Компьютерная графика на ПЭВМ
17
Содержание
Введение......................
1. Компьютерная графика в Интернете.....................
2. Виды компьютерной графики.......................
3. Растровая графика.......................
4. Векторная графика.......................
4.1. Математические основы векторной графики.......................
5. Соотношение между векторной и растровой графикой......................
6. Фрактальная графика.......................
7. Основные понятия компьютерной графики.......................
8. Цветовое разрешение и цветовые модели........................
8.1. Цветовая модель RGB...........................
8.2. Цветовая модель CMYK..........................
8.3. Цветовая модель HSB...........................
9. Классификация компьютерной графики.......................
Заключение....................
Список литературы....................
Введение
Работа с компьютерной графикой – одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причём 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 или просто в выпуске рекламной листовки или буклета. Крупные фирмы заказывают такую работу рекламным агентствам. Малые предприятия, имеющие ограниченный бюджет, часто обходятся своими силами и доступными программными средствами.
Предмет моей работы – компьютерная графика на ПЭВМ.
Цель реферата – изучение основ компьютерной графики на ПЭВМ.
В своей работе я рассмотрела такие вопросы, как: компьютерная графика в Интернете, её виды; основные понятия компьютерной графики, цветовое разрешение и цветовые модели, а также классификация компьютерной графики.
Без компьютерной графики не обходится ни одна современная мультимедийная 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.
1. Компьютерная графика в Интернете
Необходимость широкого использования графических программных средств стала особенно ощутимой в связи с развитием Интернета и, в первую очередь, благодаря службе Word Wide Web, связавшей в единую «паутину» миллионы отдельных «домашних страниц». Даже беглого путешествия по этим страницам достаточно, чтобы понять, что страница, оформленная без компьютерной графики, не имеет шансов выделиться на фоне широчайшего круга конкурентов и привлечь к себе массовое внимание.
Потребность в разработке привлекательных web-страниц во много раз превышает возможности художников и дизайнеров, которым можно было бы поручить эту работу. В связи с этим современные графические средства разрабатываются с таким расчётом, чтобы не только дать удобные инструменты профессиональным художникам и дизайнерам, но и предоставить возможность для продуктивной работы и тем, кто не имеет необходимых профессиональных навыков и врождённых способностей к художественному творчеству.
2. Виды компьютерной графики
Несмотря на то, что для работы с компьютерной графикой существует множество классов программного обеспечения, различают всего три вида компьютерной графики. Это растровая, векторная и фрактальная. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.
Растровую графику применяют при разработке электронных (мултимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют сканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не сколько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации.
Программные средства для работы с векторной графикой наоборот предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, редакциях и изданиях. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики намного проще. Существуют примеры высокохудожественных произведений, созданных средствами векторной графики, но они скорее исключение, чем правило, поскольку художественная подготовка иллюстраций средствами векторной графики чрезвычайно сложна.
Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путём математических расчётов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику редко применяют для создания печатных или электронных документов, но её часто используют в развлекательных программах.
3. Растровая графика
Основным элементом растрового изображения является точка. Если изображение экранное, то эта точка называется пикселом. В зависимости от того, на какое графическое разрешение экрана настроена операционная система компьютера, на экране могут размещаться изображения, имеющие 640х480, 800х600, 1024х768 и более пикселов.
С размером изображения непосредственно связано его разрешение. Этот параметр измеряется в точках на дюйм (dots per ihch – dpi). У монитора с диагональю 15 дюймов размер изображения на экране составляет примерно 28х21см. Зная, что в одном дюйме 25,4мм. можно рассчитывать, что при работе монитора в режиме изображения равно 72 dpi.
При печати разрешение должно быть намного выше. Полиграфическая печать полноцветного изображения требует разрешения 200-300 dpi. Стандартный фотоснимок размером 10х15см. должен содержать примерно 1000х1500 пикселов.
Большие объемы данных – это основанная проблема при использовании растровых изображений. Для активных работ с большеразмерными иллюстрациями типа журнальной полосы требуются компьютеры с исключительно большими размерами оперативной памяти (128 Мбайт и более). Такие компьютеры должны иметь и высокопроизводительные процессоры.
Второй недостаток растровых изображений связан с невозможностью их увеличения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то его увеличение приводит 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. Этот эффект называется пикселизацией.
4. Векторная графика
В векторной графике основным элементом изображения является линия (при этом не важно, прямая или кривая). Объём памяти, занимаемый линией, не зависит от её размера, поскольку линия представляется в идее формулы, а точнее говоря, в виде нескольких параметров.
Линия – это элементарный объект векторной графики. Всё, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в более сложные, например, объект четырёхугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а объект куб ещё более сложен: его можно рассматривать либо как двенадцать связных линий, либо как шесть связанных четырёхугольников. Из-за такого подхода векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой.
