Понятие о компьютерной графике

При создании различных документов с помощью компьютера, кроме написания текста часто возникает необходимость включить в создаваемый документ различные графические фигуры или фотографии. Это можно делать с помощью прикладных программ компьютерной графики.

Различают в основном два вида компьютерной графики: векторную и растровую.

Основным неделимым элементом векторной графики является геометрический объект или примитив, в качестве которого принимаются такие простые фигуры, как: прямая, стрелка, прямоугольник, окружность, автофигуры, блок схемы, звезды, ленты, выноски и т.п. Каждому примитиву можно назначить определенные свойства: толщина и цвет линии, заливку. Форма и пространственное положение геометрической фигуры описывается с помощью математических формул. Это обеспечивает сравнительно небольшие объемы памяти и высокое качество изображения.

Использование вышеперечисленных возможностей векторной графики позволяет создавать различные схемы, структуры. Несколько фигур векторной графики приведено на рис. 11.1.

Рис. 11.1. Некоторые элементы векторной графики

К пакетам векторной графики можно отнести CorelDraw, FreeHand.

Компьютерное растровое изображение представляется в виде прямоугольной матрицы, каждая ячейка которой представляется цветной точкой. Сама сетка получила название растровой карты, а ее единичный элемент – пиксела. Растровая карта представляет собой набор троек чисел: две координаты пиксела на плоскости и его цвет. Растровое изображение ближе к фотографии.

11.2. Представление и обработка графической информации

Как было сказано выше, в векторной графике примитив определяется математической формулой, а объект в растровой графике в виде растровой карты с координатами пиксела и его цвета.

Цвет в компьютерной графике представляется в виде моделей. Наиболее распространенная модель цвета – это модель RGB. В основе модели лежат три основных цвета: красный, зеленый и синий. Сложение красного и зеленого дает желтый цвет. Сложение синего и красного – пурпурный цвет, Сложение синего и зеленого дает голубой цвет. При различных сочетаниях трех основных цветов можно получить много сотен оттенков цветов.

Обработка графической информации зависит от способа ее представления. Так как векторная графика задается с помощью формул, то и ее обработка связана с работой над формулами, выражающими определенный примитив. Изменение в формуле приводит к изменению в примитиве.

В растровой графике обработка связана с изменением координат пиксела и его цвета.

Ниже в таблице приведены достоинства и недостатки векторной и растровой графики.

Растровая графика:

Изображение хранится в виде таблицы. Растровое изображение состоит из отдельных точек-пикселей, каждый из которых имеет свой цвет
Качество растрового изображения определяется его разрешением и используемой палитрой цветов.
При использовании растровой графики необходим большой объем памяти для хранения рисунка, т. к. размер памяти зависит от размера изображения. При увеличении картинки вдвое, размер необходимой памяти возрастает в четыре раза.
Изображение плохо поддается трансформации. Процедуры, которые применяются для трансформации рисунка, проходят с искажениями, которые происходят из - за "точечности" рисунка.
Рисунки быстро выводятся на экран и на принтер.
Используя растровую графику, мы можем хранить полутоновые изображения

Графические редакторы, в которых используется растровая графика: Paint, PhotoShop.

Векторная графика:

Изображение хранится в виде набора кривых. Для каждой кривой хранятся координаты начала и конца, угол наклона, кривизна соединяющей их кривой линии и цвет.
При использовании векторной графики практически невозможно хранить полутоновые изображения, фотографии. Изображение должно состоять из объектов с чёткими контурами.
Рисунки, выполненные векторной графикой, долго выводятся на экран и на принтер. Принтер печатает изображение по точкам, поэтому программе вывода необходимо проделать специальные процедуры расчета.
Для сохранения рисунка требуется небольшой объём памяти. Он не зависит от размера рисунка, т. к. размер влияет только на координаты узловых точек и длины прямых. Рисунок также легко поддается трансформации: увеличение, уменьшение.
Изображение состоит из четких фигур: прямоугольников, эллипсов, текста, линий.

Графические редакторы, в которых используется векторная графика: Corel Draw, Adobe Illustrator.

Все компьютерные изображения, все форматы для их хранения и все программы для их обработки делятся на два больших класса: векторные и растровые.

Разрешение изображения. Разрешение изображения показывает сколько пикселов содержится в одном дюйме (ppi). Растровые изображения имеют фиксированное разрешение.

1. Поскольку каждый элемент изображения имеет свой собственный цвет, можно создавать фотографические эффекты, такие как затенение или усиление цвета.

2. Независимое редактирование каждой детали изображения, вплоть до пикселя.

