Компьютерная графика. 7

Содержание

1.Виды компьютерной графики

   1.1.Двухмерная графика

   1.2. Трехмерная графика

2. Настольные издательские  системы

    2.1 Уровни настольной  издательской системы

    2.2 Компоненты настольной издательской системы

    2.3. Принцип работы  настольной издательской системы

    2.4. Задачи, решаемые  НИС и примеры их пакетов

3. Лабораторные работы  по Exel, Word

4. Задача

Список литературы

1. Виды компьютерной графики

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. 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

1.1 Двумерная графика (2D)

Двумерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

 Фрактальная графика

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

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 уравнениями.

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.

 Растровая графика

Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. При этом следует различать:

• разрешение оригинала;
• разрешение экранного изображения;
• разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки и создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требование к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселем. Размер пикселя варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешение оригинала и масштаб отображения.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 20–21 дюйм (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640х480,800х600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1200, 1600х1280, 1920х1200, 1920х1600 точек.

Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22–0,25 мм.

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150–200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200–300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.

Разрешение печатного изображения и понятие линиатуры. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch – Ipi) и называется линиатурой.

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит от интенсивности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем плотнее заполняется элемент растра. То есть, если в ячейку попал абсолютно черный цвет, размер точки растра совпадет с размером элемента растра. В этом случае говоря то 100% заполняемости. Для абсолютно белого цвета значение заполняемости составит 0%. На практике заполняемость элемента на отпечатке обычно составляет от 3 до 98%. При этом все точки растра имеют одинаковую оптическую плотность, в идеале приближающуюся к абсолютно черному цвету. Иллюзия более темного тона создается за счет увеличения размеров точек и, как следствие, сокращения пробельного поля между ними при одинаковом расстоянии между центрами элементов растра. Такой метод называют растрированием с амплитудной модуляцией (AM).

Интенсивность тона (так называемую светлоту) принято подразделять на 256 уровней. Большее число градаций не воспринимается зрением человека и является избыточным. Меньшее число ухудшает восприятие изображения (минимально допустимым для качественной полутоновой иллюстрации принято значение 150 уровней). Нетрудно подсчитать, что для воспроизведения 256 уровней тона достаточно иметь размер ячейки растра 256 = 16 Х 16 точек.

При выводе копии изображения на принтере или полиграфическом оборудовании линиатуру растра выбирают, исходя из компромисса между требуемым качеством, возможностями аппаратуры и параметрами печатных материалов. Для лазерных принтеров рекомендуемая линиатура составляет 65-100 Ipi, для газетного производства – 65-85 lpi, для книжно-журнального – 85-133 lpi, для художественных и рекламных работ – 133-300 lpi.

При печати изображений с наложением растров друг на друга, например многоцветных, каждый последующий растр поворачивается на определенный угол.

Традиционными для цветной печати считаются углы поворота: 105 градусов для голубой печатной формы, 75 градусов для пурпурной, 90 градусов для желтой и 45 градусов для черной. При этом ячейка растра становится косоугольной, и для воспроизведения 256 градаций тона с линиатурой 150 lpi уже недостаточно разрешения 16х150=2400 dpi. Поэтому для фотоэкспонирующих устройств профессионального класса принято минимальное стандартное разрешение 2540 dpi, обеспечивающее качественное растрирование при разных углах поворота растра.

Таким образом, коэффициент, учитывающий поправку на угол поворота растра, для цветных изображений составляет 1,06.

Динамический диапазон. Качество воспроизведения тоновых изображений принято оценивать динамическим диапазоном (D). Это оптическая плотность, численно равная десятичному логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания (для оригиналов, рассматриваемых “на просвет”, например слайдов) или коэффициенту отражения (для прочих оригиналов, например полиграфических отпечатков).

Для оптических сред, пропускающих свет, динамический диапазон лежит в пределах от 0 до 4. Для поверхностей, отражающих свет, значение динамического диапазона составляет от 0 до 2. Чем выше динамический диапазон, тем большее число полутонов присутствует в изображении и тем лучше качество его восприятия.

