2014-02-12
2602
Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий, ретуширование фотографий, создание коллажей, обработка сканированных и цифровых материалов. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют сканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии, или цифровые фото и видео изображения. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированны не столько на создание изображений, сколько на их обработку.
Программные средства для работы с векторной графикой наоборот, предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства хорошо используют в рекламных агенствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах.
Векторная графика применяется при разработке схем, чертежей, архитектурных планов, разработке шрифтов, верстке изданий, так как 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. Однако, с выходом Corel Draw X3 создание высокохудожественных произведений стало более доступно, появились и уже стали популярными векторные портреты, отрисовка фотографий любой сложности.
Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Фрактальную графику редко применяют для создания печатных или электронных документов.
Простейший пример фрактальной графики - снежинка или дерево, в качестве достаточно сложных примеров фрактальной графики можно привести множество Мальдельброка.
Однако, фракталы - не только предмет математического любопытства, они имеют полезные приложения - их часто используют в развлекательных программах и киноматографии. Фрактальные пейзажи, например, использовались как декорации в научно-фантастических фильмах, например в "Star Trec - 2. The Wrath of Khan". Фракталы используются и непосредственно в компьютерной графике: это построение ландшафтов, деревьев, растений и генерирование фрактальных текстур.
СИФ-фракталы используются для сжатия изображений, и фрактальный метод часто дает лучшие результаты при многократном сжатии чем JPEG и другие методы сжатия, с малыми потерями качества изображения.
|
|
|
Фракталы с вpеменным поpогом используются для моделирования поведения хаотических динамических систем (систем, в которых небольшие изменения входных данных влекут за собой большие изменения в выходе) таких, как поведение погоды, или же сложные процессы в механике, акустике, физике, математике, биологии, химии, географии и т.д..
1.1.4 Создания двумерных и трехмерных изображений
Сколь бы ни был богат инструментарий программ растровой КГиА, существенную часть работы по построению изображения надо делать вручную, в том числе прорисовывать промежуточные кадры в анимации. В связи с этим растровые пакеты можно отнести к средствам компьютерной живописи. А настоящее объемное (трехмерное) изображение проще создать, например, с помощью векторной графики: ее технология позволяет давать компьютеру указания (команды), руководствуясь которыми он строит изображения с помощью заложенных в программу алгоритмов. Этот метод больше походит на черчение, причем часто трехмерное. С помощью векторной графики объекты строятся из так называемых «примитивов» (см. Тему Векторная графика) — линий, окружностей, кривых, кубов, сфер и т.д. Примитив не нужно рисовать — выбрав пиктограмму с изображением или названием, например сферы, вы просто задаете ее параметры (координаты центра, радиус, количество граней на поверхности и т.п.), а уж компьютер чертит ее сам. Сложные объекты строятся из примитивов, на основе многоугольников (полигонов) или кривых (сплайнов), причем сплайновые модели имеют более гладкую форму, чем полигональные. Затем выбираются материалы (текстуры) и запускается процесс визуализации (Rendering) — довольно длительная процедура построения реалистичного изображения по созданной каркасной модели и указанным материалам.[1] (Более подробно 2D-3D моделирование см. в Теме 1.2 Введение в компьютерную анимацию).
На данный момент существуют четыре разновидности 3D-графики:
ü Полигональная графика
ü Аналитическая графика
ü Фрактальная графика
ü Сплайновая графика
Полигональная графика. Наиболее распространенной на сегодняшний день является полигональная графика. Это объясняется прежде всего высокой скоростью ее обработки. Любой объект полигональной графики задается набором полигонов. Полигон - это плоский многоугольник. Простейшим вариантом являются треугольные полигоны, ибо, как известно, через любые три точки в пространстве можно провести плоскость. Каждый полигон задается набором точек. Лучше всего задавать набор точек в том порядке, в каком они расположены относительно внешней нормали полигона, так как в данном случае полностью решается проблема удаления нелицевых граней без дополнительных затрат при последующей обработке. Точка же задается тремя координатами - x, y, z. Таким образом, Вы можете задать 3-мерный объект как массив или как структуру.
