Арзамасский филиал СГА

Межвузовская научно-практическая
студенческая конференция по информатике на тему
«Прикладное значение компьютерной графики
в различных областях знаний»
На базе Арзамасского филиала СГА 3 ноября 2009 года была проведена
Межвузовская научно-практическая студенческая конференция по информатике.
В конференции приняли участие студенты Арзамасского филиала СГА
направления подготовки «Информатика и ВТ», ГОУ ВПО «Арзамасский
государственный педагогический институт им. А.П.Гайдара» специальности
«Информатика, с дополнительной специальностью математика», Арзамасского
политехнического института (филиал) НГТУ им. Р.Е.Алексеева специальности
«Прикладная математика и информатика».
Во время проведения конференции были заслушаны доклады, проведены
круглые столы и семинары по вышезаявленной теме.
По итогам конференции были отмечены активные участники и лучшие
докладчики конференции, которым были вручены дипломы участников
конференции СГА.
Диплом первой степени был вручен Курашову Максиму, студенту АГПИ, 35
группы физико-математического факультета.
Диплом второй степени был вручен Новицкому Кириллу, студенту АФ СГА,
гр. ОИ-709-01.
Диплом третьей степени был вручен Дуняхину Роману, студенту АГПИ, 35
группы физико-математического факультета.
Проведенная научно-практическая конференция была высоко оценена и
одобрена участниками и приглашенными преподавателями ВУЗов г. Арзамаса,
также были высказаны пожелания продолжать тесное сотрудничество в этом
направлении.
Зам. директора АФ СГА
по научной работе
Курдин Д.А.
Новицкий Кирилл
студент 3 курса, гр. ОИ-709-01
Арзамасского филиала СГА
Виды растров
Растр – это порядок расположения точек (растровых элементов). На рис. 1.
изображен растр, элементами которого являются квадраты, такой растр
называется прямоугольным [4], именно такие растры наиболее часто
используются.
x
0
R (x,y ) - о т R E D
G (x,y ) - о т G R E E N
B (x,y ) - о т B L U E
V (x,y ) - я р к о с ть т о ч ки
y
Рис. 1.
Хотя возможно использование в качестве растрового элемента фигуры
другой формы: треугольника, шестиугольника; соответствующего следующим
требованиям:
− все фигуры должны быть одинаковые;
− должны полностью покрывать плоскость без наезжания и дырок.
Так в качестве растрового элемента возможно использование
равностороннего треугольника рис. 2, правильного шестиугольника (гексаэдра)
рис. 3. Можно строить растры, используя неправильные многоугольники, но
практический смысл в подобных растрах отсутствует [4].
n
n
m
m
Рис. 2. Треугольный растр
Рис. 3. «Гексагональный растр»
Рассмотрим способы построения линий в прямоугольном и гексагональном
растре.
В прямоугольном растре построение линии осуществляется двумя
способами:
1) Результат – восьмисвязная линия. Соседние пиксели линии могут
находится в одном из восьми возможных (см. рис. 4а) положениях. Недостаток –
слишком тонкая линия при угле 45.
2) Результат – четырехсвязная линия. Соседние пиксели линии могут
находится в одном из четырех возможных (см. рис. 4б) положениях. Недостаток –
избыточно толстая линия при угле 45.
б
a
Рис. 4. Построение линии в прямоугольном растре
В гексагональном растре линии шестисвязные (см. рис. 5) такие линии
более стабильны по ширине, т.е. дисперсия ширины линии меньше, чем в
квадратном растре.
Рис. 5. Построение линии в гексагональном растре
Одним из способов оценки растра является передача по каналу связи
кодированного, с учетом используемого растра, изображения с последующим
восстановлением
и
визуальным
анализом
достигнутого
качества.
Экспериментально и математически доказано, что гексагональный растр лучше,
т.к. обеспечивает наименьшее отклонение от оригинала. Но разница не велика.
Моделирование гексагонального растра. Возможно построение
гексагонального растра на основе квадратного [3]. Для этого гексаугольник
представляют в виде прямоугольника.
Библиографический список
1. Аммерал. Машинная графика: В 4-х книгах. М.: Мир, 2002.
2. Ньюмен У., Спрулл Р. Основы интерактивной машинной графики: Пер. с англ.
М.: Мир, 1996, 573 с.
3. Шикин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. Динамика,
реалистические изображения. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002, 178 с.
4. http://www.kgraph.narod.ru/
Дуняхин Роман,
студент 3 курса, АГПИ
Растровая графика
Важными характеристиками изображения являются:
 количество пикселей. Может указываться отдельно количество пикселей по
ширине и высоте (1024*768, 640*480,...) или же, редко, общее количество
пикселей (часто измеряется в мегапикселях);
 количество используемых цветов или глубина цвета (эти характеристики
имеют следующую зависимость: N = 2I, где N - количество цветов, а I глубина цвета);
 цветовое пространство (цветовая модель) RGB, CMYK и др.
RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue — красный, зелёный,
синий) — аддитивная цветовая модель, как правило, описывающая способ
синтеза цвета для цветовоспроизведения [4]. Выбор основных цветов обусловлен
особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза.
Цветовая модель RGB нашла широкое применение в технике.
Аддитивной она называется потому, что цвета получаются путём
добавления (англ. addition) к черному. Иначе говоря, если цвет экрана,
освещённого цветным прожектором, обозначается в RGB как (r1, g1, b1), а цвет
того же экрана, освещенного другим прожектором, — (r2, g2, b2), то при
освещении двумя прожекторами цвет экрана будет обозначаться как (r1+r2,
g1+g2, b1+b2).
Изображение в данной цветовой модели состоит из трёх каналов. При
смешении основных цветов (основными цветами считаются красный, зелёный и
синий) — например, синего (B) и красного (R), мы получаем пурпурный (M
magenta), при смешении зеленого (G) и красного (R) — жёлтый (Y yellow), при
смешении зеленого (G) и синего (B) — циановый (С cyan). При смешении всех
трёх цветовых компонентов мы получаем белый цвет (W).
В телевизорах и мониторах применяются три электронные пушки
(светодиода, светофильтра) для красного, зеленого и синего каналов.
Цветовая модель RGB имеет по многим тонам цвета более широкий
цветовой охват (может представить более насыщенные цвета), чем типичный
охват цветов CMYK, поэтому иногда изображения, замечательно выглядящие в
RGB, значительно тускнеют и гаснут в CMYK.
В CMYK используются четыре цвета, первые три в аббревиатуре названы
по первой букве цвета, а в качестве четвёртого используется чёрный [2]. Одна из
версий утверждает, что K — сокращение от англ. blacK. Согласно этой версии,
при выводе полиграфических плёнок на них одной буквой указывался цвет,
которому они принадлежат. Чёрный не стали обозначать B, чтобы не путать с B
(англ. blue) из модели RGB, а стали обозначать K (по последней букве).
Профессиональные цветокорректоры работают с десятью каналами
RGBCMYKLab, используя доступные цветовые пространства. Поэтому при
обозначении CMYK как CMYB фраза «манипуляция с каналом B» требовала бы
уточнения «манипуляция с каналом B из CMYB», что было бы неудобно.
Согласно другому варианту, K является сокращением от слова ключевой
англ. Key[1]: в англоязычных странах термином key plate обозначается печатная
форма для чёрной краски.
Вариант третий говорит о немецком происхождении К — нем. Kontur. Этот
вариант подтверждается ещё и тем, что многие старые монтажники так и
называют соответствующую плёнку — контур, контурная. Тем более, что в
технологии печати чёрный и вправду как бы оконтуривает изображение.
Четвертый вариант это сокращение от слова Kobalt (темно серый).
Растровую графику редактируют с помощью растровых графических
редакторов. Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами,
непосредственно в растровом редакторе, также путем экспорта из векторного
редактора или в виде скриншотов.
Adobe Photoshop предлагает сохранить изображение в разных форматах,
рассмотрим самые распространенные из них.
Формат файла BMP (BitMaP)
Это "родной" формат растровой графики для Windows, поскольку он
наиболее близко соответствует внутреннему формату Windows, в котором эта
система хранит свои растровые массивы. Для имени файла, представленного в
BMP-формате, чаще всего используется расширение .BMP(А так же RLE и DIB).
В файлах BMP информация о цвете каждого пиксела кодируется 1, 4, 8, 16,
24, 32 бит (бит/пиксел).
Размер нашей фотографии при разрешении 1024*768 и глубине цвета 16
бит составляет 1,50 МБ (1 572 920 байт).
Формат файла PCX
PCX стал первым стандартным форматом графических файлов для
хранения файлов растровой графики в компьютерах IBM PC [4]. На этот формат,
применявшийся в программе Paintbrush фирмы ZSoft, в начале 80-х гг. фирмой
Microsoft была приобретена лицензия, и затем он распространялся вместе с
изделиями Microsoft. В дальнейшем формат был преобразован в Windows
Paintbrush и начал распространяться с Windows. Хотя область применения этого
популярного формата сокращается, файлы формата PCX, которые легко узнать
по расширению PCX, все еще широко распространены сегодня.
Размер нашей фотографии при разрешении 1024*768 составляет 775 КБ
(794 078 байт).
Формат файла GIF (Graphics Interchange Format) .
Основные достоинства GIF заключаются в широком распространении этого
формата и его компактности [4]. Но ему присущи два достаточно серьезных
недостатка. Один из них состоит в том, что в изображениях, хранящихся в виде
GIF-файла, не может быть использовано более 256 цветов. Второй, возможно,
еще более серьезный, заключается в том, что разработчики программ,
использующие в них форматы GIF, должны иметь лицензионное соглашение с
CompuServe и вносить плату за каждый экземпляр программы.