Связь между параметрами изображения и размером файла. Средствами растровой графики принято иллюстрировать работы, требующие высокой точности в передаче цветов и полутонов. Однако размеры файлов растровых иллюстраций стремительно растут с увеличением разрешения. Фотоснимок, предназначенный для домашнего просмотра (стандартный размер 10х15 см, оцифрованный с разрешением 200-300 dpi, цветовое разрешение 24 бита), занимает в формате TIFF с включенным режимом сжатия около 4 Мбайт. Оцифрованный с высоким разрешением слайд занимает 45-50 Мбайт. Цветное изображение формата А4 занимает 120-150 Мбайт.

Масштабирование растровых изображений. Одним из недостатков растровой графики является так называемая пикселизация изображений при их увеличении (если не приняты специальные меры). Раз в оригинале присутствует определенное количество точек, то при большем масштабе увеличивается и их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию (рис.4). Для противодействия пикселизации принято заранее оцифровывать оригинал с разрешением, достаточным для качественной визуализации при масштабировании.

Другой прием состоит в применении стохастического растра, позволяющего уменьшить эффект пикселизации в определенных пределах. Наконец, при масштабировании используют метод интерполяции, когда увеличение размера иллюстрации происходит не за счет масштабирования точек, а путем добавления необходимого числа промежуточных точек.

Векторная графика

Пример векторного рисунка

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. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования. Изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов. При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении), или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: (Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop

Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.

 Растровая и векторная  графика

Растровое изображение   Векторное изображение

Таким образом, выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате. Понятно, что и в растровом и в векторном представлении графика (как и текст) выводятся на экран монитора или печатное устройство в виде совокупности точек. В Интернете графика представляется в одном из растровых форматов, понимаемых браузерами без установки дополнительных модулей – GIF, JPG, PNG.

Без дополнительных плагинов (дополнений) наиболее распространенные браузеры понимают только растровые форматы – .gif, .jpg и .png (последний пока мало распространен). На первый взгляд, использование векторных редакторов становится неактуальным. Однако большинство таких редакторов обеспечивают экспорт в .gif или .jpg с выбираемым Вами разрешением. А рисовать начинающим художникам проще именно в векторных средах – если рука дрогнула и линия пошла не туда, получившийся элемент легко редактируется. При рисование в растровом режиме Вы рискуете непоправимо испортить фон.

Из-за описанных выше особенностей представления изображения, для каждого типа приходится использовать отдельный графический редактор – растровый или векторный. Разумеется, у них есть общие черты – возможность открывать и сохранять файлы в различных форматах, использование инструментов с одинаковыми названиями (карандаш, перо и т.д.) или функциями (выделение, перемещение, масштабирование и т.д.), выбирать нужный цвет или оттенок... Однако принципы реализации процессов рисования и редактирования различны и обусловлены природой соответствующего формата. Так, если в растровых редакторах говорят о выделении объекта, то имеют в виду совокупность точек в виде области сложной формы. Процесс выделения очень часто является трудоемкой и кропотливой работой.

При перемещении такого выделения появляется «дырка». В векторном же редакторе объект представляет совокупность графических примитивов и для его выделения достаточно выбрать мышкой каждый из них. А если эти примитивы были сгруппированы соответствующей командой, то достаточно «щелкнуть» один раз в любой из точек сгруппированного объекта. Перемещение выделенного объекта обнажает нижележащие элементы.

Тем не менее, существует тенденция к сближению. Большинство современных векторных редакторов способны использовать растровые картинки в качестве фона, а то и переводить в векторный формат части изображения встроенными средствами (трассировка). Причем обычно имеются средства редактирования загруженного фонового изображения хотя бы на уровне различных встроенных или устанавливаемых фильтров. 8-я версия Illustrator'a способна загружать .psd-файлы Photoshop'a и использовать каждый из полученных слоев. Кроме того, для использования тех же фильтров, может осуществляться непосредственный перевод сформированного векторного изображения в растровый формат и дальнейшее использование как не редактируемого растрового элемента. Причем, все это помимо, обычно имеющихся конвертеров из векторного формата в растровый с получением соответствующего файла.

