В памяти компьютера хранится математическая формула уравнение по которой строится изображение

Обновлено: 09.01.2025

Графическая информация

Машинная графика в настоящее время уже вполне сформировалась как наука. Существует аппаратное и программное обеспечение для получения разнообразных изображений - от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Машинная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности восприятия и передачи информации. Знание её основ в наше время необходимо любому ученому или инженеру. Машинная графика властно вторгается в бизнес, медицину, рекламу, индустрию развлечений. Применение во время деловых совещаний демонстрационных слайдов, подготовленных методами машинной графики и другими средствам автоматизации конторского труда, считается нормой. В медицине становится обычным получение трехмерных изображений внутренних органов по данным компьютерных томографов. В наши дни телевидение и другие рекламные предприятия часто прибегают к услугам машинной графики и компьютерной мультипликации. Использование машинной графики в индустрии развлечений охватывает такие несхожие области как видеоигры и полнометражные художественные фильмы.

Любую работу компьютер выполняет по определенным программам, которые обрабатывают определенную информацию. Дисплей — это устройство вывода информации, хранящейся в памяти ЭВМ. Значит, и «картинки» на экране — это отображение информации, находящейся в компьютерной памяти.

История компьютерной графики

Результатами расчетов на первых компьютерах являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге. Для того чтобы осознать полученные результаты, человек брал бумагу, карандаши, линейки и другие чертежные инструменты и чертил графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Иначе говоря, человек вручную производил графическую обработку результатов вычислений. В графическом виде такие результаты становятся более наглядными и понятными.

Возникла идея поручить графическую обработку самой машине. Первоначально программисты научились получать рисунки в режиме символьной печати. На бумажных листах с помощью символов (звездочек, точек, крестиков, букв) получались рисунки, напоминающие мозаику. Так печатались графики функций, изображения течений жидкостей и газов, электрических и магнитных полей. С помощью символьной печати программисты умудрялись получать даже художественные изображения(рис. 1). В редком компьютерном центре стены не украшались распечатками с портретами Эйнштейна, репродукциями Джоконды и другой машинной живописью.

Затем появились специальные устройства для графического вывода на бумагу — графопостроители (другое название — плоттеры). С помощью такого устройства на лист бумаги чернильным пером наносятся графические изображения: графики, диаграммы, технические чертежи и прочее. Для управления работой графопостроителей стали создавать специальное программное обеспечение.

Рисунок из памяти компьютера может быть выведен не только на экран, но и на бумагу с помощью принтера. Существуют принтеры цветной печати, дающие качество рисунков на уровне фотографии.

Виды современной компьютерной графики

Приложения компьютерной графики очень разнообразны. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.

Это направление появилось самым первым. Назначение — визуализация (т. е. наглядное изображение) объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов (рис. 2).

Эта область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки — вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы (рис. 3).

Рис. 3. Графики, круговые и столбчатые диаграммы

Программные средства деловой графики обычно включаются в состав табличных процессоров (электронных таблиц).

Она используется в работе инженеров-конструкторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом систем автоматизации проектирования (САПР). Графика в САПР используется для подготовки технических чертежей проектируемых устройств (рис. 4).

Рис. 4. Графика в САПР

Графика в сочетании с расчетами позволяет проводить в наглядной форме поиск оптимальной конструкции, наиболее удачной компоновки деталей, прогнозировать последствия, к которым могут привести изменения в конструкции. Средствами конструкторской графики можно получать плоские изображения (проекции, сечения) и пространственные, трехмерные, изображения.

Программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов. Пакеты иллюстративной графики не имеют какой-то производственной направленности. Поэтому они относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения.

Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика

Это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации и многое другое.

Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этого класса графических пакетов является возможность создания реалистических (очень близких к естественным) изображений, а также «движущихся картинок» (рис. 5).

Для создания реалистических изображений в графических пакетах этой категории используется сложный математический аппарат.

Рис. 5 Художественная графика

Получение рисунков трехмерных (пространственных) объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации — все это связано с геометрическими расчетами. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источников света, от расположения теней, от фактуры поверхности (глянцевая, матовая, пористая) требует расчетов, учитывающих законы оптики.