Размер при разрешении 1024*768 составляет 284 КБ (291 466 байт).
Сверху вниз поэтапное сохранение изображение в формате GIF
программой Adobe Photoshop CS3
Формат PNG (Portable Network Graphic) .
Переносимый сетевой формат, произносится "пинг") был разработан для
замены GIF, чтобы обойти юридические препятствия, стоящие на пути
использования GIF-файлов [4]. PNG унаследовал многие возможности GIF и,
кроме того, он позволяет хранить изображения с истинными цветами. Еще более
важно, что он сжимает информацию растрового массива в соответствии с
вариантом пользующегося высокой репутацией алгоритма сжатия LZ77
(предшественника LZW), которым любой может пользоваться бесплатно.
Размер фотографии при разрешении 1024*768 составляет 632 КБ (647 844
байт).
Справа налево поэтапное сохранение изображение в формате PNG
программой Adobe Photoshop CS3 .
Формат файла JPEG . (Joint Photographic Experts Group) Является
наиболее распространенным форматом [4].
Объединенная экспертная группа по фотографии, произносится "джейпег)
был разработан компанией C-Cube Microsystems как эффективный метод
хранения изображений с большой глубиной цвета, например, получаемых при
сканировании фотографий с многочисленными едва уловимыми (а иногда и
неуловимыми) оттенками цвета. Самое большое отличие формата JPEG от других
рассмотренных здесь форматов состоит в том, что в JPEG используется алгоритм
сжатия с потерями (а не алгоритм без потерь) информации. Алгоритм сжатия без
потерь так сохраняет информацию об изображении, что распакованное
изображение в точности соответствует оригиналу. При сжатии с потерями
приносится в жертву часть информации об изображении, чтобы достичь
большего коэффициента сжатия. Распакованное изображение JPEG редко
соответствует оригиналу абсолютно точно, но очень часто эти различия столь
незначительны, что их едва можно (если вообще можно) обнаружить.
Сравнение изображений в формате JPEG с максимальным и
минимальным сжатием.
Размер фотографии при разрешении 1024*768 и максимальном сжатии
составляет 33,2 КБ (34 041 байт).
Размер фотографии при разрешении 1024*768 и максимальном сжатии
составляет 404 КБ (414 648 байт).
Разница ощутима.
Процесс сжатия.
Процесс сжатия изображения JPEG достаточно сложен и часто для
достижения приемлемой производительности требует специальной аппаратуры.
Вначале изображение разбивается на квадратные блоки со стороной размером 8
пиксель. Затем производится сжатие каждого блока отдельно за три шага. На
первом шаге с помощью формулы дискретного косинусоидального
преобразования фуры (DCT) производится преобразование блока 8х8 с
информацией о пикселях в матрицу 8x8 амплитудных значений, отражающих
различные частоты (скорости изменения цвета) в изображении. На втором шаге
значения матрицы амплитуд делятся на значения матрицы квантования, которая
смещена так, чтобы отфильтровать амплитуды, незначительно влияющие на
общий вид изображения. На третьем и последнем шаге квантованная матрица
амплитуд сжимается с использованием алгоритма сжатия без потерь.
При сжатии методом JPEG потери информации происходят на втором шаге
процесса. Чем больше значения в матрице квантования, тем больше
отбрасывается информации из изображения и тем более плотно сжимается
изображение. Компромисс состоит в том, что более высокие значения
квантования приводят к худшему качеству изображения.
Достоинства и недостатки.
Достоинства.
Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой
рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где
невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому (в
теории, конечно, возможно, но файл размером 1 МБ в формате BMP будет иметь
размер 200 МБ в векторном формате)
Распространённость — растровая графика используется сейчас
практически везде: от маленьких значков до плакатов.
Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно
масштабирование.
Растровое представление изображения естественно для большинства
устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за
исключением векторных), матричные и струйные принтеры, цифровые
фотоаппараты, сканеры.
Недостатки.
Большой размер файлов с простыми изображениями.
Невозможность идеального масштабирования.
Невозможность вывода на печать на плоттер.
Из-за этих недостатков для хранения простых рисунков рекомендуют
вместо даже сжатой растровой графики использовать векторную графику.
1.
2.
3.
4.
Библиографический список
Белецкий Я. Турбо Паскаль с графикой для персональных компьютеров -М.:
Машиностроение, 2001,320 с.
Макаренко В.Н., Либрович Л.В. Компьютерная графика Алгоритмы
преобразования изображений. / Методические указания к выполнению
лабораторных работ // СПГААП, 2003, 31с.
Лапшин Е. Компьютерная графика IBM PC от точки к виртуальной
реальности. М.: Солон, 2004, 195 с.
http://gis-lab.info/