Урок "Компьютерная  графика"

 

Компьютерная графика — раздел информатики, предметом которого является создание и обработка на компьютере с гра­фических изображений (рисунков, чертежей, фотографий и пр.)

 

 

                                                              История компьютерной графики

 

О компьютерной графике заговорили после опытов Джей У. Форрестера (инженер компьютерной лаборатории Массачусетского технологического института) в 1951 году.

К предшественникам компьютерных рисунков можно отнести первые не­затейливые картинки из точек и букв, получаемые на телетайпах телеграфа, а позже — на печатающих устройствах, подключенных к ЭВМ.

Итак, в начале были точки и простые линии. Этот набор стремительно обогащался. 1970-е годы стали временем широкого использования машинной графики. Одно из важнейших отличий современных ПК состоит в воз­можности вывода на экран графического изображения.

В доступный для многих инструмент компьютерная графика превратилась благодаря Айвену Сазерленду, автору одной из первых графических систем.

 

Направления компьютерной графики

 

Направление

Назначение

Программное обеспечение

Научная

Визуализация объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов.

 

Деловая 

Создание иллюстраций, используемых составления иллюстрации статистических отчетов и пр.

Используется в работе учреждений.

Электронные таблицы

Конструкторская

Создание плоских и трехмерных изображений.

Используется в работе инженеров-конструкторов.

Системы автоматизированного проектирования (САПР)

Иллюстративная 

Создание произвольных рисунков и чертежей.

Графические редакторы

Рекламная

Создание реалистических изображений. Используется для создания рекламных роликов, мультфильмов, компьютерных игр, видеоуроков, видеопрезентаций и пр.

Графические редакторы (со сложным математическим аппаратом)

Компьютерная анимация

Создание движущихся изображений на экране монитора. Слово «анимация» означает  «оживление».

 

 

 

Аналоговый и дискретный способы представления

ГРАФИЧЕСКИХ  ИЗОБРАЖЕНИЙ

 

Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых, обонятельных).

Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий, …)

         При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно.

         При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

 

Примером

 аналогового  представления графической информации

может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно.  

Примером

 дискретного  представления графической информации

напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.

 

Все органы чувств человека имеют дело с аналоговыми сигналами.

Любая информация, используемая в технических системах, также начинается и заканчивается аналоговым сигналом.

Таким образом, представление об аналоговом способе следует рассматривать в качестве необходимой предпосылки перехода к цифровым технологиям.

 

 

 

Пространственная дискретизация –  перевод  графического изображения из аналоговой формы в цифровую форму путем разбивания изображения на отдельные фрагменты, причем каждому фрагменту присваивается код цвета (красный, синий, ...).

 

 

Растровая графика

 

      Растровое изображение представляет собой мозаику из очень мелких элементов — пикселей.

        Оно похоже на лист клетчатой бумаги, на котором каждая клеточка (пиксель) закрашена определенным цветом, и в результате такой раскраски формируется изображение.

 

Качество кодирования изображения  зависит от:

    - размера точки  - чем меньше её размер, тем больше количество точек в изображении

    - количества цветов (палитры) - чем большее количество возможных состояний точки, тем качественнее изображение

 

 

Достоинства растровой графики:

1. Каждому видеопикселю можно придать любой из миллионов цветовых оттенков. Если размеры пикселей приближаются к размерам видеопикселей, то растровое изображение выглядит не хуже фотографии. Таким образом, растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества.  

2. Компьютер легко управляет устройствами вывода, которые используют точки для представления отдельных пикселей. Поэтому растровые изображения могут быть легко распечатаны на принтере.

 

Недостатки растровой графики:

1. В файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого видеопикселя в виде комбинации битов. Простые растровые картинки занимают небольшой объем памяти (несколько десятков или сотен килобайтов). Изображения фотографического качества часто требуют нескольких мегабайтов. Таким образом, для хранения растровых изображений требуется большой объем памяти.

 

Самым простым решением проблемы хранения растровых изображений является увеличение емкости запоминающих устройств компьютера. Современные жесткие и оптические диски предоставляют значительные объемы памяти для данных. Оборотной стороной этого решения является стоимость, хотя цены на эти запоминающие устройства в последнее время заметно снижаются.

Другой способ решения проблемы заключается в сжатии графических файлов, т. е. использовании программ, уменьшающих размеры файлов растровой графики за счет изменения способа организации данных. Существует несколько методов сжатия графических данных.

 

         2. Проблемой растровых файлов является  масштабирование:

             - при существенном увеличении изображения появляется зернистость, ступенчатость

             - при большом уменьшении существенно снижается количество точек, поэтому исчезают наиболее мелкие детали, происходит потеря четкости

Для обработки растровых файлов используют редакторы: MS Paint, Adobe Photoshop

 

 

 

Векторная графика

 

Векторные изображения являются оптимальным средством хранения высокоточных графических объектов (рисунки, чертежи, схемы...), для которых имеет значение сохранение четких и ясных контуров.

        

 

Векторные изображения формируются из объектов (точка, линия, окружность, прямоугольник ...), которые хранятся в памяти компьютера в виде графических примитивов и описывающих их математических формул.

 

Достоинства векторной графики

1. При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты точек, используя которые программа каждый раз воссоздает изображение заново.

Поэтому объем памяти векторных изображений очень мал по сравнению с растровой графикой.

 

RECTANGLE 1, 1, 200,  200, Red, Green

 

Несжатое растровое описание квадрата требует примерно  в 1333 раза большей памяти, чем векторное.

 

2. Векторные изображения могут быть легко масштабированы без потери качества.

Это возможно, так как масштабирование изображений производится с помощью простых математических операций (умножения параметров графических примитивов на коэффициент масштабирования).

 

Недостатки  векторной  графики

1. Векторная графика не предназначена для создания изображений фотографического качества. В векторном формате изображение всегда будет выглядеть, как рисунок.

В последних версиях векторных программ внедряется все больше элементов "живописности" (падающие тени, прозрачности и другие эффекты, ранее свойственные исключительно программам точечной графики).

 

2. Векторные изображения иногда не выводятся на печать или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы.

 

Это происходит оттого, что векторные изображения описываются тысячами команд.

В процессе печати эти команды передаются принтеру, а он может, не распознав какой-либо примитив, заменить его другим – похожим, понятным принтеру.

 

Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами: CorelDRAW,  Adobe Illustrator.

 

 

Фрактальная графика

 

Изображение строится по формуле. В памяти компьютера хранится не изображение, а только формула, с помощью которой можно получить бесконечное количество различных изображений.

         Фракталы - это геометрические объекты с удивительными свойствами: любая часть фрактала содержит его уменьшенное изображение.

           То есть, сколько фрактал не увеличивай, из любой его части на вас будет смотреть его уменьшенная копия.

 

         Фракталы замечательны тем, что многие из них удивительно похожи на то, что мы встречаем в природе. Снежинку, морского конька, ветви деревьев, разряд молнии и горные массивы можно нарисовать, используя фракталы.

 

         Поэтому многие современные учёные говорят о том, что природа имеет свойство фрактальности.

 

        Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов.

 

   Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Ее часто используют в развлекательных программах.