Основи комп'ютерної графіки

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 на тему:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ 2012

 

Зміст

 

Вступ…………………………………………………………………………….….3

1. Розвиток комп'ютерної графіки……………………………………………….5

2. Класифікація видів комп’ютерної графіки……………………………………7

2.1. Растрова графіка………………………………………………………………7

2.2. Векторна графіка……………………………………………………………...9

2.3. Фрактальна графіка…………………………………………………………..10

2.4. Тривимірна графіка…………………………………………………………..11

  3. Графічні формати……………………………………………………………....12

3.1. Формати файлів  растрової графіки………………………………………....13

3.2. Формати файлів  векторної графіки…………………………………………14

Висновки…………………………………………………………………………..15

Список використаної літератури………………………………………………...16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

Поняття про комп’ютерну  графіку. Визначним досягненням  людства в останні десятиріччя є швидкий розвиток електроніки, обчислювальної техніки та створення на їхній основі багатопланової автоматизованої системи комп’ютерної графіки.

На початку свого  розвитку комп’ютерну графіку розглядали як частину системного програмування  для ЕОМ або один з розділів систем автоматизованого проектування (САПР). Сучасна комп’ютерна графіка становить ряд напрямів і різноманітних застосувань. Для одних із них основою є автоматизація креслення технічної документації, для інших – проблеми оперативної взаємодії людини й комп’ютера, а також задачі числової обробки, розшифрування та передачі зображень.

Однією з основних підсистем САПР, що забезпечує комплексне виконання проектних робіт на основі ЕОМ, є комп’ютерна графіка (КГ).

Комп’ютерною, або машинною, графікою називають наукову дисципліну, яка розробляє сукупність засобів та прийомів автоматизації кодування, обробки й декодування графічної інформації. Іншими словами, комп’ютерна графіка розробляє сукупність технічних, програмних, інформаційних засобів і методів зв’язку користувача з ЕОМ на рівні зорових образів для розв’язання різноманітних задач при виконанні конструкторської та технічної підготовки виробництва.

Вивчення комп’ютерної графіки зумовлене:

- широким впровадженням  системи комп’ютерної графіки для забезпечення систем автоматизованого проектування, автоматизованих систем конструювання (АСК) та автоматизованих систем технологічної підготовки виробництва (АСТПВ) в усіх сферах інженерної діяльності;

- значним обсягом перероблюваної  геометричної інформації, що становить 60-80 % загального обсягу інформації, необхідної для проектування, конструювання та виробництва літаків, кораблів, автомобілів, складних архітектурних споруд тощо;

- необхідністю автоматизації  виконання численних креслярсько-графічних робіт;

- необхідністю підвищення  продуктивності та якості інженерної  праці. 

Метою комп’ютерної графіки  є підвищення продуктивності інженерної праці та якість проектів, зниження вартості проектних робіт, скорочення термінів виконання їх.

Завданням комп’ютерної графіки є звільнення людини від виконання трудомістких графічних операцій, які можна формалізувати, вироблення оптимальних рішень, забезпечення природного зв’язку людини з ЕОМ на рівні графічних зображень.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Розвиток комп'ютерної графіки

 

Комп’ютерна графіка  з’явилась достатньо давно – вже у 1960-х роках існували повноцінні програми роботи з графікою. Сьогодні прийнято користуватися термінами “комп’ютерна графіка” і “комп’ютерна анімація”. Поняття “комп’ютерна графіка” об’єднує всі види робот зі статичними зображеннями, “комп’ютерна анімація” має справи з зображеннями, які динамічно змінюються.

Справжнього широкого раозвитку  комп’ютерна графіка зазнала  з появою персональних комп’ютерів  “Macintosh” (МАС) фірми Apple, які спеціально визначалися для потреб поліграфії. Саме для платформи МАС почали з’являтися перші спеціалізовані операційні системи та графічні редактори. Але сталося так, що справжніми “массовими” комп’ютерами стали комп’ютери класу IBM/PC (РС). Тоді більшість звичайних сьогодні для багатьох оболонок та редакторів почали відтворюватися на базі графічного досвіду МАС, але перекладені для комп’ютерів РС. Так з’явилася славнозвісна операційна система Windows, а також дуже велика кількість звичних для користувачів комп’ютерів РС пакетів, різнопланових програм та редакторів (наприклад: QuickTime, Page Maker, майже всі продукти корпорації Adobe та багато інших).