Аналитическая графика. Аналитическая графика заключается в том, что объекты задаются аналитически, т.е. формулами:
Шар радиуса r с центром в точке (x0 , y0 , z0 ):
(x-x0)2 +(y-y0)2 +(z-z0)2 =r2
Эллипсоид с радиусами a, b, c и с центром в точке (x0 , y0 , z0 ):
(x-x 0 )2/a2 +(y-y0)2/b2 +(z-z0)2/c2 =1
Гиперболоиды с радиусами a, b, c и с центром в точке (x0 , y0 , z0 ):
-(x-x0)2/a2 +(y-y0)2/b2 +(z-z0)2/c2 =1
(x-x0)2/a2 -(y-y0)2/b2 +(z-z0)2/c2 =1
(x-x0)2/a2 +(y-y0)2/b2 -(z-z0)2/c2 =1
Параболоиды с центром в точке (x0 , y0 , z0 ):
a(x-x0)2 +b(y-y0)2 +c(z-z0) =0
a(x-x0)2 +b(y-y0)+c(z-z0)2 =0
a(x-x0)+b(y-y0 )2 +c(z-z0)2 =0
Объекты цилиндрического вида:
a(x-x0)2 +b(y-y0)2 +c=0
a(x-x0)2 +b+c(z-z0)2 =0
a+b(y-y0)2 +c(z-z0)2 =0
a(x-x0)2 +b(y-y0)=0
a(x-x0)2 +c(z-z0)=0
a(x-x0)+b(y-y0)2 =0
a(x-x0)+c(z-z0)2 =0
и т.д..
Комбинируя различные формулы друг с другом, можно получить оригинальные объекты обтекаемой формы, однако вся сложность заключается в нахождении формулы требуемого объекта.
|
|
|
Другой способ создания аналитических объектов - это создание тел вращения. Так, вращая круг вокруг некоторой оси, можно получить тор, а, вращая одновременно сильно вытянутый эллипс вокруг собственной и внешней осей, можно получить достаточно красивый рифленый тор.
Фрактальная графика. Алгоритмы фракталов могут создавать невероятные трехмерные изображения. Рассмотрим «создание» местности. Как уже говорили ранее, ключевое понятие любого фрактала - самоподобие. Местность относится к "самоподобному" классу. Зазубренный край сломанного горного камня в ладони вашей руки имеет те же самые очертания, что и горный хребет на горизонте. Благодаря этому, можно использовать фракталы для генерирования поверхности местности, которая походит на саму себя, независимо от масштаба, в котором она отображена.
Чтобы смоделировать случайную 3D-поверхность, мы нуждаемся в двумерном массиве значений высоты. При этом, что, хотя наша цель состоит в том, чтобы сгенерировать объемные координаты, массив должен хранить только значения высоты.
Приписывая цвет к каждому значению высоты, можно отождествить отображение высоты с изображением. Теперь рассмотрим как обрабатывать предположенный двумерный массив значений высоты.
В самом простом варианте, можно начинать с большим пустым 2-мерным массивом точек. Размерность должна быть (2 m +1)x(2 m +1), где m - натуральное число. Отправной точкой для итерации обработки будет установка значений в углах на одинаковое значение высоты. Это можно осуществить в два этапа:
1. Вы берете квадрат и генерируете случайное значение в середине квадрата. Значение середины рассчитывается как арифметическое среднее четырех значений в углах, плюс случайная величина. Это дает Вам ромбы.
2. Вы берете каждый ромб и генерируете случайное значение в центре ромба. Значение середины рассчитывается как арифметическое среднее четырех значений в углах, плюс случайная величина, сгенерированная в том же самом диапазоне. Это дает Вам снова квадраты.
|
|
|
Так, после 1-го прохода Вы закончили бы с четырьмя квадратными полигонами, а после 2-го - с 16. Третий проход привел бы к 64 квадратным полигонам. Количество полигонов растет очень быстро. Число сгенерированных квадратных полигонов равно 4i , где i - число итераций через рекурсивную функцию. Поэтому при большей детализации требуется намного больше вычислительных ресурсов.
