Компьютерная графика

Я выбрала тему «Компьютерная графика». На мой взгляд, это очень интересная и увлекательная тема для изучения. Я с огромным удовольствием читала литературу по данному вопросу, и тем самым открывала для себя много нового и полезного.

Компьютер в наши дни занял такое же место, как телефон, автомобиль и телевизор. Пожалуй, ни одно другое технологическое изобретение до него не проявляло себя так бурно, не развивалось так стремительно и не пронизывало так многогранно все сферы нашей жизни. Компьютеры уже стали незаменимы в делопроизводстве, в бизнесе, в военном деле, в науке, технике и в сотнях других видах профессиональной деятельности. Они стремительно прививаются в сферах искусства, политики и спорта.

Моя познавательная деятельность направлена на изучение компьютерной графики. Это предмет моего исследования. Цель работы – выявить значимость, как можно глубже изучить и обобщить знания по теме «Компьютерная графика».

Я хочу исследовать эту тему как можно глубже, со всех сторон, узнать, что такое компьютерная графика, какие у нее есть виды, чем они отличаются друг от друга, достоинства и недостатки каждого вида графики. Также посмотреть, как и где применяется графика. Изучить различные цветовые схемы, форматы файлов, разрешение. Всё это мне и хотелось бы отразить в моей исследовательской работе.

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом «де-факто» для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных систем.

Специальную область информатики, занимающуюся методами и средствами создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, называют компьютерной графикой. Она 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). Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования, моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки.

На специализацию в некоторых областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие. На стыке компьютерных, телевизионных и кино- технологий образовалась область компьютерной графики и анимации.

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

Заметное место в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных (Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.

Деловая графика

Деловая графика становится все более необходимой. Информация, поданная в привычной для человека графической форме, позволяет быстро принимать качественные решения в самых разных областях деятельности. Компьютерная графика вовсю используется и тогда, когда различные фирмы представляют свою продукцию и рассказывают о своей работе на презентациях. Таким образом, работа с графикой на компьютере все больше становится неотъемлемой частью компьютерной грамотности любого человека, и во многих объявлениях о приеме на работу, содержащих требование уметь работать на персональном компьютере, подразумевается умение работать не только с текстовыми документами, но и с компьютерной графикой. Правда для создания текста в распоряжении имеется клавиатура с набором разных символов. Что же касается графики, тут, как правило, нечего предложить, кроме мыши. Чтобы одинокая мышка могла успешно справляться с компьютерной обработкой графической информации, создано много специальных программ для работы с графическими изображениями на компьютере. Они делятся на несколько групп:

1. Графические редакторы. Незаменимы, когда требуется нарисовать или подправить рисунок.

2. Программы корректировки и преобразования фотографий. Можно добавить фотографии яркость или контрастность, отретушировать ее, создать те или иные эффекты.

3. Программы создания графиков и диаграмм по имеющимся числовым данным.

4. Программы, с помощью которых текст и иллюстрации объединяются в книгу, журнал, брошюру, газету.

5. Программы создания слайд-фильмов и мультфильмов.

6. Программы презентационной графики.

Для того чтобы картинка могла храниться и обрабатываться в компьютере, ее надо превратить в сигналы. Такое превращение называют оцифровкой. Для оцифровки графической информации служат специальные цифровые фотокамеры или сканеры.

Цифровые камеры работают, как обычный фотоаппарат, только изображение не попадает на фотопленку, а «запоминается» в электронной памяти такого фотоаппарата. Потом можно этот фотоаппарат подключить к компьютеру и по проводу передать сигналы, которыми зашифровано изображение. Если картинка сделана на бумаге, то для того, чтобы превратить ее в сигналы, используют сканеры. Картинку кладут в сканер. Он просматривает каждую точку этой картинки и передает в компьютер числа (байты), которыми зашифрован цвет каждой точки.

