Методы представления графических изображений кратко
Обновлено: 05.07.2024
Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых и обонятельных). Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий и так далее), а звуковые - зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках и так далее.
Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.
Приведем пример аналогового и дискретного представления информации. Положение тела на наклонной плоскости и на лестнице задается значениями координат X и Y. При движении тела по наклонной плоскости его координаты могут принимать бесконечное множество непрерывно изменяющихся значений из определенного диапазона, а при движении по лестнице - только определенный набор значений, причем меняющихся скачкообразно
Примером аналогового представления графической информации может служить, например, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного - изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного - аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).
Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.
Дискретизация - это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.
Звук в памяти компьютера
Основные понятия: аудиоадаптер, частота дискретизации, разрядность регистра, звуковой файл.
Физическая природа звука – колебания в определенном диапазоне частот, передаваемые звуковой волной через воздух (или другую упругую среду). Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера: звуковая волна -> микрофон -> переменный электрический ток -> аудиоадаптер -> двоичный код-> память ЭВМ .
Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти ЭВМ:
память ЭВМ -> двоичный код -> аудиоадаптер -> переменный электрический ток -> динамик -> звуковая волна.
Аудиоадаптер (звуковая плата) – специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.
В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в реги стр двоичный код полученной величины. Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера. Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера: частотой дискретизации и разрядностью.
Частота дискретизации – это количество измерений входного сигнала за 1 секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за одну секунду -1 килогерц (кГц). Характерные частоты дискетизации аудиоадаптеров: 11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц и др.
Звуковой файл – файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме. Как правило, информация в звуковых файлах подвергается сжатию.
Примеры решенных задач.
Пример №1.
Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен.
Решение.
Формула для расчета размера (в байтах) цифрового аудиофайла (монофоническое звучание): (частота дискретизации в Гц)*(время записи в секундах)*(разрешение в битах)/8.
Таким образом файл вычисляется так: 22050*10*8/8 = 220500 байт.
Задания для самостоятельной работы
№1. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.
№2. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?
№3. Объем свободной памяти на диске – 5,25 Мб, разрядность звучания платы – 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
№4. Одна минута цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы – 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
№5. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимает на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации – 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера? №6. Объем свободой памяти на диске – 0,01 Гб, разрядность звуковой платы – 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц?
Представление графической информации.
Растровое представление.
Основные понятия: Компьютерная графика, пиксель, растр, разрешающая способность экрана, видеоинформация, видеопамять, графический файл, битовая глубина, страница видеопамяти, код цвета пикселя, графический примитив, система графических координат.
Компьютерная графика – раздел информатики, предметом которого является работа на компьютере с графическими изображениями (рисунками, чертежами, фотографиями, видеокадрами и пр.).
Пиксель – наименьший элемент изображения на экране (точка на экране).
Растр – прямоугольная сетка пикселей на экране.
Разрешающая способность экрана – размер сетки растра, задаваемого в виде произведения M*N, где M – число точек по горизонтали, N – число точек по вертикали (число строк).
Видеоинформация – информация об изображении, воспроизводимом на экране компьютера, хранящаяся в компьютерной памяти.
Видеопамять – оперативная память, хранящая видеоинформацию во время ее воспроизведения в изображение на экране.
Графический файл – файл, хранящий информацию о графическом изображении.
Число цветов, воспроизводимых на экране дисплея (K), и число бит, отводимых в видеопамяти под каждый пиксель (N), связаны формулой: K=2 N
Величину N называют битовой глубиной.
Все многообразие красок на экране получается путем смешивания трех базовых цветов: красного, синего и зеленого. Каждый пиксель на экране состоит из трех близко расположенных элементов, светящихся этими цветами. Цветные дисплеи, использующие такой принцип, называются RGB (Red-Green-Blue)-мониторами.
Большое количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов. Причем интенсивность может иметь более двух уровней, если для кодирования каждого из базовых цветов выделять более одного бита.
При использовании битовой глубины 8 бит/пиксель количество цветов: 2 8 =256. Биты такого кода распределены следующим образом: КККЗЗСС.
Это значит, что под красную и зеленую компоненты выделяется по 3 бита, под синюю – 2 бита. Следовательно, красная и зеленая компоненты имеют по 2 3 =8 уровней яркости, а синяя – 4 уровня.
Векторное представление.
При векторном подходе изображение рассматривается как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами. Графическая информация – это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок.
Положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось X направлена слева направо; вертикальная ось Y – сверху вниз.
Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов; окружность – координатами центра и радиусом; многогранник – координатами его углов, закрашенная область – граничной линией и цветом закраски и пр.
Нарисовать линию от текущей позиции в позицию (X1, Y1).
