Главная страница
Финансы
Экономика
Биология
Ветеринария
Сельское хозяйство
Медицина
Математика
Начальные классы
Информатика
Вычислительная техника
Право
Юриспруденция
История
Философия
Логика
Этика
Религия
Политология
Социология
Физика
Промышленность
Энергетика
Языки
Языкознание
Культура
Искусство
Автоматика
Связь
Электротехника
Химия
Воспитательная работа
Другое
Дошкольное образование
Экология
Строительство
Русский язык и литература
Классному руководителю
Геология
Физкультура
Доп
образование
Иностранные языки
География
Логопедия
Школьному психологу
Технология
ИЗО, МХК
Обществознание
Казахский язык и лит
Механика
ОБЖ
Музыка
Директору, завучу
Социальному педагогу
Психология

ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ. Основы компьютерной графики


Скачать 67.71 Kb.
НазваниеОсновы компьютерной графики
АнкорОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ.docx
Дата06.09.2017
Размер67.71 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ.docx
ТипДокументы
#21102

ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
Цифровое изображение как основа компьютерной графики

Компьютерная графика – область деятельности, связанная с созданием и обработкой цифровых изображений. Вся вводимая, хранящаяся, обрабатываемая и выводимая информация представляется в них в дискретном цифровом виде, то есть с помощью цифровых кодов (чисел). ПК не может хранить и обрабатывать непрерывное реальное изображение, имеющее бесконечно большое количество элементов визуальной информации. Для этого потребуется бесконечно большой объем памяти, не говоря уже о времени загрузки и обработки такого изображения. В память ПК вводится и затем хранится модель реального изображения (цифровое изображение).
Цифровое изображение – модель реального или синтезированного (созданного искусственно) изображения, хранящаяся в памяти ПК в виде комбинации кодов (цифр).
Модель – это всегда упрощенное представление некого процесса или объекта, его описание. Одна из целей описания – сократить объем информации. Близость описания к исходному объекту характеризует качество модели (ее адекватность). Чем детальнее описывается реальный объект, тем лучше, качественнее модель, тем больше она ему соответствует. Вместе с тем, слишком подробное описание может стать чрезмерно громоздким, потребует больше памяти для хранения и больше времени для обработки. Поэтому всегда выбирается разумный компромисс между целями и имеющимися возможностями.

Основные виды моделей цифровых изображений


Описать изображение можно по-разному. Например, чертеж можно разложить на графические примитивы (точка, отрезок прямой, кривая, прямоугольник, окружность и т. п.) и хранить лишь описания этих объектов. В этом случае говорят о векторной модели и, соответственно, о векторном цифровом изображении.
Векторная модель цифрового изображения – это список параметров, математически определяющих объекты (графические примитивы, стандартные фигуры), составляющие синтезированное изображение. Такая модель очень удобна для представления чертежей, графиков, простых рисунков (например, в стиле «анимэ»), то есть везде, где изображение легко составляется из типовых элементов. Основное ее достоинство – компактность, поскольку хранятся лишь параметры примитивов (например, для точки – ее координаты и цвет, для отрезка прямой – координаты его начала и конца, тип, толщина и цвет линии, для окружности – координаты центра и радиус и т. п.). При визуализации (преобразовании в зрительный образ на устройстве воспроизведения) все остальные точки, составляющие изображение каждого объекта, вычисляются на основании уравнений (линии, окружности и т. п.) с учетом конкретных значений, хранящихся в модели параметров.
Другое достоинство векторной модели – легкость модификации. Например, чтобы изменить размер окружности, достаточно изменить в модели значение радиуса, чтобы ее переместить – изменить значения координат центра.
Третье, пожалуй, самое важное свойство – качество визуализации не зависит от масштаба отображения. Масштаб любого объекта можно бесконечно увеличивать, при этом качество его отображения не изменится, поскольку оно всегда будет соответствовать качеству системы отображения (монитор, принтер).
Главный недостаток векторной модели – зависимость времени визуализации от сложности и количества объектов, составляющих картину, поскольку при каждом выводе на экран производится расчет всех точек объектов. Чем сложнее изображение и больше в нем объектов, тем дольше оно рассчитывается и воспроизводится на экране. Второй существенный недостаток – невозможность адекватно описать с помощью объектов реальное изображение (например, фотографию человека). Слишком много сил придется потратить, чтобы разложить его на графические примитивы. Модель получится чрезвычайно громоздкая и неточная (представьте модель самолета из спичечных коробков!).
Поэтому для реальных изображений используют другую модель – растровую, а представляемые ею изображения относят к растровой графике.
Растровая модель цифрового изображения – это прямоугольная матрица геометрически одинаковых неделимых элементов, каждый из которых в закодированном виде хранит информацию о соответствующем ему участке реального или синтезированного изображения. Одинаковые неделимые элементы цифрового изображения, составляющие его растровую модель, называют пикселями (от англ. pixel – picture element, элемент изображения). Чтобы изображение выглядело естественно, а не как мозаичное панно, размеры пикселей должны быть относительно малы.
Все изображения, которые вы видите на экране вашего компьютера, относятся к классу растровых и состоят из пикселей. Откройте в любом графическом редакторе, например MS Paint, какую-нибудь растровую картинку, возьмите инструмент Zoom (Масштаб) или Magnifier (Лупа, или увеличительное стекло) и максимально приблизьте ее (увеличьте масштаб). Вы увидите одинаковые по размеру квадратики, каждый из которых имеет свой цвет. Это и есть пиксели, составляющие картинку.

