Точечные и векторные изображения

Все изображения, с которыми работают программы машинной графики, разделяются на два класса: точечные и векторные.

В терминологии машинной графики (отрасли практической информатики, занимающейся автоматизацией построения изображений и их обработки с помощью компьютеров) точечное изображение это массив пикселов — одинаковых по размеру и форме плоских геометрических фигур (чаще всего — квадратов или кругов), расположенных в узлах регулярной (то есть состоящей из ячеек одинаковой формы и размера) сетки.

Для каждого пиксела тем или иным способом задается цвет (обычно цвета кодируются числами фиксированной разрядности). Представление точечного изображения в памяти компьютера — это массив сведений о цвете всех пикселов, упорядоченный тем или иным образом (например, по строкам, как в телевизионном изображении).

Наиболее близким аналогом такого явления виртуального мира, как точечное изображение, в реальном мире является мозаика. Мозаика состоит из отдельных кусочков цветного стекла — смальты. При соблюдении условий (небольшие размеры фрагментов смальты и достаточно большое удаление зрителя от поверхности изображения) отдельные кусочки смальты, составляющие мозаичное изображение, не видны — глаз зрителя воспринимает изображение как единое целое.

Это явление называется смыканием и играет огромную роль в полиграфии, компьютерной графике и традиционном изобразительном искусстве.

Техника работы с точечными изображениями была доведена до совершенства импрессионистами в живописи задолго до появления первых компьютеров.

Изображение на экране любого компьютерного монитора — точечное, и это хорошо видно через увеличительное стекло. Большинство принтеров воспроизводят на бумаге именно точечные изображения.

Векторное изображение в машинной графике это совокупность более сложных и разнообразных геометрических объектов. Номенклатура таких объектов может быть более или менее широкой, но, как правило, в нее включаются простейшие геометрические фигуры (круги, эллипсы, прямоугольники, многоугольники, отрезки прямых и дуги кривых линий). Важнейшая особенность векторной графики состоит в том, что для каждого объекта (класса геометрических объектов) определяются управляющие параметры, конкретизирующие его внешний вид. Например, для окружности такими управляющими параметрами являются диаметр, цвет, тип и толщина линии, а также цвет внутренней области.

Представление векторного изображения в памяти компьютера сложнее точечного и как правило, намного компактнее. Несколько упрощая, можно считать, что оно представляет собой перечень всех объектов, из которых составлено изображение, причем для каждого объекта указано, к какому классу объектов он принадлежит, и приведены значения всех управляющих параметров.

Процесс вывода точечного изображения на экран или бумагу достаточно прост — на экране пикселу соответствует группа из трех частиц люминофора, светящихся различными цветами, принтер изображает пикселы капельками чернил или пятнами тонера (красящего порошка). К устройствам, непосредственно фиксирующим векторные изображения, относятся графопостроители. Почти всегда векторное изображение перед выводом (или непосредственно в процессе вывода) преобразуется в точечное — в машинной графике этот процесс называется рендерингом.

Недостатки точечного изображения:

1 - фиксированный размер пикселов. Из-за этого при увеличении или уменьшении возникают крайне нежелательные эффекты. При увеличении изображения между плотно «прижатыми» друг к другу пикселами появляется свободное место. Заполнить его, строго говоря, нечем, кроме размещения на свободных местах копий пикселов, находящихся рядом. Это эквивалентно увеличению размера пиксела при увеличении изображения. Однако сильно увеличивать размер пиксела нельзя — слишком крупные пикселы перестанут сливаться в глазу зрителя в однородное изображение, видимость смыкания разрушится. Сильно увеличенное точечное изображение приобретает отчетливо видимую зернистую структуру. В машинной графике это явление называется искажениями растрирования. Растрирование это процесс преобразования векторного изображения в точечное (или одного точечного изображения в другое со сменой характеристик пикселов). При уменьшении точечного изображения с сохранением прежнего размера пикселов неизбежно приходится выбрасывать некоторые пикселы, что приводит к потере части содержащейся в изображении информации. При уменьшении размеров пиксела, поскольку устройства отображения информации (дисплеи, полиграфические машины и принтеры) все равно не могут воспроизводить слишком маленькие пикселы — в результате детали изображения становятся плохо различимыми.