Изображение на экране монитора состоит из небольших точек – пикселей. Компьютеры работают в двух режимах: графическом (каждым пикселем управляют отдельно) и символьном (используется в компьютерах ранних моделей, управляют группами пикселей, образующих экранные символы). Графические пакеты применяют во многих областях: для создания иллюстраций, компьютерных игр, мультфильмов и спецэффектов. Деловую графику (диаграммы) применяют для наглядного представления информации.

Иногда для работы с компьютерной графикой требуется специальное оборудование. Видеокарта – карта расширения, улучшающая качество графики компьютера. Для ускорения работы видеокарты ее оснащают собственными микросхемами памяти (видеопамять). Для работы с видеографикой (движущимися изображениями) хорошего качества требуется видеокарта с большим объемом памяти и высокой производительностью.

Для ввода графики в компьютер используется графический планшет. На нем рисуют специальным пером. Некоторые перья позволяют проводить линии переменной толщины, имитируя нажим пера на бумагу. Особую точность ввода графической информации позволяют достичь специальные особо чувствительные мыши (дигитайзеры). Их применяют со специальными планшетами.

Виды компьютерной графики

В повседневной жизни мы обычно сталкиваемся с двумя типами изображений: рисунками, которые нужно создавать самостоятельно, пользуясь специальными инструментами, и фотографиями – точными образами, копиями реальности, зафиксированными оком фотоаппарата.

Компьютерная графика работает с теми же типами иллюстраций. Только фотография здесь именуется растровой графикой, а рисунок – векторной графикой.

Тут необходимо уточнение. «Рисунок» и «фотография» - это понятия, обозначающие способ создания иллюстрации. Введенный со сканера рисунок для компьютера – та же фотография – растровая графика.

Растровая графика

Растровые графические изображения формируются в процессе преобразования графической информации из аналоговой формы в цифровую, например, в процессе сканирования существующих на бумаге или фотопленке рисунков и фотографий, при использовании фото- и видеокамер, при просмотре на компьютере телевизионных передач с использованием ТВ-тюнера и так далее. Изображение хранится как прямоугольная матрица с элементами, характеризующими цветовые составляющие.

Можно создать растровое графическое изображение и непосредственно на компьютере с использованием графического редактора, загрузить его с CD-ROM или DVD-ROM-дисков или «скачать» из Интернета.

Растровое изображение храниться с помощью точек различного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы. Каждый пиксель имеет определенное положение и цвет. Хранение каждого пикселя требует определенного количества битов информации, которое зависит от количества цветов в изображении. Пиксель – минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

Качество растрового изображения зависит от размера изображения (количества пикселей по горизонтали и вертикали) и количества цветов, которые можно задать для каждого пикселя.

Векторная графика

Это рисунок, созданный с помощью графических объектов, которые можно описать математическими формулами. Эти картинки, которые пользователь создает в специализированной программе (например, CorelDraw или Adobe Illustrator), устроены на манер детского конструктора.

Векторные графические изображения являются оптимальным средством хранения высокоточных графических объектов (чертежи, схемы и пр. ), для которых имеет значение сохранение четких и ясных контуров. С векторной графикой мы сталкиваемся, когда работаем с системами компьютерного черчения и автоматизированного проектирования (САПР), программами обработки трехмерной графики и др.

Векторные изображения формируются из объектов (точка, линия, окружность, прямоугольник и пр. ), которые хранятся в памяти компьютера в виде графических примитивов и описывающих их математических формул. Каждое векторное изображение состоит из множества объектов, хотя на глаз выглядит как единая, цельная картинка. Чтобы убрать или изменить любой объект, достаточно несколько раз щелкнуть мышью. Векторные объекты легко перемещать в любое место рисунка, ведь они не привязаны к какой-либо конкретной точке.

Базовый элемент изображения в векторной графике – линия. Линия описывается математически как единый объект, и поэтому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом. Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно представить куб и как 12 связанных линий, образующих ребра.

В издательском деле векторная графика используется в основном при подготовке рекламных объявлений, требующих красивого текстового оформления, ведь компьютерные шрифты тоже являются векторными объектами. К тому же векторные редакторы позволяют легко управлять со всякими рамочками, звездочками, плашечками и так далее – словом, со всеми элементами хорошего рекламного объявления, подгоняя их под конкретный рекламный блок.