Получение движущихся изображений на дисплее ЭВМ называется компьютерной анимацией. Слово «анимация» означает «оживление».

В недавнем прошлом художники-мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создать на экране рисунки лишь начального и конечного состояний движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитает и изобразит компьютер. Такая работа также связана с расчетами, опирающимися на математическое описание данного типа движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения (рис. 6).

Фрактальная графика – одна из быстроразвивающихся и перспективных видов компьютерной графики. Математическая основа - фрактальная геометрия. Фрактал – структура, состоящая из частей, подобных целому. Одним из основных свойств является самоподобие. Фрактус – состоящий из фрагментов)

Объекты называются самоподобными, когда увеличенные части объекта походят на сам объект. Небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.

Рис.7 Фрактальная фигура

Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранятся и изображение строится исключительно по уравнениям.

Растровая и векторная графика

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют:

Рассмотрим растровую и векторную графиу.

Растровая графика - метод графического представления объекта в виде множества точек.

Растровое изображение - изображение, сформированное построчно из отдельных точек растра, имеющих различную степень яркости и разный цвет. Растровое изображение составляется из мельчайших точек - пикселов. Пиксел - неделимая точка в графическом изображении; наименьший адресуемый элемент растрового изображения. Пиксел характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения.

Растровое изображение подобно мозаике - когда приближаете (увеличиваете) его, то видите отдельные пиксели, а если удаляете (уменьшаете), пиксели сливаются.

Компьютер хранит параметры каждой точки изображения (её цвет, координаты). Причём каждая точка представляется определенным количеством бит (в зависимости от глубины цвета). При открытии файла программа прорисовывает такую картину как мозаику – как последовательность точек массива. Глубина цвета - сколько битов отведено на хранение цвета каждой точки:
- в черно-белом - 1 бит
- в полутоновом - 8 бит
- в цветном - 24 (32) бита на каждую точку.

Растровые файлы имеют сравнительно большой размер, т.к. компьютер хранит параметры всех точек изображения.

Поэтому размер файла зависит от параметров точек и их количества :

– от глубины цвета точек,

– от размера изображения (в большем размере вмещается больше точек),

– от разрешения изображения (при большем разрешении на единицу площади изображения приходится больше точек).

Чтобы увеличить изображение, приходится увеличивать размер пикселей-квадратиков. В итоге изображение получается ступенчатым, зернистым.

Для уменьшения изображения приходится несколько соседних точек преобразовывать в одну или выбрасывать лишние точки. В результате изображение искажается: его мелкие детали становятся неразборчивыми (или могут вообще исчезнуть), картинка теряет четкость.

Исходное изображение Фрагмент увеличенного изображения

Растровое изображение масштабируется с потерей качества.

Растровое изображение нельзя расчленить. Оно «литое», состоит из массива точек. Поэтому в программах для обработки растровой графики предусмотрен ряд инструментов для выделения элементов «вручную».

Оригинал Увеличенный фрагмент

для показа массива точек

Близкими аналогами являются живопись, фотография

Программы для работы с растровой графикой:

Microsoft Photo Editor

Adobe Photo Shop

Fractal Design Painter

Micrografx Picture Publisher

для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов.

O ретуширования, реставрирования фотографий;

O создания и обработки фотомонтажа, коллажей;

O применения к изображениям различных спецэффектов;

O после сканирования изображения получаются в растровом виде

Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике. Линия – элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом. Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно, представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.

Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде математических формул. При открытии файла программа прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам (уравнениям).

Векторное изображение масштабируется без потери качества: масштабирование изображения происходит при помощи математических операций: параметры примитивов просто умножаются на коэффициент масштабирования.

Изображение может быть преобразовано в любой размер
(от логотипа на визитной карточке до стенда на улице) и при этом его качество не изменится.

Векторное изображение можно расчленить на отдельные элементы (линии или фигуры), и каждый редактировать, трансформировать независимо.

