Приборович А.А.Приборович А.А. Минск 2013Минск 2013

КурсКурс««Информационные технологии»»

Компьютерная графика — область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов.

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 1950-х годов для большинства ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях.

Задачи компьютерной графики:1. Представление изображения.

2. Подготовка изображения к визуализации.

3. Создание изображения.

4. Осуществление действий с изображением.

Области применения компьютерной графики

• Деловая (коммерческая)• Иллюстративная• Художественная и рекламная графика • Конструкторская (инженерная)• Научная• Компьютерная анимация• Мультимедиа• Когнитивная

Деловая графикаПредназначена для наглядного представления показателей работы учреждений: отчетная документация, статистические сводки.

Особенность: отображение информации в виде двух- или трехмерных графиков, диаграмм, гистограмм.

Создается средствами, встроенными в электронные таблицы, системы управления базами данных, статистические пакеты.

Иллюстративная графикаПредназначена для создания изображений, играющих роль иллюстративного материала.

Особенность: произвольное рисование и черчение на экране компьютера.

Создается графическими редакторами.

Художественная или рекламная графика

Предназначена для создания рекламных роликов, видеоуроков, видеопрезентаций. Особенность: возможность создания реалистических изображений.

Конструкторская графикаПредназначена для автоматизации чертежных и конструкторских работ.

Особенность:создание как плоских (проекции, сечения), так и пространственных трехмерных изображений.

Применяется в системах автоматизированного проектирования: AutoCad, PCAD, Sun, Apollo, Graphics

Научная графикаПредназначена для оформления научных расчетов, содержащих математические, химические, физические формулы, а также задач картографии.

Особенность: проводит вычислительные эксперименты с представлением результатов.

Системы компонуются пакетами математической поддержки и моделирования: TEX, ChiWriter

Компьютерная анимацияПредназначена для получения движущихся изображений.

Особенность: создаются рисунки начального и конечного положения объектов, промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер на основе математического описания.

Пакеты: Macromedia Flash MX, 3D Studio Max.

МультимедиаПредназначена для объединения высококачественного изображения со звуковым сопровождением.

Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Пакеты: HyperMethod, VideoMagic, ToolBook.

Когнитивная графикаПредназначена для научных абстракций, способствует рождению нового научного знания. Особенность: образно представляет различные математические закономерности для доказательства законов функционирования сознания.Создается с помощью мощных ЭВМ и высокопроизводительных средств визуализации.

растроваярастровая векторнаявекторная фрактальнаяфрактальная

точкаточка линиялиния треугольниктреугольник

трёхмернаятрёхмерная

плоскостьплоскость

Растровые изображения напоминают лист клетчатой бумаги, на котором любая клетка закрашена либо черным, либо белым цветом, образуя в совокупности рисунок.

Пиксел — основной элемент растровых изображений. Именно из таких элементов состоит растровое изображение.

Растровое изображение может иметь различное

разрешениеразрешение, которое определяется количеством количеством

точек по горизонтали и точек по горизонтали и вертикаливертикали.

Растр Растр - - (от англ. (от англ. rasterraster) – представление ) – представление

изображения в виде двумерного массива изображения в виде двумерного массива точек (пикселов), упорядоченных в ряды и точек (пикселов), упорядоченных в ряды и

столбцыстолбцыМ

N

Пиксель

Растр M x N(графическая сетка)

.bmp.bmpСтандартный формат Стандартный формат Windows. Windows. Большой Большой размер файлов из-за отсутствия сжатия размер файлов из-за отсутствия сжатия изображения.изображения.

.jpg.jpg

..jpegjpeg

Предназначен для хранения многоцветных Предназначен для хранения многоцветных изображений (фотографий). Отличается изображений (фотографий). Отличается огромной степенью сжатия за счет потери огромной степенью сжатия за счет потери информации. Степень сжатия можно информации. Степень сжатия можно регулировать.регулировать.