У теперішній час, завдяки  грандіозному розвитку комп’ютерної техніки, деякі сторони нашого життя  неможливо уявити собі без застосування комп’ютерних технологій, у тому числі без комп’ютерної графіки. Це, насамперед:

- усі види поліграфічних процесів;

- майже вся рекламна індустрія;

- телебачення;

- моделювання нових видів одягу;

- проектно-конструкторські розробки й т. д.

На базі засобів комп’ютерної графіки та інших прогрессивних  технологій в останній час з’явилися  зовсім нові, не схожі ні на що раніш  відоме, напрямки виробництва, профессії, навіть середовища та взаємостосунки. Звичними зараз звучать для більшості з нас поняття: “віртуальна реальність”, “зона інтернет”, “телеконференція”, “аудіо та відео у реальному часі” та інші. Все це є невід’ємною частиною так званої “комп’ютерної революції”, яку всі ми зараз відчуваємо на собі.

Наслідками всестороннього вторгнення комп’ютеризації у майже всі сфери діяльності людини є й поява нових типів мистецтва. До таких можна віднести комп’ютерну музику та анімацію. Остання з’явилася саме завдяки розвитку одного з видів комп’ютерної графіки, а саме – тривимірної (3D) графіки та анімації. Цей тип графіки, а точніше, клас редакторів 3D набув за останні 1-2 роки достатньо широкого розповсюдження не тільки у колах спеціалістів, які користуються спеціалізованими дуже міцними графічними станціями, а й у колах користувачів середнього класу, у т. ч. й користувачів домашніх комп’ютерів. Цьому, перш за все, сприяє розвиток спрямованих на працю з 3D графікою не тільки програмних продуктів, а й поява апаратних засобів, також спрямованих на підтримку та прискорення різноманітних 3D процесів. До цих засобів слід віднести такі, як:

- 3D акселератори, які входять до складу майже всіх сучасних відеоадаптерів;

- процесори з підтримкою ММХ команд;

- спеціалізовані процесори типу RISC, Silicon Graphics;

- процесори з підтримкою нової технології 3D NOW та ін.

Своєрідним синтезом майже усіх типів комп’ютерної графіки  став й такий тип графіки, як “Web-дизайн”, який прийшов до нас разом із втіленням  у повсягденне життя все більшої  й більшої спільноти інтернету. Тут присутні й елементи, які досі використовувались лише при верстці друкованних видань, і фрагменти анімації та відео, й моменти моделювання різних об’єктів.

Отже, як бачимо, комп’ютерна  графіка відіграє важливу роль в  сучасному процесі технологічного та інноваційного розвитку, даючи можливість ефективного впровадження прогресивних комунікацій за допомогою комп’ютерних технологій.

 

 

 

 

 

2. Класифікація видів комп’ютерної графіки

 

Не дивлячись на те, що для роботи з комп’ютерною графікою існує безліч класів програмного забезпечення, розрізняють чотири види комп’ютерної графіки. Це  растрова графіка, векторна графіка, тривимірна і фрактальна графіка. Вони відрізняються принципами формування зображення при відображенні на екрані монітора або при друці на папері.

2.1. Растрова графіка

Растрова графіка (англ. Raster graphics) –  графіка, представлена у машинній пам'яті у вигляді растру. Обробка растрової графіки здійснюється растровими графічними редакторами.

Растрова графіка застосовується у випадках, коли графічний об'єкт  представлено у вигляді комбінації точок (пікселів), яким притаманні свій колір та яскравість і які певним чином розташовані у координатній сітці. Такий підхід є ефективним у разі, коли графічне зображення має багато напівтонів і інформація про колір важливіша за інформацію про форму (фотографії та поліграфічні зображення). При редагуванні растрових об'єктів, користувач змінює колір точок, а не форми ліній. Растрова графіка залежить від оптичної роздільності, оскільки її об'єкти описуються точками у координатній сітці певного розміру. Роздільність вказує кількість точок на одиницю довжини.

