Иерархия графического программного обеспечения

Иерархия графического программного обеспечения. Простые цветовые модели:rgb, hsb, cmyk. Графические системы. Системы растровой и векторной графики. Устройства вывода видеоинформации. Графические редакторы. Графические коммуникации. История и истоки Интернет. Теоретические основы Интернета. Службы Интернета. Информационная безопасность и её составляющие. Архиваторы. Антивирусные программы. 

Иерархия графического программного обеспечения.

Компьютерная графика – это наука, предметом изучения которой является создание, хранение и обработка моделей и их изображений с помощью ЭВМ, т.е. это раздел информатики, который занимается проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

В компьютерной графике  рассматриваются следующие задачи:

·        представление изображения в компьютерной графике;

·        подготовка изображения к визуализации;

·        создание изображения;

·        осуществление действий с изображением.

Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью компьютера. Под графической информацией понимаются модели объектов и их изображения

Различают три вида компьютерной графики. Это растровая графика, векторная графика и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровый метод – изображение представляется в виде набора окрашенных точек. Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художниками, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото– и видеокамеры.

Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с  растровыми иллюстрациями, ориентированы  не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации.

Векторный метод – это метод представления изображения в виде совокупности отрезков и дуг и т. д. В данном случае вектор – это набор данных, характеризующих какой-либо объект.

Программные средства для работы с  векторной графикой предназначены  в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени  для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики много проще.

Сравнительная характеристика растровой и векторной графики

Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании.

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. 

Простые цветовые модели: rgb, hsb, cmyk.

Цветовая модель – определяет способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты.

RGB-модель (аддитивная) основана на физических свойствах солнечного света: любой цвет получается из смешения трёх первичных цветов (Red – красный, Green – зелёный, Blue – синий). Белый цвет получается при смешении всех 3-х цветов.

CMY-модель (субтрактивная или вычитательная) дополнительные цвета получаются вычитанием первичного цвета из белого:

Голубой (Gyan)= белый – красный =  зелёный + синий

Пурпурный (Magenta) = белый – зелёный = красный + синий

Жёлтый (Yellow) = белый – синий = красный + зелёный

CMYK-модель. Аналогична модели CMY, но в неё включен чисто чёрный цвет (black). Применяется для получения более «чистых» оттенков черного.

В цветных принтерах чаще всего  используется четыре красителя. Данная система широко применяется в полиграфии. На практике ни одна краска не является абсолютно чистой и содержит примеси. Поэтому наложение друг на друга дополнительных цветов не даёт чисто чёрного цвета. 

Графические системы. Системы  растровой и векторной графики.

Почти с момента создания ЭВМ  появилась и компьютерная графика, которая сейчас считается неотъемлемой частью мировой технологии. По началу это была лишь векторная графика  – построение изображения с помощью  так называемых “векторов” – функций, которые позволяют вычислить положение точки на экране или бумаге. Например, функция, графиком которой является круг, прямая линия или другие более сложные кривые.

Совокупность таких “векторов” и есть векторное изображения. С  развитием компьютерной техники и технологий появилось множество способов постройки графических объектов. Но для начала, определимся с термином "графический объект". Это либо само графическое изображение или его часть. В зависимости от видов компьютерной графики под этим термином понимаются как и пиксели или спрайты (в растровой графике), так и векторные объекты, такие как круг, квадрат, линия, кривая и т.д. (в векторной графике).

Для дальнейшего рассмотрения проблемы постройки объектов с помощью  векторной графики, необходимо уяснить  разницу между двумя основными видами компьютерной графики – растровой и векторной.

Векторная графика

Основным логическим элементом  векторной графики является геометрический объект. В качестве объекта принимаются  простые геометрические фигуры (так  называемые примитивы – прямоугольник, окружность, эллипс, линия), составные фигуры или фигуры, построенные из примитивов, цветовые заливки, в том числе градиенты.

Преимущество векторной графики заключается в том, что форму, цвет и пространственное положение составляющих ее объектов можно описывать с помощью математических формул.