Векторные файлы имеют сравнительно небольшой размер, т.к. компьютер запоминает только начальные и конечные координаты элементов изображения -этого достаточно для описания элементов в виде математических формул . Размер файла как правило не зависит от размера изображаемых объектов, но зависит от сложности изображения : количества объектов на одном рисунке (при большем их числе компьютер должен хранить больше формул для их построения), характера заливки - однотонной или градиентной) и пр. Понятие «разрешение» не применимо к векторным изображениям.

Векторные изображения: более схематичны, менее реалистичны, чем растровые изображения, «не фотографичны».

Близкими аналогами являются слайды мультфильмов, представление математических функций на графике.

Программы для работы с векторной графикой:

Fractal Design Expression

O для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений;

O для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем;

O для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов;

O для моделирования объектов изображения;

O для создания 3-х мерных изображений;

К од и рование изображений:

составляется из мельчайших точек пикселов) – цветных квадратиков одинакового размера.

состоит из контуров элементов (прямых, кривых линий, геометрических фигур), которые могут быть залиты цветом

для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов. Например, для:

ретуширования,
реставрирования фотографий;

создания и обработки фотомонтажа, коллажей;

применения к изображениям различных спецэффектов;

после сканирования изображения получаются в растровом виде

для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений;

для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем;

для рисованных изображений с четкими контурами,
не обладающих большим спектром оттенков цветов;

для моделирования
объектов изображения;

для создания 3-х мерных изображений;

масштабируется с потерей качества

масштабируется без потери качества

реалистичны, обладают высокой точностью передачи градаций цветов и полутонов

более схематичны,
менее реалистичны

Microsoft Photo Editor

Adobe Photo Shop

Fractal Design Painter

Micrografx Picture Publisher

Fractal Design Expression

близкими аналогами являются живопись, фотография

близкими аналогами являются слайды мультфильмов, представление математических функций на графике

TIF-Tagged Image File Format

PCX- PC Paintbrush

PCD-Kodak Photo CD

TGA-True Vision Targa

PMG-Portable Network Graphics

VMF- Windows Metafile EMF - Windows Enhanced Metafile

CGM - Computer Graphics Metafile

EPS - Encapsulated PostScript

DRW - Micrografx Desiner/Draw

DXF - AutoCadformat 2-OT

PIC - Lotus 1-2-3 Graphics

HGL - HP Graphics Language

1. Семакин.И, Залогова Л., Русаков С., Шестакова Л. Информатика. Базовый курс 8 класс. Москва: Бином, 2007г.

2. Залогова Л.А. Компьютерная графика. Учебное пособие. Москва: Бином, 2006г

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.

Конспект урока "Растровая и векторная графика. Форматы графических файлов"

· формат графического файла.

На прошлом уроке мы с вами выяснили, что особое место в работе с изображениями занимает компьютерная графика, т.е. графика, которая обрабатывается и отображается средствами вычислительной техники.

Компьютеры уже достаточно давно вошли в нашу жизнь. Они изменили мир и возможности человека, и с каждым днём стремящихся рисовать все больше и больше привлекает компьютер.

Изображения, которые создаются на компьютере можно представлять в движении или в покое. Главным достоинство компьютерной графики является то, что можно видеть, как формируется изображение на всех этапах, и неограниченно вносить исправления.

Настоящий дизайнер немыслим без художественного образования, он должен прекрасно владеть техникой рисунка, то есть материалами и инструментами (например, карандаш, уголь) и способами их использования для изображения и художественного выражения. Также должен владеть техниками графики (уметь использовать акварель, гуашь, карандаш, тушь), техниками живописи (гуашь, акварель, темпера, акрил, масло).

А как вы думаете, можно ли в современном мире используя компьютер, знания и умения работы с компьютером стать художником или дизайнером, не обладая особым талантом?

Любой, самый обычный человек, может превратить компьютер в исполнительный механизм воплощения своей художественной мысли — той самой, которую он не может воплотить на бумаге.

Представьте, какие чудесные возможности предоставляет нам современный компьютер.

Как вы помните компьютерная графика — это изображения, подготовленные при помощи компьютера. Компьютер может обрабатывать информацию, представленную только в цифровой форме. Значит, изображение надо представить в цифровой форме. Наиболее распространены два способа представления изображений: растровый и векторный. Существует ещё фрактальный способ представления графических изображений.