Оцифровка

Оцифровка изображения – процесс формирования растровой модели реального изображения с помощью

специальных устройств ввода (сканеры, цифровые фотоаппараты).
При оцифровке выполняются две основные операции:

  • Дискретизация, то есть разбиение поверхности изображения на конечное число одинаковых по форме и размеру участков, рассматриваемых как неделимые элементы изображения.

  • Кодирование, то есть присвоение каждому из полученных элементов изображения цифровых значений (кодов), характеризующих соответствующий участок реального изображения.

Представим цифровую модель окружности, используя матрицу 6х6.
рис1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

   Теперь в памяти ПК вместо реального изображения можно хранить последовательность из 36 цифр: 100001 001100 011110 011110 001100 100001.
Для хранения  такого цифрового изображения потребуется 36 бит.
При чтении этих цифр из памяти система визуализации выводит на экран (принтер) черные точки, если бит имеет значение 0, и белые точки, если значение равно 1. Конечно, чтобы на основе этой цифровой модели правильно построить изображение окружности, не хватает дополнительных данных. А именно необходимо также знать формат изображения, то есть соотношение его сторон. В данном случае это квадрат 6x6. Следовательно, в графическом файле помимо пикселей изображения необходимо размещать еще и служебную информацию, помогающую программе визуализации правильно его построить.
Естественно, для улучшения качества модели самый простой выход – уменьшить размер элемента изображения (пикселя). Например, использовать матрицу 12х12. Очевидно, что степень приближения модели к оригиналу в этом случае будет значительно лучше. Однако и количество элементов модели возрастет в 4 раза, и для ее хранения потребуется не 36, а 36х4 = 144 бита памяти.
Представим цифровую модель окружности используя матрицу 12х12.

1

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

 

рис2 

 

Для матрицы 12х12 будет храниться последовательность из 144 цифр (бит):
111000000111 100011110001 101111111101 001111111100  011111111110
011111111110 011111111110 011111111110 001111111100  101111111101
100011110001  111000000111.
Для дальнейшего увеличения качества, очевидно, придется снова увеличить степень дискретизации. Степень дискретизации увеличивается до тех пор, пока:

  • дальнейшее уменьшение размера элементов цифрового изображения не будет заметно влиять на его качество;

  • размер файла не превысит разумные пределы.

При оцифровке окружностей на каждый пиксель изображения приходился один бит.

Особенности кодирования тона


Как правило, мы используем не монохромные (одноцветные) изображения, а изображения, имеющие множество оттенков.  Например, множество серых оттенков – в черно-белой фотографии. Если при кодировке такого изображения использовать всего лишь один бит (0), вместо фотографии мы получим гравюру или  штамп.
Следовательно, каждый пиксель должен передавать больше двух уровней яркости, или одного бита, то есть для хранения информации об одном пикселе изображения потребуется не один, а несколько битов. Вспомним, что в двоичной системе n-разрядное двоичное число, состоящее из n бит, может передать 2n различных состояний. Таким образом, если выделить на каждый пиксель n бит памяти, то он сможет передать один из 2n уровней тона.

