Технология работы с графической информацией. 
Системы компьютерной графики

Технология работы с графической информацией. Системы компьютерной графики

Введение

Понятие и виды компьютерной графики Программное обеспечение для работы с графикой Заключение Библиографический список

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, — компьютерная графика. Сегодня люди разных возрастов самых разных профессий ежедневно работают с графической информацией, используют различные графические программы. Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки, в компьютерных играх; в инженерном, издательском, рекламном деле и других областях. Все сказанное позволяет считать данное исследование актуальным. Целью данного исследования является изучение технологии работы с графической информацией и систем компьютерной графики. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. рассмотреть понятие компьютерной графики;

2. рассмотреть виды компьютерной графики: растровая, векторная, фрактальная, трёхмерная; цветовое разрешение и цветовые модели";

3. рассмотреть виды и назначение графического программного обеспечения: Adobe Photoshop, Corel Draw, Autodesk 3ds Max и др.

Понятие и виды компьютерной графики

компьютерный графика растровый векторный

Компьютерная графика — раздел информатики, занимающийся проблемами создания и обработки на компьютере графических изображений.

Само понятие компьютерной графики включает в себя следующие основные понятия: разрешение экрана; разрешение принтера разрешение изображения; физический размер изображения; цветовое разрешение; цветовая модель; цветовая палитра.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика и прочие.

Типы и характеристики компьютерной графики

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно в виде растрового и векторного изображения (рис. 1).

Рис. 1 Виды изображения графических объектов

Векторное изображение рассматривается как графический объект, представляющий собой совокупность графических примитивов (точек, линий, прямоугольников, окружностей и т. д.) и описывающих их математических формул. Положение и форма графического объекта задается в системе графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана (рис. 3).

Рис. 3. Векторное изображение

Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем. Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества. Объекты векторной графики легко трансформируйте ими просто манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображении. Это возможно, так как масштабирование изображений производится с помощью простых математических операций (умножения параметров графических примитивов на коэффициент масштабирования). В тех областях графики, где принципиальное значение имеет сохранение ясных и четких контуров, например в шрифтовых композициях, в создании фирменных знаков логотипов и пр., векторная графика незаменима. Основной минус векторной графики — то, что представлено в векторном формате почти всегда будет выглядеть, как рисунок. Векторная графика действительно ограничена в чисто живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений (рис. 4).

Рис. 4. Фотореалистические изображения в векторной графике

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

Растровые изображения очень хорошо передают реальные образы. Они замечательно подходят для фотографий, картин и в других случаях, когда требуется максимальная «естественность» .

В растровой графике изображение строится как множество точек, так называемых пикселей. Пиксель представляет собой единицу измерения разрешения экрана (монитора) или печатного изображения и соответствует отдельной светящейся точке, цветом и яркостью которой можно управлять.

В отличие от векторных иллюстраций, работая с растровыми изображениями, можно корректировать мелкие детали, производить значительные изменения и усиливать различные эффекты.

Поскольку каждый элемент изображения имеет собственный цвет, то, изменяя выбранную область по одному элементу, можно создавать фотографические эффекты, такие как затенение и усиление цвета.

Уменьшение размера растрового изображения, как и увеличение, также искажает начальный вид, поскольку для уменьшения общего размера изображения часть его элементов удаляется. Масштабирование является одной из главных проблем растровых файлов — при существенном увеличении изображения появляется зернистость, ступенчатость, картинка может превратиться в набор неряшливых квадратов (увеличенных пикселей) (рис. 2−3).

Рис. 2-3. Увеличенное растровое изображение.

Кроме того, поскольку растровое изображение создано из упорядоченно расставленных точек, нельзя манипулировать его отдельно взятыми частями (то есть перемещать их), не нарушая целостности всего изображения.