1. Масштабирование. При увеличении изображения можно увидеть составляющие его отдельные пиксели. Увеличение размера происходит путем увеличения каждого элемента (добавление пикселей), в результате чего изображение получится ступенчатым, искаженным.

2. Редактирование. Поскольку растровое изображение собрано из определенного числа пикселей, нельзя манипулировать отдельными эго частями.

3. Занимает большой объем памяти и требует большого времени при выводе на экран или принтер.

Растровая графика незаменима в изображениях, которые очень сложны и которые невозможно описать математическими формулами. Поэтому растровая графика применяется практически во всех областях, связанных с компьютерной графикой.

Основные форматы и программы обработки растровых файлов приведены в таблице № 12. 1.

Тип файла	Программа или стандарт
gif	Graphic Interchange Format. Графический стандарт, поддерживаемый всеми графическими средствами просмотра. Сохраняет изображение с глубиной цвета до 8 разрядов (256 цветов). Обеспечивает сжатие без потерь. Один из трех основных графических форматов для Интернет.
bmp	Точечная графика Windows-bitmap формат, разрешение 72-300 dpi
psd	Adode Photoshop, 32 бит цветовая модель CMYC

Векторные изображения – называются объектно ориентированными или иллюстрациями. Определяются математически как набор точек, соединенных линиями. Основным логическим элементом векторной графики является геометрический объект.. В качестве объекта принимаются простые геометрические фигуры – прямоугольник, окружность, эллипс, линия. А также составные фигуры, построенные их простых. Кроме этого – цветовые заливки, в том числе градиенты.

Каждый объект представляет собой самостоятельную систему, имеющую форму, размер, контур, цвет, положение на экране. Его можно перемещать, изменять его свойства, сохраняя качество, четкость и не влияя на другие объекты.

Во всех векторных форматах объекты могут варьировать толщину и цвет контура, а замкнутые объекты еще и цвет заливки. Объекты могут накладываться друг на друга, частично или полностью заслоняя друг друга.

1. Главное преимущество векторной графики в том, что все объекты независимы.

2. Широко используется в Интернете из-за своих небольших размеров. Она экономна в плане памяти. При хранении сохраняется не само изображение, а только некоторые его основные данные. При воссоздании изображение создается заново.

3. Иллюстративное и трехмерное моделирование.

1. Не возможно создать фотореалистическое изображение.

2. Не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для точечной графики.

Основные форматы и программы обработки векторных файлов приведены в таблице № 12.2.

Тип файла	Программа или стандарт
wmf	Внутренний стандарт, разработанный для Windows
cdr	Corel Draw – основной файл
dfx	Приложение AutoCAD, 256 цветов.

11.4. Устройства ввода и отображения графической информации

Для ввода видеоинформации требуются сканеры, поскольку основная часть видеоинформации представлена в виде бумажных документов, фотоснимков, карт, чертежей, космических фотоснимков.

Сканер – устройство, которое позволяет вводить в компьютер цифровые образы изображений, представленных на бумажных носителях в виде рисунков, текста, фотографий и другой графической информации.

Сканер характеризуется следующими параметрами:

7. Способ передачи данных в компьютер или тип интерфейса.

Конструкция определяется принципом его работы. И способом обработки оригинала. Сканеры разделяются на два основных типа: ручные и настольные. Настольные сканеры существуют планшетные, рулонные и проекционные.

Способов формирования изображения три: с зарядовой связью, фотоэлектронным умножителем и контактным датчиком.

В ПЗС - сканерах в качестве источника света используется лампа с холодным катодом. Этот тип лампы позволяет получить равномерный световой поток со стабильными характеристиками, что обеспечивает правильную передачу цветов при сканировании. Для передачи света, отраженного от оригинала, к фотоприемнику используется оптическая система, включающая в себя объектив и систему зеркал.

В сканерах с контактным датчиком объектив отсутствует. Источником света служит линейка светодиодов, а фотоэлементы плотно прилегают к стеклу. У данного типа сканеров на порядок меньше глубина резкости и хуже оттенки.

В барабанных сканерах в качестве светочувствительных приборов применяются фотоэлектронные умножители. Источником света служит ксеоновая или вольфрамо-галогенная лампа. Ее излучение с помощью конденсаторных линз и волоконной оптики фокусируется на небольшой участок сканируемой области сканируемого объекта. ФЭУ осуществляет усиление отраженного сигнала. ФЭУ очень дороги и поэтому такие сканеры не получили широкого распространения.