Таким образом, изображение может быть закодировано разным числом битов на один пиксель: а) 2 бита

на пиксель (22 = 4 уровня тона), б) 3 бита на пиксель (23 = 8 уровней тона), в) 4 бита на пиксель (24 = 16 уровней тона), г) 5 бит на пиксель (25 = 32 уровня тона).
Чем больше битов описывает каждый пиксель, тем более гладкие тоновые переходы можно получить на цифровом изображении, тем больше оно похоже на исходное.
Сколько же уровней тона (яркости) необходимо иметь, чтобы качественно передать все видимые оттенки серого: от абсолютно черного до абсолютно белого? Исследования показывают, что человек не различает границу между двумя участками изображения, если их тон отличается менее чем на 0,5 %. Таким образом, чтобы шкала яркостей выглядела гладкой, без резких тоновых переходов, необходимо наличие не менее 200 участков (уровней тона) от черного до белого (0,5 % = 1/200). Поскольку компьютер работает в двоичной системе счисления, берется ближайшее большее двоичное число 25= 256. То есть, чтобы получить качественное изображение, в котором будут присутствовать все оттенки серого, необходимо выделить для кодирования тона не менее 8 бит (1 байт) на каждый пиксель. Значит, чтобы его хранить, потребуется в 8 раз больше памяти, чем для изображения с двумя уровнями яркости.
Итак, для качественной передачи, хранения и визуализации одного пикселя полутонового изображения потребуется 1 байт.

Формирование цвета в модели изображения


В компьютерной графике используют два принципиально разных подхода к формированию цвета в модели изображения: индексирование и суммирование цветовых составляющих.
При индексировании цвета вместе с изображением хранят специальную таблицу цветов (color table), или цветовую палитру, а каждый пиксель содержит номер (индекс) цвета из этой таблицы. От размера палитры зависит не только объем графического файла, но и качество передачи цвета, а значит – качество изображения. Из-за недостаточного количества цветов на изображении появляются зоны «пропадания» цвета. Качество цветового представления модели при данном способе отличается от исходного изображения.
Способ формирования видимого цвета путем суммирования цветовых составляющих известен со времен Ньютона (XVII в.). Его опыты со стеклянной призмой по разложению солнечного света на спектральные составляющие, а также обратному их суммированию описаны в школьном учебнике по физике. Чтобы запомнить цвета спектра (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый), используется фраза «каждый охотник желает знать, где сидит фазан». В XIX в. Гельмгольц выяснил, что белый цвет (White) также можно получить, сложив три базовых цвета, а именно красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), при максимальной интенсивности их излучения. Отсутствие всех составляющих образует черный цвет (BlacK). Попарное суммирование позволяет получить промежуточные цвета:
R + G = Y – красный и зеленый дают желтый (Yellow);
G + В = С – зеленый и синий дают голубой (Cyan);
В + R = М – синий и красный дают пурпурный (Margenta).
рим3 
Суммирование базовых цветов


Если же управлять интенсивностью каждого из основных компонентов, то можно получить множество оттенков почти всех цветов видимого света. При одинаковых значениях интенсивности мы получим оттенки серого. Чтобы получить гладкую шкалу по каждому из составляющих цветов, как и в случае с кодированием тона, необходимо иметь не менее 200 градаций. Отсюда, для оцифровки интенсивности излучения каждого из основных цветов следует выделить не менее 8 бит (1 байт). Таким образом, каждый пиксель будет закодирован 24 битами (3 байта – по 1 байту на основной цвет: красный, зеленый, синий). Закодированный таким образом цвет пикселя может отображать любой из 16,8 млн. цветовых оттенков (256 х 256 х 256 = 16 777 216) . Такого огромного набора вполне достаточно для высококачественного представления на экране полноценных цветных фотографий. Кстати, триада (RGB) используется и в телевидении, и в кино, и в фотографии.

Цветовые модели


Цветовая модель – это способ формального описания цвета на основе составляющих его компонентов.
Все модели, существующие в графических программах, можно условно классифицировать:

    • Монохромные модели:

    • двухградационные;

    • полутоновые.

    • Цветные модели:

      • индексные (или палитровые);

      • полноцветные (аддитивные, перцепционные и субстрактивные).