Фрактальная графика, как и векторная, также вычисляемая, но в памяти компьютера не сохраняются никакие объекты, кроме их формул. Изображение строится согласно уравнению или системе уравнений. Меняя коэффициенты (параметры) уравнений, можно получить другое изображение. Характерная особенность фрактальной графики — наследование свойств. Например, фрактальный треугольник (точнее, его формулы) — простейший фрактальный объект. Таким путем можно строить изображения необычного вида: декоративные узоры, орнаменты, имеющие очертания снежинок, кристаллов, листьев, сложных геометрических фигур.

Трехмерная графика широко применяется в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, моделирование физических процессов и технических объектов, а также в обучающих системах и индустрии развлечений. Для создания модели трехмерного объекта используются геометрические примитивы (куб, параллелепипед, шар, конус и др.) и гладкие поверхности, описываемые кусочно-гладкими бикубическими полиномами. Вид поверхности задается сеткой расположенных в пространстве опорных точек. Участки поверхности между опорными точками — границы объекта, которые обладают различными свойствами и могут быть гладкими, шероховатыми, прозрачными, непрозрачными, зеркальными и т. п. В соответствии с этими свойствами поверхности закрашиваются тем или иным способом. Движение объектов и анимация воспроизводятся движением геометрических примитивов и опорных точек по заданным законам. Для построения трехмерных изображений и анимации используется достаточно сложное алгоритмическое и программное обеспечение.

Цветность изображения характеризуется цветовой моделью и цветовым разрешением. Под цветовой моделью понимают способ разделения цвета на основные компоненты. В наиболее простой цветовой модели, используемой в мониторах и цветных телевизорах, любой цвет считается состоящим из трех основных компонентов: красного, зеленого и синего цветов, смешанных в определенной пропорции. Совмещение трех основных компонентов в равной пропорции дает белый цвет. В такой модели цвет ячейки растра можно изобразить вектором, исходящим из начала координат в пространстве трех основных цветов. При этом проекции вектора дают относительный вклад основных цветов, а его модуль — интенсивность цвета. К трем основным цветам обычно добавляют для удобства еще черный цвет (цвет экрана). Имеются и другие цветовые модели.

Под цветовым разрешением, или глубиной цвета, понимается метод кодирования цветовой информации. И от него зависит, сколько цветов на экране может воспроизводиться одновременно. Таблица данных, в которой хранится информация о том, каким кодом закодирован тот или иной цвет, именуется цветовой палитрой.

Если на кодирование цвета отводится 1 бит информации, изображение будет двухцветным (черно-белым); один байт информации позволяет закодировать 256 цветов, два байта — 65 536 цветов (режим High Color), три байта — около 16,5 млн. цветов (режим True Color). В последнем случае для кодирования каждого из трех основных цветов отводится один байт информации. При работе во всемирной сети Internet используется так называемая безопасная палитра, содержащая всего 216 цветов и жестко задающая их коды, а поэтому пригодная для любых компьютеров, подключенных к сети, в том числе не совместимых с IBM PC.

Программное обеспечение для работы с графикой

Для обработки изображений на компьютере используются специальные программы — графические редакторы — это программы создания, редактирования и просмотра графических изображений. Графические редакторы можно разделить на три группы: растровые, векторные, трехмерные.

В основном программы специализируются на своей категории, но существует ряд программ, которые могут видоизменять, например, растровую графику в векторную — векторизаторы (это достаточно сложный процесс), или наоборот — растеризаторы, наиболее распространены.

Также необходимо знать, что бывают программы, которые можно скачать свободно, а есть ряд программ, которые защищены авторскими правами и использование их без лицензий противозаконно.

К программам, находящимся в свободном доступе, относятся, например:

— Tux Paint 0.9.21-детский графический редактор

— Blender

— Gimp

— Inkscape

Коммерческие программы и авторские программы:

— CorelDraw

— Corel Photo Paint

— Adobe Photoshop

— Adobe Illustrator

— PhotoeXpress

— ACDSee

— 3D Studio Max

— Maya

Tux Paint 0.9.21-детский графический редактор

Tux Paintграфический редактор, предназначенный специально для маленьких художников. Программа обладает понятным и удобным интерфейсом и приятным звуковым сопровождением.