Важным объектом векторной графики  является сплайн. Сплайн –это кривая, посредством которой описывается та или иная геометрическая фигура. На сплайнах построены современные шрифты TryeType и PostScript.

У векторной графики много достоинств. Она экономна в плане 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 почти не увеличивает размер файла.

Объекты векторной графики легко  трансформируются и модифицируются, что не оказывает практически  никакого влияния на качество изображения. Масштабирование, поворот, искривление могут быть сведены к паре-тройке элементарных преобразований над векторами.

В тех областях графики, где важное значение имеет сохранение ясных  и четких контуров, например, в шрифтовых  композициях, в создании логотипов и прочее, векторные программы незаменимы.

Векторная графика может включать в себя и фрагменты растровой  графики: фрагмент становится таким  же объектом, как и все остальные (правда, со значительными ограничениями  в обработке).

Важным преимуществом программ векторной графики является развитые средства интеграции изображений и текста, единый подход к ним. Поэтому программы векторной графики незаменимы в области дизайна, технического рисования, для чертежно-графических и оформительских работ.

Однако, с другой стороны, векторная графика может показаться чрезмерно жесткой, "фанерной". Она действительно ограничена в чисто живописных средствах: в программах векторной графики практически невозможно создавать фотореалистические изображения.

А кроме того, векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для точечной графики.

В последнее время все большее  распространение получают программы 3-мерного моделирования, также имеющие  векторную природу.

Обладая изощренными методами отрисовки (метод трассировки лучей, метод излучательности), эти программы позволяют создавать фотореалистичные растровые изображения с произвольным разрешением из векторных объектов при умеренных затратах сил и времени.

В любом случае, если вы работаете с графикой, то неизбежно будете иметь дело с обеими ее формами – векторной и растровой. Понимание их сильных и слабых сторон позволит вам выполнить свою работу максимально эффективно.

Векторная графика описывает изображения  с использованием прямых и изогнутых линий, называемых векторами, а также параметров, описывающих цвета и расположение. Например, изображение древесного листа описывается точками, через которые проходит линия, создавая тем самым контур листа. Цвет листа задается цветом контура и области внутри этого контура.

При редактировании элементов векторной  графики Вы изменяете параметры  прямых и изогнутых линий, описывающих  форму этих элементов. Вы можете переносить элементы, менять их размер, форму и  цвет, но это не отразится на качестве их визуального представления. Векторная графика не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества.

Векторное представление  заключается в описании элементов  изображения математическими кривыми с указанием их цветов и заполняемости (вспомните, круг и окружность – разные фигуры). Красный эллипс на белом фоне будет описан всего двумя математическими формулами – прямоугольника и эллипса соответствующих цветов, размеров и местоположения. Очевидно, такое описание займет значительно меньше места, чем в первом случае. Еще одно преимущество – качественное масштабирование в любую сторону. Увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением соответствующих коэффициентов в математических формулах. К сожалению, векторный формат становится невыгодным при передаче изображений с большим количеством оттенков или мелких деталей (например, фотографий). Ведь каждый мельчайший блик в этом случае будет представляться не совокупностью одноцветных точек, а сложнейшей математической формулой или совокупностью графических примитивов, каждый из которых, является формулой. Это приводит к утяжелению файла. Кроме того, перевод изображения из растрового в векторный формат (например, программой Adobe Strime Line или Corel OCR-TRACE) приводит к наследованию последним невозможности корректного масштабирования в большую сторону. От увеличения линейных размеров количество деталей или оттенков на единицу площади больше не становится. Это ограничение накладывается разрешением вводных устройств (сканеров, цифровых фотокамер и др.).

Растровая графика

Растровая графика описывает  изображения с использованием цветных  точек, называемых пикселями, расположенных на сетке. Например, изображение древесного листа описывается конкретным расположением и цветом каждой точки сетки, что создает изображение примерно также как в мозаике.

