Основы компьютерной графики Понятие компьютерной графики и ее классификация

Компьютерная графика - специальная область информатики, занимающаяся методами и средствами создания, преобразования, обработки, хранения и вывода на печать изображений с помощью цифровых вычислительных комплексов.

Особенности растровой графики Под растровым (bitmap, raster) понимают способ представления изображения в компьютерной графике в виде совокупности отдельных точек различных цветов или оттенков.

Пиксель - неделимая точка в графическом изображении. Пиксель характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения

Возможность получения фотореалистичного изображения высокого качества в различном цветовом диапазоне; Легкость получения растровых изображений и возможность автоматизации; Абсолютная свобода редактирования изображения. Основным недостатком растровых изображений является большой размер файлов, что увеличивает требования, как к объемам устройств памяти, так и к их быстродействию. Возможность получения фотореалистичного изображения высокого качества в различном цветовом диапазоне; Легкость получения растровых изображений и возможность автоматизации; Абсолютная свобода редактирования изображения. Основным недостатком растровых изображений является большой размер файлов, что увеличивает требования, как к объемам устройств памяти, так и к их быстродействию. Достоинства растровой графики

Основные характеристики растровой графики Разрешение изображения Разрешение дисплея Разрешение при печати

Основные характеристики растровой графики Разрешение изображения – определяет насколько точно будут воспроизведены детали изображения. Чем выше разрешение, тем выше качество печати и тем больше объем данных изображения. Разрешение выражается в dpi (Dots Per Inch – Точках на дюйм).. Например, разрешение 400 dpi означает, что в каждом дюйме присутствует 400 точек. Размер одной точки составляет примерно 63,5 микрон (0,0635 мм.)

Основные характеристики растровой графики Разрешение дисплея – это степень резкости изображения, показываемого на дисплее. Разрешение дисплея измеряется в dpi (точек/дюйм).

Основные характеристики растровой графики Разрешение при печати – работа цветного струйного принтера основана на распылении чернильных частиц на бумажный или какой- либо другой носитель, используемый для печати. Разрешение при печати выражается числом чернильных частиц, которые можно распылить на один дюйм (примерно 2,54 мм.) бумаги. Например, разрешение 1440 dpi означает, что на длине одного дюйма бумаги будет распылено 1440 чернильных частиц. Чем больше число чернильных частиц, тем точнее воспроизводятся детали изображения. Однако при этом соответственно возрастает и время печати.

Особенности векторной графики Для векторной графики характерно разбиение изображения на ряд графических примитивов – точка, прямая, ломаная, дуга, полигон. Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т.д.).

Достоинства векторной компьютерной графики Экономия в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик несильно увеличивает размер файла. Объекты векторной графики просто трансформируются и ими легко манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения. Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет настолько качественным, на сколько способно данное устройство.

Недостатки векторной компьютерной графики Программная зависимость: каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, поэтому изображение, созданное в одном векторном редакторе, как правило, не конвертируется в формат другой программы без погрешностей. Сложность векторного принципа описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации и сконструировать устройство подобное сканеру для растровой графики. Векторная графика действительно ограничена в чисто живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений.

Особенности фрактальной графики Фрактал – объект, обладающий бесконечной сложностью, позволяющий рассмотреть столько же своих деталей вблизи, как и издалека. Земля – классический пример фрактального объекта. Из космоса она выглядит как шаp. Если приближаться к ней, мы обнаружим океаны, континенты, побережья и цепи гор. Будем рассматривать горы ближе – станут видны еще более мелкие детали: кусочек земли на поверхности горы в своем масштабе столь же сложный и неровный, как сама гора. И даже еще более сильное увеличение покажет крошечные частички грунта, каждая из которых сама является фрактальным объектом.

Представление звуковой информации. Приёмы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но среди них можно выделить два основных направления.

Метод FM (Frequency Modulation) основан та том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а, следовательно, может быть описан числовыми параметрами, т.е. кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, т.е. являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальный устройства - аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро- аналоговые преобразователи (ЦАП).