Преимущество растровых изображений - простота воспроизведения и реалистичность, недостаток - большой занимаемый объем, проблемы с масштабированием. У векторных наоборот, преимущество - небольшой занимаемый объем, легкость масштабирования, недостаток - необходимость предварительной обработки перед воспроизведением и трудность создания реалистичных изображений.

Векторную графику, в отличие от растровой, труднее создавать, зато очень легко редактировать. В любой момент вы можете изменить контур той или иной картинки, сменить цветовую заливку, одним нажатием кнопки разобрать рисунок на составные части и изменить их размеры и пропорции. Например, векторный квадратик можно растянуть и сжать, превратить его в прямоугольник, причем для достижения желаемого результата этот самый квадратик не обязательно извлекать из картинки! С растровой графикой, или фотографией, такой фокус провернуть не удастся.

Векторная графика сначала чрезвычайно широко применялась в дисплеях, потому что требовала малых объемов памяти. Основной ее недостаток – невозможность изобразить сплошные области, поскольку объекты представлены в виде «проволочных» каркасов. Если на экране слишком сложная векторная картинка, состоящая из большого числа элементарных фигур, то она не будет успевать обновляться, и изображение начнет мерцать.

Одно из достоинств растровых дисплеев заключается в том, что представление картинки не зависит от ее сложности (то есть числа составляющих ее объектов), поэтому проблемы мерцания не существует. В то время как на векторном дисплее луч вычерчивается так же, как и при работе с линейкой и рейсшиной, работа растрового дисплея основана на электронной аналогии пуантилизма (манеры живописи мазками в виде точек). При этом методе не только могут оказаться заметными отдельные пиксели, но и все не вертикальные или не горизонтальные линии имеют ступенчатые края. Подобный эффект «зазубренности» сводится к минимуму при увеличении разрешающий способности, то есть когда размер экрана не меняется, а количество элементов растра увеличивается.

Векторные картинки легко масштабируются, но этого не трудно добиться и на растровом дисплее, при использовании специального программного обеспечения.

Если работа с векторной графикой сравнима с искусством художника, то при работе с растровым изображением вам придется овладеть искусством ретушера. Ведь в этом случае, описывая картинку, компьютер вынужден оперировать уже не сложными объектами, а отдельными точками – точно так же, как в обычной фотографии.

Растровая графика более реалистична по сравнению с векторной, ее нетрудно создать – достаточно отсканировать любое понравившееся изображение. Однако редактировать, изменять такую картинку не так то просто. Ведь растровая картинка для компьютера существует как некий единый объект, и, скажем, вырезать из фотографии объект сложной формы, и к тому же раскрашенный радугой разнообразных цветов и оттенков, - тяжелый труд, требующий точной руки и глаза.

К 90-м годам ХХ века растровые дисплеи (и персональные ЭВМ) практически вытеснили с рынка вычислительной техники векторных конкурентов.

Графические редакторы

Для обработки изображений на компьютере используются специальные программы – графические редакторы. Графические редакторы также можно разделить на две категории: растровые и векторные.

Растровые графические редакторы являются наилучшим средством обработки фотографий и рисунков, поскольку растровые изображения обеспечивают высокую точность передачи градаций цветов и полутонов.

Среди растровых графических редакторов есть простые, например стандартное приложение Paint, и мощные профессиональные графические системы, например Adobe Photoshop.

К векторным графическим редакторам относятся графический редактор, встроенный в текстовый редактор Word. Среди профессиональных векторных графических систем наиболее распространена CorelDraw.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) являются векторными графическими редакторами, предназначенными для создания чертежей. При классическом черчении с помощью карандаша, линейки и циркуля производится построение элементов чертежа (отрезков, окружностей, прямоугольников и так далее) с точностью, которую предоставляют чертежные инструменты. Использование САПР позволяет создавать чертежи с абсолютной точностью и обеспечивает возможность реализации сквозной технологии проектирования и изготовления деталей. На основе компьютерных чертежей генерируются управляющие программы для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), в результате по компьютерным чертежам изготавливаются высокоточные детали из металла, дерева и так далее.