Основним елементом  растрового зображення є точка. Якщо зображення екранне, то ця точка називається  пікселем. В залежності від того, на яку роздільну здатність настроєний екран монітора, на ньому можуть розміщатися зображення, які мають 640×480, 800×600, 1024×768 і більше пікселів. З розміром зображень безпосередньо зв’язана їх роздільна здатність. Роздільна здатність вимірюється в точках на дюйм. (dpi – dots per inch)

У монітора з діаметром 15 дюймів розмір зображення на екрані складає приблизно 28×21см. Знаючи, що в 1 дюймі 25,4 мм, можна розраховувати, що при роботі монітора в режимі 800×600 пікселів роздільна здатність зображення дорівнює 72 dpi.

При друці роздільна здатність  повинна бути набагато вища тому, що поліграфічний друк вимагає роздільну здатність 200-300dpi. Стандартна фотокартка розміром 10×15см повинна містити приблизно 1000×1500 пікселів. Неважко встановити, що таке зображення буде мати 1,5 млн. точок, а якщо зображення кольорове і на кодування кожної точки використано 3 байта, то звичайній кольоровій фотокартці відповідає масив розміром вище 4 М байт.

Великі об’єми даних – це основна  проблема при використанні растрових  зображень. Для роботи з такими зображеннями потрібні комп’ютери з великими розмірами оперативної пам’яті і також з високочастотним процесором.

Другим недоліком растрових  зображень є неможливість їх збільшення для розгляду деталей. Так як зображення складається з точок, то збільшення зображення призводить до того, що ці точки стають крупніші. При збільшені їх, ніяких додаткових деталей розглянути не вдається. Більш того, збільшення точок растра візуально спотворює ілюстрацію і робить її грубою. Цей ефект називається пікселізацією.

Рис. 1. Ефект пікселізації під час масштабування растрового зображення

Прикладні програми растрової  графіки призначені для створення  книжкових та журнальних ілюстрацій, обробки оцифрованих фотографій, слайдів, відеокадрів, кадрів мультиплікаційних  фільмів. Найпопулярнішими прикладними  програмами є продукти фірм Adobe – PhotoShop, Corel – PhotoPaint, Macromedia – FireWorks, Fractal Design – Painter, стандартний додаток у Windows – PaintBrush.

Переваги растрової графіки:

- простота автоматизованого вводу  (оцифрування) зображень, фотографій, слайдів, рисунків за допомогою сканерів, відеокамер, цифрових фотоапаратів;

- фотореалістичність. Можна отримувати  різні ефекти, такі як туман,  розмитість, тонко регулювати кольори,  створювати глибину предметів.

2.2. Векторна графіка

У векторній графіці основним елементом зображення є лінія. В растровій графіці також існують лінії, але там вони розглядаються як комбінації точок. Відповідно, чим довша растрова лінія, тим більше пам'яті вона займає. У векторній графіці обсяг пам'яті, який займає лінія не залежить від розміру лінії, оскільки лінія представляється у вигляді формули, а точніше, у вигляді декількох параметрів.

Лінія – це елементарний об'єкт  векторної графіки. Все, що є у  векторній ілюстрації, складається  з ліній. Найпростіші об'єкти об'єднуються  в складніші, наприклад, об'єкт чотирикутник можна розглядати як чотири взаємопов'язані лінії, а об'єкт куб як дванадцять взаємопов'язаних ліній, або як шість чотирикутників. Через такий підхід векторну графіку часто називають об'єктно-орієнтованою графікою.

Рис. 2.Об’єкти векторної графіки

Як усі об'єкти, лінії мають  властивості. До цих властивостей відносяться: форма лінії, її товщина, колір, характер лінії (суцільна, пунктирна тощо). Замкнуті лінії мають властивість заповнення. Внутрішня область замкнутого контуру може бути заповнена кольором, текстурою, картою (заготовлені растрові зображення).