Модель RGB является полноцветной (аддитивной) моделью, в которой на каждый пиксель выделяется по 24 бита памяти (по 8 бит на каждый из компонентов), что позволяет закодировать около 17 млн. цветовых оттенков.
Модель используется во всех излучающих устройствах вывода информации (мониторах, телевизорах и др.) и является основной при подготовке и обработке полноценных изображений в Adobe Photoshop. Так как цвет на экране зависит от настройки монитора, одинаковые значения компонентов R, G и  B на разных мониторах будут выглядеть по-разному. Модель RGB является аппаратно зависимой. Кроме того, в этой модели нельзя получить чистый голубой или чистый желтый цвет.
В режиме RGB программа выделяет под каждый базовый цвет отдельный канал. Цветовой канал – это изображение в градациях серого, содержащее распределение яркости для одного из базовых цветов модели. Каналы представляют собой монохромные изображение, в которые можно отдельно корректировать цветовые составляющие.
Модель Lab позволяет описать любой цвет воспринимаемый человеческим глазом. Аппаратно независимая модель позволяет представить изображение одинаковое как на экране, так и на печати. Каждый цвет модели задается тремя компонентами (реализуется тремя каналами):

    • Lightness – характеристика яркости (меняется от 0 до 100);

    • a – цветовая координата, меняющаяся от зеленого до красного цвета (от –120 до +120);

    • b – цветовая координата, меняющаяся от синего до желтого цвета (от –120 до +120).

Эта модель часто используется для коррекции изображений и  преобразования цветных изображений в полутоновые черно-белые изображения.
Модель CMYK является субстактивной и базируется на вторичных цветах: Cyan (голубой), Margenta (пурпурный) и Yellow (желтый). Наложение трех этих цветов в теории должно давать черный цвет (BlacK). Попарное наложение цветов этой модели позволяет получить цвета, близкие к основным цветам модели RGB.
Для получения черного цвета на устройствах вывода информации приходится тратить утроенной количество краски. Поэтому модель CMYK с отдельным выделенным черным компонентом удобна для вывода изображения на печать: различные цветовые оттенки формируются с помощью базовых цветов CMY, а черный цвет и оттенки серого – с помощью черной краски и типографского растрирования.
Модель CMYK является аппаратно зависимой, кроме того, качество цвета, воспроизводимого при печати, зависит от качества бумаги, от освещения (естественное или электрическое).
Проблема пересчета цифровых значений цветов из модели RGB в CMYK заключается в обеспечении максимального соответствия между экранным образом и печатным оттиском.

Параметры растровых изображений


Каждое цифровое растровое изображение характеризуется определенным набором параметров: размер, разрешение, тип цветовой модели, глубина цвета. Чтобы грамотно работать с компьютерной графикой, необходимо знать значения этих параметров.
Размер. Как правило, задается в виде соотношения ширины и высоты в пикселях. Например, 400х600 пикселей. От размера изображения зависит и размер файла, в котором оно хранится на диске. Особенно важен размер для цифровых изображений, помещаемых на веб-страницах (типовой размер страницы 800х600 пикселей), поскольку всегда следует четко представлять, какую часть страницы должно занимать то или иное изображение.
Разрешение. Характеризует плотность информации в изображении на единицу длины по вертикали и горизонтали. Измеряется в пикселях на дюйм (ppi – pixels per inch) или в точках на дюйм (dpi – dots per inch). Разрешение цифрового изображения важно только в том случае, когда известны его реальные размеры в единицах длины, а оцифровка выполняется сканером, имеющим возможность получать информацию с разной плотностью (разрешением). Например, фотография 10х15 см (примерно 4x6 дюймов), отсканированная с разрешением 100 ppi, будет иметь размер 400х600 пикселей, а при сканировании с разрешением 300 ppi – 1200х1800 пикселей (соответственно, в 9 раз изменится и размер файла). Понятие «разрешение» используют также для характеристики качества печати принтеров. Чем выше разрешение принтера (количество печатаемых им точек на дюйм):

Мониторы также имеют определенное разрешение. Современные мониторы могут иметь разрешение 96 и даже 120 ppi.
Тип цветовой модели. Определяет способ описания цвета или тона каждым пикселем. Например, модель RGB описывает любой цвет как композицию трех основных составляющих: красный, зеленый, синий. Этот параметр особенно важен при подготовке изображения для определенных целей (вывод на экран или на принтер).