Сплайновая графика. Историю сплайнов принято отсчитывать от момента появления первой работы Шенберга в 1946 году. Сначала сплайны рассматривались как удобный инструмент в теории и практике приближения функций. Однако довольно скоро область их применения начала быстро расширяться, и обнаружилось, что существует очень много сплайнов самых разных типов. Сплайны стали активно использоваться в численных методах, в системах автоматического проектирования и автоматизации научных исследований, во многих других областях человеческой деятельности и, конечно, в компьютерной графике.
Сам термин "сплайн" происходит от английского spline. Именно так называется гибкая полоска стали, при помощи которой чертежники проводили через заданные точки плавные кривые. В былые времена подобный способ построения плавных обводов различных тел, таких как, например, корпус корабля, кузов автомобиля был довольно широко распространен в практике машиностроения. В результате форма тела задавалась при помощи набора очень точно изготовленных сечений - плазов. Появление компьютеров позволило перейти от этого, плазово-шаблонного, метода к более эффективному способу задания поверхности обтекаемого тела. В основе этого подхода к описанию поверхностей лежит использование сравнительно несложных формул, позволяющих восстанавливать облик изделия с необходимой точностью. Ясно, что для большинства тел, встречающихся на практике, вряд ли возможно отыскание простых универсальных формул, которые описывали бы соответствующую поверхность глобально, то есть, как принято говорить, в целом. Это означает, что при решении задачи построения достаточно произвольной поверхности обойтись небольшим количеством формул, как правило, не удастся. Вместе с тем аналитическое описание (описание посредством формул) внешних обводов изделия, то есть задание в трехмерном пространстве двумерной поверхности, должно быть достаточно экономным. Это особенно важно, когда речь идет об обработке изделий на станках с числовым программным управлением. Обычно поступают следующим образом: задают координаты сравнительно небольшого числа опорных точек, лежащих на искомой поверхности, а через эти точки проводят плавные поверхности. Именно так поступает конструктор при проектировании кузова автомобиля (ясно, что на этой стадии процесс проектирования сложного объекта содержит явную неформальную составляющую). На следующем шаге конструктор должен получить аналитическое представление для придуманных кривых или поверхностей. Вот для таких задач и используются сплайны.
Средства компьютерной графики, особенно визуализация, существенно помогают при проектировании, показывая конструктору, что может получиться в результате, и давая ему многовариантную возможность сравнить это с тем, что сложилось у него в голове.
Достаточно типичной является следующая задача: по заданному массиву точек в пространстве построить поверхность либо проходящую через все эти точки (задача интерполяции), либо проходящую вблизи от этих точек (задача сглаживания).
Сглаживающая поверхность строится относительно просто, в виде тензорного произведения. Так принято называть поверхности, описываемые параметрическими уравнениями вида
r(u,v)=Si= 0 m Sj=0 n ai (u)bj (v)Vij
Рассмотрим элементарную бикубическую поверхность Безье. Параметрические уравнения фрагмента этой поверхности имеют следующий вид:
r(u, v)=Si= 0 3 Sj=0 3 C 3 j C 3 i u i (1-u) (3-i) v j (1-v) (3-j) Vij
0<=u<=1; 0<=v<=1
Элементарная бикубическая поверхность Безье обладает следующими свойствами:
ü лежит в выпуклой оболочке порождающих ее точек;
ü является гладкой поверхностью;
ü упираясь в точки Vоо, Vоз, Vзо, Vзз, касается исходящих из них отрезков контрольного графа заданного набора.
Более подробную информацию о сплайновых поверхностях можно найти в книгах, целиком посвященных сплайнам и сплайновым поверхностям.
1.1.5 Издательские системы
1.1.3.1 Назначение
Настольная издательская система (НИС) предназначена для подготовки оригинал-макетов печатной продукции. При этом осуществляется верстка (оформление и размещение) подготовленного к публикации материала. НИС не предполагает создания исходных материалов для печати, для этого удобнее использовать текстовые процессоры для набора текста и графические пакеты для создания иллюстраций. Поскольку НИС предназначена для работ, связанных с полиграфией, ее использование предполагает знание пользователем правил оформления публикаций.