Говорячи про растрову графіку  ми вказували на її недоліки: значний  обсяг масивів даних і неможливість масштабувати без втрати якості.

Векторна графіка цих  недоліків не має, але значно ускладнює  роботу зі створення художніх ілюстрацій. На практиці засоби векторної графіки  використовують не для створення  художніх композицій, а для оформлювальних, креслярських і проектно-конструкторських робіт.

У векторній графіці  достатньо складні композиції займають невеликий обсяг. Питання масштабування  вирішуються також легко. При  необхідності зображення можна збільшувати  до найдрібніших деталей.

2.3. Фрактальна графіка

Фрактальна графіка, як і векторна – вичислюється, але відрізняється від неї тим, що ніякі об'єкти в пам'яті комп'ютера не зберігаються. Зображення будується за рівнянням (або по системі рівнянь), тому нічого, крім формули, зберігати не потрібно. Змінивши коефіцієнти у рівнянні, отримують зовсім іншу картину.

Фрактал – це малюнок, який складається з подібних між  собою елементів. Існує велика кількість  графічних зображень, які є фракталами: трикутник Серпінського, сніжинка Коха, “дракон” Хартера-хейтуєя, безліч Мандельброта.

 Побудова фрактального малюнка здійснюється по якомусь алгоритму або шляхом автоматичної генерації зображень за допомогою обчислень за конкретними формулами. Зміни значень в алгоритмах або коефіцієнтів у формулах приводить до модифікації цих зображень. Головною перевагою фрактальної графіки є те, що у файлі фрактального зображення зберігаються тільки алгоритми і формули.

Найпростішим фрактальним  об'єктом є фрактальний трикутник. Побудуйте звичайний рівносторонній трикутник зі стороною а. Розділіть  кожну із сторін на 3 відрізки. На середньому відрізку сторони побудуйте рівносторонній трикутник зі стороною, рівною 1/3 сторони початкового трикутника. І так далі. З отриманими трикутниками повторіть ті ж операції. Трикутники наступних поколінь наслідують властивості своїх батьківських структур. Так народжується фрактальна фігура. Процес наслідування можна продовжувати до нескінченності.

Рис. 3. Простійший фрактал – „фрактальний трикутник” („сніжинка Коха”):

Фрактальними властивостями  володіють багато об'єктів живої  і неживої природи. Звичайна сніжинка при збільшенні виявляється фрактальним об'єктом. Фрактальні алгоритми лежать в основі росту кристалів і рослин.

Властивість фрактальної  графіки моделювати образи живої  природи шляхом, що можна обчислити, часто використовують для автоматичної генерації незвичних ілюстрацій.

2.4. Тривимірна графіка

Тривимірна графіка (3D-графика) вивчає прийоми і методи створення  об’ємних моделей об’єктів, які  максимально відповідають реальним. Такі об’ємні зображення можна обертати і розглядати з усіх боків. Для створення об’ємних зображень використовують різні графічні фігури і гладкі поверхні.

 За допомогою їх  спочатку створюється каркас  об’єкту, потім його поверхню  покривають матеріалами, візуально  схожими на реальні. Після цього  роблять освітлювання, гравітацію, властивості атмосфери ії інші параметри простору, в якому знаходитися об’єкт. Для тих, що рухаються об’єктом указують траєкторію руху, швидкість.

 

 

 

 

 

 

 

    3. Графічні формати

 

 Будь-яке графічне  зображення зберігається у файлі.  Спосіб розміщення графічних даних при їх збереженні у файлі визначає графічний формат файлу. Розрізняють формати файлів растрових зображень і векторних зображень.

Растрові зображення зберігаються у файлі у вигляді  прямокутної таблиці, в кожній клітинці якої записаний двійковий код кольору відповідного пікселя. Такий файл зберігає дані і про інші властивості графічного зображення, а також алгоритм його стиснення.

Векторні зображення зберігаються у файлі як перелік  об’єктів і значень їх властивостей – координат, розмірів, кольорів і тому подібне.