Глубина цвета. Определяет, сколько битов памяти выделяется на каждый пиксель изображения для хранения

информации о цвете или тоне. Например, для монохромного двухградационного изображения глубина цвета составляет 1 бит/пиксель, для монохромного изображения в градациях серого – 8 бит/пиксель, для индексированного – от 1 до 8 бит/пиксель, для полноцветного – 24 бита/пиксель.

Классификация компьютерной графики


Классификация компьютерной графики возможна по разным критериям. Например, в зависимости от используемой модели цифрового изображения можно выделить следующие разновидности:

    • растровая графика;

    • векторная графика;

    • совмещенная графика.

В каждом из приведенных вариантов компьютерной графики используется соответствующая модель цифрового изображения или их комбинация (совмещенная). Все они рассматривались ранее в этой главе.
В зависимости от размерности модели выделяют два вида:

    • двухмерная графика (2D);

    • трехмерная графика (3D).

С двухмерной графикой мы сталкиваемся постоянно. Все картинки на экране монитора двухмерны, поскольку каждый из элементов изображения описывается двумя координатами на плоскости (х, у). Чтобы иметь возможность рассмотреть объект со всех сторон, необходима его трехмерная модель и возможность перемещаться (или перемещать объект) в пространстве. Такие средства предоставляют программы, работающие с ЗD-графикой.
Трехмерная графика, по сути, является векторной. Изображение хранится в памяти компьютера в виде описаний составляющих его объектов. Чтобы объект был трехмерен, его поверхность предварительно строится, как каркасная конструкция (mesh – сетка, каркас), состоящая из пространственных узловых точек, задаваемых тремя координатами, х, у и z, и ребер, соединяющих эти узлы. Далее поверхности назначается обтягивающий ее материал, описание свойств которого помимо цвета и фактуры включает особенности отражения, рассеивания, преломления и поглощения света.
Объект помещается в трехмерную сцену, которая может включать задний план (чаще всего растровое изображение), источники освещения, параметры атмосферы (например, дымка или туман), расположение камеры и характеристики ее объектива.
Именно через камеру мы и наблюдаем трехмерную сцену. При ее визуализации для каждой точки поверхности объекта рассчитывается: видна ли она из точки наблюдения, в которой расположена камера, или перекрывается другими объектами; как на нее падает свет от всех источников, как он отражается, преломляется, рассеивается, поглощается и какая часть отраженного света попадает в объектив камеры. На основе расчета (этот процесс называется rendering – «по-русски» так и говорят: рендеринг) всех точек, составляющих трехмерную сцену, строится двухмерная растровая картинка, которую в данный момент из данной точки видит наблюдатель. При перемещении объекта или точки наблюдения весь расчет повторяется, строится новая двухмерная растровая картинка, а наблюдатель может видеть трехмерную сцену в новом ракурсе. Соответственно трехмерная графика требовательна к ресурсам компьютера.
Любая графика (и растровая, и векторная, и двухмерная, и трехмерная) может быть статической (не изменяющейся во времени) и динамической (анимация).
Динамическая ЗD-графика особенно широко применяется в кинематографии (персонажи, спецэффекты, антураж, сложные трюки и т.п.) и в компьютерных играх, динамическая 2D-графика – в кино (мультфильмы) и в оформлении веб-страниц. В частности, на большинстве сайтов встречаются два основных вида анимации: растровая (GIF-анимация) и векторная (Flash-анимация).
GIF-анимация получила свое название от формата файла (GIF), способного хранить несколько различных изображений одновременно, а также информацию о параметрах их последовательного показа. С ее помощью делаются динамические рекламные баннеры, смешные движущиеся картинки, «летающие» надписи и т.п. Этот тип анимации используется в веб-дизайне наиболее широко, так как исторически появился раньше, чем Flash-анимация, и поддерживается всеми браузерами. Векторная Flash-анимация пока еще поддерживается не всеми браузерами и менее распространена на просторах Internet. Пожалуй, наиболее известным примером Flash-анимации являются популярные «мультики» про Масяню.

Жизненный цикл цифрового изображения

Любое цифровое изображение за время своего существования проходит три стадии:

    • Ввод или создание (синтез).