.gif.gifСамый «плотный». Фиксированное Самый «плотный». Фиксированное количество цветов (256). Позволяет создавать количество цветов (256). Позволяет создавать прозрачность фона и анимацию изображенияпрозрачность фона и анимацию изображения

• ретуширование, реставрирование ретуширование, реставрирование фотографий;фотографий;

• создание и обработка фотомонтажа;создание и обработка фотомонтажа;• оцифровка фотоматериалов при помощи оцифровка фотоматериалов при помощи

сканирования (изображения получаются в сканирования (изображения получаются в растровом виде)растровом виде)

• PaintPaint• Adobe PhotoShopAdobe PhotoShop• GIMPGIMP• Corel PhotoPaintCorel PhotoPaint• Photostyler Photostyler • Picture PublisherPicture Publisher• Painter Painter • Fauve MatisseFauve Matisse• Corel Paint Shop Pro СкриншотCorel Paint Shop Pro Скриншоти др. и др.

В отличие от растровой графики в векторной графике изображение строится с помощью математических описаний объектов, окружностей и линий.

Ключевым моментом векторной графики является то, что она использует комбинацию компьютерных команд и математических формул для объекта. Это позволяет компьютерным устройствам вычислять и помещать в нужном месте реальные точки при рисовании этих объектов.

Векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой или чертежной графикой.

- использование геометрических примитивов для представления изображений в компьютерной

графике.

Современные компьютерные мониторы

отображают информацию в растровом формате. Для отображения векторного формата на растровом

используются преобразователи, программные или

аппаратные, встроенные в видеокарту.

Существует узкий класс устройств,

ориентированных исключительно на

отображение векторных данных. К ним относятся

мониторы с векторной развёрткой,

графопостроители, а также некоторые типы лазерных

проекторов.

•Прямые линии; •Ломаные линии; •Многоугольники; •Окружности и эллипсы; •Кривые Безье; •Текст (в некоторых компьютерных шрифтах, таких как TrueType, каждая буква создаётся из кривых Безье). и др.

Заливка

СегментыУзлы

Линии

Векторные графические редакторы позволяют вращать, перемещать, отражать, растягивать, скашивать, выполнять различные преобразования объектов, комбинировать примитивы в более сложные объекты.

Более сложные преобразования включают операции на замкнутых фигурах: объединение, дополнение, пересечение и т. д.Векторная графика идеальна для простых или составных рисунков, которые не нуждаются в фотореализме.

Векторные графические редакторы позволяют вращать, перемещать, отражать, растягивать, скашивать, выполнять различные преобразования объектов, комбинировать примитивы в более сложные объекты.

Более сложные преобразования включают операции на замкнутых фигурах: объединение, дополнение, пересечение и т. д.Векторная графика идеальна для простых или составных рисунков, которые не нуждаются в фотореализме.

Рассмотрим, к примеру, окружность радиуса r.

Список информации, необходимой для полного описания окружности, таков:

•радиус r ; •координаты центра окружности; •цвет и толщина контура; •цвет заполнения.

Рассмотрим, к примеру, окружность радиуса r.

Список информации, необходимой для полного описания окружности, таков:

•радиус r ; •координаты центра окружности; •цвет и толщина контура; •цвет заполнения.

Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде

математических формулматематических формул. При открытии файла программа

прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам

(уравнениям).

Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде

математических формулматематических формул. При открытии файла программа

прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам

(уравнениям).

Кривые первого порядкаКривые первого порядка

Кривые первого порядках2+а1у2+а2ху+а3х+а4у+а5=0Кривые первого порядках2+а1у2+а2ху+а3х+а4у+а5=0

Кривые третьего порядках3+а1у3+а2х2у+а3ху2+а4х2+а5у2+а6ху+а7х+а8у+а9=0

Кривые третьего порядках3+а1у3+а2х2у+а3ху2+а4х2+а5у2+а6ху+а7х+а8у+а9=0

Кривые БезьеКривые Безье

ПРЕИМУЩЕСТВА ЭТОГО СПОСОБА ОПИСАНИЯ ГРАФИКИ :

1.Минимальное количество информации передаётся намного меньшему размеру файла (размер не зависит от величины объекта);2.Можно бесконечно увеличить, например, дугу окружности, и она останется гладкой;3.При увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть постоянной; 4.Параметры объектов хранятся и могут быть изменены. Это означает, что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшат качества рисунка.