Як растрових, так і  векторних форматів графічних файлів існує чимала кількість. Серед цього  різноманіття форматів немає того ідеального, який би задовольняв всім можливим вимогам. Вибір того або іншого формату  для збереження зображення залежить від цілей і завдань роботи із зображенням.

 Якщо потрібна фотографічна  точність відтворення кольорів, то перевагу віддають одному з растрових форматів. Логотипи, схеми, елементи оформлення доцільно зберігати у векторних форматах. Формат файлу впливає на об’єм пам’яті, який займає цей файл. Графічні редактори дозволяють користувачеві самостійно обирати формат збереження зображення. Якщо ви збираєтеся працювати з графічним зображенням тільки в одному редакторові, доцільно вибрати той формат, який редактор пропонує за умовчанням. Якщо ж дані оброблятимуться іншими програмами, варто використовувати один з універсальних форматів.

Існують універсальні формати  графічних файлів, які одночасно  підтримують і векторні, і растрові зображення.

Формат PDF (англ. Portable Document Format – портативний формат документа) розроблений для роботи з пакетом програм Acrobat. У цьому форматі можуть бути збережені зображення і векторного, і растрового формату, текст з великою кількістю шрифтів, гіпертекстові посилання і навіть настройки друкуючого пристрою. Розміри файлів достатньо малі. Він дозволяє тільки проглядання файлів, редагування зображень в цьому форматі неможливе.

Формат EPS (англ. Encapsulated PostScript – інкапсульований постскриптум) – формат, який підтримується програмами для різних операційних систем. Рекомендується для друку і створення ілюстрацій в настільних видавничих системах. Цей формат дозволяє зберегти векторний контур, який обмежуватиме растрове зображення.

3.1. Формати файлів растрової графіки

Існує декілька десятків форматів файлів растрових зображень. У кожного з них є свої позитивні  якості, які визначають доцільність  його використання при роботі з тими або іншими програмами. Розглянемо найпоширеніші з них.

Достатньо поширеним  є формат  Bitmap  (англ. Bit map image – бітова карта зображення). Файли цього формату мають розширення .BMP. Даний формат підтримується практично всіма графічними редакторами растрової графіки. Основним недоліком формату BMP є великий розмір файлів через відсутність їх стиснення.

Для зберігання багатоколірних зображень використовують формат  JPEG  (англ. Joint Photographic Expert Group – об’єднана  експертна група в галузі фотографії), файли якого мають розширення .JPG або .JPEG. Дозволяє стиснути зображення з великим коефіцієнтом (до 500 разів) за рахунок необоротної втрати частини даних, що значно погіршує якості зображення.

Чим менше кольорів має зображення, тим гірше ефект від використання формату JPEG, але для кольорових фотографії на екрані це малопомітно.

Формат GIF (англ. Graphics Interchange Format – графічний формат для обміну) самий ущільнений з графічних форматів, що не має втрати даних і дозволяє зменшити розмір файлу у декілька разів. Файли цього формату мають розширення .GIF. У цьому форматі зберігаються і передаються малокольорові зображення (до 256 відтінків), наприклад, мальовані ілюстрації.

 У формату GIF є  цікаві особливості, які дозволяють  зберегти такі ефекти, як прозорість  фону і анімацію зображення. GIF-формат  також дозволяє записувати зображення “через рядок”, завдяки чому, маючи тільки частину файлу, можна побачити зображення повністю, але з меншою роздільною здатністю.

Графічний формат  PNG  (англ. Portable Network Graphic – мобільна мережева графіка) – формат графічних файлів, аналогічний формату GIF, але який підтримує набагато більше кольорів.

Для документів, які передаються  по мережі Інтернет, дуже важливим є  незначний розмір файлів, оскільки від нього залежить швидкість  доступу до інформації. Тому при  підготовці Web-сторінок використовують типи графічних форматів, які мають високий коефіцієнт стиснення даних: .JPEG, .GIF, .PNG.