Перед выводом на экран каждого объекта программа производит вычисления координат экранных точек в изображении объекта, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой. Аналогичные вычисления производятся и при выводе объектов на принтер.
Как и все объекты, линии имеют свойства. К этим свойствам относятся: форма линии, её толщина, цвет, характер линии (сплошная, пунктирная и т.п.). Замкнутые линии имеют свойство заполнения. Внутренняя область замкнутого контура может быть заполнена цветом, текстурой, картой. Простейшая линия, если она не замкнута, имеет две вершины, которые называются узлами. Узлы тоже имеют свойства, от которых зависит, как выглядит вершина линии и как две линии сопрягаются между собой.
4.1. Математические основы векторной графики
В основе векторной графики лежат математические представления о свойствах геометрических фигур.
Согласно вышесказанному о том, что простейшим объектом векторной графики является линия, рассмотрим несколько её видов.
Точка
Точка на плоскости задаётся двумя числами (x, y), определяющими её положение относительно начала координат.
Прямая линия
Для задания прямой линии достаточно двух параметров. Обычно график прямой линии описывается уравнением y=kx+b. Зная эти параметры k и b, всегда можно нарисовать бесконечную прямую линию в известной системе координат.
Отрезок прямой
Для задания отрезка прямой надо знать ещё пару параметров, например координаты x1 и x2 начала и конца отрезка, поэтому для описания отрезка прямой линии необходимы четыре параметра.
Кривая второго порядка
К кривым второго порядка относятся параболы, гиперболы, эллипсы, окружности и другие линии, уравнения которых не содержат степеней выше второй. Прямые линии – это частный случай кривых второго порядка. Отличаются кривые второго порядка тем, что не имеют точек перегиба. Самая общая формула кривой второго порядка может выглядеть, например так:
x2+a1y2+a2xy+a3x+a4y+a5=0
Пяти параметров вполне достаточно для описания бесконечной кривой второго порядка. Для записи отрезка кривой второго порядка необходимо на два параметра больше.
Кривая третьего порядка
Отличительная особенность этих более сложных кривых состоит в том, что они могут иметь точку перегиба. Эти кривые хорошо соответствуют тем линиям, которые мы наблюдаем в живой природе, например, линиям изгиба человеческого тела, поэтому в качестве основных объектов векторной графики используют именно такие линии. Все прямые и кривые второго порядка являются частными случаями всех прямых и кривых третьего порядка.
В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать так:
x3+a1y3+a2x2y+a3xy2+a4x2+a5y2+
Для записи кривой третьего порядка достаточно девяти параметров. Для задания отрезки надо иметь на два параметра больше.
Кривые Безье
Для рисования кривой третьего порядка по заданным коэффициентам её уравнения в векторных редакторах применяют кривые Безье. Отрезки кривых Безье – это частный случай отрезков кривых третьего порядка. Они описываются восемью параметрами.
Метод построения кривой Безье основан на использовании пары касательных, проведённых к линии в точках её концов. На практике эти касательные выполняют роль «рычагов», с помощью которых линию изгибают так, как это необходимо. На форму линии влияет не только угол наклона касательной (а вместе с ней и формой линии) производят перетаскиванием маркера с помощью мыши.
5. Соотношение между векторной и растровой графикой
Говоря о растровой графике, можно указать на два её недостатка: значительный объём массивов данных, которые надо хранить и обрабатывать, а также невозможность масштабирования изображения без потери качества.
Векторная графика устраняет эти два недостатка, но в свою очередь усложняет работу по созданию художественных иллюстраций. На практике средства векторной графики используют не для создания художественных композиций, а для оформительских, чертёжных и проектно-конструкторских работ.
В векторной графике легко решаются вопросы масштабирования. Если линии задана толщина, равная 0,15мм., то сколько бы мы ни увеличивали или не уменьшали рисунок, эта линия всё равно будет иметь только такую толщину, поскольку это одно из свойств объекта, жёстко за ним закреплённое. Распечатав чертёж на малом или большом формате бумаги, мы всегда получим линии одной толщины. Это свойство векторной графики широко используется в картографии, в конструкторских системах автоматизированного проектирования (САПР) и в автоматизированных системах архитектурного проектирования.
6. Фрактальная графика
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.
Простейшим фрактальным объектом является фрактальный треугольник. Если построить равносторонний треугольник со стороной А, разделить каждую из его сторон на три отрезка, а затем на среднем отрезке стороны построить равносторонний треугольник со стороной, равной 1/3 стороны исходного треугольника, а на других отрезках построить равносторонние треугольники со стороной, равной 1/9А, то можно увидеть (повторяя с полученными треугольниками те же операции), что треугольники последних поколений наследуют свойства своих родительских структур. Так рождается фрактальная фигура.
