Компьютерная графика

В презентации рассматриваются следующие темы:

• Виды графики
• Форматы файлов
• Цветовые модели
• Основные области применения компьютерной графики

После изучения информации представленной в презентации студентам предлагается пройти тест.

Презентация оснащена кнопками перехода, алфавитным указателем.

Содержание оформлено гиперссылками, что позволяет быстро переходить к интересующему вопросу.

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Обучающая презентация на тему "Методы компьютерной графики"

ГОУ СПО «Кузнецкий индустриальный техникум»

преподаватель информатики Висковатова Ю.В.

Содержание

• Компьютерная графика
• Основные области применения компьютерной графики
• Виды компьютерной графики
• Растровая графика
• Векторная графика
• Сравнение растровой и векторной графики
• Фрактальная графика
• Форматы графических данных
• Форматы файлов растровых изображений
• Форматы файлов векторных изображений
• Цветовые модели
• Модель RGB
• Модель CMYK
• Модель HSB
• Тест
• Алфавитный указатель
• Список литературы

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Работа с компьютерной графикой - одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры.

Область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации.

Основные области применения компьютерной графики

Научная графика Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Конструкторская графика  используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения.

Иллюстративная графика  - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика  - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок". Получение рисунков трехмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объемом вычислений. Передача освещенности объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчетов, учитывающих законы оптики.

Компьютерная анимация - это получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения.

Виды компьютерной графики

растровая графика

векторная графика

фрактальная графика.

Различают три вида компьютерной графики. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровая графика

В растровой графике изображение представляется в виде набора окрашенных точек. Такой метод представления изображения называют растровым. Растровые изображения напоминают лист клетчатой бумаги, на котором любая клетка закрашена либо черным, либо белым цветом, образуя в совокупности рисунок.

Пиксел - основной элемент растровых изображений. Именно из таких элементов состоит растровое изображение.

Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художниками, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Растровые рисунки могут быть легко напечатаны на принтерах.

В цифровом мире компьютерных изображений термином пиксель обозначают несколько разных понятий. Это может быть отдельная точка экрана компьютера, отдельная точка напечатанная на лазерном принтере или отдельный элемент растрового изображения. Эти понятия не одно и тоже, поэтому чтобы избежать путаницы следует называть их следующим образом: видео пиксель при ссылке на изображение экрана компьютера; точка при ссылке на отдельную точку, создаваемую лазерным принтером.

Существует коэффициент прямоугольности изображения , который введен специально для изображения количества пикселей матрицы рисунка по горизонтали и по вертикали.

Возвращаясь к аналогии с листом бумаги можно заметить, что любой растровый рисунок имеет определенное количество пикселей в горизонтальных и вертикальных рядах. Существуют следующие коэффициенты прямоугольности для экранов: 320х200, 320х240, 600х400, 640х480, 800х600 и др. Этот коэффициент часто называют размером изображения. Произведение этих двух чисел дает общее количество пикселей изображения.

Существует также такое понятие как коэффициент прямоугольности пикселей . В отличие от коэффициента прямоугольности изображения он относится к реальным размерам видео пиксель и является отношением реальной ширины к реальной высоте. Данный коэффициент зависит от размера дисплея и текущего разрешения, и поэтому на разных компьютерных системах принимает различные значения. Цвет любого пикселя растрового изображения запоминается в компьютере с помощью комбинации битов. Чем больше битов для этого используется, тем больше оттенков цветов можно получить. Число битов, используемых компьютером для любого пикселя, называется битовой глубиной пикселя.

Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселей имеющих только два возможных цвета черный и белый, и поэтому изображения, состоящие из пикселей этого вида, называются однобитовыми изображениями.

Растровые изображения обладают множеством характеристик, которые должны быть организованы и фиксированы компьютером. Размеры изображения и расположение пикселей в нем это две основных характеристики, которые файл растровых изображений должен сохранить, чтобы создать картинку. Даже если испорчена информация о цвете любого пиксель и любых других характеристиках компьютер все равно сможет воссоздать версию рисунка, если будет знать, как расположены все его пиксели.

Пиксель сам по себе не обладает никаким размером, он всего лишь область памяти компьютера, хранящая информацию о цвете, поэтому коэффициент прямоугольности изображения не соответствует никакой реальной размерности. Зная только коэффициент прямоугольности изображения с некоторой разрешающей способностью можно определить настоящие размеры рисунка.

Векторная графика

В отличие от растровой графики в векторной графике изображение строится с помощью математических описаний объектов, окружностей и линий.

Ключевым моментом векторной графики является то, что она использует комбинацию компьютерных команд и математических формул для объекта. Это позволяет компьютерным устройствам вычислять и помещать в нужном месте реальные точки при рисовании этих объектов.

Векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой или чертежной графикой. Простые объекты, такие как окружности, линии, сферы, кубы и тому подобное называется примитивами, и используются при создании более сложных объектов.

В векторной графике объекты создаются путем комбинации различных объектов. Для создания объектов примитивов используются простые описания. Прямая линия, дуги, окружности, эллипсы и области однотонного или изменяющегося света - это двухмерные рисунки, используемые для создания детализированных изображений.

В трехмерной компьютерной графике для создания сложных рисунков могут использоваться такие элементы как сферы, кубы.

Программы векторной графики способны создавать растровые изображения в качестве одного из типов объектов. Это возможно потому, что растровый рисунок просто набор инструкций для компьютера, и так как инструкции эти очень просты, то векторная графика способна воспринимать растровые изображения наравне с остальными объектами, хотя можно поместить растровые изображения в виде объекта векторном формате, но не удается отредактирофвать и изменить в нем отдельные пиксели.

Сравнение растровой и векторной графики

Критерий сравнения

Растровая графика

Способ представления изображения

Векторная графика

Растровое изображение строится из множества пикселей.

Представление объектов реального мира

Качество редактирования изображения

Растровые рисунки эффективно используются для представления реальных образов.

Векторное изображение описывается в виде последовательности команд.

Векторная графика не позволяет получать изображения фотографического качества.

Особенности печати изображения

При масштабировании и вращении растровых картинок возникают искажения.

Векторные изображения могут быть легко преобразованы без потери качества.

Растровые рисунки могут быть легко напечатаны на принтерах.

Векторные рисунки иногда не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы.

Фрактальная графика

Среди всех картинок, которые может создавать компьютер, лишь немногие могут поспорить с фрактальными изображениями, когда идет речь о подлинной красоте. У большинства из нас слово "фрактал" вызывает в памяти цветные завитушки, формирующие сложный, тонкий и составной узор. Но на самом деле этот термин имеет гораздо более широкий смысл.

Фрактал - объект, обладающий бесконечной сложностью, позволяющий рассмотреть столько же своих деталей вблизи, как и издалека.

Понятия фрактал, фрактальная геометрия и фрактальная графика, появившиеся в конце 70-х, сегодня прочно вошли в обиход математиков и компьютерных художников. Слово фрактал образовано от латинского fractus и в переводе означает «состоящий из фрагментов». Оно было предложено математиком Бенуа Мандельбротом в 1975 году для обозначения нерегулярных, но самоподобных структур, которыми он занимался.

Фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому. Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга. Перефразируя это определение, можно сказать, что в простейшем случае небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.

В центре фрактальной фигуры находится её простейший элемент - равносторонний треугольник, который получил название «фрактальный». Затем, на среднем отрезке сторон строятся равносторонние треугольники со стороной, равной (1/3a) от стороны исходного фрактального треугольника. В свою очередь, на средних отрезках сторон полученных треугольников, являющихся объектами-наследниками первого поколения, выстраиваются треугольники-наследники второго поколения со стороной (1/9а) от стороны исходного треугольника.

Мелкие элементы фрактального объекта повторяют свойства всего объекта. Полученный объект носит название «фрактальной фигуры». Процесс наследования можно продолжать до бесконечности. Таким образом, можно описать и такой графический элемент, как прямую. Изменяя и комбинирую окраску фрактальных фигур можно моделировать образы живой и неживой природы (например, ветви дерева или снежинки), а также, составлять из полученных фигур «фрактальную композицию». Фрактальная графика, также как векторная и трёхмерная, является вычисляемой. Её главное отличие в том, что изображение строится по уравнению или системе уравнений. Поэтому в памяти компьютера для выполнения всех вычислений, ничего кроме формулы хранить не требуется.

Следует обратить внимание на то, что фрактальная компьютерная графика, как вид компьютерной графики двадцать первого века получила широкое распространение не так давно. Её возможности трудно переоценить. Фрактальная компьютерная графика позволяет создавать абстрактные композиции, где можно реализовать такие композиционные приёмы как, горизонтали и вертикали, диагональные направления, симметрию и асимметрию и др.

Наиболее известный фрактал, множество Мандельброта - фрактал с временным порогом. Для каждой точки на экране компьютер считает координаты серии точек, определяющих мнимый путь, называемый орбитой. Точки, чьи орбиты никогда не выходят за пределы мнимого цилиндра, расположенного в начале координат комплексной плоскости, считаются элементами множества Мандельброта и обычно закрашиваются черным. Точки, чьи орбиты выходят за пределы цилиндра, раскрашиваются в соответствии с быстротой "убегания": пиксель, чья орбита покидает цилиндр, например, на шестой итерации, можно раскрасить голубым, a тот - орбите которого требуется для этого семь итераций - красным.