    • Хранение и обработка.

    • Визуализация.

Ввод или создание цифрового изображения


Ввод реальных изображений в компьютер, то есть их оцифровка, выполняется различными устройствами. Чаще всего используются сканеры и цифровые фотоаппараты, реже – фреймграбберы (платы захвата телевизионных кадров).
Сканер – устройство для оцифровки изображений, которое последовательно, строка за строкой, просматривает (сканирует) поверхность прозрачного либо непрозрачного объекта, анализируя каждый элемент изображения и преобразуя его в цифровой эквивалент.
В процессе сканирования создается растровая цифровая модель изображения. Для сканирования необходимы два компонента: аппаратный (собственно сканер) и программный, используемый для управления аппаратными средствами, процессом и параметрами сканирования. В настоящее время для ввода плоских прозрачных и непрозрачных объектов наиболее широко используются сканеры следующих типов:

    • ручные;

    • планшетные;

    • рулонные;

    • фильм-сканеры, или слайд-сканеры;

    • барабанные.

Различают оптическое разрешение сканера (по горизонтальной оси) и аппаратное разрешение (по вертикальной оси). Разрешение характеризует плотность информации, которую сканер считывает с поверхности сканируемого материала. Обычно разрешение дается в точках на дюйм и обозначается dpi(dots per inch). Многие производители указывают разные значения разрешающей способности сканеров по горизонтали и вертикали, например 300х600 (300 dpi – по горизонтали, 600 dpi – по вертикали). Следует учесть, что при сканировании с разрешением 600 dpiдрайвер (программа управления) сканера искусственно увеличивает разрешение по горизонтали, математически рассчитывая недостающие точки. При выборе сканера следует учитывать меньшее значение разрешения, которое показывает реальную аппаратную или оптическую разрешающую способность сканера. В большинстве сканеров программное обеспечение позволяет искусственно увеличить максимальное разрешение сканера до 4800 и даже 19 200 dpi.
Цифровые фотоаппараты
За последние годы цифровой фотоаппарат превратился из очень дорогой и редкой игрушки в привычное цифровое устройство, которое даже встраивается в наручные часы и мобильные телефоны. В США в 1999 году количество продаж таких фотоаппаратов превысило продажи традиционных. Несомненно, главные достоинства и преимущества цифровых фотоаппаратов – оперативность и удобство. В отличие от обычного, в цифровом фотоаппарате изображение через объектив проецируется не на фотопленку, а на светочувствительную матрицу датчиков, которой может быть матрица ПЗС (CCD) или гораздо более дешевая и технологичная КМОП (CMOS). Далее, как и в сканере, выработанные пропорционально попавшему свету на каждый элемент сенсора значения электрических зарядов (потенциалов) оцифровываются, и, таким образом, формируется матрица пикселов. Качество картинки во многом определяется характеристиками сенсоров. Наиболее простые и дешевые на сегодняшний день цифровые камеры имеют разрешение 1024х768 пикселов, более совершенные – не менее 1920х1600.  
После создания цифрового изображения его необходимо записать в память. Для этого чаще всего используются графические форматы файлов JPEG или TIFF. Указанные форматы – самые распространенные в компьютерном мире и совместимы с большинством программ.
Объем памяти («цифровой фотопленки») в настоящее время может достигать 4 Гбайт. Для нее используются жесткие диски IBM Microdrive (340 Мбайт, 1 Гбайт и др.) или Flash-карты различного типа (CompactFlash type I и II, SmartMedia, MultiMediaCard, MemoryStick и др.). Чем больше «памяти», тем большее количество кадров можно снять и сохранить без перезаписи изображений из камеры в компьютер. Записанное в память цифровое изображение можно загрузить в компьютер для обработки и хранения или, минуя компьютер, распечатать на принтере, просмотреть на экране телевизора, передать через Интернет на сайт, отослать по электронной почте. Способы подключения цифровых фотоаппаратов самые различные: последовательный порт (СОМ), USB, инфракрасный порт (InRed), высокоскоростной канал IEEE 1394 (FireWire), видеокабель для подключения к телевизору в стандартах PAL или NTSC и некоторые другие.
Современные фреймграбберы, как правило, совмещаются с телевизионным тюнером и позволяют просматривать на экране компьютера, а также записывать видеофрагменты телевизионных программ.

