Компьютерная графика

Содержание

Введение 3

История создания  3

Техническая сторона 4

Цветовые модели и их виды  7

Графические редакторы  и форматы графических файлов 8

Заключение   11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ведение

    Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере¹.

   Работа с компьютерной графикой - одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агентствам, но часто обходятся собственными силами и доступными программными средствами.

 Без компьютерной графики  не обходится ни одна современная  программа. Работа над графикой  занимает до 90% рабочего времени  программистских коллективов, выпускающих программы массового применения.

 Основные трудозатраты  в работе редакций и издательств  тоже составляют художественные  и оформительские работы с  графическими программами.

 Необходимость широкого  использования графических программных средств стала особенно ощутимой в связи с развитием Интернета и, в первую очередь, благодаря службе World Wide Web, связавшей в единую "паутину" миллионы "домашних страниц". У страницы, оформленной без компьютерной графики мало шансов привлечь к себе массовое внимание. Область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации. Конструкторы, разрабатывая новые модели автомобилей и самолетов, используют трехмерные графические объекты, чтобы представить окончательный вид изделия. Архитекторы создают на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть, как оно впишется в ландшафт.

 

 

История создания

 

Уже в 1950 году на рынок были выпущены компьютеры с графическим  устройством вывода. В Массачусетском технологическом институте (MIT) был создан компьютер Whirlwind, который впервые был оснащен электронно-лучевым монитором. Практически в это же время были разработаны устройства ввода, которые облегчали работу с компьютером. Через некоторое время были созданы и первые векторные мониторы.²

В конце 1960-х годов были уже доступны компьютерные терминалы  с электронно-лучевыми экранами. Так  широкие массы получили доступ к  достаточно удобным в использовании  компьютерам, которые воспроизводили изображения. В это же время закладываются  основы 3D-графики. Исследуется трассировка лучей.

Когда в 1980-х годах стали  широко использоваться такие устройства, как мышь и цветной принтер, векторные  экраны сменились растровыми. Так  стало возможно воспроизведение  цветных изображений. Компьютерная графика тогда была еще в зачаточном состоянии, но начала быстро развиваться благодаря новому аппаратному и программному обеспечению. Не только эксперты, но и обычные пользователи могли создавать и обрабатывать графические файлы.

В 1990-х началось развитие мультимедиа. Стало проще совмещать графику и звуковые дорожки. В кино стали показывать первые фильмы, созданные на компьютере. Благодаря быстрому развитию аппаратного обеспечения для пользователей стала доступна компьютерная графика в формате 3D.

В 21 веке благодаря новейшим видеокартам стало возможным создание реалистичной 3D-анимации. Все большей популярностью пользуются изображения HD. Компьютерная графика находится в постоянном развитии.

 

Техническая сторона

 

По способам задания изображений  графику можно разделить на следующие категории:

1. Двухмерная графика.

     Двухмерная (2D — от англ. two dimensions — «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений³. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге. Каждый вид используется в определенной области. Растровую графику применяют при разработке мультимедийных проектов. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, чаще создаются с помощью сканера, а затем обрабатываются специальными программами - графическими редакторами. Программные средства для работы с векторной графикой наоборот предназначены для создания иллюстраций на основе простейших геометрических элементов. В основном применение векторной графики - это оформительские работы. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании а скорее в программировании. Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Применение - заставки на ТВ.

• Растровая графика.

    Растровые изображения, в отличие от векторных, обладают рядом специфических свойств. К ним относятся разрешение, цветовая глубина, физический размер и применяемая цветовая модель. Основной элемент изображения - точка. Точка на экране называется "пиксель". Пиксель (англ. pixel - picture element - элемент картинки) - неделимый прямоугольный элемент растровой модели, параметры которого описывают соответствующий ему участок реального или синтезированного изображения⁴. Изображения в растровой графике (форматы: .tif .bmp .gif .jpg .png ) состоят из отдельных точек различных цветов, образующих цельную картину (наподобие мозаики). Типичным примером растровой графики служат отсканированные фотографии или изображения созданные в графическом редакторе PhotoShop. Применение растровой графики позволяет добиться изображения высочайшего фотореалистичного качества. Но такие файлы очень объемны и трудно редактируемы (каждую точку приходиться подправлять вручную) При изменении размеров качество изображения ухудшается. Так при уменьшении исчезают мелкие детали, а при увеличении картинка превращается в набор пикселей. При печати растрового изображения или при просмотре его на устройствах, имеющих недостаточную разрешающую способность, значительно ухудшается восприятие образа.

 Изображение  (объект) может быть монохромным  (штриховым), черно-белой фотографией  (в градациях серого) и цветным.  Любой рисунок можно представить  набором мозаичных точек. 

