Курсовая работа

     СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

 

     по курсу «Информатика» 
 
 
 
 

     Графическая информация

 

     Под термином графика обычно понимается визуальное (то есть воспринимаемое зрением) представление каких-либо реальных или воображаемых объектов. Графика рассматривается как язык визуальной культуры и грамотности человека, как язык проектирования (дизайна), как язык техники и технологии, как самое простое и естественное для человека средство осмысления и познания окружающего его мира и как язык профессионального (технического и художественно-технического) и непрофессионального общения между людьми. Она является средством развития творческих способностей учащегося, его пространственных представлений, воображения и мышления, глазомера, зрительной памяти, смекалки и догадки, средством развития политехнического и образного мышления, эстетического вкуса и проектного мышления, средством выражения его идей и замыслов.

     Информация, описываемая графическими объектами, соответственно называется графической. Она может быть представлена, картиной, рисунком, мозаикой, чертежом, буквами в книге, изображением на экране телевизора и др. Для представления графической информации в виде всякого графического изображения, существует свой определенный способ создания: картину можно нарисовать кистью отдельными мазками, контур рисунка очертить фломастером и закрасить его акварелью, а чертеж выполнить линиями, проведенными карандашом. В последние десятилетия самым популярным и распространенным способом представления графической информации становится цифровой метод, где графические данные хранятся неопределенное время в виде файлов на цифровых носителях, а визуализация наступает, когда данные файлов поступают на устройства вывода: монитор принтер, плоттер и др.

     Такие методы, средства создания, обработки и визуализации графической и информации с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов изучает специальная область информатики - компьютерная графика.

     Компьютерная графика охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки.

     В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую и векторную. Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

     Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие. На стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.

     Представление графических данных

     Растровая графика

 

     Растровая графика оперирует с изображениями в виде растров. Неформально можно сказать, что растр - это описание изображения на плоскости путем разбиения всей плоскости или ее части на одинаковые квадраты и присвоение каждому квадрату своего атрибута. Иногда понятие растра определяют более широко: как разбиение плоскости (или ее участка) на равные элементы (т.е. "замощение"). Такие элементы растра называются пикселями (pixel - picture element). Каждому пикселю может быть задан определенный атрибут, это, как правило, цвет или яркость. В растровой графике пиксели выстраиваются в виде прямоугольной матрицы (bitmap), где из них, как из крохотных точек собрано мозаичное изображение. Благодаря маленькому размеру и большой концентрации таких пикселей-точек, отдельные точки становятся невидны (или малозаметны), и создаётся впечатление однородной картины.

     Растровый способ представления изображений прекрасно подходит для хранения фотографий и видеофрагментов и позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности.

     Векторная графика

 

     Другой способ представления графической информации в компьютере векторная графика (или геометрическое моделирование). Элементарными объектами векторной графики являются простые геометрические фигуры, такие как линия, окружность, которые хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и числовых параметров. Из простейших фигур складываются более сложные. Каждая фигура обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием. Охватываемое фигурами пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты), цветом или особым способом (например, заштрихована).

     Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет -- трассировка растра обычно не обеспечивает высокого качества векторного рисунка.

     Векторная графика используется для создания иллюстраций и рисунков в издательском деле, карт в компьютерной топографии (геоинформационных системах). СAD-системы (системы автоматизированного проектирования) используют векторный подход для рисования чертежей.

     При помощи векторной графики можно задать не только двумерные, но и трёхмерные фигуры. Все современные редакторы трёхмерной графики являются векторными, и лишь при создании итогового изображения или видеоролика происходит преобразование в растровую графику.

     Векторное изображение проще анимировать, поэтому, сегодня векторная графика используется для создания анимации и компьютерных игр. Например, программа Macromedia Flash, предназначенная для создания анимации на веб-страницах, основана на векторном представлении графики, хотя и поддерживает использование растровых изображений.

     Необходимо отметить, что в процессе визуализации векторная графика всегда преобразовывается в растровую форму.

     Достоинства и недостатки растровой и векторной графики

     Каждый из видов графики имеет свои достоинства и недостатки, следует отметить определенную "зеркальность" их достоинств и недостатков.

     Среди достоинств растровой графики можно рассматривать два принципиальных и одно относительное:

     аппаратная реализуемость;

     программная независимость;

     фотореалистичность изображений.

     Следуют обратить особое внимание на недостатки растровой графики:

     значительный объем файлов;

     трансформирования с потерей качества (пикселизация, зернистость);

     аппаратная зависимость -- причина многих погрешностей;

     отсутствие объектов.

     Достоинства и недостатки растровой графики являются зеркальным отражением достоинств и недостатков векторной графики.

     Достоинства:

     минимальный объем файла,

     полная свобода трансформаций;

     аппаратная независимость;

     объектно-ориентированный характер.