В результате на изображении получим множество Мандельброта и его окружение с "нестабильными" областями фрактала - областями, для которых малые изменения формулы ведут к большой разнице в орбитальном поведении. Это характеризуется густотой закраски рисунка.

Меняя формулу для подсчета орбит, получим другие, такие же экзотические фракталы с временным порогом.

С чем можно сравнить фрактальное изображение?

• Например, со сложной структурой кристалла, со снежинкой, элементы которой выстраивается в одну сложную структуру. Это свойство фрактального объекта может быть удачно использовано при составлении декоративной композиции или для создания орнамент.
• Земля - классический пример фрактального объекта. Из космоса она выглядит как шаp. Если приближаться к ней, мы обнаружим океаны, континенты, побережья и цепи гор. Будем рассматривать горы ближе - станут видны еще более мелкие детали: кусочек земли на поверхности горы в своем масштабе столь же сложный и неровный, как сама гора. И даже еще более сильное увеличение покажет крошечные частички грунта, каждая из которых сама является фрактальным объектом.

Форматы графических данных

В компьютерной графике применяют, по меньшей мере, три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом «де-факто» и применяется в подавляющем большинстве программ.

Форматы файлов растровых изображений

TIFF (Tagged Image File Format). Формат предназначен для хранения растровых изображений высокого качества (расширение имени файла .TIF). Предусматривает широкий диапазон цвето­вого охвата — от монохромного черно-белого до 32-разрядной модели цветоделе­ния CMYK.

PSD (PhotoShop Document). Собственный формат программы Adobe Photoshop, один из наиболее мощных по возможностям хране­ния растровой графической информации. Позволяет запоминать параметры слоев, каналов, степени прозрачности, множества масок. Поддерживаются 48-разрядное кодирование цвета, цветоделение и различные цветовые модели. Основной недо­статок выражен в том, что отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации приводит к большому объему файлов.

Windows Bitmap . Формат хранения растровых изображений в операционной сис­теме Windows (расширение имени файла . BMP ). Соответственно, поддерживается всеми приложениями, работающими в этой среде.

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Формат предназначен для хранения растровых изображений (расширение имени файла JPG). Позволяет регулировать соотношение между степенью сжатия файла и качеством изображения.

GIF (Graphics Interchange Format). Стандартизирован в 1987 году как средство хранения сжатых изображений с фиксированным (256) количеством цветов (расши­рение имени файла .GIF). Получил популярность в Интернете благодаря высокой степени сжатия.

PNG (Portable Network Graphics). Сравнительно новый (1995 год) формат хра­нения изображений для их публикации в Интернете. Поддерживаются три типа изображений — цветные с глубиной 8 или 24 бита и черно-белое с градацией 256 оттенков серого. Сжатие информации происходит практически без потерь.

PDF ( Portable Document Format). Формат описания документов, разработанный фирмой Adobe. Хотя этот формат в основном пред­назначен для хранения документа целиком, его возможности позво­ляют обеспечить эффективное представление изображений. PDF-файл является комбинацией текста с растровой и векторной графикой, реже — текста с формами, JavaScript'ом, 3D-графикой и другими типами элементов.

Форматы файлов векторных изображений

ai Векторный формат файлов, создаваемых программой Adobe Illustrator. У Adobe Illustrator большое число версий - Adobe Illustrator 3, Adobe Illustrator 4, Adobe Illustrator 5 и т.д. Формат ai каждой новой версии несовместим с более старыми версиями, что означает, например, файл, сохраненный в версии Adobe Illustrator 9 может быть открыт в более новой версии программы (Adobe Illustrator 10, CS, CS2 и т.д.), но не может быть открыт в более старой версии программы (Adobe Illustrator 8, 7, 6 и т.д.), хотя с версии Adobe Illustrator 10 поддерживается возможность импорта файлов более новых версий

cdr Векторный формат файлов, создаваемых программой CorelDraw. Формат обеспечивает очень высокое качество рисунков, но по ряду параметров плохо совместим с другими программами (например, различные эффекты CorelDraw и градиентная заливка могут не передаваться в другие форматы).

cmx Corel Presentation Exchange - формат графических программ корпорации Corel, предназначенный для передачи рисунков между разными программами. Формат поддерживается, начиная с версии CorelDraw 6.

eps Относительно универсальный векторный формат файлов, поддерживаемый большинством векторных редакторов - CorelDraw, Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand и различными узкоспециализированными программами (для плоттерной резки, гравировки, выжигания на дереве и т.д.). Формат имеет много версий и, к сожалению, каждая программа поддерживает его только до опеределенной версии (например, CorelDraw поддерживает только версии до EPS 7). Формат обеспечивает очень высокое качество рисунков.

fla, fh Исходные Flash-файлы, создаются в Adobe Flash (бывш. Macromedia Flash).