На прошлом уроке мы с вами рассмотрели один из способов получения графических изображений. С помощью сканера. Давайте немного вспомним. Итак, сканер сначала делит всю картинку на квадратики. Каждый такой квадратик станет пикселем цифрового изображения. Затем сканер освещает каждую строчку изображения специальной лампой и оценивает цвет каждого квадратика. Получает по три числа на каждый пиксель, то есть оценивает сколько в каждом квадратике красного, зелёного и синего цветов, и передаёт полученную информацию в память компьютера. В памяти компьютера образуется цифровое изображение. Затем эти числа переписываются из основной памяти в видеопамять и на мониторе появляется картинка.

Разные сканеры разбивают картинку на разное число пикселей. Размеры пикселя зависят от разрешающей способности сканера, которая обычно выражается в dpi (что означает — точек на дюйм) и задаётся парой чисел (например, 600 х 1200 dpi). Первое число — это количество пикселей, которые могут быть выделены сканером в строке изображения длиной в 1 дюйм. Второе число — количество строк, на которые может быть разбита полоска изображения высотой в 1 дюйм.

Такой способ хранения изображений в компьютере, то есть когда изображение хранится по точкам, которые называются пикселями, точно, как мозаика, называется растровым.

Слово растровый происходит от латинского Раструм – решётка.

Рассмотрим второй способ хранения изображений.

Давайте вместе рассмотрим рисунок. На нем изображено яблоко. Как вы думаете, много ли нужно места в памяти компьютера чтобы хранить этот рисунок? Если посчитать пиксели, из которых он состоит, то получится огромное число. Соответственно и места в памяти компьютера понадобилось бы очень много. Давайте посмотрим, как художник рисовал эту картинку. Пока создавалось яблоко, компьютер запоминал как нужно рисовать это яблоко.

То есть в памяти компьютера можно сохранить не только картинку, которую нарисовал художник, но и последовательность команд, на специальном компьютерном языке. Для простого рисунка список команд будет не большой, следовательно, и места в памяти компьютера понадобится не много.

Когда мы захотим посмотреть полученную картинку, компьютер мгновенно её нарисует. Это произойдёт настолько быстро, что мы этого даже не заметим.

Изображения, которые хранятся в памяти компьютера в виде последовательности команд называются векторными.

То есть каждая из этих фигур в векторной графике может быть описана математически: отрезки и прямоугольники — координатами своих вершин, окружности — координатами центров и радиусами. Кроме того, можно задать толщину и цвет линий, цвет заполнения и другие свойства геометрических фигур. В векторной графике изображения формируются на основе таких наборов данных (векторов), описывающих графические объекты, и формул их построения. При сохранении векторного изображения в память компьютера заносится информация о простейших геометрических объектах, его составляющих.

Как вы думаете, какие изображения лучше?

Точно ответить на данный вопрос нельзя. Так как у каждого из них есть свои достоинства и недостатки.

Растровое представление графики обычно используются для изображений фотографического типа с большим количеством деталей и оттенков. Однако при увеличении таких картинок ухудшает их качество.

Векторная графика удобна для рисунков, которые не нуждаются в фотореализме. Масштабирование векторной графики происходит без потери качества. В векторном виде хранят многие шрифты, логотипы, карты, которые часто приходится увеличивать и уменьшать.

В векторном виде хранятся только небольшие картинки. Если мы сохраним растровую фотографию в векторном виде, то получим уже не фотографию. Да и количество команд, для этого изображения будет огромным и займёт места в памяти компьютера гораздо больше чем растровое.

Теперь разберёмся с вопросом какая графика называется фрактальной.

Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Но, в отличие от векторной графики, в памяти компьютера хранятся не описания геометрических фигур, составляющих изображение, а сама математическая формула (уравнение), по которой строится изображение. Фрактальные изображения разнообразны и причудливы.

Итак, мы уже знаем, что в компьютере изображения можно хранить в растровой и векторной форме. Давайте выясним, какие форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле.