Таким образом, графический редактор – это программа создания, редактирования и просмотра графических изображений.

Трехмерная графика

Обычные плоские рисунки моделируются из отрезков, окружностей и многоугольников. В трехмерной графике к двум координатам добавляют координату z и новые объекты: многогранники, пирамиды, сферы, цилиндры и трехмерные поверхности. Сплошные объекты можно также формировать из простых. После задания объектов трехмерной сцены встает проблема их визуализации. Если изображение нестатично (например, в игре или тренажерах), то надо не только пересчитывать 30 раз в секунду все положения трехмерной сцены, но и изображать на экране последовательно сменяющие друг друга картинки.

Даже для техники XXI века это достаточно дорогой процесс, поэтому трехмерная сцена представлена в виде совокупности более простых объектов, а специальный графический процессор (так называемый 3D-ускоритель, интегрированный в видеокарту) строит и изображает картинку. То есть современная видеокарта персонального компьютера (совместно с монитором) превратилась из чисто растрового дисплея в интеллектуальный графический дисплей со встроенным 3D-ускорителем.

Чего ожидать в будущем? Все идеи компьютерной графики ХХ века воплотились в домашних персональных компьютерах XXI века. Кажется, что предел достигнут.

Основная проблема при построении трехмерной сцены – как определить, какие из объектов изображения видимы и как они освещены. Необходимо иметь информацию и о взаимном расположении объектов. Обычно для решения этой задачи применяют Z-буфер. В Z-буфере хранятся значения удаленности всех видимых пикселей (координаты z), по одному значению на каждый пиксель растра. Когда подсчитан очередной пиксель изображаемого объекта (с координатами х, у), полученная координата z сравнивается со значением координаты z, хранящейся в Z-буфере. Если новый пиксель имеет глубину больше записанной в Z-буфере, значит, эта точка объекта закрыта каким-либо другим объектом и не отображается на экране. Наоборот, если пиксель оказывается на переднем плане, то значение его координаты z записывается в Z-буфер. Этот пиксель и будет виден на экране, пока другом объект его не закроет. После вычисления трехмерной картинки в изображении используются все пиксели, оставшиеся в Z-буфере.

Z-буферизация, встроенная в 3D-ускоритель, сильно увеличивает скорость просчета картинки, несмотря на то что Z-буфер занимает большие объемы памяти (24-разрядный Z-буфер при разрешении 640*480 требует около 900 кбайт). Эта память должна быть внутренней памятью 3D-ускорителя. Разрядность Z-буфера (число бит на координату z) – один из важнейших показателей; чем выше разрядность, тем выше дискретность координат z и точнее выполняется прорисовка удаленных объектов.

Ускорители обычно имеют возможность воспроизведения некоторых эффектов, таких, например, как затуманивание, когда гоночный автомобиль поднял песчаную пыль. Изображаемые пиксели смешиваются с цветом тумана в зависимости от его глубины. С помощью этого же алгоритма объекты погружаются в дымку, что позволяет создать иллюзию расстояния.

Прозрачность – еще один эффект, который обеспечивает 3D-ускоритель. В окружающем мире наряду с непрозрачными объектами существуют прозрачные и полупрозрачные. Эффект полупрозрачности создается путем объединения цвета точки как комбинации цветов переднего (полупрозрачного) и заднего планов. Обычно коэффициент прозрачности (alpha) имеет значение от 0 до 1. При этом цвет вычисляется по следующей формуле:

Цвет пикселя = (alpha) (цвет пикселя переднего плана) + (1 - alpha) (цвет пикселя заднего плана).

(Пиксель заднего плана – тот, что находится в Z-буфере).