НЕДОСТАТКИ ВЕКТОРНОЙ ГРАФИКИ:НЕДОСТАТКИ ВЕКТОРНОЙ ГРАФИКИ:

1.Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде; 2.Количество памяти и времени на отображение зависит от числа объектов и их сложности. 3.Перевод векторной графики в растр достаточно прост, но обратного пути нет .

Векторный рисунок представляет собой

совокупность примитивов, с каждым элементом векторного

рисунка можно работать отдельно

•Corel Draw•Adobe Illustrator•AutoCAD AutoDesk, Hewlett-Packard, Macromedia, Visio

•для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений;

•для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем;

•для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов.

Видео. Растровая и векторная графика. Отличия.

Характеристики Растровая графика Векторная графика

Элементарный объект пиксель (точка)контур и внутренняя

область

Изображениесовокупность точек

(матрица)совокупность

объектов

Фотографическое качество

да нет

Распечатка на принтере легкоиногда не

печатаются или выглядят не так

Объем памяти очень большойотносительно

небольшой

Масштабирование нежелательно да

Группировка и разгруппировка

нет да

ФорматыBMP, GIF, JPG,

JPEG, TIFFWMF, EPS, CGM,

CDR, AI

Фрактальная графика

Фрактальная графика является на сегодняшний день одним из самых быстро

развивающихся перспективных видов компьютерной графики

Математической основой фрактальной графики является фрактальная геометрия. В

основу метода построения изображений положен принцип наследования от так

называемых «родителей» геометрических свойств объектов-наследников

Понятия фрактал, фрактальная геометрия и фрактальная графика, появившиеся в конце 70-х,

сегодня прочно вошли в обиход математиков и компьютерных художников.

Слово фрактал образовано от латинского «fractus» и в переводе означает

«состоящий из фрагментов». Оно было предложено математиком

Бенуа Мандель-Бротом в 1975 году

Одним из основных свойств фрактала

является самоподобие

Фрактус – состоящий из фрагментов

Фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле

подобны целому. Объект называют самоподобным, когда

увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга. В простейшем случае

небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале

В центре фрактальной фигуры находится её простейший элемент — равносторонний треугольник, который

получил название «фрактальный». Затем, на среднем отрезке сторон строятся равносторонние треугольники со

стороной, равной (1/3a) от стороны исходного фрактального треугольника. В свою очередь, на средних отрезках сторон полученных треугольников, являющихся

объектами-наследниками первого поколения, выстраиваются треугольники-наследники второго поколения со стороной (1/9а) от стороны исходного

треугольника.  

Таким образом, мелкие элементы фрактального объекта повторяют свойства всего объекта. Полученный объект носит

название «фрактальной фигуры». Процесс наследования можно продолжать до

бесконечности

Изменяя и комбинируя окраску фрактальных фигур можно моделировать образы живой и неживой природы (например, ветви дерева

или снежинки), а также, составлять из полученных фигур «фрактальную

композицию».

Фрактальная графика, также как векторная и трёхмерная, является вычисляемой. Её главное отличие в том, что изображение строится по уравнению или системе уравнений. Поэтому в памяти компьютера для выполнения

всех вычислений, ничего кроме формулы хранить не требуется. 

Только изменив коэффициенты уравнения, можно получить совершенно другое изображение. Эта идея

нашла использование в компьютерной графике благодаря компактности математического аппарата, необходимого для ее реализации. Так, с помощью

нескольких математических коэффициентов, можно задать линии и поверхности очень сложной формы.

Итак, базовым понятием для фрактальной компьютерной графики являются

«Фрактальный треугольник». Затем идет «Фрактальная фигура», «Фрактальный объект»;

«Фрактальная прямая»; «Фрактальная композиция»; «Объект-родитель» и «Объект

наследник».