Как мы уже выяснили различают растровые и векторные форматы графических файлов, среди которых есть универсальные графические форматы и собственные форматы графических приложений.

Рассмотрим некоторые форматы графических файлов более подробно.

BMP — универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows. Этот формат поддерживается многими графическими редакторами, в том числе редактором Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями. Изображения сохранённые в этом формате занимают большой объём памяти, так как в них на хранение информации о увете каждого пикселя отводится 24 бита.

GIF — универсальный формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путём (диаграмм, графиков и так далее) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256) то есть занимают небольшой информационный объем. Что очень важно для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

JPEG — универсальный формат растровых графических файлов. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

WMF — универсальный формат векторных графических файлов для Windows-приложений. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery.

EPS — универсальный формат, который позволяет хранить информацию как в растровой, так и в векторной форме. Он поддерживается программами для различных операционных систем. Рекомендуется для печати и создания иллюстраций в настольных издательских системах.

С собственными форматами мы с вами познакомимся в процессе работы с графическими изображениями.

Перейдём к практической части урока.

Рассмотрим следующую задачу. Растровое изображение занимает в памяти компьютера 8 килобайт. Размер данного изображения 256 на 256 пикселей. Нужно определить максимально возможное число цветов в палитре изображения.

Пришло время подвести итоги нашего урока.

Растровые изображения - это картинки, состоящие из большого количества цветных точек (пикселей).

Векторным изображением в компьютерной графике принято называть совокупность более сложных и разнообразных геометрических объектов.

Фрактальная графика – это совокупность геометрических фигур, обладающих свойством самоподобия, то есть составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком.

Формат графического файла — это способ представления графических данных на внешнем носителе. Различают растровые и векторные форматы графических файлов, среди которых, выделяют универсальные графические форматы и собственные (оригинальные) форматы графических приложений.

Отдельным предметом считается трехмерная графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве.

Применение: обработка фотоизображений, художественная графика, реставрационные работы, работа со сканером.

Векторная графика описывает изображение с помощью математических формул. По своей сути любое изображение можно разложить на множество простых объектов, как то - контуры, графические примитивы и т.д. Любой такой простой объект состоит из контура и заливки. Основное преимущество векторной графики состоит в том, что при изменении масштаба изображения оно не теряет своего качества. Отсюда следует и другой вывод - при изменении размеров изображения не изменяется размер файла. Ведь формулы, описывающие изображение, остаются те же, меняется только коэффициент пропорциональности. С другой стороны, такой способ хранения информации имеет и свои недостатки. Например, если делать очень сложную геометрическую фигуру (особенно если их много), то размер "векторного" файла может быть гораздо больше, чем его "растровый" аналог из-за сложности формул, описывающих такое изображение.

Рисунок 1.2 - Изображение, выполненное
с помощью векторной графики

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что векторную графику следует применять для изображений, не имеющих большого числа цветовых фонов, полутонов и оттенков. Например, оформления текстов, создания логотипов и т.д.

Векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой или чертежной графикой. Простые объекты, такие как окружности, линии, сферы, кубы, заполнители (области однотонного или изменяющегося цвета для заполнения частей объектов) и т.п., называются примитивами и используются при создании более сложных объектов. В векторной графике изображения создаются путем комбинации различных объектов.

Файлы векторной графики могут содержать растровые изображения в качестве одного из типов объектов, представляющего набор инструкций для компьютера, такой растровый фрагмент можно, как правило, только масштабировать, но не редактировать. Существуют программы поддерживающие оба типа объектов и позволяют работать как с растровым так и с векторным изображением одновременно, хотя форматы растровых файлов описывают растровые изображения более эффективно.

Сложность векторных форматов определяется количеством возможных команд описания объектов. Векторные форматы файлов могут различаться способом кодирования данных, обладать разными цветовыми возможностями. Цвет объекта хранится в виде части его векторного описания.

Применение: компьютерная полиграфия, системы компьютерного проектирования, компьютерный дизайн и реклама.

Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, т.е. никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким образом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

Фрактальная графика, как и векторная - вычисляемая, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.