При формировании каждого следующего кадра 3D-ускоритель проходит весь путь построения заново, поэтому он должен обладать высоким быстродействием. Чтобы придать движению плавность, применяют двойную буферизацию: один буфер – для отображения картинки, другой же – для построения новой картинки. Пока на экране отображается содержимое одного буфера, в другом идет подготовительная работа. Когда очередной кадр построен, буферы меняются местами. Таким образом, на экране все время наблюдается отличная картинка.

Что же может 3D-ускоритель?

Минимальный элемент, с которым имеют дело ускорители, - треугольник. Вся изображаемая картинка предварительно разбита на треугольники. Одноцветные треугольники не могут создавать эффект объемной картинки, поэтому на многие из них в процессе прорисовки будут наложены текстуры (изображения, накладываемые на всю поверхность сразу, передающие внешний вид материала, как, например, рисунок на ковре, песок на пляже). Для изображения кирпичной стены здания потребовалась бы прорисовка множества граней для моделирования кирпичей, однако текстура дает больше реализма и использует меньше вычислительных ресурсов. При наложении текстуры на поверхность надо учитывать перспективу. Эта коррекция необходима, чтобы объекты с текстурой имели различный вид в зависимости от того, насколько они близки к наблюдателю. Для ускорения процесса можно хранить несколько серий однотипных текстур и при выборе текстуре ориентироваться на уже изображенные на экране детали. Соответственно если объект уменьшается, то и размер его текстурного покрытие тоже уменьшается.

Часто при наложении текстур заметны швы между двумя ближайшими объектами. Для подавления этих эффектов применяют специальные методы фильтрации. Ступенчатые края на прямых линиях – давний бич растровых дисплеев. Для получения четких краев изображения создают плавный переход от цвета края к цвету фона. Цвет точки, лежавшей на границе объектов, определяется как нечто среднее между цветами двух граничных точек, при этом иногда побочным эффектом является смазывание краев.

Особенности трехмерной графики

В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:

□ Спроектировать и создать виртуальный каркас («скелет») объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;

□ Спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;

□ Присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне – «спроектировать текстуры на объект»);

□ Настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, - задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей.

Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы: прямоугольник, куб, шар, конус и прочие.

Еще одним способом построения объектов из примитивов служит твердотельное моделирование. Объекты представлены твердыми телами, которые взаимодействуют с другими телами различными способами. Широко применяют и гладкие, сплайновые поверхности, которые имитируют объекты живой природы.

Разрешение

Разрешение важно при печати, когда требуется сохранить реальный размер оригинала. Когда сканируют фотографию, происходит преобразование изображения в дискретную (цифровую) форму. Изображение получает определенный размер в пикселях, и, чтобы при этом не потерялась информация о реальном исходном размере фотографии, требуется хранить разрешение, указывающее, сколько точек изображения помещалось в 1 см или в дюйме. Разрешение (как горизонтальное, так и вертикальное) вычисляется делением получившегося размера в пикселях на соответствующий размер исходного изображения.

Если изображение имеет 800 точек по горизонтали, а длина исходной фотографии – 12 см, то при сканировании используется разрешение 800/12=67 точек в 1 см. Чем выше разрешение, тем качественнее получится изображение при печати, но тем больше будет растровый массив и, соответственно, файл займет больше места.

Форматы файлов

Для того чтобы экспортировать или сохранить изображение в файле, на диске были придуманы форматы файлов (методы, описывающие кодирование изображений). Наиболее популярные: BMP, PCX, GIF, PNG, TIFF, GPEG.

(англ. Bit Map – «битовая карта»). ВМР - «родной» формат графических файлов для оперативной системы WINDOWS компании Microsoft, поскольку наиболее точно соответствует внутреннему формату системы.

Формат изображения так называемого растрового массива зависит от количества бит, используемых для кодирования цвета каждого пикселя (1, 4, 8, 16 или 24 бит на пиксель).

Таблица цветов, или палитра, представляет собой массив, где индекс массива – это номер цвета палитры, а его содержимое – тройки чисел, описывающие цвет по яркости трех основных компонентов: R / G / B (красного, зеленого, синего).