Особливо високі вимоги до якостей зображень пред’являються в поліграфії. У цій галузі застосовується спеціальний формат  TIFF  (англ. Tagged Image File Format – теговий (з позначками) формат файлів зображень). Файли цього формату мають розширення .TIF або .TIFF. Вони забезпечують стиснення з достатнім коефіцієнтом і можливість зберігати у файлі додаткові дані, які на малюнку розташовані в допоміжних шарах і містять анотації і примітки до малюнка.

Формат PSD (англ. PhotoShop Document). Файли цього формату мають розширення .PSD. Це формат програми Photoshop, який дозволяє записувати растрове зображення з багатьма шарами, додатковими колірними каналами, масками, тобто цей формат може зберегти все, що створив користувач видиме на моніторі.

3.2. Формати файлів векторної графіки

Найпоширеніші формати файлів векторної графіки :

WMF  (англ. Windows MetaFile –  метафайл Windows) – універсальний формат  для Windows-доповнень. Використовується для зберігання колекції графічних зображень Microsoft Clip Gallery. Основні недоліки – спотворення кольору, неможливість збереження ряду додаткових параметрів об’єктів.

CGM (англ. Computer Graphic Metafile) – широко використовує стандартний формат векторних графічних даних в мережі Internet.

CDR (англ. CorelDRaw files – файли CorelDRaw) – формат, який використовується у векторному графічному редакторові Corel Draw.

AI  – формат, який підтримується векторним редактором Adobe Illustrator.

Висновки

 

Розглянувши основні  аспекти комп’ютерної графіки можна зробити наступні висновки:

1. Комп'ютерна графіка – це створення і обробка зображень (малюнків, креслень і т.д.) за допомогою комп'ютера.
2. Поняття “комп’ютерна графіка” об’єднує всі види робот зі статичними зображеннями, “комп’ютерна анімація” має справи з зображеннями, які динамічно змінюються.
3. Не зважаючи на те, що для роботи з комп’ютерною графікою існує маса класів програмного забезпечення, розрізняють усього 4 види комп’ютерної графіки. Це растрова графіка, векторна, фрактальна та тривимірна графіки. Вони відрізняються принципами формування зображення при відображенні на екрані монітора або при друці на папері.

4. Растрову графіку використовують при розробці електронних (мультимедійних) і поліграфічних видань. Ілюстрації, виконані засобами растрової графіки, рідко створюють вручну за допомогою комп'ютерних програм. Частіше для цієї мети використовують скановані ілюстрації, підготовлені художником на папері, або фотографії. В останній час для вводу растрових зображень в комп'ютер широко використовують цифрові фото- і відеокамери.

5. Програмні засоби для роботи з векторною графікою, навпаки, призначені, в першу чергу, для створення ілюстрацій і в меншій мірі для їх обробки. Такі засоби широко використовують в рекламних агентствах, дизайнерських бюро, редакціях і виданнях. Оформлювальні роботи, основані на застосуванні шрифтів і простих геометричних елементів, вирішуються засобами векторної графіки набагато простіше.

6. Будь-яке графічне зображення зберігається у файлі. Спосіб розміщення графічних даних при їх збереженні у файлі визначає графічний формат файлу. Розрізняють формати файлів растрових зображень і векторних зображень.

 

Список використаної літератури:

1. Антонович Є. А., Василишин Я. В., Шпільчак В. А. Російсько-український словник-довідник з інженерної графіки, дизайну та архітектури: Навч. посібник. – Львів: Світ, 2001. – 240 с.
2. Основи комп'ютерної графіки: [навч. посіб.] / В.С. Березовський, В.О. Потієнко, І.О. Завадський; за заг. ред. А.М. Гуржія. – К. : BHV, 2009. – 400 с.
3. Варченко І.П., Збірник студентських наукових праць (частина 3)/ 2009.
4. Інтернет-сайт http://uk.wikipedia.org/wiki/Комп'ютерна_графіка
5. Інтернет-сайтhttp://ito.vspu.net/SAIT/inst_kaf/kafedru/matem_fizuka_tex_ osv/www/Naukova_robota/data/Nayk_gyryku/2009-2010/Kurulenko_2009_2010/

Kurulenko_2009_2010(1).html