Под графической информацией подразумевают всю совокупность информации, которая нанесена на самые различные носители — бумагу, пленку, кальку, картон, холст, оргалит, стекло, стену и т. д. В определенной степени графической информацией можно считать и объективную реальность, на которую направлен объектив фотоаппарата или цифровой камеры.

Компьютерная графика - область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора.

Машинная графика властно вторгается в бизнес, медицину, рекламу, индустрию развлечений. Применение во время деловых совещаний демонстрационных слайдов, подготовленных методами машинной графики и другими средствам автоматизации конторского труда, считается нормой. В медицине становится обычным получение трехмерных изображений внутренних органов по данным компьютерных томографов. В наши дни телевидение и другие рекламные предприятия часто прибегают к услугам машинной графики и компьютерной мультипликации. Использование машинной графики в индустрии развлечений охватывает такие несхожие области как видеоигры и полнометражные художественные фильмы.

История компьютерной графики

Результатами расчетов на первых компьютерах являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге. Для того чтобы осознать полученные результаты, человек брал бумагу, карандаши, линейки и другие чертежные инструменты и чертил графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций . Иначе говоря, человек вручную производил графическую обработку результатов вычислений. В графическом виде такие результаты становятся более наглядными и понятными .

Возникла идея поручить графическую обработку самой машине. Первоначально программисты научились получать рисунки в режиме символьной печати. На бумажных листах с помощью символов (звездочек, точек, крестиков, букв) получались рисунки, напоминающие мозаику. Так печатались графики функций, изображения течений жидкостей и газов, электрических и магнитных полей. С помощью символьной печати программисты умудрялись получать даже художественные изображения (Рис. 1). В редком компьютерном центре стены не украшались распечатками с портретами Эйнштейна, репродукциями Джоконды и другой машинной живописью.

Рис. 1 Символьная печать.

Затем появились специальные устройства для графического вывода на бумагу — графопостроители (другое название — плоттеры). С помощью такого устройства на лист бумаги чернильным пером наносятся графические изображения: графики, диаграммы, технические чертежи и прочее. Для управления работо графопостроителей стали создавать специальное программное обеспечение.

Настоящая революция в компьютерной графике произошла с появлением графических дисплеев. На экране графического дисплея стало возможным получать рисунки, чертежи в таком же виде, как на бумаге с помощью карандашей, красок, чертежных инструментов Рисунок из памяти компьютера может быть выведен не только на экран, но и на бумагу с помощью принтера. Существуют принтеры цветной печати, дающие качество рисунков на уровне фотографии.

Представление графической информации в компьютере

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами: как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.

Растровое изображение представляет собой совокупность точек, используемых для его отображения на экране монитора.

Объём растрового изображения определяется как произведение количества точек и информационного объёма одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Для черно-белого изображения информационный объём одной точки равен 1 биту, так как точка может быть либо чёрной, либо белой, что можно закодировать одной из двух цифр — 0 или 1.

Информационный объём растрового изображения (V) определяется как произведение числа входящих в изображение точек (N) на информационный объём одной точки (q), который зависит от количества возможных цветов, т. е. V=N ⋅ q.

При чёрно-белом изображении q = 1 бит (например, 1 — точка подсвечивается и 0 — точка не подсвечивается). Поэтому для хранения чёрно-белого (без оттенков) изображения размером 100x100 точек требуется 10000 бит.

Если между чёрным и белым цветами имеется ещё шесть оттенков серого (всего 8), то информационный объём точки равен 3 бита (log28 = 3).

Информационный объём такого изображения увеличивается в три раза: V = 30000бит.

Рассмотрим, сколько потребуется бит для отображения цветной точки: для 8 цветов необходимо 3 бита; для 16 цветов — 4 бита; для 256 цветов — 8 битов (1 байт).

Разные цвета и их оттенки получаются за счёт наличия или отсутствия трёх основных цветов (красного, синего, зеленого) и степени их яркости. Каждая точка на экране кодируется с помощью 4 битов.

Цветные изображения могут отображаться в различных режимах, соответственно изменяется и информационный объём точки (Рис. 4).

Описание цвета пикселя является кодом цвета.