     Два принципиальных и один условный недостаток векторной графики:

     отсутствие аппаратной реализуемости;

     программная зависимость;

     жесткость изображений.

     Представление цвета

     Системы цвета

 

     Некоторые предметы видимы потому, что излучают свет, а другие - потому, что его отражают. Когда предметы излучают свет, они приобретают в нашем восприятии тот цвет, который видит глаз человека. Когда предметы отражают свет, то их цвет определяется цветом падающего на них света и цветом, который эти объекты отражают. Излучаемый свет выходит из активного источника, например, экрана монитора. Отраженный свет отражается на поверхности объекта, например, листа бумаги. Поэтому существуют два метода описания цвета: система аддитивных и субтрактивных цветов.

     Аддитивный цвет (от англ. add -- добавлять, складывать) получается при соединении лучей света разных цветов. В этой системе отсутствие всех цветов представляет собой черный цвет, а присутствие всех цветов -- белый. Система аддитивных цветов (RGB) работает с излучаемым светом, например, от монитора компьютера. В этой системе используются три основных цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). Если их смешать друг с другом в равной пропорции, они образуют белый цвет, а при смешивании в разных пропорциях -- любой другой.

     В системе субтрактивных цветов (от англ. subtract -- вычитать) происходит обратный процесс: вы получаете какой-либо цвет, вычитая другие цвета из общего луча отраженного света. В этой системе белый цвет появляется в результате отсутствия всех цветов, тогда как их присутствие дает черный цвет. Система субтрактивных цветов работает с отраженным светом, например, от листа бумаги. Белая бумага отражает все цвета, окрашенная -- некоторые поглощает, а остальные отражает. В системе субтрактивных цветов основными являются голубой, пурпурный и желтый цвета (CMY) -- противоположные красному, зеленому и синему. Когда эти цвета смешиваются на белой бумаге в равной пропорции, получается черный цвет. То есть, предполагается, что должен получиться черный цвет. В действительности типографские краски поглощают свет не полностью, поэтому комбинация трех основных цветов выглядит темно-коричневой. Чтобы исправить возникающую неточность, для представления тонов истинно черного принтеры добавляют немного черной краски. Систему цветов, основанную на таком процессе четырехцветной печати, принято обозначать аббревиатурой CMYK.

     Цветовая модель RGB

 

     Монитор компьютера создает цвет непосредственно излучением света и использует, таким образом, систему цветов RGB. Поверхность монитора представляет растр из мельчайших точек красного, зеленого и синего цветов, форма точек варьируется в зависимости от типа электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Пушка ЭЛТ подает сигнал различной мощности на экранные пиксели. Каждая точка имеет один из трех цветов, при попадании на нее луча из пушки, она окрашивается в определенный оттенок своего цвета, в зависимости от силы сигнала. Поскольку точки маленькие, уже с небольшого расстояния они визуально смешиваются друг с другом и перестают быть различимы. Комбинируя различные значения основных цветов, можно создать любой оттенок более чем из 16 миллионов доступных в RGB.

     Лампа сканера светит на поверхность захватываемого изображения (или сквозь слайд); отраженный или прошедший через слайд свет, с помощью системы зеркал, попадает на чувствительные датчики, которые передают данные в компьютер так же в системе RGB.

     Система RGB адекватна цветовому восприятию человеческого глаза, рецепторы которого тоже настроены на красный, зеленый и синий цвета.

     Цветовая модель CMYK

 

     Система цветов CMYK была широко известна задолго до того, как компьютеры стали использоваться для создания графических изображений. Триада основных печатных цветов: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow) является, по сути, наследником трех основных цветов живописи (синего, красного и желтого). Изменение оттенка первых двух связано с отличным от художественных химическим составом печатных красок, но принцип смешения тот же самый. И художественные, и печатные краски, несмотря на провозглашаемую самодостаточность, не могут дать очень многих оттенков. Поэтому художники используют дополнительные краски на основе чистых пигментов, а печатники добавляют, как минимум, черную краску.

     Система CMYK создана и используется для печати. Все файлы, предназначенные для вывода в типографии, должны быть конвертированы в CMYK. Этот процесс называется цветоделением.

     Цветовая модель HSB

 

     Системы цветов RGB и CMYK базируются на ограничениях, накладываемых аппаратным обеспечением (мониторами и сканерами в случае с RGB и типографскими красками в случае с CMYK). Более интуитивным способом описания цвета является представление его в виде тона, насыщенности и яркости -- система HSB (Hue Saturation Brightness - тон, насыщенность, яркость). Она же известна как системы HSL (Hue Saturation Lightness - тон, насыщенность, освещенность) и HSV (Hue Saturation Value - тон, насыщенность, яркость).