Создание цифровых изображений


Цифровые изображения можно не только вводить в компьютер, но и создавать с его помощью «из чего-то» или «из ничего». Создать изображения можно двумя основными способами:

    • нарисовать с помощью специальных инструментов рисования или скомбинировать из фрагментов различных изображений (коллаж);

    • сгенерировать с использованием специальных программ.

В первом случае применяются программы векторной и растровой иллюстративной графики. Художник располагает широким набором различных инструментов и с их помощью рисует картину на экране монитора.

В качестве устройств ввода для рисования удобнее всего использовать графический планшет, чувствительный к нажатию, скорости ведения и наклону стилуса (рис.). Современные стилусы – беспроводные и, как

правило, не требуют элементов питания.
рис4 

 

Рис. Графический планшет: обычный (слева) и на основе ЖК-индикатора (справа)
Стилусы бывают разных видов и назначения:

    • обычная ручка, чувствительная к нажатию и к наклону;

    • штриховая ручка – разработана специально для художников, ее перо мягче и лучше реагирует на нажатие, чем у обычной ручки;

    • чернильная ручка – ею с помощью чернил можно рисовать по бумаге непосредственно на поверхности планшета;

    • кисть – напоминает традиционную кисть художника (интенсивностью потока краски можно управлять с помощью колесика).

Кроме стилусов планшеты могут комплектоваться специальным манипулятором типа мыши с программируемыми кнопками (до 5 штук), а также электронным указателем, имеющим линзу с перекрестьем для точного позиционирования при оцифровке чертежей.
С помощью специальных программ изображения создаются при минимальном участии человека, поскольку графические образы генерируются программой, чаще всего на основе так называемой фрактальной графики. Типичный пример – программа World Builder («строитель миров»), которая применяется при моделировании реалистичных трехмерных ландшафтов.
Независимо от способа получения цифрового изображения оно хранится в памяти компьютера или на внешнем носителе.

Хранение и обработка цифрового изображения


Все цифровые изображения на электронных носителях. Этот вид информации имеет определенную специфику, поэтому графические файлы отличаются от других видов файлов по своему формату.
Формат файла – способ организации информации на электронных носителях в файле.
Информация в файле должна быть определенным способом организована, чтобы программы обработки могли правильно интерпретировать содержащиеся в файле данные и корректно строить закодированное в нем изображение. Называть форматы принято в соответствии с назначаемым им по умолчанию расширением имени файла (тип файла). Например, файлы формата JPEG имеют расширение .jpg, формата TIFF – расширение .tif.
Как правило, графический файл любого формата имеет две основные части: заголовок и тело. В заголовке файла размещается вся служебная информация, необходимая для правильного «понимания» содержимого тела файла, а тело содержит закодированные пиксели изображения.
Форматы графических файлов можно разбить на две большие группы:

    • универсальные (.bmp, .gif, .tif, .jpg и др.);

    • специализированные (.psd, .3ds, .cdr. и др.).

Форматы первого типа используются для хранения графических данных и обмена ими между различными программами. Они являются общепризнанными стандартами и поддерживаются практически всеми программами для подготовки и обработки изображений.
Форматы второй группы предназначены в основном для хранения изображений. Такие форматы разрабатываются, чтобы максимально учитывать особенности и возможности конкретной программы, и поэтому не могут корректно распознаваться и обрабатываться другими программами.
Графические данные, как правило, занимают большой объем и требуют много места на дисках. В связи с этим в большинстве графических форматов используются различные методы сжатия информации, которые можно подразделить на следующие типы: деструктивные; недеструктивные. Методы первой группы сжимают графические данные за счет потери качества изображения. Вторые сжимают файлы значительно меньше, но не вносят в изображение искажений.
Изображения после ввода чаще всего подвергаются коррекции и/или еще более сложной обработке. Для выполнения этих операций используются специальные программные средства – графические пакеты.

Графические пакеты


Графические пакеты – это прикладные программы, предназначенные для создания и обработки цифровых изображений. В зависимости от назначения графические пакеты (весьма условно) разделяют на несколько групп.
Графические пакеты для создания изображений (интерактивная графика и программная генерация)

    • Двухмерная графика:

      • векторная статическая графика (CorelDRAW, AutoCAD);

      • векторная динамическая графика (анимация) (AutodeskAnimatorPro);

      • растровая статическая графика (Paint, Canvas, World Builder, Adobe Photoshop);

      • растровая динамическая графика (Giffy the Animation, Adobe ImageReady);

      • совмещенная графика (Corel Xara, Adobe Photoshop).