Изначально программа была создана для Linux, но сейчас доступна и для Microsoft Windows, Apple MacOS X, BeOS и других платформ.

В отличие от мощных графических редакторов типа Photoshop или GIMP, Tux Paint рассчитан на детей от трёх лет. Поэтому интерфейс сделан ярким и максимально понятным, действия имеют забавное звуковое сопровождение.

Все элементы представлены в виде иконок, чтобы программой мог пользоваться ребёнок, не умеющий читать. Сохранение и открытие ранее сохраненного изображения не требует представления о файловой системе (так же, как, например, в Palm OS).

Для более быстрого осваивания программы ребёнком, предусмотрен мультипликационный помощник — пингвин Tux, который подскажет, для чего нужен тот или иной инструмент, и даст совет по каждому диалогу в программе.

При рисовании можно использовать кисти, линии, формы и т. д. Поддерживаются фильтры, типа осветления и затемнения. В программе есть большая коллекция изображений-шаблонов (все под свободной лицензией) для использования в рисовании.

Вставка готовых шаблонов осуществляется легко через меню Штампы, при этом в правой инструментальной панели на кнопках появляются миниатюры изображений-шаблонов (штампов). Для каждого штампа можно подобрать индивидуальный звук. В настройках можно отключать разные функции программы (печать, звук, закрытие программы), для ограничения использования этого графического редактора детьми.

Инструменты рисования: краска, штамп, линии, формы, текст и эиткетка, «Магия» (специальные эффекты), ластик, откат, слайды.

Gimp — один из наиболее известных open source (открытое ПО) проектов. Мощный редактор растровой графики, по возможностям практически не уступающий знаменитому Adobe Photoshop, за исключением использования GIMP в промышленных целях Он работает на многих платформах и операционных системах, но родная система — Linux.

Программа GIMP многофункциональна.

Её можно использовать как простой графический редактор, как профессиональное приложение для ретуши фотографий, как сетевую систему пакетной обработки изображений, как программу для воспроизводства изображений, как преобразователь форматов изображений и т. д.

В его возможности входит:

· Полный набор инструментов, включая кисти, карандаш, распылитель, штамп и т. д.

· Большое количество графических эффектов, слои и каналы.

· Поддержка графических форматов GIF, JPEG, PNG, XPM, TIFF, TGA, MPEG, PS, PDF, PCX, BMP и многих других.

· Многократные отмена и повтор действий, ограниченные лишь свободным пространством на жёстком диске.

· Инструменты преобразования, включая вращение, масштабирование, искривление и отражение.

· Инструменты выделения, включая прямоугольное, эллиптическое и свободное выделение, «волшебную палочку», кривые Безье и «умное» выделение.

· Дополнения, позволяющие легко добавлять поддержку новых форматов и фильтров.

Inkscape 0.48.1−2 — открытый редактор векторной графики, использующий стандарт W3C под названием Scalable Vector Graphics (SVG). В программе поддерживаются такие возможности SVG как фигуры, контуры, текст, маркеры, клоны, альфа-канал, трансформации, градиенты, текстуры и группировка. Inkscape также поддерживает метаданные Creative Commons, правку узлов, слои, сложные операции с контурами, векторизацию растровой графики, текст по контуру, завёрстанный в фигуру текст, редактирование XML-данных напрямую и многое другое.

Он импортирует файлы в таких форматах как JPEG, PNG, TIFF и другие, и экспортирует файлы в формате PNG, равно как и в некоторых векторных форматах.

Inkscape очень удобен для создания иконок, позволяет легко создавать брошюры и буклеты с двухсторонними страницами высокого качества.

Выпускается в вариантах для Windows, Мас X и Linux.

