Программы компьютерной графики

Виды информационных технологий

Электронная почта

Электронная почта (E-mail) — средство обмена сообщениями по электронным коммуникациям (в режиме off-line). Можно пересылать текстовые сообщения, архивированные и присоединенные файлы. В этих файлах могут содержаться данные (например, тексты программ, графические данные) в различных форматах. В случае архивирования изображений возникает проблема выбора форматов кодирования. Функции клиента — составление, отправление, архивирование сообщений, ведение адресной книги (файла со списком многократно используемых адресов), перенаправление приходящих сообщений другим адресатам и др.

Разработан ряд альтернативных протоколов электронной почты для прикладного уровня, например протоколы SMTP в стеке протоколов TCP/IP и протокол X.400 в модели ISO.

Наиболее широко используется протокол SMTP. Первоначально он был рассчитан на передачу только текстовых файлов в 7-битной кодировке. Расширение числа возможных кодировок и форматов данных по сравнению с SMTP сделано в протоколе MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions). Применение MIME упрощает пересылку графических и звуковых файлов, реализацию шифрования и электронной подписи.

Программное обеспечение E-mail включает программы почтовых серверов и клиентов. На ЭВМ пользователя должна быть установлена программа-клиент, поддерживающая названные выше функции создания, передачи и приема сообщений. На почтовом сервере, выделяемом в корпоративной или локальной сети, организуется промежуточное хранение поступающих сообщений.

Примером программы электронной почты, выполняющей все отмеченные функции E-mail, является Outlook Express. Она позволяет адресовать сообщения индивидуальному пользователю; на доску объявлений; на последовательный просмотр несколькими исполнителями с возможностями коррекции сообщения; осуществлять поиск сообщений, пришедших в почтовый сервер, по контексту, по адресу, по времени отправки.

В большинстве современных корпоративных программных систем управления, проектирования, документооборота имеется интерфейс со средствами электронной почты, клиентские программы E-mail, как правило, включают в Web-браузеры сети Internet.

В структуре сообщений, пересылаемых по электронной почте, выделяют заголовок и собственно содержательную часть. В заголовке указывается от кого и кому направлено письмо, когда оно отправлено и поступило к получателю, кому посланы копии, указывается ключ, с помощью которого пользователь может декодировать текст.

Конференц-связь

Телеконференции — доступ к информации, предназначенной для группового использования в отдельных конференциях (newsgroups).

Возможны глобальные и локальные телеконференции. Включение материалов в newsgroups, рассылка извещений о новых поступивших материалах, выполнение заказов — основные функции программного обеспечения телеконференций. Возможны режимы E-mail и on-line.

Самая крупная система телеконференций — USENET. В USENET информация организована иерархически. Сообщения рассылаются или лавинообразно, или через списки рассылки. В режиме on-line можно прочитать список сообщений, а затем и выбранное сообщение. В режиме off-line из списка выбирается сообщение и на него посылается заказ.

Примеры телеконференций: работа коллектива авторов над книгой по спискам рассылки, обсуждение проектов и других документов, представление и обсуждение научных докладов и т.п.

Электронная «доска объявлений» BBS (Bulletin Board System) — технология, близкая по функциональному назначению к телеконференции, позволяет централизованно и оперативно направлять сообщения для многих пользователей. Программное обеспечение BBS сочетает в себе средства электронной почты, телеконференций и обмена файлами. Примеры программ, в которых имеются средства BBS, — Lotus Notes, World-group.

В системах принудительной доставки информации (push-технология) подписчики без дополнительных запросов снабжаются часто обновляемой информацией.

В настоящее время интенсивно развиваются технологии конференц-связи.