                                        1.2. Трёхмерная графика

Трёхмерная графика оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

В трёхмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

В компьютерной графике используется три вида матриц:

• матрица поворота
• матрица сдвига
• матрица масштабирования

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.

2. Настольные издательские системы

2.1. Уровни настольной издательской системы

 Настольная издательская система - комплекс, состоящий из персональных компьютеров, сканирующих, выводных и фотовыводных устройств, программного и сетевого обеспечения, используемый для набора и редактирования текста, создания и обработки изображений, верстки и изготовления оригинал-макетов, корректурных листов, фотоформ, цветопроб, печатных форм и пр., т. е. для подготовки издания к печати на уровне допечатных процессов.

DeskTop Publishing (Настольная  издательская система), или сокращенно DTP (НИС).

В русском варианте, который хотя и звучит более прозаически, чем английский аналог ("издательство на крышке стола"), тем не менее, точнее отражена суть. И ключевое слово здесь — система, поскольку только системный подход гарантирует успешное и рациональное решение многих проблем. Можно выделить, как минимум, три основных уровня (рис. 1), наличие и соответствие которых друг другу обеспечивает надежное функционирование этой системы.

Рис. 1 Уровни настольной издательской системы

         Аппаратный уровень (hardware level) представляет собой совокупность материальных элементов — устройств, с помощью которых происходят ввод, обработка, хранение, передача и вывод информации.

Программный уровень (software level) — это совокупность информационных элементов (программ и их команд), с помощью которых происходит управление как собственно текстовой и изобразительной информацией, так и аппаратным оборудованием.

Пользовательский уровень ("brainware" level) представляет собой совокупность творческих индивидуумов, высококлассных специалистов и обычных пользователей, которые интегрируют свой творческий потенциал, а также аппаратный и программный уровни для создания творческих произведений.

Аппаратный уровень

Аппаратный уровень, в свою очередь, состоит из следующих компонентов (рис. 2):

• устройства ввода информации (input devices), которые обеспечивают преобразование любых видов информации на самых разнообразных носителях в цифровую форму, что создает условия для ее дальнейшей компьютерной обработки;

Рис. 2 Компоненты аппаратного уровня НИС

• устройства обработки, хранения и передачи информации (process, storage and transfer devices), являющиеся ядром аппаратного уровня;
• устройства вывода информации (output devices), которые обеспечивают "возврат" цифровой информации в форму, понятную и доступную человеку.

Программный уровень

Сам по себе компьютер, даже в самой полной комплектации, не выполняет никаких действий и не обладает знаниями ни в одной области своего применения. Все действия определяются программами и все "знания" также сосредоточены в программах.

Программный уровень (software) настольных издательских систем характеризуется еще более бурным развитием, чем это отмечалось в аппаратной части, хотя некоторые программные приложения (application) существуют уже добрый десяток лет.

Для дизайнеров и специалистов, занимающихся изобразительными видами информации, можно выделить следующие основные классы программного обеспечения (рис.3):

• программы пиксельной графики;
• программы векторной графики;
• программы верстки;
• программы трехмерной графики.

Помимо этого, может оказаться востребованной большая совокупность дополнительного, вспомогательного программного обеспечения, начиная с самой операционной системы и кончая разнообразными мелкими утилитами и плагинами (plug-in). К вспомогательной категории относятся программы для работы со шрифтами, просмотрщики (viewer), преобразователи форматов файлов (конвертеры), браузеры, архиваторы и многое другое.

Скорее всего, большим преувеличением будет назвать операционную систему (ОС) вспомогательной программой, но с точки зрения пользователя графических программ она не является объектом основного внимания, и, как правило, интерес к ней обретается на периферии. Разумеется, недостаточное знание операционной системы способно доставить пользователю множество лишних хлопот.

Пользовательский уровень

Пользовательский уровень — это мы с вами, поскольку разработчики аппаратных устройств и программных средств именуют нас "пользователями". На этом уровне нет никаких технических условий и параметров, а есть только требования профессии и того дела, ради которого человек набирается решимости и садится к компьютеру.