Файлы ВМР с глубиной представления цвета 16 и 24 бит на пиксель не имеют таблицы цветов. В них значение пикселей растрового массива непосредственно задают значения цветов RGB.

Стандарт, разработанный фирмой ZSoft, используемый для программы PC Paintbrush в ОС MS DOS компании Microsoft. Но РСХ не стал так же популярен, как ВМР. Тем не менее РСХ распространен на РС-технике. Специализированные графические редакторы – Corel Draw, Ulead Photo Express, Adobe PhotoShop – поддерживают данный формат.

РСХ – это аппаратно-зависимый формат. Он предназначается для того, чтобы информация в файле хранилась, так же как и в видеоплате. Раньше на IBM РС существовали 16-цветные EGA-адаптеры, память которых делилась на непрерывные куски-плоскости (планы). Составляющие цвета пикселя (как правило, 1 бит) находились в соответствующих местах плана. Чтобы поставить точку определенного цвета, требовалось в четырех местах исправить по 1 бит. Получалось, что цветная картинка как бы состояла из четырех монохромных (но не черно-былых) планов. Для поддержания совместимости со старыми программами современные видеоадаптеры умеют работать в подобных EGA-режимах.

При true color в РСХ всегда есть три плана, а один план бывает только при 8-битном изображении (именно тогда в конце файла находится палитра) Формат РСХ допускает хранение в растровом массиве изображения большего, чем картинка, видимая на экране. Левая верхняя граница задает отступ от верхнего угла изображения, а разница между границами указывает размер видимой части. Это было придумано для использования данного формата в факсимильных аппаратах. Кроме того, для более правильной привязки изображения к экрану в файле существуют два поля, описывающие разрешение 144 точки на дюйм.

Появление Windows 95 и 98 привнесло в формат PCX некоторые изменения: число бит на точку может достигать 32, а размер изображения с 16 бит вырос до 31 бит, то есть до 2 Гбит. Размер можно задавать отрицательным числом, указывающим на «направление» прорисовки изображения (с левого верхнего угла, а не с левого нижнего).

(англ. Graphics Interchange Format – «формат для обмена графикой»)

Первоначально предназначался для сети CompuServe. Формат GIF устроен иначе, чем РСХ и ВМР. В GIF графическая информация состоит из блоков, которые следуют один за другим (нельзя сказать, где начинается 17-й блок, пока не прочитан 16-й). Поэтому говорят, что информация хранится в виде потока данных (при чтении файла информация льется непрерывно, как вода).

Формат GIF работает не более чем с 256 цветами. Зато каждый файл может содержать не одно, а несколько изображений.

Существуют две версии формата GIF, различаемые по своим кодам, - GIF87а и GIF89а. GIF87а выпущена в мае 1987 года. Каждый файл состоит из заголовка, необязательной палитры и собственно информации о картинке. Глобальная палитра используется для всех изображений, находящихся в файле, если у какого-то изображения нет собственной палитры. Палитры картинок и глобальная палитра устроены совершенно одинаково (как в ВМР): тройки байтов задают красную, зеленую и синюю составляющие цвета точки.

Файлы формата GIF при загрузке из сети появляются своеобразно: сначала нечетко, потом все яснее. Если нет высокоскоростного подключения к Интернету, то можно наблюдать загрузку файла «вживую». Сначала будут переданы 0, 8, 16-я строки картинки (то есть каждая восьмая строка), со второй строки чередование пойдет через четыре строки: 2, 6, 10-я И последний проход – с первой строки все нечетные: 1, 3, 5-я Такое изображение позволяет увидеть всю картинку, даже если получена половина изображения.

Версия GIF89а создана в июле 1989 года. Она дополнена новыми информационными блоками, которые названы управляющим расширением.

Выделено четыре типа информационных блоков:

1. Управление графикой используется для создания движущихся картинок (англ. animated GIF)

2. Блок текста позволяет располагать текст поверх изображения. Это особенно удобно, когда нужно поменять текст, оставив неизменным фоновое изображение.

