Системы обработки графической информации

Системы обработки
графической информации
Классификация компьютерной
графики
• различают три вида компьютерной
графики: растровая, векторная и
фрактальная. Они отличаются
принципами формирования
изображения при отображении на
экране монитора или при печати на
бумаге.
Растровая графика
• Растровую графику применяют при разработке
электронных (мультимедийных) и полиграфических
изданий. Иллюстрации, выполненные средствами
растровой графики, редко создают вручную. Чаще
для этой цели сканируют иллюстрации,
подготовленные художником на бумаге, или
фотографии. В последнее время для ввода
растровых изображений в компьютер нашли широкое
применение цифровые фото- и видеокамеры.
Большинство графических редакторов,
предназначенных для работы с растровыми
иллюстрациями, ориентированы не столько на
создание изображений, сколько на их обработку.
• Любое изображение на экране монитора
также является совокупностью точек
(пикселей), каждая из которых окрашена в тот
или иной цвет. Все компьютерные
изображения являются цифровыми, т. е.
каждый пиксель описывается неким целым
числом, представляющим цвет точки.
Количество цветов, которые может
воспроизводить видеоадаптер, определяется
количеством бит, отводимых в видеопамяти
компьютера для описания одной точки.
Например, 4 бита позволяют воспроизводить
24=16 цветов, 8 бит — 28=256 цветов и т. д.
• Четкость картинки на экране зависит от
разрешающей способности видеоадаптера
(800x600 и т. п.).
• С размером изображения непосредственно
связано его разрешение. Этот параметр
измеряется в точках на дюйм (dots per inch —
dpi).
•
•
Недостатки
для хранения
растровых изображений
требуется большой
объём памяти
растровые изображения
допускают очень
ограниченные
возможности при
масштабировании,
вращении и других
преобразованиях
Растровые форматы
 BMP (Windows Device Independent Bitmap)
 PCX (Z-Soft PaintBrush)
 GIF (Grafic Interchange Format)
 TIFF (Tagged Image File Format)
 IMG (Digital Research GEM Bitmap)
 JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Примеры редакторов:
 Adobe Photoshop
 Corel PHOTO-PAINT
 PhotoFinish
Векторная графика
• Программные средства для работы с
векторной графикой наоборот
предназначены, в первую очередь, для
создания иллюстраций и в меньшей степени
для их обработки. Такие средства широко
используют в рекламных агентствах,
дизайнерских бюро, редакциях и
издательствах. Оформительские работы,
основанные на применении шрифтов и
простейших геометрических элементов,
решаются средствами векторной графики
намного проще.
• Изображения в векторной графике, в отличие
от растровых, существуют в виде набора
математических формул (графических
примитивов), которые описывают отдельные
элементы картинки — линии, дуги,
окружности. Эти элементы являются
дискретными, они не связаны между собой,
их размеры легко изменить без потери
качества картинки. Для воспроизведения
векторного изображения надо задать
параметры картинки на экране
(разрешающую способность и размеры),
после чего положение каждой точки картинки
просто рассчитывается — по формулам,
записанным в векторном графическом
файле.
• Элементарным объектом векторной графики
является Линия. Все, что есть в векторной
иллюстрации, состоит из линий. Перед
выводом на экран каждого объекта
программа производит вычисления
координат экранных точек в изображении
объекта, поэтому векторную графику иногда
называют вычисляемой графикой. Как и все
объекты, линии имеют свойства. К этим
свойствам относятся форма линии, ее
толщина, цвет, характер линии (сплошная,
пунктирная п.). Замкнутые линии имеют
свойство заполнения. Внутренняя область
замкнутого контура может быть заполнена
цветом, текстурой, картой.
• Прямая линия. Из курса алгебры известно,
что для задания прямой линии достаточно
двух параметров. Обычно график прямой
линии описывается уравнением y=kx+b. Зная
параметры k и b, всегда можно нарисовать
бесконечную прямую линию в известной
системе координат.
• Отрезок прямой. Для задания отрезка
прямой надо знать координаты начала и
конца отрезка, поэтому для описания отрезка
прямой линии необходимы четыре
параметра.
• Кривая второго порядка. К кривым второго порядка
относятся параболы, гиперболы, эллипсы,
окружности и другие линии, уравнения которых не
содержат степеней выше второй. Прямые линии —
это частный случай кривых второго порядка.
Отличаются кривые второго порядка тем, что не
имеют точек перегиба. Самая общая формула
кривой второго порядка выглядит следующим
образом:
x2+a1y2+a2xy+a3x+a4y+a5 = 0.
• Как видно, для описания бесконечной кривой второго
порядка достаточно пяти параметров. С учетом
необходимости знать координаты начала и конца
отрезка для записи отрезка кривой второго порядка
необходимо семь параметров.
• Кривая третьего порядка. Отличительная
особенность этих более сложных кривых
состоит в том, что они могут иметь точку
перегиба, как график функции у=х3. Кривые
третьего порядка используют в качестве
основных объектов векторной графики потому,
что они хорошо соответствуют тем линиям,
которые мы наблюдаем в живой природе.