    • Трехмерная графика (векторные и совмещенные пакеты):

      • для моделирования (CharacterStudio);

      • для рендеринга (RayDream 3D);

      • для анимации (SoftImage 3D);

      • универсальные пакеты (3DStudio, 3DStudioMAX).

Графические пакеты для обработки изображений (растровые, двухмерная графика)

    • Специализированные пакеты (ориентированы на конкретный тип изображений и аппаратуру).

    • Универсальные пакеты (работают на типовых аппаратных средствах ПК - AdobePhotoshop, PhotoStyler).

Комбинированные графические пакеты для создания и обработки изображений (растровая графика, статика и динамика): AdobePhotoshop, AdobeImageReady.
Графические пакеты для просмотра и преобразования форматов графических файлов: Sea, Display и др.

Графические пакеты для морфинга (постепенное преобразование одного образа в другой): Adobe Моrphing, GRMorph и др.

Графические пакеты для преобразования моделей  цифровых изображений

    • Трассировщики (преобразование растровых изображений в векторные) – CorelTrace, AdobeStream-Line.

    • Растризаторы (преобразование векторных изображений в растровые) – программы рендеринга, функции в CorelDRAW и в AdobeIllustrator.

Графические пакеты для оптимизации веб-графики
Универсальные пакеты – Adobe ImageReady, Adobe Photoshop.
Специализированные пакеты:
оптимизаторы цветовых палитр – HVSColor;
GIF-аниматоры – Animagic GIF, GIF Construction Set, MS GIF Animator;
редакторы навигационных карт – CrossEye, MapThis;
пакеты для фильтрации-сглаживания – SmoothScaling.
Из приведенного списка можно выделить наиболее мощные и наиболее широко применяемые пакеты. Для растровой графики безусловным лидером является Adobe Photoshop, для иллюстративной векторной графики пальму первенства делят: в области профессиональной полиграфии Adobe Illustrator, в остальных случаях в России чаще всего применяют Corel DRAW.

Визуализация цифрового изображения


Хранение и обработка цифровых изображений не являются самоцелью. В любом случае цифровое изображение должно быть каким-то образом воспроизведено. Этим и занимается подсистема визуализации.
Визуализация – преобразование хранящихся в памяти компьютера цифровых изображений в зрительные образы.
За визуализацию отвечают программная и аппаратная части. Первая реализуется с помощью графических пакетов соответствующего назначения (см. выше). Основная задача – декодирование данных цифрового изображения и запись в соответствующие ячейки видеопамяти кодов яркости каналов RGB для отображения или формирование растровых точек соответствующих цветов при печати.
Аппаратная часть реализуется с помощью специальных устройств вывода, к которым относятся мониторы, видеопроекторы, проекционные панели, принтеры и плоттеры.

Вопросы для самоконтроля

    • Что такое цифровое изображение?

    • Дайте определение термину «модель».

    • Назовите основные виды моделей цифрового изображения.

    • Что представляет из себя векторная модель изображения?

    • Назовите достоинства и недостатки векторной модели изображения.

    • Что представляет из себя растровая модель изображения?

    • Назовите достоинства и недостатки растровой модели изображения.

    • Что такое пиксель?

    • Оцифровка изображения – что это?

    • В чем заключается суть процесса кодирования тона?

    • Какое количество бит(байтов) на один пиксель необходимо выделить для качественного отображения тона?

    • Каким образом происходит формирование цвета в цифровом изображении?

    • Чем отличается цветовая модель RGB от цветовой модели CMYK?

    • Назовите основные параметры растрового изображения.

    • Что такое разрешение, в чем оно измеряется?

    • Как можно классифицировать компьютерную графику?

    • Назовите стадии жизненного цикла цифрового изображения.

    • Назовите устройства ввода и создания цифровых изображений.

    • Назовите форматы графических файлов.

    • Какое программное обеспечение используется для создания и обработки графических изображений и как оно классифицируется?
написать администратору сайта