскизы, географические карты, чертежи и др.) можно создавать различными графическими редакторами, системами. Здесь важна легкость и быстрота формирования и преобразования графических изображений. В последнее время большой интерес вызывает иллюстрационный материал, представленный в демонстрационной, динамической форме. Демонстрационная графика связана с динамическими объектами. В технологии изображения динамических объектов используют три основных способа: рисование, стирание, смену кадров (страниц), динамические образы. Таким образом создают анимацию различных объектов.
Виды компьютерной графики В зависимости от способа формирования изображения различают три вида компьютерной графики. Это растровая, векторная и фрактальная. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге. Каждый вид графики имеет определенную область применения.
Растровая графика Основной элемент изображения растровой графики - точка. Точка на экране называется пиксел. Разрешение - количество точек, приходящихся на единицу длины. Единица измерения разрешения "dpi" - dots per inch - точек на дюйм.
К достоинствам растровой графики можно отнести следующее: 1. Автоматизация ввода изобразительной информации с различных устройств. Существует множество внешних устройств для ввода изображений в растровом вида (это сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты, системы захвата кадра и т.п.). 2. Пикселы в растровом изображении независимы друг от друга. 3. Графические форматы растровых файлов являются стандартными, т.е. не имеет особого значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение и в каком графическом редакторе его открывают. 4. Можно получать очень фотореалистичные изображения, придавая рисункам перспективу, глубину, резкость, размытость и т.д.
К недостаткам растровой графики относится: 1. Объём файла растровой графики получается очень большим, так как он определяется произведением площади изображения на выбранное разрешение и на глубину цвета. При этом не имеет значение, что отображено на фотографии и сколько цветов используется. Например, для хранения стандартного фотоснимока размером 10 на 15 см потребуется более 4 Мбайт памяти. 2. При любых трансформациях: поворотах, наклонах и т.п. растровых изображений невозможно обойтись без искажений: например при попытке повернуть на небольшой угол изображение с чёткими тонкими вертикальными линиями эти линии превращаются в ступеньки. 3. Эффект пикселизации – это невозможность увеличения изображений для рассмотрения мелких деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удаётся. Более того, при увеличении рисунка «ступенчатость» становится все более заметной каждая точка превращается в квадратик.
4. Растровое изображение после масштабирования может потерять свою привлекательность. Например, области однотонной закраски могут приобрести странный узор: кривые и прямые линии, которые выглядели гладкими, могут неожиданно стать пилообразными. Если уменьшить, а затем снова увеличить до прежнего размера растровый рисунок, то он станет нечетким и ступенчатым, а закрашенные области могут быть искажены.
Существует множество программ, предназначенных для работы с растровой графикой. Самая простой и популярной программой для создания растровых изображений является графический редактор Paint, входящий в комплект стандартных программ Windows. Большинство же растровых графических редакторов предназначены не для создания изображений, а для обработки готовых рисунков с целью улучшения их качества и реализации творческих идей. К таким программам, в частности, относятся Adobe Photoshop, Photostyler, Picture Publisher и другие.
Векторная графика Программные средства для работы с векторной графикой предназначены для создания иллюстраций на основе простейших геометрических элементов. Средства для работы с векторной графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используются в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях, издательствах. Векторные редакторы применяют для создания графических изображений высокой четкости и точности: чертежей, схем, диаграмм, фигурных заголовков, фирменных логотипов и стилей. С их помощью также создают штриховые рисунки.
Основной элемент изображения векторной графики – линия. Линия описывается как единый объект с помощью нескольких параметров и поэтому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой.
К достоинствам векторной графики обычно относят: 1. Файлы, созданные в векторной графике занимают небольшой объем дискового пространства: это происходит потому, что сохраняется не само изображение, а только его параметры, используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Описание цвета ненамного увеличивает размер файла. 2. Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет настолько качественным, на сколько способно данное устройство 3. Объекты векторной графики просто трансформируются и масштабируются, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения.
Недостатками векторной графики являются: 1. Программная зависимость: каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, поэтому изображение, созданное в одном векторном редакторе, как правило, не открывается в другой программе без погрешностей. 2. Сложность векторного принципа описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации и сконструировать устройство подобное сканеру для растровой графики. При выводе векторного изображения на печать часто бывает что на бумаге оно выглядит не так, как планировалось. 3. Векторная графика ограничена в живописных средствах и не позволяет получать изображения фотографического качества. Основными редакторами векторной графики являются: Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, CorelDraw.
Фрактальная графика Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании а скорее в программировании. В математике существует понятие фрактала – геометрического образования, представляющего собой систему самоподобных фигур, расположенных относительно друг друга закономерным образом. Форма, размер и взаимное расположение отдельных элементов может быть описано математической формулой. Фрактальная графика может применяться во многих областях естественных наук. Фракталы помогают геофизикам определять и предсказывать форму и характер растрескиваний земной коры и особенности распределения в ее слоях различных химических элементов, а астрономам – моделировать формирование планетных систем и галактик, характер рассеивания лучей и космической пыли. Для выполнения расчетов, связанных с фрактальной геометрией, и графического представления получающихся результатов существует множество различных компьютерных программ. В их основе лежит возможность ввода базовой формулы, отражающей предполагаемый тип элемента фрактала и ее последующих изменений, позволяющих трансформировать фигуры – элементы фрактала: увеличивать их или уменьшать, поворачивать относительно центра рисунка. Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов.
Представление и обработка графической информации Графический формат - это способ записи графической информации. Способ представления изображения оказывает влияние на возможности его редактирования, печати, на объем занимаемой памяти. Существует множество форматов файлов растровой графики, и каждый из них предусматривает собственный способ кодирования информации об изображении. Для разных целей знания о графическом формате файла могут оказаться весьма полезными. Основными критериями для выбора формата можно считать его совместимость с разными программами и плотность записи (применяемая компрессия). В настоящее время существует достаточное количество форматов для записи электронных изображений. Из большого числа форматов графических файлов в Интернете сейчас широко используются GIF и JPEG. Перечислим особенности наиболее распространенных форматов.
Формат Макс. Число бит/пиксел Макс. число цветов Макс. Размер изображения, пиксел Методы сжатия Кодирование нескольких изображений BMP x RLE - GIF x LZW + JPEG x JPEG - PCX x RLE - PNG x Deflation (вариант LZ77) - TIFF всего LZW, RLE и другие +
При векторном способе кодирования графической информации рисунок представляется в виде комбинации простых геометрических фигур - точек, отрезков прямых и кривых, окружностей, прямоугольников и т. п. При этом для полного описания рисунка необходимо знать вид и базовые координаты каждой фигуры, например, координаты двух концов отрезка, координаты центра и диаметр окружности и т. д. Этот способ кодирования идеально подходит для рисунков, которые легко представить в виде комбинации простейших фигур, например, для технических чертежей или шрифтов. Различные векторные форматы обладают различными цветовыми возможностями. Простейшие форматы, которые могут не содержать вообще никакой информации о цвете, используют цвет по умолчанию тех устройств, на которые они выводятся, другие форматы способны сохранять данные о полном тридцати двух битном цвете. Какую бы цветовую модель не применял бы векторный формат, на размер файла он не влияет. К векторным относятся такие форматы как EPS, DSC, PDF, CDR.
48 Конец фильма