Adobe® Photoshop® — это лицензионный продукт, имеющий отличные инструменты, с помощь которых можно обрабатывать цифровые изображения, создавать выразительные художественные образы.

Программное обеспечение Adobe Photoshop CS5 — отраслевой стандарт для графических дизайнеров — содержит самые современные средства для обработки изображений, композитинга и рисования, а также инструменты, которые помогают создавать и адаптировать 3D-графику и анимированный контент. Новые возможности для творчества при помощи инструментов 2Dи 3D-дизайна мирового уровня. Можно создавать профессиональные изображения при помощи функций выделения, рисования и деформации.

Autodesk 3ds Max — это мощный графический лицензионный редактор, разработанный для 3D моделирования и создания анимаций. Он используется для создания компьютерных игр, фильмов с компьютерной графикой, а также любых 3D объектов высокой сложности.

Этот программный продукт содержит огромный комплекс инструментов для работы с трехмерной графикой. С Autodesk 3ds Max возможно создание 2D и 3D объектов, создание и наложение текстур, дизайн материалов, редактирование сложности и уровня деталей объекта, быстрое создание анимаций, в том числе двухи четвероногих существ. Также в пакете присутствуют огромные библиотеки объектов, текстур и изображений.

Заключение

Человек принципиально отличается от компьютера тем, что в миллионы и миллиарды раз быстрее обрабатывает видеоинформацию. Именно поэтому для него так важно, чтобы компьютер сообщал об итогах своей работы в графическом виде или в виде рисунков.

Компьютерная графика — это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Работа с компьютерной графикой — одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры.

Графическая, информация, видеофрагменты, фотографии все больше и больше становятся основным материалом обработки на компьютере. Для этого служат самые разнообразные программы.

Программы, позволяющие рисовать, делать несложные схемы и чертежи, выправлять фотографии называются графическими редакторами.

Графические редакторы разбиваются на два типа. Одни, работающие по принципу аппликации, называются векторными, другие, имитирующие работу с карандашами и кисточками, называются растровыми.

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, сплайны некоторого порядка.

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Графические редакторы позволяют создавать, редактировать и получать графические изображения в виде жестких копий (на бумаге) и в виде текстов программ, которые можно затем встраивать в другие программы или хранить для дальнейшего редактирования. Графические редакторы позволяют создавать не только статичные, но также движущиеся на экране объекты, создавать анимационные картинки. Графические редакторы имеют такие возможности, как использование различных цветовых оттенков в графическом изображения, использование графических примитивов (окружности, ломанные линии, прямоугольники, многоугольники, закрашенные фигуры) для построения рисунков, использование различных инструментов: кистей разнообразной формы, ластика, аэрографа, микроскопа или лупы для прорисовки каких либо тонких деталей изображения, имеется также возможность работать с выделенными частями рисунка: удалять, копировать, переносить, встраивать готовые изображения из библиотеки графических образов и так далее. Существуют графические редакторы как для создания двумерных, так и для создания трехмерных изображений. Примером графических редакторов наиболее распространенных в России можно назвать: Autodesk Animator, Corel Drаw, Paintbrash, PictureMaker, TruеSpacе и др.

Библиографический список

1. Симонович С .В. и др. Информатика: Базовый курс. — СПб.: Питер, 2006.-400 с.

2. Информатика и ИВТ с Артемом Лебедевым /http://inform-ikt.ru

3. Лекции по информатике / http://www.mylect.ru/informatic/informatik.html

4. Петров М. Н. Серия: Учебник для вузов Теория компьютерной графики. 3 издание. — 2011. — 544 с.

5. Петров М. Н., Молочков В. П. Компьютерная графика. Учебник для вузов. М.: Питер. — 2002. — 736 с.

6. Фрактальная графика. http://artforweb.ru/articles/fraktalnaya_grafika

7. http://ru.wikipedia.org/wiki/Графические_программы