Процесс наследования можно продолжать до бесконечности. Взяв такой бесконечный фрактальный объект и рассмотрев его в лупу или микроскоп, можно найти в нём всё новые и новые детали, повторяющие свойства исходной структуры.
Фрактальными свойствами обладают многие объекты живой и неживой природы. Обычная снежинка, многократно увеличенная, оказывается фрактальным объектом. Фрактальные алгоритмы лежат в основе роста кристаллов и растений.
Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путём часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.
7. Основные понятия компьютерной графики
Разрешение экрана – это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселах и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.
Разрешение принтера – это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения на заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.
Разрешение изображения – это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и задаётся при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображении и непрерывно связано с другим свойством изображения – его физическим размером.
Физический размер изображения может измеряться как в пикселах, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задаётся при создании изображения и хранится вместе с файлом.
8. Цветовое разрешение и цветовые модели
При работе с цветом используются понятия цветовое разрешение (его чаще называют глубиной цвета) и цветовая модель. Цветовое разрешение определяет метод кодирования цветовой информации, и от него зависит то, сколько цветов на экране может отображать одновременно. Для кодирования чёрно-белого изображения достаточно выделить по одному биту на представление цвета каждого пиксела. Выделение одного байта позволяет закодировать 256 различных цветовых оттенков. Два байта (16 битов) позволяет определить 65 536 различных цветов. Этот режим называется High Color. Если для кодирования цвета используются три байта (24 бита), возможно одновременное отображение 16,5 миллионов цветов. Этот режим называется True Color.
Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется не более трёх. Эти модели известны под названиями: RGB, CMYK, HSB.
8.1. Цветовая модель RGB
В этой модели работают мониторы и бытовые телевизоры. Любой цвет считается состоящим из трёх основных компонентов: красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue). Эти цвета называются основными. Считается также, что при наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета увеличивается. Совмещение трёх компонентов даёт нейтральный цвет (серый), который при большой яркости стремится к белому цвету.
Это соответствует тому, что мы наблюдаем на экране монитора, поэтому данную модель применяют всегда, когда готовится изображение, предназначенное для воспроизведения на экране. Если изображение проходит компьютерную обработку в графическом редакторе, то его тоже следует представить в этой модели. В графических редакторах имеются средства для преобразования изображений из одной цветовой модели в другую.
8.2. Цветовая модель CMYK
Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений. Они отличаются тем, что их видят не в проходящем, а в отражённом свете. Чем больше краски положено на бумагу, тем больше света она поглощает и меньше отражает. Совмещение трёх основных красок поглощает почти весь падающий свет, и со стороны изображение выглядит почти чёрным. В отличие от модели RGB увеличение количества краски приводит не к увеличению визуальной яркости, а наоборот к её уменьшению. Поэтому для подготовки печатных изображений используется не суммирующая модель, а вычитающая. Цветовыми компонентами этой модели являются не основные цвета, а те, которые получаются в результате вычитания основных цветов из белого:
ГОЛУБОЙ (Cyan)=БЕЛЫЙ – КРАСНЫЙ=ЗЕЛЁНЫЙ+СИНИЙ
ПУРПУРНЫЙ (Magenta)=БЕЛЫЙ-ЗЕЛЁНЫЙ=
ЖЁЛТЫЙ (Yellow)=БЕЛЫЙ-СИНИЙ=КРАСНЫЙ +ЗЕЛЁНЫЙ
Эти три цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета белого.
Существенную трудность в полиграфии представляет чёрный цвет. Теоретически его можно получить совмещением трёх основных или дополнительных красок, но на практике результат оказывается негодным. Поэтому в цветовую модель CMYK добавлен четвёртый компонент – чёрный. Ему эта система обязана буквой К в названии (blacK).
8.3. Цветовая модель HSB
Некоторые графические редакторы позволяют работать с цветовой моделью HSB. Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK – для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека. Она проста и интуитивно понятна.
В модели HSB тоже три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Регулируя эти три компонента, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями.
Цветовая модель HSB удобна для применения в тех графических редакторах, которые ориентированы не на обработку готовых изображений, а на их создание своими руками. Существуют такие программы, которые позволяют имитировать различные инструменты художника (кисти, перья, фломастеры, карандаши), материалы красок (акварель, гуашь, масло, тушь, уголь, пастель) и материалы полотна (холст, картон, рисовая бумага и пр.). Создавая собственное художественное произведение, удобно работать в модели HSB, а по окончании работы его можно преобразовать в модель RGB или CMYK, в зависимости от того, будет ли оно использоваться как экранная или печатная иллюстрация.