НИС работают только в графическом режиме, а последние версии — только в ОС Windows, так как необходимым требованием их работы является соответствие изображения на экране реальному результату (WYSIWYG — это сокращение, от английского «what you see is what you get»: «что видите, то и получаете»). Существует целый ряд современных НИС.
1.1.3.2 Основные возможности
НИС (настольные издательские системы) предоставляет большое количество функций по оформлению материалов. При верстке обеспечивается быстрое и точное размещение на страницах исходного материала за счет использования направляющих линеек с делениями, задаваемыми в соответствии с выбранной единицей измерения. Текст и рисунки помещаются в процессе работы на рабочее поле страницы в выделенные окна.
Основным элементом оформления текста здесь является абзац, для которого определяются: буквица, отступы красной строки, межстрочное расстояние и расстояние между абзацами, повороты и наклоны символов, шрифт, размер текста и т.п. НИС обладает также гибкими возможностями по оформлению отдельных символов: использование разных шрифтов и размеров, межсимвольного расстояния и т.д. При этом оформление отдельных символов может и отличаться. При работе каждый вариант оформления абзаца задается в виде определенного описания, которое можно применять для однотипных абзацев. Имеются удобные возможности для оформления в тексте таблиц.
НИС обеспечивает работу с иллюстрациями, подготовленными в различных программах. Возможность масштабировать рисунок позволяет разместить его на отведенном месте.
Функции по работе с цветом очень важны для создания привлекательных публикаций. Для этого НИС поддерживает большое количество цветов, которые могут быть использованы при оформлении.
Окончательным результатом работы является оригинал-макет. НИС предоставляет удобные средства определения параметров страниц (формат полосы, полей) и их оформления (колонцифры, колонтитулы). Обеспечивается также удобный вывод необходимой части полученного результата на печать.
1.1.3.3 Основные требования издательских систем к вычислительной технике
Следует отметить, что НИС для удобной и эффективной работы требует мощного компьютера, поскольку работа ведется с многочисленными графическими образами и обрабатывается огромный объем информации. Обычно профессиональная работа проводится на графических станциях — компьютерах, значительно превышающих по своим характеристикам домашние и офисные компьютеры.
Для получения качественных результатов требуются также монитор, принтер, сканер с высокими характеристиками.
1.1.3.4 Существующие издательские системы
Верстка различных типов документов обладает спецификой, для учета которой предпочтительно использовать соответствующие настольные издательские системы (НИС). Наиболее распространенными сейчас являются следующие системы.
PageMaker — популярная программа с многочисленными функциями, позволяющая удобно работать с журнальными и газетными многостраничными публикациями. Программа содержит большое количество функций по оформлению публикаций, многие полезные функции добавлены в этот пакет с помощью дополнительных утилит (вспомогательных программ).
Corel Ventura — программа, которая была одной из первых НИС. Она ориентируется на создание книг, брошюр, журналов и других больших многостраничных публикаций. Программа обладает большими возможностями по размещению и оформлению текста. Последняя версия программы распространяется с пакетом Corel Draw!, элементы которого позволяют создать высококачественные иллюстрации.
QuarkXPress — НИС для профессиональной работы. Включает большое количество функций по оформлению публикации любой сложности и содержания. Разнообразные возможности позволяют реализовать любые проекты по дизайну. Она также имеет дополнительные утилиты, расширяющие возможности программы.
FrameMaker — НИС, наиболее удобная для работы с большими публикациями, которые имеют сложную структуру, например технические публикации. В программе можно работать с различными иллюстрациями, а также легко оформлять таблицы и формулы, но программа имеет ограниченные функциональные возможности по сравнению с Corel Ventura.
Microsoft Publisher — эта НИС содержит достаточный для оформления публикации набор функций. Она удобна для начинающих пользователей простой инсталляцией и средствами, облегчающими процесс создания публикаций (PageWizard).