Метод FM (Frequency Modulation) При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом характерным для электронной музыки. В то же время данный метод копирования обеспечивает весьма компактный код, поэтому он нашёл применение ещё в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

Метод таблично волнового (Wave-Table) В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментах. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звучания. Поскольку в качестве образцов исполняются реальные звуки, то его качество получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Метод таблично волнового (Wave-Table) Развитие аппаратной базы современных компьютеров параллельно с развитием программного обеспечения позволяет сегодня записывать и воспроизводить на компьютерах музыку и человеческую речь. Существуют два способа звукозаписи: цифровая запись, когда реальные звуковые волны преобразуются в цифровую информацию путем измерения звука тысячи раз в секунду; MIDI-запись, которая, вообще говоря, является не реальным звуком, а записью определенных команд- указаний (какие клавиши надо нажимать, например, на синтезаторе). MIDI-запись является электронным эквивалентом записи игры на фортепиано.

Метод FM (Frequency Modulation) Для того чтобы воспользоваться первым указанным способом в компьютере должна быть звуковая карта (плата). Реальные звуковые волны имеют весьма сложную форму и для получения их высококачественного цифрового представления требуется высокая частота квантования. Звуковая плата преобразует звук в цифровую информацию путем измерения характеристики звука (уровень сигнала) несколько тысяч раз в секунду. То есть аналоговый (непрерывный) сигнал измеряется в тысячах точек, и получившиеся значения записываются в виде 0 и 1 в память компьютера. При воспроизведении звука специальное устройство на звуковой карте преобразует цифры в аналог звуковой волны.

Хранение звука в виде цифровой записи занимает достаточно много места в памяти компьютера. Число разрядов, используемое для создания цифрового звука, определяет качество звучания. MIDI-запись была разработана в начале 80-х годов (MIDI - Musical Instrument Digital Interfase - интерфейс цифровых музыкальных инструментов). MIDI- информация представляет собой команды, а не звуковую волну. Эти команды - инструкции синтезатору. МIDI- команды гораздо удобнее для хранения музыкальной информации, чем цифровая запись. Однако для записи MIDI-команд вам потребуется устройство, имитирующее клавишный синтезатор, которое воспринимает МIDI- команды и при их получении может генерировать соответствующие звуки.

Таким образом, рассмотрев принципы хранения в ЭВМ различных видов информации, можно сделать важный вывод о том, что все они так или иначе преобразуются в числовую форму и кодируются набором нулей и единиц. Благодаря такой универсальности представления данных, если из памяти наудачу извлечь содержимое какой-нибудь ячейки, то принципиально невозможно определить, какая именно информация там закодирована: текст, число или картинка.

Представление видео. В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов. Следует четко представлять, что обработка видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы Существует множество различных форматов представления видеоданных. В среде Windows, например, уже более 10 лет (начиная с версии 3.1) применяется формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave – чередование аудио и видео).

Более универсальным является мультимедийный формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple. Все большее распространение в последнее время получают системы сжатия видеоизображений, допускающие некоторые незаметные для глаза искажения изображения с целью повышения степени сжатия. Наиболее известным стандартом подобного класса служит MPEG (Motion Picture Expert Group), который разработан и постоянно развивается созданным в 1988 году Комитетом (группой экспертов) международной организации ISO/IEC (International Standards Organization/International Electrotechnical Commission) по стандартам высококачественного сжатия движущихся изображений. Методы, применяемые в MPEG, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику.

Большее распространение получила технология под названием DivX (происходит от сокращения слов Digital Video Express). Благодаря DivX удалось достигнуть степени сжатия, позволившей вмесить качественную запись полнометражного фильма на один компакт-диск – сжать 4,7 Гб DVD-фильма до 650 Мб. Мультимедиа Мультимедиа (multimedia, от англ. multi - много и media - носитель, среда) - совокупность компьютерных технологий, одновременно использующих несколько информационных сред: текст, графику, видео, фотографию, анимацию, звуковые эффекты, высококачественное звуковое сопровождение. Под словом «мультимедиа» понимают воздействие на пользователя по нескольким информационным каналам одновременно. Можно еще сказать так: мультимедиа – это объединение изображения на экране компьютера (в том числе и графической анимации и видеокадров) с текстом и звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.