Цветовые модели

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:

Модель RGB .

• Наиболее проста для понимания и очевидна  модель RGB . Она применяется всюду, где цветное изображение рассматривается в проходящем свете («на просвет»): бытовых телевизорах, мониторах, слайд-проекторах.
• Любой цвет считается состоящим из трех основных компонентов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Можно провести опыт с цветными стеклами. 
• Опыт: лучи цветных прожекторов, светящие в одно и то же место. Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов, поэтому модель RGB называют аддитивной (суммирующей) моделью. Считается также, что при наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета увеличивается. Совмещение трех компонентов дает нейтральный цвет (серый), который при большой яркости стремится к белому цвету.

Цветовая модель CMYK

•   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 свет. 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:
• ГОЛУБОЙ = БЕЛЫЙ – КРАСНЫЙ = ЗЕЛЕНЫЙ + СИНИЙ ПУРПУРНЫЙ = БЕЛЫЙ – ЗЕЛЕНЫЙ = КРАСНЫЙ + СИНИЙ ЖЕЛТЫЙ – БЕЛЫЙ – СИНИЙ = КРАСНЫЙ + ЗЕЛЕНЫЙ

Цветовая модель HSB

• Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприя­тия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру окружности — чистым спектральным цветам. Направление вектора задается в гра­дусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет насыщенность цвета. На отдельной оси, называемой ахроматической, задается яркость, при этом нулевая точка соответствует черному цвету. Цветовой охват модели HSB перекры­вает все известные значения реальных цветов.
• Модель HSB принято использовать при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Существуют специ­альные программы, имитирующие кисти, перья, карандаши.

Тест

• Пройдите тест для контроля усвоенных знаний.
• В каждом вопросе выберите один правильный ответ.
• Если вы правильно ответили, то появится следующий вопрос.

Желаю удачи!

В каком виде компьютерной графики используется последовательность команд?

• Векторной
• Растровой
• Фрактальной

В какой графике самое лучшее качество изображения

Векторной

Фрактальной

Растровой

Основной элемент растровых изображений

• Байт
• Графический прмитив
• Точка
• Пиксел

коэффициент прямоугольности изображения - это

• количество пикселей матрицы рисунка по горизонтали и по вертикали.
• реальный размер видео пиксель
• отношение количества пикселей рисунка к размеру пикселя

Отличие фрактальной графики в том, что изображение строится по

• пикселям
• графическим примитивам
• уравнению или системе уравнений
• линиям

В цветовой модели HSB цвет описывается

• оттенком , насыщенностью и яркостью
• оттенками красного, зеленого и синего
• оттенками серого, белого, черного

Формат файла векторного изображения

• GIF
• DOC
• RIS
• Wmf

Формат файла растрового изображения

• Wmf
• GIF
• DOC
• RIS

Чертежной графикой называют

• Векторную графику
• Растровую графику
• Фрактальную графику

В каком виде компьютерной графики используется множество разноцветных точек?

• Векторной
• Растровой
• Фрактальной

Тест пройден!

Алфавитный указатель

• Векторная графика
• Деловая графика
• Иллюстративная графика
• Компьютерная анимация
• Компьютерная графика
• Конструкторская графика
• Коэффициент прямоугольности изображения
• Коэффициент прямоугольности пикселей
• Множество Мандельброта
• Научная графика
• Художественная и рекламная графика
• Примитивы
• Растровая графика
• Форматы файлов векторных изображений
• Форматы файлов растровых изображений
• Фрактал
• Фрактальная графика
• Цветовая модель
• Цветовая модель RGB
• Цветовая модель CMYK
• Цветовая модель HSB

Список литературы

• Андреев О.Ю., Музыченко В.Л. Самоучитель компьютерной графики. Учебное пособие. - М.: Триумф, 2007. - 432 с
• Божко А., Жук Д.М., Маничев В.Б. Компьютерная графика. Гриф УМО ВУЗов России. - М.: Издательство «МГТУ им. Баумана», 2007. - 392 с.
• Вишневская Л. Компьютерная графика для школьников. - М.: Новое знание, 2007. - 160 с.
• Джеф Проузис. Как работает компьютерная графика. - СПб.: Питер, 2008. - 654 с.
• Жвалевский А., Гурская И, Гурский Ю. Компьютерная графика: Photoshop CS3, CorelDRAW X3, Illustrator CS3. Трюки и эффекты. - СПб.: Питер, 2008. - 992 с.
• Летин А., Пашковский И., Летина О. Компьютерная графика. Гриф МО РФ. - М.: Форум, 2007. - 256 с.
• Сергеев А., Кущенко С. Основы компьютерной графики. Adobe Photoshop и CorelDRAW - два в одном. Самоучитель. - М.: Диалектика, 2007. - 544 с.

Конец!

Не правильно!