Если говорить о компьютерном дизайне и графике, то, на мой взгляд, самым важным представляется знание предметной области — представление о концепциях изобразительного (визуального) искусства и чувство композиции. Это тем более важно, что компьютерные технологии, являясь концентрированным опытом и суммой навыков, достаточно легко и просто позволяют выполнить все формальные действия, присущие, например, компоновке страницы, а результат — увы — нельзя считать не только фактом искусства, но даже и элементарным ремеслом.

Действительно, относительно легко набрать текст, присвоить ему самое разнообразное форматирование, отсканировать любое изображение или выбрать его из огромного числа библиотек, импортировать и использовать какой-либо "заковыристый" фильтр (или несколько, которые преобразят исходное изображение до неузнаваемости), разместить все это на произвольном количестве страниц. Столь же легко продолжить технологическую цепочку, а именно, напечатать на приличном цветном принтере и получить "добро" у заказчика, отдать на цветоделение и за вполне разумные деньги получить тираж.

Все эти действия технологически правильны и разумны, но результат с точки зрения дизайна может быть (и, к сожалению, бывает) довольно плачевным. Эстетическая и художественная составляющие — увы! — не являются частью компьютерных, технических и программных систем, а целиком возложены на плечи человека, который предлагает идею и осуществляет свой замысел средствами компьютерных технологий. Следовательно, компьютер и все его содержание — это не более чем инструмент, как кисть, карандаш или перо. Только в отличие от них, компьютер — это инструмент, аккумулирующий технологический опыт и знания.

Следующим по важности, с моей точки зрения, представляется знание конкретных программных приложений и связанных с ними соответствующих технологий.

И наконец, для успешной работы, безусловно, требуются общекомпьютерные знания. Сюда можно отнести умение работать в одной или нескольких операционных системах, понимать принципы файловой организации, разбираться в вопросах управления периферийными устройствами (монитором, сканером, принтером), пользоваться устройствами хранения информации, электронной почтой, интернетом и т. д.

Таким образом, серьезному пользователю, который претендует стать профессионалом, следует отбросить иллюзии о том, что компьютер делает что-либо сам по себе (по своей воле компьютер только ломается) и, засучив рукава, начать осваивать все магистрали, а затем и закоулки огромной бурно и непрерывно развивающейся страны под названием Компьютерные Технологии.

2.2 Компоненты настольной издательской системы

Компоненты НИС представлены в следующей схеме:

Наборная машина.

Модели компьютера и программное обеспечение, которое используется для набора текста, не столь важны, это дело вкуса и корпоративных предпочтений.

Графическая станция.

Аппаратная часть графической станции, кроме самого компьютера, должна включать в себя профессиональный цветной монитор, универсальный сканер, устройство для просмотра сканируемых оригиналов и набор устройств для чтения внешних носителей.

Станция верстки.

Аппаратное решение станции верстки должно быть ориентировано на платформу графической станции. Необходимое количество станций набора, графических станций и станций верстки объединяют в общую сеть. К этой сети подключаются периферийные устройства: черно-белые и цветные принтеры, устройства цветопробы, лазерные экспонирующие выводные устройства.

Печатающие устройства.

В издательском деле доминируют лазерные принтеры, которые используются как для печати корректуры, так и для распечатки черно-белых оригинал-макетов. Цветные лазерные принтеры используют, как правило, для согласования с заказчиком цветного макета и реже как устройство для изготовления цветопроб, весьма условно выполняющее эту роль.

2.3. Принцип работы настольной издательской системы (НИС)

Типичный принцип работы настольной издательской системы представлен в виде следующей схемы:

2.4. Задачи решаемые НИС и примеры их пакетов

Настольные издательские системы применяются для профессиональной издательской деятельности. Позволяют осуществлять электронную верстку широкого спектра основных типов документов типа информационного бюллетеня, цветной брошюры, каталога, справочника. Позволяют решать задачи:

1. компоновать (верстать) текст;
2. использовать всевозможные шрифты и выполнять полиграфические изображения;
3. осуществлять редактирование текста на уровне лучших текстовых процессоров;
4. обрабатывать графические изображения;
5. выводить документы полиграфического качества;
6. работать в сетях на разных платформах.