В зависимости от вида разделяемой пользователями информации различают несколько уровней настольной конференц-связи. На нижнем уровне находится обычная E-mail сессия обмена документами. На следующем уровне обеспечивается оперативный доступ к совместно разрабатываемому документу. Это режим «разделяемой доски» (shared whiteboard). Организация совместной работы возможна без голосовой связи и с голосовой связью. В последнем случае имеем разновидность голосовых телеконференций (аудиоконференций). В аудиоконференциях используются достижения Internet-телефонии. В Internet-телефонии вызов, соединение, разговор происходят для пользователя как в обычном телефоне, но связь идет через Internet. К верхнему уровню конференц-связи относят видеоконференции.

По мере повышения уровня возрастают требования к пропускной способности используемых каналов передачи данных. Для простых видов конференц-связи, а также и для аудиоконференций (конечно, при применении современных эффективных способов сжатия информации) можно использовать даже обычные телефонные линии, начиная с 10 кбит/с. Но лучше использовать в качестве «последней мили» цифровую ISDN или xDSL линию.

В зависимости от числа участников и способа интерактивной связи между ними различают двухточечную (unicast), широковещательную (broadcast) и многоточечную (multicast) конференции. Если в широковещательной конференции информация от центрального узла доставляется всем участникам, то в многоточечной конференции она рассылается избирательно, т.е. одновременно может идти обмен разной информацией внутри нескольких подгрупп одной группы пользователей.

Наиболее очевидные области применения настольной конференц-связи — это дистанционное обучение, медицинские консультации, различные бизнес-приложения.

Программное обеспечение телеконференций включает серверную и клиентскую части.

В клиентской программе должны быть, как минимум, средства E-mail, многооконный текстовый редактор (так, принимаемый и отправляемый партнеру тексты помещаются в разные окна, отдельное окно может быть выделено для видео в случае видеоконференций), средства файлового обмена. Наиболее известными клиентскими программами являются ProShare (Intel) и NetMeeting (Microsoft). В системе дистанционного обучения Class Point клиентская часть включает отдельные программы для инструктора и студента.

Серверная часть (MCU — Multipoint Control Unit) служит для распределения потока данных между пользователями с согласованием форматов окон с видеоинформацией, способов сжатия данных, скоростей потоков, идущих от разных сетей (пользователей). Примеры серверов: Whute Pine's Meeting Point для видеоконференций, DataBeam's Learning Server для систем дистанционного обучения.

Видеоконференции

Особое место среди видов конференц-связи занимают видеоконференции. Видеоконференция — способ связи, включающий передачу видеоизображений по телекоммуникационным каналам связи с возможностями интерактивного общения. Очевидно, что требования к пропускной способности каналов передачи данных в видеоконференциях существенно выше, чем в обычных телеконференциях. Видеоконференции стали доступными (для достаточно крупных организаций) после развития высокоскоростных каналов связи и эффективных алгоритмов сжатия данных при их передаче. Широко используются сравнительно недорогие настольные системы видеоконференц-связи.

Аналоговое телевидение — самый дорогой вид видеоконференций при высоком качестве передачи динамических изображений. Требуется полоса около 5 МГц, что при кодово-импульсной модуляции и кодировании отсчетов восьмибитовыми комбинациями эквивалентно пропускной способности каналов 80 Мбит/с.

В остальных способах требования к пропускной способности существенно снижены благодаря сжатию информации с помощью устройств кодирования, называемых кодеки (кодек — совокупность первых слогов слов кодирование и декодирование).

Специализированная видеоконференц-система включает дистанционно управляемую видеокамеру, монитор с большим экраном, микрофоны, динамики, устройство для считывания графических документов, кодеки. Требуется выделенный канал со скоростью выше 64 кбит/с.

Цифровые видеотелефоны используются для оперативного делового общения. Состав комплекта аппаратуры: видеокамера, монитор, микрофон, динамик, кодек. Связь чаще всего организуется по цифровым каналам (ISDN). Не требуется высокого качества изображения, этот способ обходится значительно дешевле аналогового телевидения.

Видеоконференции для двух собеседников на базе ПЭВМ или рабочих станций (двухточечные настольные видеоконференции) требуют применения мультимедийных средств. Используются компьютер с аудио-, видео- и сетевой платами, микрофон, динамик, видеокамера. Примеры программного обеспечения: Intel Proshare или Sharevision, работающие под ОС Windows. Эти программы можно использовать с телефонными линиями и высокоскоростными модемами, но качество будет низкое. Так, при 28,8 кбит/с частота кадров 7...10 Гц, размер окна 176×144 пикселей. Использование ISDN позволяет достичь частоты кадров 10...30 Гц. В большинстве систем предусмотрено наличие дополнительного окна, в котором виден совместно разрабатываемый документ.

Для организации конференц-связи имеется группа стандартов серии T.12х, разработанных ITU. Стандарты T.122/125 относятся к службе многоточечных соединений, T.126 — к whiteboard технологии, T.127 — к передаче файлов при многоточечной связи. Стандарт T.123 содержит описание транспортных протоколов, которые могут использоваться в системах конференц-связи. Не забыты и пользователи с недостатками слуха или речи — для них в стандарте T.124 разработан соответствующий язык диаграмм.

В мультимедийных приложениях может потребоваться передача данных по сети как в режиме реального времени (например в видеоконференции), так и в отложенном режиме (например при передаче видеофрагментов, записанных на CD-ROM). Эти два режима носят названия потоковая передача и прогрессивная загрузка соответственно. В первом из них воспроизведение информации осуществляется одновременно с приемом данных, во втором происходит запоминание данных в памяти компьютера с последующим воспроизведением.

Всемирная паутина

WWW (World Wide Web — всемирная паутина) — гипертекстовая информационная система сети Internet. Ее краткое название — Web. Появление и развитие WWW стало одним из основных факторов научно-технической революции, порожденной информационными технологиями. Человечество получило новые уникальные средства связи и доступа к распределенным источникам информации.

История Web началась в 1990 г., когда британец Тим Бернерс Ли, работавший в Швейцарии, представил базовые компоненты Web-технологии, как технологии «клиент-сервер». Дальнейшее развитие Web-технологий привело к созданию глобальной системы накопления, поиска, обработки и интеграции информации с использованием специально разработанных для Web языков, протоколов, программного обеспечения.

Информация, доступная с помощью Web-технологий, оформляется в виде Web-страниц и хранится на серверах сети Internet. Совокупность Web-страниц в определнном узле сети Internet называется сайтом. С помощью гипертекстовых ссылок можно переходить от одного Web-сервера к другому, «путешествуя» по Web-пространству, включающему миллионы сайтов сети Internet и охватывающему весь земной шар. Именно последнее оправдывает название «всемирная паутина».

На Web-страницах обычно размещаются необходимый текстовый материал и ссылки на графические иллюстрации. Пользователь может просматривать содержимое страницы или непосредственно с экрана дисплея, или в виде твердой копии после вывода страницы на печатающее устройство. Изображение можно анимировать, включать в него ссылки на мультимедийные фрагменты. Страницы с такими изображениями называют динамическими, в отличие от статических страниц с неподвижными текстом и рисунками. Можно сделать Web-страницы интерактивными с помощью специальных средств программирования, Web-страницы могут заполняться данными, являющимися результатом выполнения тех или иных вычислительных процедур.

Клиентские программы WWW называют браузерами (brousers). Для просмотра Web-страницы браузер обращается к Web-серверу с запросом. Web-сервер имеет программу, постоянно отслеживающую приход на определенный порт (обычно это порт 80) запросов от клиентов. Сервер, получив запрос от браузера, находит соответствующую запросу Web-страницу и передает содержимое запрошенных Web-страниц или результатов выполнения запрошенных процедур в браузер клиента для просмотра. Протокола HTTP, реализующий взаимодействие сервера и клиента в Web, функционирует на базе одного из транспортных протоколов, обысно это протокол TCP. Популярными серверными программами являются Apache Digital для ОС Unix, Netscape Enterprise Server и Microsoft Internet Information Server (IIS), которые могут работать как в Unix, так и в Windows NT, и Netware Web Server, предназначенный для работы в ОС Netware.

В браузерах имеются команды листания, перехода к предыдущему или последующему документу, печати полученного текста, перехода по гипертекстовой ссылке и т.п. Из браузеров также доступны различные сервисы — передача файлов, электронная почта, телеконференции. Наиболее широкое распространение получили браузеры Netscape Navigator фирмы Netscape Communications, Internet Explorer фирмы Microsoft, HotJava фирмы Sun Microsystems.

Подготовка материалов к включению в Web-страницы заключается в его структурировании и форматировании с помощью языков разметки HTML (Hypertext Markup Language) и/или XML (Extensible Markup Language). Для этого разработан ряд специальных HTML- и XML-редакторов.

Мультимедиа

Под мультимедиа понимают совокупность визуальных и аудиоэффектов, воспроизводимых с помощью компьютера и управляемых с помощью интерактивных программ.

Существует совет по маркетингу мультимедийных персональных компьютеров, который разработал стандарт МРС (Multimedia Personal Computer) на характеристики мультимедийного ПК. Ведущие производители ПК и их программного обеспечения, включая Microsoft и Intel, также представили спецификации на МРС, в соответствии с которыми для мультимедиа необходимы процессор с тактовой частотой не ниже 300 МГц, кэш-память второго уровня объемом в 128 Кбайт, оперативная память объемом не менее 64 Мбайт, 2 порта USB, порт AGP, ТВ-выход и вход, внутренний модем с пропускной способностью 56 Кбит/с, внешний накопитель на шине 1394. Очевидно, что характеристики компьютеров постоянно улучшаются, и в настоящее время приведенные данные соответствующим образом скорректированы.

Ряд компаний разрабатывает программы для реализации мультимедиа. Например, компанией Microsoft создано программное обеспечение API DirectX для обработки 3D-графики и звуковых эффектов.

Дополнительно к обычным функциям ПК мультимедийный компьютер должен быть способен выполнять следующие функции:

- ввод звуковой информации от аналоговых микрофонов и магнитофонов;

- ввод видеосигналов от телевизионных устройств, видеокамер, магнитофонов;

- воспроизведение звуковой информации с помощью внешней акустической системы, в том числе с компакт-дисков;

- сохранение видеосигналов в памяти, воспроизведение видеосигналов в реальном времени на экране монитора, «замораживание» кадров оцифрованного видео;

- смешение (микширование) звуковых сигналов от нескольких источников;

- редактирование звуковой информации для стереофонического звучания;

- генерирование звуковой информации.

Для выполнения этих функций в состав мультимедийного компьютера включают специальные звуковая система и видеосистема.

Гипермедиа

Гипертекст представляет собой размеченный обычный текст. Разметка позволяет структурировать документ, ссылаться на элементы данного или других документов. Термин гипертекст был впервые использован Т.Нельсоном в 60 годах прошлого века, хотя разметку еще раньше использовал В.Буш.

Гипермедиа — более широкое понятие, чем гипертекст, поскольку относится к разметке не только текстовых, но также графических и мультимедийных -документов, включающих звуковые или видео-фрагменты.

Гиперграфика (интерактивная графика) реализуется путем выделения в изображении контактных («горячих») зон. Выбор мышкой некоторой зоны вызывает действия такие же, как и в случае обычных гиперссылок. Могут использоваться изображения как реальных, так и синтезируемых объектов. Каждое изображение может представлять собой одну гипертекстовую ссылку. Если нужно ссылаться на разные документы, то используется несколько изображений, объединяемых под названием карта изображений. При использовании карт изображений направление перехода по ссылке определяется выбором той или иной части изображения.

Карта изображений состоит из графического файла, содержащего собственно изображение, и текстового файла с расширением map в кодировке ASCII, содержащего список гиперссылок и соответствующих им координат областей изображения. Программа обработки карты изображения (обычно это программа CGI) находит по координатам URL документа и передает извлеченный документ браузеру.