Тип обрабатываемого оригинала. Сканируемые оригиналы делятся на два типа: светоотражающие и прозрачные. Сканер для отражающих оригиналов как правило планшетный. Барабанный сканер в состоянии обрабатывать и отражающие и прозрачные оригиналы.

Разрешение сканирования. Это основная характеристика сканера. И указывает, сколько пикселей изображения может вводить сканер на единицу площади оригинала. С увеличением разрешения возрастает резкость и детальность получаемого изображения. Разрешение сканирования напрямую зависит от количества элементов в ПЗС матрице сканера и измеряется в пикселях на дюйм.

Ppi – единица качества вводимого изображения. Dpi – качество изображения, создаваемого устройством вывода.

Разрядность цвета. Это реальное количество пикселей, которое в состоянии разглядеть светочувствительная матрица сканера и его можно вычислить, разделив количество элементов матрицы на ширину области отбражения.

Динамический диапазон или диапазон плотности. Это способность оригинала отражать или пропускать свет. Оптическая плотность лежит в пределах от 0 до 4, что соответствует черному цвету.

Типичные значения оптической плотности оригиналов:

- высококачественных профессиональных слайдов – 3.0-4.0.

Область отображения или формат. Это максимальный размер документа, который сканер может обработать. Сканеры для дома и офиса соответствуют формату А4, профессиональные могут иметь формат А0.

Интерфейс. Интерфейс служит для подключения сканера к компьютеру. В настоящее время наиболее широко распространены два типа сканеров: подключаемые к SCSI порту и использующие порт принтера. Порт SCSI более скоростной.

Основной блок сканера – это сканирующий блок, который состоит из источника света, фотоэлементов и оптической системы. Свет, отраженный от оригинала, через оптическую систему попадает на фотоэлементы.

Изображение сканируется построчно: строка оригинала освещается, отраженный свет при помощи зеркал фокусируется на светочувствительной матрице, которая делает фотоснимок строки и выдает электрический сигнал на аналогово-цифровой преобразователь, где он из аналогового сигнала преобразуется в цифровой.

Неподвижные матрицы используются в листопротяжных сканерах, факсаппаратах, подвижные – в планшетных сканерах.

Наиболее распространены в настоящее время планшетные сканеры (рис. 11.4). Планшетный сканер является наиболее универсальным инструментом, подходящим для решения большинства задач.

Разрешение планшетных сканеров доходит до 3000 ppi, разрядность цвета до 42 bit и обрабатывать оригиналы до 3.0.

Модели высшего класса способны выдавать разрешение до 5000 ppi, обрабатывать оригиналы до 3.9 и могут весить порядка 500 кг, стоимость их может быть десятки тысяч долларов США.

Каждая модель сканера снабжается драйвером от поставщика оборудования, который поставляется совместно с оборудованием, обычно на CD-диске. Программы распознавания сканированного текста – Fine Reader. Профессиональные программные средства – Adobe Photoshop.

Рис. 11.3. Принцип работы планшетного сканера [3].

Сканеры. В составе современного мультимедийного компьютера используется устройство для ввода изображений сканер. Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер изображение в виде текстов, рисунков, фотографий, слайдов и другой графической информации. Наиболее популярными являются сканеры планшетного типа.

В планшетном сканере оригинал кладется на стекло, освещается специальной лампой и сканируется при помощи подвижного линейного датчика.

К основным характеристикам сканера относятся:

- динамический диапазон (диапазон оптических плотностей).

Оптическое разрешение определяет уровень детализации объекта при сканировании и измеряется в точках на дюйм (dpi). Чем выше это показатель, тем более детально будет передан объект.

Глубина цвета. Определяет количество распознаваемых цветов. У современных сканеров эта характеристика имеет 48 бит.

Динамический диапазон. Оптическая плотность это характеристика оригинала, выражаемая пропорциональным отношением света, падающего на оригинал, к свету отраженному. Минимально возможное значение (для идеально белого оригинала) – 0,0 D, максимальное значение – 4,0 D (для абсолютно черного). Динамический диапазон сканера указывает, какой диапазон оптических плотностей оригинала сканер может распознать, не потеряв оттенков. Большинство планшетных сканеров имеет динамический диапазон в пределах от 1,7 D (офисные модели) до 3,4 D (полупрофессиональные модели). Большинство бумажных оригиналов, будь то фотография или журнальная вырезка, обладают оптической плотностью не более 2,5 D. Наиболее распространенным интерфейсом для подключения сканеров к компьютеру в настоящее время является USB. Широко распространены сканеры Hewlett Packard, Epson, Canon.