3. Комментарии пропускаются при выводе изображения, но они полезны авторам, чтобы указать подробную информацию (дата создания, варианты, эскизы).

4. В приложениях хранят специальные данные, которые воспринимаются специальными программами. Другие программы просто пропускают этот блок.

К недостатком GIF-файлов можно отнести небольшую глубину цвета (256 цветов) и то, что данные растрового массива сжимаются с помощью алгоритма закрытого алгоритма LZW, то есть создаваемая программистом программа использует GIF-формат, то надо иметь платное лицензионное соглашение с фирмой CompuServe.

(англ. Portable Network Graphic Format – «формат для передачи графики по сети», а произносится как «пинг»)

Создан по инициативе группы программистов из США (23 человека), возглавляемой Томасом Бутеллом.

Большинство форматов графических файлов разрабатывались одним - двумя программистами, и как результат созданный формат было трудно модифицировать под новые требования. PNG-формат разработан специально созданным комитетом, особое внимание уделялось документированию PNG, поэтому все его последующие модификации не требуют доработки уже работающих с ним графических редакторов.

PNG разрабатывался как альтернатива GIF, причем PNG и GIF89a имеют много общего, в частности, они организованы как поток данных, могут поэтапно выводить изображение и делать прозрачным основной цвет и т. д. Однако PNG позволяет хранить не только изображение true color (24 бит), но и 48 бит на пиксель. PNG использует открытый алгоритм сжатия LZ77 (он, в отличие от LZW, не требует лицензионных платежей), обеспечивающий сжатие без потерь.

(англ. Tagged Image File Format – дословно «формат изображений, снабженный «ярлыками» - тегами»)

Разработанный Aldus Corporation в 1986 году, он предназначался в качестве стандарта для хранения черно-белых изображений, введенных со сканеров. Это наиболее широко поддерживаемый формат растровой графики, который применяется в настольных издательских системах. Версия TIFF 4. 0 позволяла хранить несжатые цветные изображения. Очередная модификация, появившаяся в августе 1988 года, уже использовала цветную палитру и алгоритм сжатия LZW. В июне 1992 года версия TIFF 6. 0 поддерживала не только RGB-изображения, но и кодировку CMYK, YUV, а также алгоритм сжатия JPEG.

TIFF считают одним из самых сложных форматов графических файлов. Файл состоит из списка так называемых тегов, или полей, и растровых массивов. Положение списка и массивов не фиксировано, вероятно, поэтому формат и считается сложным. Устройство TIFF похоже на устройство файловой системы: список – это директория, каждый элемент списка (тег) – имя файла, растровый массив – данные файла.

Как в файловой системе, тег может содержать ссылку (указатель) на растровые данные, а директория – указатель на следующую директорию.

TIFF имеет более 70 различных типов тегов. Тег одного типа хранит, например, информацию о ширине изображения в пикселях, другого – информацию о высоте изображения, следующего – таблицу цветов Также можно определить собственные типы тегов или игнорировать непонятные.

Назван так по начальным буквам комитета Joint Photographic Experts Group (Объединенная группа экспертов по фотографии; сформирована в 1987 году, входит в международную организацию по стандартизации – ISO).

Большинство ранее разработанных методов сжатия практически непригодны для сжатия изображения, содержащих сотни тысяч цветов. Формат JPEG является методом сжатия с потерей информации. И хотя он не был определен в качестве стандартного формата графического файла, на его основе создано много новых форматов и улучшено немало старых.

Сравнительная таблица графических форматов

Формат BMP PCX TIFF GIF PNG JPEG

Число бит/пиксель 24 24 24 8 48 24

Количество цветов 16,7 млн. 16,7 млн. 16,7 млн. 256 281,475 млрд. 16,7 млн.

Размер изображения 65535 * 65 535 65535 * 65 535 4,3 млрд. 65535 * 65 535 2 млрд. * 65535 * 65 535

2 млрд.

