Понятия компьютерной графики

Компьютерная графика представляет собой одну из современных технологий создания различных изображений с помощью аппаратных и программных средств компьютера, отображения их на экране монитора и затем сохранения в файле или печати на принтере.

Компьютерная графика — область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для создания изображений.

Компьютерная графика используется практически во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности восприятия и передачи информации. Трехмерные изображения используются в медицине (компьютерная томография), картографии, полиграфии, геофизике, ядерной физике и других областях. Телевидение и другие отрасли индустрии развлечений используют анимационные средства компьютерной графики (компьютерные игры, фильмы). Развитие компьютерной графики во многом обусловлено развитием технических средств ее поддержки. Прежде всего, это устройства вывода, каковыми являются дисплеи. Помимо дисплеев, в качестве устройств вывода изображений используются плоттеры (графопостроители), предназначенные для вывода графической информации на бумагу. Кроме того, следует упомянуть принтеры, выводящие изображение на бумагу или пленку и инструменты рисования – графический планшет и световое перо.

Графические редакторы – пакеты, предназначенные для обработки графической информации.

Существует два способа представления графических изображений: растровый и векторный.

Растровая и векторная графика существуют не обособленно друг от друга. Так, векторные рисунки могут включать в себя и растровые изображения. Кроме того, векторные и растровые изображения могут быть преобразованы друг в друга – в этом случае говорят о конвертации графических файлов в другие форматы. Достаточно просто выполняется преобразование векторных изображений в растровые. Не всегда осуществимо преобразование растровой графики в векторную, так как для этого растровая картинка должна содержать линии, которые могут быть идентифицированы программой конвертации (типа CorelTrace в составе пакета CorelDraw) как векторные примитивы. Это касается, например, высококачественных фотографий, когда каждый пиксел отличается от соседних.

Растровая графика

Наиболее просто реализовать растровое представление изображения. Растр, или растровый массив (bitmap), представляет совокупность битов, расположенных на сетчатом поле-канве. Бит может быть включен (единичное состояние) или выключен (нулевое состояние). Состояния битов можно использовать для представления черного или белого цветов, так что, соединив на канве несколько битов, можно создать изображение из черных и белых точек.

Растровое изображение напоминает лист клетчатой бумаги, на котором каждая точка закрашена черным или белым цветом, в совокупности формируя рисунок.

Основным элементом растрового изображения является пиксел (pixel). Под этим термином часто понимают несколько различных понятий:

– отдельный элемент растрового изображения,

– отдельная точка на экране монитора,

– отдельная точка на изображении, напечатанном принтером.

Поэтому на практике эти понятия часто обозначают как:

– пиксел – отдельный элемент растрового изображения

– видеопиксел – элемент изображения на экране монитора,

– точка – отдельная точка, создаваемая принтером или фотонаборным автоматом.

Цвет каждого пиксела растрового изображения – черный, белый, серый или любой из спектра – запоминается с помощью комбинации битов. Чем больше битов используется для этого, тем большее количество оттенков цветов для каждого пиксела можно получить. Число битов, используемых компьютером для хранения информации о каждом пикселе, называется битовой глубиной или глубиной цвета.

Наиболее простой тип растрового изображения состоит из пикселов, имеющих два возможных цвета – черный и белый. Для хранения такого типа пикселов требуется один бит памяти компьютера, поэтому изображения, состоящие из пикселов такого вида, называют 1-битовыми изображениями. Для отображения большего количества цветов используется больше битов информации. Число возможных и доступных цветов или градаций серого цвета каждого пиксела равно двум в степени, равной количеству битов, отводимых для каждого пиксела. 24 бита обеспечивают более 16 миллионов цветов. О 24-битовых изображениях часто говорят как об изображениях с естественными цветами, так как такого количества цветов более чем достаточно, чтобы отобразить всевозможные цвета, которые способен различить человеческий глаз.

Основной недостаток растровой графики состоит в том, что каждое изображения для своего хранения требует большое количество памяти. Простые растровые картинки, такие как копии экрана компьютера или черно-белые изображения, занимают до нескольких сотен килобайтов памяти. Детализированные высококачественные рисунки, например, сделанные с помощью сканеров с высокой разрешающей способностью, занимают уже десятки мегабайтов. Для разрешения проблемы обработки объемных (в смысле затрат памяти) изображений используются два основных способа:

– увеличение памяти компьютера;

– сжатие изображений.

Другим недостатком растрового представления изображений является снижение качества изображений при маштабировании.

Преимущества растровой графики:

– применяется гораздо чаще векторной и ее проще просматривать.

– способна воспроизводить изображение любой сложности вне зависимости от количества цветов и мягких переходов градиента.