• В общем случае уравнение кривой третьего
порядка записывается так:
х3 + a1x2+ а2х2у+ а3ху2+ а4х2+a5y2+абху+ а7х+ a8y+ а9 = 0.
• Видно, что для записи кривой третьего порядка
достаточно девяти параметров, а для задания
ее отрезка надо иметь одиннадцать
параметров.
• Кривые Безье. Для упрощения
в векторных редакторах
применяют не любые кривые
третьего порядка, а их особый
вид, называемый кривыми
Безье, которые являются
частным случаем отрезков
кривых третьего порядка. Они
описываются не одиннадцатью
параметрами, а лишь восемью,
и потому работать с ними
удобнее. Метод построения
кривой Безье основан на
использовании пары
касательных, проведенных к
линии в точках ее концов.
Фрактальная графика
• Программные средства для работы с
фрактальной графикой предназначены
для автоматической генерации
изображений путем математических
расчетов. Создание фрактальной
художественной композиции состоит не
в рисовании или оформлении, а в
программировании.
• Изображение строится по уравнению (или по
системе уравнений), поэтому ничего, кроме
формулы, хранить не надо. Изменив
коэффициенты в уравнении, можно получить
совершенно другую картину.
• Способность фрактальной графики
моделировать образы живой природы
вычислительным путем часто используют для
автоматической генерации необычных
иллюстраций, создания узоров в текстильной
промышленности и т.п.
Цветовое разрешение и
цветовые модели
• При работе с цветом используются понятия
цветовое разрешение (его еще называют глубиной
цвета). Цветовое разрешение определяет метод
кодирования цветовой информации, и от него
зависит, сколько цветов на экране может
отображаться одновременно.
• Два байта (16 бит) позволяют определить
216=65536 различных цветов. Этот режим
называется High Color. Если для кодирования
цвета используются три байта (24 бита), возможно
одновременное отображение 224=16,5 млн цветов.
Этот режим называется True Color.
• Большинство цветовых оттенков
образуется смешением основных
цветов. Способ разделения цветового
оттенка на составляющие компоненты
называется цветовой моделью.
• Существует много различных типов
цветовых моделей, но в компьютерной
графике, как правило, применяется не
более трех. Эти модели известны под
названиями: RGB, CMYK и HSB.
Цветовая модель RGB
• Любой цвет в этой модели считается состоящим из
трех основных компонентов: красного (Red), зеленого
(Green) и синего (Blue). Эти цвета называются
основными. Совмещение трех компонентов дает
нейтральный цвет (серый), который при большой
яркости стремится к белому цвету.
• Метод получения нового оттенка суммированием
яркостей составляющих компонентов называют
аддитивным методом, а модель RGB называют
аддитивной.
• Поэтому в аддитивной модели центральная точка,
имеющая нулевые значения компонентов (0,0,0),
имеет черный цвет (отсутствие свечения экрана
монитора). Белому цвету соответствуют
максимальные значения составляющих (255, 255,
255).
Цветовые модели
Система аддитивных (суммирующихся) цветов (модель RGB)
Всё многообразие цветов на мониторе определяется степенью
яркости трёх цветов: Красного (Red), зелёного (Green), синего (Blue).
Излучаемый свет
Красный
Зелёный
Синий
Цвет
0
0
0
Чёрный
0
1
1
Бирюзовый
1
0
1
Жёлтый
1
1
0
Малиновый
1
1
1
Белый
1
0
0
Красный
Цветовой куб
Поглощение света
Система субтрактивных ( вычитающих) цветов (модель CMY)
Бумага не использует свет, поэтому для графических изображений на
бумаге используется цветовая модель CMY. При печати изображения на
принтере добавляется чёрная краска – модель CMYK (K – black).
Бирюзовый
Жёлтый
Малиновый
Цвет
0
0
0
Белый
0
1
1
Красный
1
0
1
Синий
1
1
0
Зелёный
1
1
1
Чёрный
1
0
0
Бирюзовый
Зелёный
Бирюзовый
Жёлтый
Малиновый
Цветовая модель CMYK
Эту модель используют для подготовки не экранных, а
печатных изображений. Они отличаются тем, что их видят
не в проходящем, а в отраженном свете. Чем больше
краски положено на бумагу, тем больше света она
поглощает и меньше отражает. Совмещение трех
основных красок поглощает почти весь падающий свет и
со стороны изображение выглядит почти черным. Поэтому
для подготовки печатных изображений используется не
аддитивная, а субтрактивная (вычитающая) модель.
Цветовыми компонентами этой модели являются не
основные цвета, а те, которые получаются в результате
вычитания основных цветов из белого:
• бирюзовый (Суаn)=белый-красный=зеленый+синий;
• малиновый (Маgеnta)=белый-зеленый=красный+синий;
• желтый (Уеlloy)=белый-синий=красный+зеленый.
При печати изображения на принтере добавляется чёрная
краска (K – black).
• Adobe Illustrator
• Corel Draw