Количество бит, отводимое на каждый пиксель для представления цвета, называют глубиной цвета (англ. color depth). От количества выделяемых бит зависит разнообразие палитры.

Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита.

Чем больше глубина цвета, тем больше объем графического файла.

Для хранения растрового изображения размером 32x32 пикселя отвели 512 байтов памяти.

Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

Решение . Число точек изображения равно 32 ⋅ 3 2 = 1024. Мы знаем, что 512 байтов = 512 ⋅ 8=4096 бит. Найдём глубину цвета 4096÷1024=4. Число цветов равно 24 = 16.

FF — наибольшая яркость цветовой компоненты, для получения различных оттенков одного и того же цвета изменяют яркость.

Также следует отметить, что равное или почти равное сочетание цветовых компонент обозначает серый цвет разной интенсивности.

Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов. Каждый примитив состоит из элементарных отрезков кривых, параметры которых (координаты узловых точек, радиус кривизны и пр.) описываются математическими формулами.

Для каждой линии указываются её тип (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет, а замкнутые фигуры дополнительно характеризуются типом заливки.

Рассмотрим, например, такой графический примитив, как окружность радиуса r. Для её построения необходимо и достаточно следующих исходных данных:

- координаты центра окружности;

- значение радиуса r;

- цвет заполнения (если окружность не прозрачная);

- цвет и толщина контура (в случае наличия контура).

Информация о векторном рисунке кодируется обычным способом, как хранятся тексты, формулы, числа, т. е. хранится не графическое изображение, а только координаты и характеристики изображения его деталей. Поэтому для хранения векторных изображений требуется существенно меньше памяти, чем растровых изображений.

Кодирование графической информации

Графическую информацию можно представлять в двух формах: аналоговой и цифровой.

Живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно — это пример аналогового представления.

Изображение, напечатанное при помощи струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета — это цифровое или еще именуют как дискретное представление.

Путем разбиения графического изображения (дискретизации) происходит преобразование графической информации из аналоговой формы в цифровую. Этот процесс называется «кодирование», поскольку каждому элементу назначается конкретное значение в форме двоичного кода. При кодировании изображения происходит его пространственная дискретизация. Ее можно сравнить с построением изображения из большого количества цветных фрагментов (метод мозаики).

Графическая информация в аналоговой форме представляется в виде рисунка, картинки, а также слайда на фотопленке и полученную по нему аналоговую фотографию.

Изображение кодируется в цифровую форму с использованием элементарных геометрических объектов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники или матрицы фиксированного размера, состоящей из точек (пикселей) со своими геометрическими параметрам.

Современная компьютерная графика

Научная графика. Это направление появилось самым первым. Назначение — визуализация (т. е. наглядное изображение) объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов (Рис. 6).

Рис. 6 График комплексной функции в четырехмерном (4D) пространстве.

Деловая графика. Эта область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений.

Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки — вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы (Рис. 7).

Рис. 7 Графики, круговые и столбчатые диаграммы.

Программные средства деловой графики обычно включаются в состав табличных процессоров (электронных таблиц).

Конструкторская графика. Она используется в работе инженеров-конструкторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом систем автоматизации проектирования (САПР). Графика в САПР используется для подготовки технических чертежей проектируемых устройств (Рис. 8).

Рис. 8. Графика в САПР.

Иллюстративная графика. Программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов. Пакеты иллюстративной графики не имеют какой-то производственной направленности. Поэтому они относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения.

Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика. Это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации и многое другое.

Рис. 9 Художественная графика.

Компьютерная анимация. Получение движущихся изображений на дисплее ЭВМ называется компьютерной анимацией. Слово «анимация» означает «оживление».

Фрактальная графика. Фрактальная графика – одна из быстроразвивающихся и перспективных видов компьютерной графики. Математическая основа - фрактальная геометрия. Фрактал – структура, состоящая из частей, подобных целому. Одним из основных свойств является самоподобие (Фрактус – состоящий из фрагментов).

Объекты называются самоподобными когда увеличенные части объекта походят на сам объект. Небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.

Рис.10 Фрактальная фигура.

Читайте также: