Инструменты для компьютерной графики

Основные понятия компьютерной графики

Изображение на экране состоит из маленьких ячеек. Каждая из них может иметь определенный цвет. Такая ячейка получила название пикселя (pixel). Совокупность пикселов составляет матрицу и образует изображение на экране. В зависимости от модели монитора параметры матрицы в пикселях могут изменяться: 640х480, 800х600, 1024х768, 1600х1200...

Величина матрицы не влияет на физический размер экрана и не зависит от него. Чем больше матрица на одном и том же экране, тем размер ячейки меньше, а, стало быть, качество изображения лучше.

Следует четко различать:

• разрешение экрана

• разрешение печатающего устройства

• разрешение изображения.

Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны, пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.

Разрешение экрана - это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселях 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 при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.

Разрешение изображения - это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения - его физическим размером.

Физический размер изображения может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом.

Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает.

Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет.

Типы изображений.

Черно-белые штриховые изображения

На каждый пиксел такого изображения отводится один бит информации. Одним битом кодируются два состояния, в данном случае это два цвета: черный и белый.

Полутоновые изображения

Пиксель полутонового изображения (grayscale) кодируется 8 битами

Индексированные цвета

Первые цветные мониторы работали с ограниченной цветовой гаммой: сначала 16, затем 256 цветов. Они кодировались 4 битами (16 цветов) или 8 битами (256 цветов)

Полноцветные изображения

К полноцветным (true color) относятся типы изображений с глубиной цвета не менее 24 бит, то есть каждый пиксель такого изображения кодируется как минимум 24 битами, что дает возможность отобразить не менее 16,7 миллиона оттенков.

Форматы файлов

Формат (format) в определенной степени понятие бюрократическое, каждому приходилось заполнять всевозможные анкеты. Анкета - это и есть формат для организации данных, ее нудно заполнять, зато потом легко обрабатывать. Без формата информации не существует.

Для каждого вида компьютерной деятельности существуют стандартные форматы, то есть самые удобные, или часто применяемые. Для текстов такими форматами является DOC, ТХТ, для полиграфической продукции - TIFF, Р1СТ, для графики в Интернет - GIF, JPEC и т. д.

Инструменты для компьютерной графики

Видеокарта (другие названия: графическая карта, видеоадаптер) управляет работой монитора, освобождая процессор от построения кадров изображения.

От качества видеокарты зависит скорость обработки видеоинформации, чёткость изображения, число цветов на экране и разрешение, в котором будет работать монитор.

Монитор

В XIX веке во Франции возникла техника живописи, которую назвали пуантилизмом: рисунок составлялся из разноцветных точек, наносимых кистью на холст. Подобный принцип используется и в компьютерах. Существуют мониторы, основанные на разных физических принципах. На экране электронно-лучевого монитора изображение выводится по “строчкам”, которые рисует электронный луч, пробегая по экрану.

Экран жидкокристаллического монитора представляет собой матрицу, каждый элемент которой — жидкий кристалл (как в электронных часах). Кристаллы освещаются специальными лампами. Под действием электрических сигналов кристаллы меняют свои оптические свойства, моделируя на экране элементы изображения.

Достоинства электронно-лучевого монитора:

• хорошее качество изображения;
• сравнительно невысокая цена.

Недостатки электронно-лучевого монитора:

Вредное воздействие на здоровье человека.

Достоинства жидкокристаллического монитора:

· отсутствие вредного излучения;

· занимает мало места;

· потребляет мало электроэнергии.

Недостатки жидкокристаллического монитора:

· высокая стоимость;

· не очень качественная цветопередача.

Мышь

Наиболее распространенный тип манипуляторов.

Графический планшет

Дигитайзер, используется для ввода в компьютер чертежей или рисунков. Изображение преобразуется в цифровые данные. Условия создания изображения приближены к реальным, достаточно специальным пером сделать рисунок на специальной поверхности. Результаты работы воспроизводятся на экране монитора и в случае необходимости могут быть распечатаны на бумаге. Дигитайзерами обычно пользуются архитекторы и дизайнеры.
Перо является источником сигнала, который принимает антенна, находящаяся внутри планшета. Она представляет собой проволочную сетку с шагом 3-6 мм или аналогичную печатную плату. Антенна принимает сигнал и определяет положение манипулятора, а также другие данные. Физический предел разрешения планшета определяется шагом сетки. Погрешность современных графических планшетов не более 0,1 мм.
Сейчас планшеты стали весьма популярны в связи с бурным развитием Интернета и популяризацией электронных подписей для использования их в различных операциях. На новый уровень вышли программы проектирования, где без графических планшетов приходится весьма тяжело.

Трёхмерная графика

Трёхмерная графика (3D, 3 Dimensions, русск. 3 измерения) — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги: моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней. рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью. вывод полученного изображения на устройство вывода - дисплей или принтер.

Однако, в связи с попытками создания 3D-дисплеев и 3D-принтеров, трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.

Заключение

Необходимость широкого использования графических программных средств стала особенно ощутимой в связи с развитием Интернет и, в первую очередь, благодаря службе World 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. Подавляющее большинство веб-страниц наряду с текстовой информацией содержат графические изображения. Львиная доля картинок, загружаемых в окне браузера, создана в форматах GIF или JPEG.

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, сплайны некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Растровая графика

Пример растрового рисунка Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Фрактальная графика

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями. Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.