Более того, оказывается, что размеры точечного изображения при сохранении исходного размера пикселов можно увеличивать лишь кратно — в два, три и т. д. раз. Если это условие не соблюдается, на изображении может возникать муар — волнообразные полосы, точки или клетки. Избавиться от муара, не искажая само изображение, не так-то просто.

2 - отсутствие внутренней структуры, соответствующей структуре изображенных объектов. Если на точечном изображении мы видим мужчину в галстуке-бабочке и со значком на лацкане, это — результат работы нашего мозга, выделившего в изображении такие объекты, как значок и галстук. Чтобы идентифицировать соответствующие этим объектам пикселы при работе с программой редактирования точечной графики, придется немало потрудиться. Если при работе над изображением необходимо удалить значок, то после этого придется еще как-то заполнять образовавшуюся после удаления пикселов значка «дыру» в изображении — фактически, дорисовывать его. Еще больше мороки возникает при необходимости слегка поправить покосившийся галстук.

3 — большой объем памяти, требующейся для их хранения. При работе с точечными изображениями высокой четкости и сравнительно большого размера нередки случаи, когда размеры соответствующих им файлов составляют сотни мегабайт. Работа с такими громоздкими объектами зачастую оказывается не под силу даже самым современным и мощным компьютерам.

Векторное изображение существенно более гибко в работе. Чтобы увеличить или уменьшить его, требуется всего лишь изменить один управляющий параметр изображения в целом — масштаб. При этом размер файла с векторным изображением не увеличится ни на один байт. Внесенные изменения будут учтены при рендеринге, и четкость изображения не пострадает.

Векторное изображение (слева) можно, в отличие от точенного (справа), масштабировать без потери четкости и деталей

Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB по первым буквам названий основных цветов. Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн. различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полно цветным (True Color).

Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, то есть цвет, дополняющий основной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для любого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, С), пурпурный(Magenta, М) и желтый (Yellow, Y). Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только для основных цветов, но и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска — черная (Black, К). Поэтому даннаясистема кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK (черный цвет обозначается буквой К, потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полно цветным (True Color).

Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом High Color. Глубина цвета – число бит на каждую точку. При уменьшении числа цветов в палитре от 2^2k до 2^k глубину цвета и объем файла можно уменьшить в 2 раза.

Векторная графика: изображение не из точек, а из объектов – линий (отрезки, дуги и т.п.) и ограниченных ими фигур. Линии и фигуры задаются уравнениями и свойствами (цвет и начертание линии, цвет и способ заполнения фигуры). Занимает меньший объем памяти, который зависит от числа и сложности объектов. Построение по данным требует специальных расчетов.

Фрактальная графика – изображение не из линий, а целиком строится по специальным формулам. Позволяет получать наиболее сложное и реалистичное изображение. Используется в играх и других мультимедийных системах.

Кодирование звуковой информации.

Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но если говорить обобщенно, то можно выделить два основных направления. При кодировании звуковой информации может использоваться частотная модуляция звука – разложение звуковой волны на синусоиды, описывающие базовые колебания (гармоники) или таблично–волновой синтез звука из заранее заготовленных образцов (сэмплов).

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов (хотя не только для них). В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким, приближающимся к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Задания

Заполнить таблицу

n10	десятичная запись числа a10=	двоичная запись числа a2	n младших разрядов двоичной записи числа, которое в десятичной записи кратно a10

Заполнить таблицу

а2	А8	А16	А10	а2	А8	А16	А10

Заполнить таблицу

А10	А8	А16	а2	А10	А8	А16	а2

Дата добавления: 2014-01-06