 Суть принципа  точечной графики: если надо  закодировать какой-то объект, то  на него "накладываем" сетку и создаем матрицу (таблицу) той же размерности, заполняя единицами ячейки, наложенные на объект, и нулями вне его. Если границы оригинал-объекта параллельны границам ячеек сетки, получается идеальная матрица (bitmap) из нулевых и единичных битов, которая представляет закодированное изображение объекта. Если эту матрицу вывести на экран или принтер или на диск для хранения, то получим оттиск объекта.

Достоинства растровой  графики:

1. Каждый пиксел  независим друг от друга.

2. Техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки) изобразительной информации. Существует развитая система внешних устройств для ввода изображений (к ним относятся сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты).

3. Фотореалистичность (можно получать живописные эффекты, например, туман или дымку, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать перспективную глубину и нерезкость, размытость и т.д.)

4. Форматы файлов, предназначенные для сохранения  точечных изображений, являются  стандартными, поэтому не имеет решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение.

5. Можно использовать  в Web-дизайне.

Недостатки  растровой графики:

1. Объём файла  точечной графики одназначно  определяется произведением площади  изображения на разрешение и на глубину цвета (если они приведены к единой размерности). При этом совершенно неважно, что отображено на фотографии: белый снежный пейзаж с одиноким столбом вдалеке, или сцена рок-концерта с обилием цвета и форм. Если три параметра одинаковы, размер файла будет практически одинаковым.

2. При попытке  слегка повернуть на небольшой  угол изображение, например, с  чёткими тонкими вертикальными  линиями, чёткие линии превращаются  в чёткие "ступеньки" (это означает, что при любых трансформациях: поворотах, наклонах и т.д. в точечнной графике невозможно обойтись без искажений).

3. Невозможность  увеличения изображений для рассмотрения  деталей. Поскольку изображение  состоит из точек, то увеличение  изображения приводит только  к тому, что эти точки становятся крупнее. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удаётся. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой (пикселизация).

• Векторная графика.

    Основной элемент изображения - линия. Линия представлена в памяти ПК несколькими параметрами и в этом виде занимает гораздо меньше места, чем растровая линия, состоящая из точек, для каждой из которых требуется ячейка памяти. Линия - элементарный объект векторной графики. Любой сложный объект можно разложить на линии, прямые или кривые. Поэтому часто векторную графику называют объектно-ориентированной. Свойства линии: форма, толщина, цвет, стиль (пунктир, сплошная)

Замкнутые линии  имеют свойство заполнения - цветом, текстурой, узором и т.п. Каждая незамкнутая линия имеет 2 вершины, называемые узлами. С помощью узлов можно соединять линии между собой. Примером векторной графики служат работы, созданные в графическом редакторе CorelDraw. В отличии от растра векторное изображение состоит из отдельных линий-направляющих (векторов) которые образуют изображение. В файле хранится информация не о каждой точке, а об элементах, из которых состоит изображение, т.е. о направляющих из которых она создана. Векторные изображения занимают сравнительно небольшой объем и легки в редактировании. Любой элемент картинки может быть изменен отдельно от других. Изображение легко меняет размер не теряя качества и сохраняя первоначальную композицию (расположение элементов) Вектор пластичен, что позволяет отображать его на устройствах с различной разрешающей способностью одинаково качественно. Но изображения векторной графики просты по визуальному восприятию и в основном выглядят "нарисованными".

Достоинства векторной  графики:

1. Малый объем памяти. При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты четырех точек, поэтому объем памяти очень мал по сравнению с точечной графикой. Вывод: Векторная графика - оень экономичный способ кодирования. Она экономна 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.

2. Свобода трансформации.  Векторное изображение можно  вращать, масштабировать без потери  качества изображения. Объекты  векторной графики просто трансформируются  и ими легко манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения.

3.Аппаратная  независимость. Векторная графика  "работает" с идеальными объектами,  которые сами приноравливаются  к изменениям: можно не знать,  для каких устройств делается  тот или иной документ. Векторная графика максимально использует возможности разрезрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет настолько качественным, на сколько способно данное устройство.

 Недостатки  векторной графики:

1. Программная  зависимость. Каждая программа строит кривые по своим алгоритмам. (Например, формат .cdr программы Corel Draw не описан и является нестандартным). Часто необходимо конвертирование. Каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, поэтому изображение, созданое в одном векторном редакторе, как правило, не конвертируется в формат другой программы без погрешностей.

2. Сложность  векторного принципа описания  изображения не позволяет автоматизировать  ввод графической информации  и сконструировать устройство подобное сканеру для растровой графики.

3. Векторная  графика действительно ограничена  в чисто живописных средствах  и не предназначена для создания  фотореалистических изображений.

• Фрактальная графика.

        Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями⁵.

     Фракталы  позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов. Фрактальная графика, как и векторная вычисляемая, но отличается тем, что никакие объекты в памяти не хранятся. Изображение строится по уравнению, или системе уравнений, поэтому ничего кроме формулы хранить не надо. Изменив коэффициенты можно получить совершенно другую картину. Способность фрактальной графики моделировать образы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.