1.1.3.5 Компьютерная графика для полиграфии
Пакеты компьютерной графики для полиграфии позволяют дополнять текст иллюстрациями разного происхождения, создавать дизайн страниц и выводить полиграфическую продукцию на печать с высоким качеством
Adobe Photoshop Обзор используемых в полиграфии программ для обработки изображений стоит начать с растрового пакета Photoshop фирмы Adobe. Он является чем-то вроде образца для сравнения с другими программами того же назначения: эти программы обладают средствами для цветокоррекции сканированных изображений, ретуширования фотографий, позволяют использовать спецэффекты и маски, необходимые для редактирования и монтажа растровых изображений. Photoshop изначально был очень распространен среди пользователей Macintosh, однако существовала его версия для Windows 3.1, Windows 95 и Windows NT. Последние версии пакета поддерживают многослойную структуру изображений, содержат инструменты для создания и редактирования векторных контуров и является несомненным лидером как среди пользователей Macintosh так и среди пользователей Windows. Photoshop позволяет пользоваться различными масками и большим количеством фильтров, обладает широким спектром средств для работы с цветом и создания спецэффектов.
Adobe Illustrator Векторный пакет Illustrator фирмы Adobe работает в среде Windows. Он предназначен для создания иллюстраций и разработки общего дизайна страниц и ориентирован на вывод готовых изображений с высоким разрешением для полиграфии. Пакет позволяет создавать фигуры и символы произвольной формы, а затем масштабировать, вращать и деформировать их. Кроме того, Illustrator содержит широкий спектр инструментов для работы с текстом и многостраничными документами. Часто используют программу Adobe Streamline, позволяющую преобразовать растровые изображения в векторные, готовые для редактирования в Adobe Illustrator.
Corel Draw! Среди достаточно распространенных пакетов иллюстративной графики для Windows стоит отметить векторный пакет CorelDRAW! корпорации Corel Corp., ставший уже классической программой векторного рисования. Пакет предназначен не только для рисования, но и для подготовки графиков и редактирования растровых изображений. Он имеет отличные средства управления файлами и возможность показа слайд-фильмов на дисплее компьютера, позволяет рисовать от руки и работать со слоями изображений, поддерживает спецэффекты, в том числе трехмерные, и имеет гибкие возможности для работы с текстами. Для настольных издательских систем пригодится также программа для обработки изображений Adobe PhotoStyler, работающая под управлением Windows.
1.1.4 Программы для презентаций
Среди презентационных пакетов в среде Windows можно выделить группу программ, достаточно давно существующих на рынке. В нее входят Freelance Graphics фирмы Lotus, Harvard Graphics фирмы Software Publishing и PowerPoint корпорации Microsoft. Создатели этих программ с каждой новой версией расширяют спектр доступных им средств. Презентационные пакеты «новой волны» для Windows рассчитаны на более полное использование мультимедиа-возможностей. Эти программы допускают удобный импорт видео и звуковых файлов, в них предусмотрены средства анимации диаграмм. К числу этих пакетов относятся программа Action! фирмы Macromedia и пакет Astound фирмы Gold Disk.
Система PowerPoint попадает к пользователям в составе пакета Microsoft Office. Она проста в использовании, включает обучающую программу, готовые образцы презентаций, хорошие средства работы с текстом и эффективную систему помощи, очень полезную для начинающих. PowerPoint не имеет встроенных средств мультимедиа, но может быть дополнена ими за счет использования технологии Object Linking and Embedding (OLE).
Пакет Astound, один из лучших пакетов «новой волны», прост в использовании, позволяет синхронизировать звуковые клипы, движущиеся изображения и другие элементы мультимедиа, обладает богатым инструментарием создания и анимации трехмерных диаграмм, включает набор готовых презентаций по популярным темам, имеет множество инструментов для работы с графикой, динамическими изображениями и звуком.
Среди других презентационных пакетов стоит упомянуть также программу Novell Presentations для Windows с неплохим набором средств рисования и удобным руководством, а также пакет для слайд-шоу Demo-it фирмы Lifeboat Publishers для Windows.