Анимация осуществляется с помощью анимационных файлов, содержащих множество изображений. Загрузка очередного кадра происходит в момент демонстрации предыдущего кадра.

Видео- и звуковая информация обычно передается в форматах MPEG или AVI по протоколу UDP.

Программы компьютерной графики

Графические редакторы предназначены для создания, сохранения и воспроизведения графических изображений. Различают редакторы векторные и растровые.

Векторные редакторы позволяют создавать изображения типа схем, чертежей, диаграмм, простых рисунков. Одним из наиболее известных векторных редакторов является Corel Draw. Характерные возможности этого редактора — привязка линий к определенной позиции на изображении, создание выносок и размерных линий, работа с многостраничными изображениями, стандартный интерфейс Windows, многоуровневый откат, кроссплатформенность (имеются версии для Windows, OS/2, MAC, различных вариантов UNIX). Примеры других векторных редакторов — Microsoft Paint, iGrafx Designer, Visio 2000, Adobe Illustrator.

Растровые графические редакторы выполняют такие функции, как воспроизведение сложных изображений типа фотографий, их редактирование с помощью операций закрашивания, обрезания, маскирования, изменения параметров всего изображения или его участков. В этом классе графических редакторов лидирующее положение занимает Adobe Photoshop. При его использовании все изображение строится из набора отдельных слоев-картинок, имеющих прозрачные и закрашенные участки. Можно создавать, удалять, копировать, комбинировать участки, регулировать прозрачность и порядок расположения слоев. В пакете предусмотрены возможности построения и редактирования также векторных изображений. Благодаря подключению дополнительных модулей можно расширять функциональность пакета Adobe Photoshop. В частности, поэтому с помощью Adobe Photoshop удается выполнять полный цикл работ по созданию Web-страниц. Один из подключаемых модулей PhotoGraphics — дополнительное средство для рисования векторных обьектов непосредственно в Photoshop. В модуле пользователю предоставляются все основные инструменты рисования таких объектов, как линии, прямоугольники, овалы, текст и т.п.

Другой растровый редактор Painter 6 позволяет создавать изображения, имитирующие картины художников. Наряду с этим в нем реализованы обычные функции растровых редакторов, есть возможность создавать анимационные изображения.

Для воспроизведения сложных изображений, например фотографий, используют просмотрщики популярных 2D и 3D форматов; графические и видео просмотрщики и конверторы соответствующих форматов.

Для синтеза трехмерных изображений в САПР преимущественно используют средства таких известных систем, как CATIA, Unigraphics, Inventor, Solidworks и др. Однако кроме них, существуют и применяются графические библиотеки и пакеты компьютерной графики и геометрического моделирования, непосредственно не связанные с проектированием в технике. К числу графических библиотек, получивших наибольшее распространение, относится библиотека графических процедур OpenGL.

В библиотеке OpenGL имеются процедуры построения графических примитивов (к числу которых относят точки, линии, полигоны), удаления невидимых линий, Z-буферизации, реалистичной засветки, задания положения тел и камеры наблюдения и т.п. Примитивы могут быть как векторными, так и растровыми. Важной особенностью технологии OpenGL является инвариантность к аппаратно-программным платформам. Средства OpenGL реализованы в ряде программ, например в программе построения анимационных кадров GL-animator.

Среди других систем 3D-графики выделяют редактор Studio Max 4. Это высокоразвитый, но дорогой и довольно сложный в освоении комплекс моделирования, визуализации и анимации объектов, разработанный фирмой Autodesk для операционной среды Windows. Для генерации ландшафтов типа горных пейзажей, водных поверхностей, фантастических картин подходит 3D-редактор Bryce. К числу 3D-редакторов можно отнести соответствующие компоненты из программного обеспечения САПР, а также программы Adobe Dimention, CorelDream 3D, CosmoWorlds и ряд других.