При редактировании растровой  графики Вы редактируете пиксели, а  не линии. Растровая графика зависит  от разрешения, поскольку информация, описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного размера. При редактировании растровой графики, качество ее представления может измениться. В частности, изменение размеров растровой графики может привести к "разлохмачиванию" краев изображения, поскольку пиксели будут перераспределяться на сетке. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество.

Основой растрового представления  графики является пиксель (точка) с указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса на белом фоне приходится указывать цвет каждой точки как эллипса, так и фона. Изображение представляется в виде большого количества точек – чем их больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла. Т.е. одна и даже картинка может быть представлена с лучшим или худшим качеством в соответствии с количеством точек на единицу длины – разрешением (обычно, точек на дюйм – dpi или пикселей на дюйм – ppi).

Кроме того, качество характеризуется еще и количеством цветов и оттенков, которые может принимать каждая точка изображения. Чем большим количеством оттенков характеризуется изображения, тем большее количество разрядов требуется для их описания. Красный может быть цветом номер 001, а может и – 00000001. Таким образом, чем качественнее изображение, тем больше размер файла.

Растровое представление  обычно используют для изображений  фотографического типа с большим  количеством деталей или оттенков. К сожалению, масштабирование таких  картинок в любую сторону обычно ухудшает качество. При уменьшении количества точек теряются мелкие детали и деформируются надписи (правда, это может быть не так заметно при уменьшении визуальных размеров самой картинки – т.е. сохранении разрешения). Добавление пикселей приводит к ухудшению резкости и яркости изображения, т.к. новым точкам приходится давать оттенки, средние между двумя и более граничащими цветами. Распространены форматы .tif, .gif, .jpg, .png, .bmp, .pcx и др.

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 броузерами без установки дополнительных модулей – GIF, JPG, PNG.

Без дополнительных плагинов (дополнений) наиболее распространенные броузеры 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. Восьмая 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 нередактируемого растрового элемента. Причем, все это помимо обычно имеющихся конвертеров из векторного формата в растровый с получением соответствующего файла.

Некоторые растровые редакторы  способны грузить один из векторных  форматов (обычно .wmf) в качестве фона или сразу переводить их в растр  с возможностью непосредственного  редактирования. 

Устройства вывода видеоинформации.

Предназначены для преобразования информации из вида, удобного для компьютера в вид, удобный для пользователя. Внутри компьютера информация хранится вцифровом виде, а пользователь привык к представлению информации в виде текста, изображения, звука. Наиболее распространенные устройства вывода: 

Видеоплата – главное устройство вывода, формирующее изображение для видеомонитора. Современные видеоплаты устроены примерно так же, как и сам компьютер: они содержат процессор для обработки видеосигнала (видеопроцессор), видеопамять для хранения изображения, постоянную память (аналогичную BIOS), содержащую программу для работы видеопроцессора. Современные видеоплаты могут быть снабжены выходами для подключения телевизора, второго монитора и др. 

Видеомонитор – получая информацию от видеоплаты отображает ее в виде текста и изображений. В настоящий момент выпускаются следующие типы этих устройств:

·                мониторы на основе электронно-лучевой трубки

·                мониторы на жидких кристаллах

·                мониторы плазменные

Проектор – предназначен для вывода видеоинформации на большой экран

Принтеры – предназначены для вывода информации на бумагу.    

 Типы принтеров

·                     матричный

·                     струйный

·                     лазерный

·                     термический

Матричный и термический принтеры в настоящее время не выпускаются  в виде отдельных устройств. Они  теперь входят в состав кассовых и  факсовых аппаратов.

Графопостроитель – используется в конструкторских бюро для рисования чертежей. 

Звуковая плата преобразует числа в понятные для человека  звуки.

Head Mounted Display. В системах виртуальной реальности используются устройства вывода в виде монтируемых на голове дисплеев (Head Mounted Display – HMD) с бинокулярным всенаправленным монитором (Binocular Omni-Orientation Monitor – BOOM) со средствами отслеживания положения головы (head tracking) и даже отслеживанием положения глаза (eye tracking). Это требуется для создания эффекта «погружения» со стереоскопическим изображением и оперативным изменением сцены при поворотах головы и/или глаз.  