9. Классификации компьютерной графики
В зависимости от размерности модели выделяют:
- двухмерную графику (2D);
- трёхмерную графику (3D).
С двухмерной графикой мы сталкиваемся постоянно. Все картинки на экране монитора двухмерны, поскольку каждый из элементов изображения описывается двумя координатами на плоскости (х, у). Мы всегда видим только неподвижное изображение в одном ракурсе. Чтобы рассмотреть объект со всех сторон, необходима его трёхмерная модель и возможность перемещаться (или перемещать объект) в пространстве. Такие средства предоставляют программы, работающие с 3D-графикой.
Трёхмерная графика, по сути, является векторной. Изображение хранится в памяти компьютера в виде описаний составляющих его объектов. Чтобы объект был трёхмерен, его поверхность предварительно строится, как каркасная конструкция (mesh – сетка, каркас), состоящая из пространственных узлов точек, задаваемых тремя координатами x, y, z, и рёбер, соединяющих эти узлы. Далее поверхности назначается обтягивающий её материал, описание свойств которого помимо цвета и фактура включает особенности отражения, рассеивания преломления и поглощения света. Объект помещается в трёхмерную сцену, которая может включать задний план (чаще всего растровое изображение). Трёхмерную сцену мы наблюдаем через камеру. На основе расчёта («rendering» - рендеринг) всех точек, составляющих трёхмерную сцену, строится двухмерная растровая картинка. При перемещении объекта или точки наблюдения весь расчёт, повторяется.
Любая графика может быть статистической (не изменяющейся во времени) и динамической (анимация).
Динамическая 3D-графика широко применяется в кинематографии (персонажи, спецэффекты, сложные трюки и т.д.) и в компьютерных играх, динамическая 2D-графика – в кино (мультфильмы) и в оформлении веб-страниц. В частности, на большинстве сайтов встречаются два основных вида анимации: растровая (GIF-анимация) и векторная (FLASH-анимация).
GIF-анимация получила своё название от формата файла GIF, способного хранить несколько различных изображений одновременно, а также информацию о параметрах их последовательного показа. С её помощью делаются динамические рекламные баннеры, смешные движущиеся картинки, «летающие» надписи и т.п. Этот тип анимации используется в веб-дизайне наиболее широко, так как исторически появился раньше, чем FLASH-анимация, и поддерживается всеми браузерами.
Векторная FLASH-анимация пока ещё поддерживается не всеми браузерами и менее распространена на просторах Интернета. Наиболее известным примером данной анимации является популярные «мультики» про Масяню.
Заключение
На мой взгляд, цель и задачи, обозначенные мной во введении, достигнуты с помощью таких пунктов, как: компьютерная графика в Интернете, основные понятия компьютерной графики, её классификация и виды.
Современная графика немыслима без персонального компьютера. Теперь он стал доступен каждому образованному человеку. Чтобы научиться графике с его помощью, совсем не обязательно быть профессионалом.
В заключении хотелось бы сказать о том, что компьютерная графика – это удобный инструмент не только для профессиональных дизайнеров, но и для людей тех профессий, у которых работа связана с использованием персонального компьютера. Ведь всё чаще в общем потоке жизни мы оперируем именно графическими объектами, например, страница учебника или рекламный проспект, товарный знак или поздравительная открытка.
Список литературы
1. Гохберг Г.С. Информационные технологии / Под ред. Г.С. Гохберга, А.В. Зафиевского, А.А. Короткина. – М.: Академия, 2004. – 256 с.
2. Луцкий С.А. Изучаем Photoshop / Под ред. С.А. Луцкого. – СПб: Питер, 2003. – 346 с.
3. Могилев А.В., Н.И. Пак, Е.К. Хеннер Информатика / Под ред. Е.К. Хеннера. – М.: Академия, 2004. – 215 с.
4. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Специальная информатика. – М.: АСТ-ПРЕСС: Инфорком-Пресс, 2003. – 321 с.
5. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс / Под ред. С.В. Симоновича. – СПб: Питер, 2007. – 274 с.
6. Слетова Л.А. CorelDrawX3 / Под ред. Л.А. Слетовой. – М.: Эксмо, 2007. – 64 с.
- Компьютерная графика. Технология создания виртуальных персонажей
- Компьютерная диагностика автомобиля
- Компьютерная зависимость
- Компьютерная зависимость
- Компьютерная зависимость
- Компьютерная зависимость
- Компьютерная зависимость
- Компьютерная графика в экономике
- Компьютерная графика и области ее применения
- Компьютерная графика и основные графические редакторы
- Компьютерная графика и основные графические редакторы
- Компьютерная графика и основные графические редакторы
- Компьютерная графика. История появления и области её применения
- Компьютерная графика, классификация принципиальные отличия