Векторная графика

Векторное представление, в отличие от растровой графики, определяет описание изображения в виде линий и фигур, возможно, с закрашенными областями, заполненными сплошным или градиентным цветом. Хотя это может показаться более сложным, чем использование растровых массивов, но для многих видов изображений использование математических описаний является более простым способом.

В векторной графике для описания объектов используются комбинации компьютерных команд и математических формул для описания объектов. Это позволяет различным устройствам компьютера, таким как монитор и принтер, при рисовании этих объектов вычислять, где необходимо помещать реальные точки.

Векторную графику часто называют объектно-ориентированной или чертежной графикой. Имеется ряд простейших объектов, или примитивов, например: эллипс, прямоугольник, линия. Эти примитивы и их комбинации используются для создания более сложных изображений. Если посмотреть содержание файла векторной графики, обнаруживается сходство с программой. Он может содержать команды, похожие на слова, и данные в коде ASCII, поэтому векторный файл можно отредактировать с помощью текстового редактора.

Основное достоинство векторной графики – описание объекта является простым и занимает мало памяти. Для описания окружности средствами растровой графики потребовалось бы запомнить каждую отдельную точку изображения, что заняло бы гораздо больше памяти.

Кроме того, векторная графика в сравнении с растровой имеет следующие преимущества:

– простота маштабирования изображения без ухудшения его качества;

– независимость объема памяти, требуемой для хранения изображения, от выбранной цветовой модели.

Недостатком векторных изображений является их некоторая искусственность, заключающаяся в том, что любое изображение необходимо разбить на конечное множество составляющие его примитивов.

Преимущества векторной графики:

– при масштабировании сохраняется четкость изображения

– любое изображение можно легко править без потери качества

Недостатки векторной графики:

– изобразить можно только простые элементы в отличие от растра

– перевести вектор в растр - просто, а перевести растр в вектор – сложно.

Графические пакеты: виды, преимущества, недостатки.

Графические пакеты бывают: растровые и векторные. У каждого из этих видов свои достоинства и свои недостатки. Так, в векторных, очень хорошо рисовать, сочетать изображения с надписями. Но для обработки фотоизображений они непригодны. Используют их при изготовлении всех видов эмблем и товарных знаков, при верстке любой сложности. В растровых графических редакторах основной упор делается на ретуширование, преобразование цветов и оттенков, контраста, яркости, четкости, разного рода размывки и затуманивания, игры со светотенью. Но с формой объектов они работают хуже.

Графические форматы: типы

Соответственно различают растровый и векторный форматы графических файлов, содержащих информацию графического изображения. Растровые форматы хорошо подходят для изображений со сложными гаммами цветов, оттенков и форм. Это такие изображения, как фотографии, рисунки, отсканированные данные. Векторные форматы хорошо применимы для чертежей и изображений с простыми формами, тенями и окраской.

Краткая информация о графических файлах приведена в таблице 10.1.

Таблица 10.1 – Информация о графических файлах [16]

Графические форматы различаются по виду хранимых данных (растровая, векторная).

BMP - недостаток этих графических форматов: большой объем. Следствие - малая пригодность для Internet-публикаций. Paint.

GIF - поддерживает до 256 цветов, позволяет задавать один из цветов как прозрачный. Способен содержать анимацию.

TIFF - поддерживается всеми основными графическими пакетами.

JPEG - предназначен для представления сложных фотоизображений. Наиболее подходящий формат для размещения в Интернете.

PSD - формат графического редактора Adobe Photoshop. Хранит данные о различных палитрах цветов, о прозрачности, имеет возможность хранения послойных изображений. Недостаток - большой размер.

Один и тот же графический объект можно сохранить в различных форматах.

Программы по созданию точечного рисунка: виды, принципы работы, применение.

Графическая программа – это специализированная программа, предназначенная для создания и обработки изображений. Графические программы бывают: растровые (используют пикселы) и векторные (используют линии). Растровые: Paint, Adobe Photoshop. Векторные: Corel Draw. Подобные программные продукты нашли широкое применение в работе художников-иллюстраторов, при подготовке изображений к печати типографским способом или на фотобумаге, публикации в интернете.

Программы по созданию точечного рисунка применяются для создания и обработки графических изображений при помощи компьютерной техники. Различают четыре вида программ для обработки изображений.растровые, векторные, трёхмерные и фрактальные. Например, простейший графический растровый редактор - это Paint, для дизайна - Corel Draw; для технического черчения является - AutoCAD; для строительного черчения - ArchiCAD; для 3D моделирования и анимации - 3D Studio Max; для обработки художественных фотографий - Adobe Photoshop.