Графические редакторы.

Графический редактор – программа (или пакет программ), позволяющая создавать и редактировать двумерные изображения с помощью компьютера.

Типы графических редакторов:

·    Растровые графические редакторы. Наиболее популярны: Adobe Photoshop для операционных систем Microsoft Windows и Mac OS X, GIMP для GNU/Linux и других POSIX-совместимых.

·    Векторные графические редакторы. Наиболее популярны: Adobe Illustrator, Corel Draw, Macromedia Free Hand – для операционных систем Microsoft Windows и Mac OS X, Inkscape – для всех ОС.

Функции всех графических редакторов приблизительно одинаковы (один из простейших графических редакторов для IBM-совместимых  компьютеров – Paintbrush). Они позволяют пользователю:

·  создавать рисунки из графических примитивов;

·  применять для рисования различные цвета и «кисти» (т. е. использовать линии различной ширины и конфигурации); 

·  «вырезать» рисунки или их части, временно хранить их в буфере («кармане») или запоминать на внешних носителях;

·  перемещать фрагмент рисунка по экрану;

·  «склеивать» один рисунок с другим;

·  увеличивать фрагмент рисунка для того, чтобы прорисовать мелкие детали;

·  добавлять к рисункам текст.

Многие графические редакторы позволяют также создавать компьютерную мультипликацию (анимацию), т. е. создавать на компьютере движущиеся изображения.

«Среда» графического редактора состоит  из трех основных частей. Инструментальная часть – набор пиктограмм, изображающих инструменты. Обычно это – «кисть» для изображения линий произвольной конфигурации, «линейка» для проведения отрезков прямых, «круг», «прямоугольник», «эллипс» для создания соответствующих фигур, «ластик» для стирания изображений, «валик» для закраски фигур, «ножницы» для вырезания фрагментов изображений.

Другая часть среды – палитра  для выбора цвета изображений.

Наконец, третья часть – меню команд редактора. Эти части среды обычно располагаются по краям экрана. Центральная  часть экрана предназначена для рабочего поля (или, как говорят, «холста»), на котором создаются изображения.

Графический редактор, как правило, имеет следующие основные режимы работы: режим выбора и настройки  инструмента, режим выбора цвета, режим  работы с рисунком (рисование и  редактирование), режим работы с внешними устройствами.

Работая с графическим редактором, пользователь применяет не только клавиатуру, но и (для большинства современных  компьютеров и редакторов) манипулятор  мышь. Создавая изображения на экране компьютера, можно не только рисовать их самому, но и использовать другие изображения, например фотографии, рисунки из книг и т. д. Для ввода такой дополнительной графической информации в компьютер используется специальное устройство – сканер. 

История и истоки Интернет.

Революционизирующее влияние Интернета на мир компьютеров и коммуникаций не имеет исторических аналогов. Изобретение телеграфа, телефона, радио и компьютера подготовило почву для происходящей ныне беспрецедентной интеграции.

Интернет одновременно является и  средством общемирового вещания, и механизмом распространения информации, и средой для сотрудничества и общения людей, охватывающей весь земной шар.

Интернет представляет собой один из наиболее успешных примеров того, какую  пользу могут принести долгосрочные вложения, поддержка исследований и разработки информационной инфраструктуры. Начиная с ранних исследований в области пакетной коммутации, американское правительство, промышленность и академическая наука оставались партнерами в развитии и развертывании этой новой изумительной технологии. В наши дни словосочетания вроде "[email protected]" и "www.w3.org" легко слетают с языка первого встречного.

История Интернет вращается вокруг четырех различных аспектов.

На первое место следует поставить технологическую эволюцию, которая началась с ранних исследований по пакетной коммутации, сети ARPANET и по смежным вопросам. Современные исследования продолжают расширять инфраструктурные горизонты сразу по нескольким направлениям, включая масштабирование, повышение эффективности и высокоуровневую функциональность.

Вторым аспектом является эксплуатация и управление глобальной, сложной инфраструктурой.