Методы сжатия RLE RLE LZW, RLE и др. LZW LZ77 JPEG с потерей информации

Количество изображений1 1 1 и более 1 и более 1 1 и более

Цвета и цветовые модели

Человеческий глаз состоит примерно из 7 млн. колбочек и 120 млн. палочек. Функция палочек заключается в «ночном зрении» - светочувствительности и приспособлении к окружающей яркости. Функция колбочек - «дневное зрение» - восприятие цвета, формы и деталей предмета. В них заложены три типа воспринимающих элементов, каждое из которых воспринимает световое излучение только определенной длины волн, соответствующих одному из трех основных цветов: красному, зеленому и синему. Остальные цвета и оттенки получаются смешением этих трех.

Человеческий глаз воспринимает цветовую информацию в диапазоне волн примерно от 380 нм (синий цвет) до 770 нм (красный цвет). Причем наилучшую чувствительность имеет в районе 520 нм (зеленый цвет).

Рассмотрим основные цветовые модели:

Данная модель построена на основе строения глаза. Она идеально удобна для светящихся поверхностей (мониторы, телевизоры, цветные лампы и т. п. ). Основана на физических свойствах солнечного света: любой цвет получается из смешения трёх первичных цветов (Red- красный, Green- зеленый и Blue- синий). Еще Ломоносов заметил, что с помощью этих трех основных цветов можно получить почти весь видимый спектр. Например, желтый цвет - это сложение красного и зеленого. Белый цвет получается при смешении всех 3-х цветов. Поэтому RGB называют аддитивной системой смешения цветов.

Данная модель применяется для отражающих поверхностей (типографских и принтерных красок, пленок и т. п. ). Ее основные цвета: Cyan- голубой, Magenta- пурпурный и Yellow- желтый являются дополнительными к основным цветам RGB. Дополнительный цвет - разность между белым и данным.

Голубой (Gyan)= белый – красный = зелёный + синий

Пурпурный (Magenta) = белый – зелёный = красный + синий

Жёлтый (Yellow) = белый – синий = красный + зелёный

Поэтому CMY называют субтрактивной системой смешения цветов. Например, при пропускании света пурпурный объект поглощается зеленая часть спектра, если далее пропустить через желтый объект, то поглотится синяя часть спектра и останется лишь красный цвет. Данный принцип используют светофильтры. Аналогичным образом работают с красками художники, формируя необходимую палитру. Связь между RGB и CMY можно выразить через следующую формулу:

Наряду с системой CMY также часто применяют и ее расширение CMYK. Дополнительный канал K (от английского blacK) - черный. Он применяется для получения более «чистых» оттенков черного. В цветных принтерах чаще всего используется четыре красителя. Данная система широко применяется в полиграфии.

Если имеется один контрольный цвет, то с помощью него можно получить некоторые цвета, варьируя данный контрольный по светлоте (при условии, что не используется цветовой тон и насыщенность). Данная процедура называется фотометрией и используется при создании монохроматических репродукций цветных изображений.

На мой взгляд, значимость темы «Компьютерная графика» раскрыта. Для своего собственного развития изучать такую тему было очень интересно и познавательно.

В моей исследовательской работе я постаралась донести материал о компьютерной графике последовательно, логично, в интересном варианте. Также постаралась, как можно глубже изучить эту тему и обобщить все знания.

Многие не интересуются этим вопросом, считают, что это им не надо. А я считаю по-другому, что даже просто почитать это в свободное время достаточно интересно и увлекательно. Тем более компьютеры в настоящее время – это основа всей нашей жизни. Без них невозможно представить современное общество. Сейчас жизнь человека самым тесным образом связана с компьютером, и знать больше, чем основы информатики – это просто даже необходимо, чтобы хорошо «общаться» с компьютером. Но естественно каждый решает для себя – изучать или не изучать; развивать свои знания или оставаться на месте.

Я узнала, что такое компьютерная графика, способы ее представления, виды графики. Рассмотрела в отдельности форматы файлов, цветовые схемы.

К тому же моя специальность – «Информатика». А значит, что в моей исследовательской работе освещаются вопросы, которые я обязательно должна знать, хорошо владеть материалом по данной теме.