Третьим можно назвать социальный аспект, приведший к образованию широкого сообщества "интернетчиков", совместно работающих над созданием и развитием технологии.

Четвертым аспектом можно выделить аспект коммерциализации, проявляющийся в чрезвычайно эффективном превращении результатов исследований в повсеместно развернутую, широко доступную информационную инфраструктуру, каковой в наши дни является Интернет.

Первоначальный прототип Интернета  часто называют Национальной (а также  Глобальной, или Галактической) Информационной Инфраструктурой. История Интернета  сложна, она включает в себя много  сторон, а говоря обобщенно, – технологический, организационный и социальный аспекты.

Влияние Интернета распространяется не только на технологическую область  компьютерных коммуникаций; оно пронизывает  все общество по мере того, как все  более широкое распространение  получают оперативные средства электронной коммерции, получения знаний и совершения общественных действий.

Истоки  Интернет

Первым документальным описанием  социального взаимодействия, которое  станет возможным благодаря Сети, была серия заметок, написанных Дж. Ликлайдером (J.C.R. Licklider) из Массачусетского технологического института (MIT) в августе 1962 года. В этих заметках обсуждалась концепция "Галактической сети" (Galactic Network). Автор предвидел создание глобальной сети взаимосвязанных компьютеров, с помощью которой каждый сможет быстро получать доступ к данным и программам, расположенным на любом компьютере. По духу эта концепция очень близка к современному состоянию Интернета. После второй мировой войны, продемонстрировав друг другу и остальному миру наличие ядерного и водородного оружия, Советский Союз и США начали разработку ракетных носителей для доставки этого оружия. Уже в 1947 году США ввели по отношению к Советскому Союзу санкции, ограничивающие экспорт стратегических товаров и технологий. Эти ограничения были окончательно сформулированы и оформлены в 1950 году созданным координационным комитетом по многостороннему стратегическому экспортному контролю - КОКОМ. Соперничество двух ведущих держав мира стало захватывать сферу науки и технологий.

4 октября 1957 года Советский Союз запустил первый искусственный спутник Земли, что показало отставание США. Запуск первого искусственного спутника и послужил причиной подписания президентом США Дуайтом Эйзенхауэром документа о создании в рамках министерства обороны Агентства по перспективным научным проектам и исследованиям – DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency). В октябре 1962 года Ликлайдер стал первым руководителем исследовательского этого компьютерного проекта. Управление Advanced Research Projects Agency (ARPA) сменило название на Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) в 1971 году, затем вернулось к прежнему названию ARPA в 1993 году и, наконец, снова стало именоваться DARPA в 1996 году. В статье используется текущее название – DARPA. Ликлайдер сумел убедить своих преемников по работе в DARPA – Ивана Сазерленда (Ivan Sutherland) и Боба Тейлора (Bob Taylor), а также исследователя из MIT Лоуренса Робертса в важности этой сетевой концепции.

Леонард Клейнрок из MIT опубликовал  первую статью по теории пакетной коммутации в июле 1961 года, а первую книгу – в 1964 году. Клейнрок убедил Робертса в теоретической обоснованности пакетных коммутаций (в противоположность коммутации соединений), что явилось важным шагом по пути создания компьютерных сетей. Другим ключевым шагом должна была стать организация реального межкомпьютерного взаимодействия. Для исследования этого вопроса Робертс совместно с Томасом Меррилом (Thomas Merrill) в 1965 году связал компьютер TX-2, расположенный в Массачусетсе, с ЭВМ Q-32, находившейся в Калифорнии. Связь осуществлялась по низкоскоростной коммутируемой телефонной линии. Таким образом, была создана первая в истории (хотя и маленькая) нелокальная компьютерная сеть. Результатом эксперимента стало понимание того, что компьютеры с разделением времени могут успешно работать вместе, выполняя программы и осуществляя выборку данных на удаленной машине. Стало ясно и то, что телефонная система с коммутацией соединений абсолютно непригодна для построения компьютерной сети. Убежденность Клейнрока в необходимости пакетной коммутации получила еще одно подтверждение.