Линия X1, Y1, X2, Y2
Нарисовать линию с координатами начала X1, Y1 и координатами конца X2, Y2. Текущая позиция не устанавливается.
Окружность X, Y, R
Нарисовать окружность: X, Y – координаты центра, R – длина радиуса в шагах растровой сетки.
Эллипс X1, Y1, X2, Y2
Нарисовать эллипс, ограниченный прямоугольником; (X1, Y1) – координаты левого верхнего, а (X2, Y2) – правого нижнего угла этого прямоугольника.
Прямоугольник X1, Y1, X2, Y2
Нарисовать прямоугольник; (X1, Y1) – координаты левого верхнего угла, а (X2, Y2) – правого нижнего угла этого прямоугольника.
Цвет рисования ЦВЕТ
Установить текущий цвет рисования.
Цвет закраски ЦВЕТ
Установить текущий цвет закраски.
Закрасить X, Y, ЦВЕТ ГРАНИЦЫ
Закрасить произвольную замкнутую фигуру; X, Y – координаты любой точки внутри замкнутой фигуры, ЦВЕТ ГРАНИЦЫ – цвет граничной линии.
Примеры решенных задач.
Пример №1.
Для формирования цвета используются 256 оттенков красного, 256 оттенков зеленого и 256 оттенков синего. Какое количество цветов может быть отображено на экране в этом случае?
Решение:
256*256*256=16777216.
Пример №2.
На экране с разрешающей способностью 640*200 высвечиваются только двухцветные изображения. Какой минимальный объем видеопамяти необходим для хранения изображения?
Решение.
Так как битовая глубина двухцветного изображения равна 1, а видеопамять, как минимум, должна вмещать одну страницу изображения, то объем видеопамяти равен: 640*200*1=128000 бит =16000 байт.
Пример №3.
Какой объем видеопамяти необходимы для хранения четырех страниц изображения, если битовая глубина равна 24, а разрешающая способность дисплея – 800*600 пикселей?
Решение.
Для хранения одной страницы необходимо
800*600*24 = 11 520 000 бит = 1 440 000 байт. Для 4 соответственно 1 440 000 * 4 = 5 760 000 байт.
Пример №4.
Битовая глубин равна 24. Сколько различных оттенков серого цвета может быть отображено на экране?
Замечание: Оттенок серого цвета получается при равных значениях уровней яркости всех трех составляющих. Если все три составляющие имеют максимальный уровень яркости, то получается белый цвет; отсутствие всех трех составляющих представляет черный цвет.
Решение.
Так как для получения серых оттенков составляющие RGB одинаковы, то глубина равна 24/3=8. Получаем количество цветов 2 8 =256.
Задачи для самостоятельной работы.
№1. Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640*350 пикселей, а количество используемых цветов – 16?
№2. Объем видеопамяти равен 1 Мб. Разрешающая способность дисплея – 800*600. Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии, что видеопамять делится на две страницы?
№3. Битовая глубина равна 24. Опишите несколько вариантов двоичного представления светло-серых и темно-серых оттенков.
№4. На экране компьютера необходимо получить 1024 оттенка серого цвета. Какой должна быть битовая глубина?
№5. Для изображения десятичных цифр в стандарте почтового индекса (как пишут на конвертах) получить векторное и растровое представление. Размер растровой сетки выбрать самостоятельно.
№6. Воспроизвести на бумаге рисунки, используя векторные команды. Разрешающая способность 64*48.
А)
Цвет рисования Красный
Цвет закраски Желтый
Окружность 16, 10, 2
Закрасить 16, 10, Красный
Установить 16, 12
Линия к 16, 23
Линия к 19, 29
Линия к 21, 29
Линия 16, 23, 13, 29
Линия 13, 29, 11, 29
Линия 16, 16, 11, 12
Линия 16, 16, 21, 12
Б)
Цвет рисования Красный
Цвет закраски Красный
Окружность 20, 10, 5
Окружность 20, 10, 10
Закрасить 25, 15, Красный
Окружность 20, 30, 5
Окружность 20, 30, 10
Закрасить 28, 32, Красный
1. Методы представления графических изображений
2. Растровая графика
3. Достоинства растровой графики
Растровая графика эффективно представляет
изображения фотографического качества
Компьютер легко управляет устройствами
вывода, которые используют точки для
представления отдельных пикселей. Поэтому
растровые рисунки могут быть легко
распечатаны на принтерах
4. Недостатки растровой графики
Для хранения растровых изображений требуется большой объём памяти.
Растровое изображение после масштабирования или вращения может
потерять свою привлекательность.
Причина в том, что изменение размеров растрового изображения
производится одним из двух способов:
все пиксели рисунка одинаково изменяют свой размер (одновременно
становятся больше или меньше);
пиксели добавляются или удаляются из рисунка (это называется выборкой
пикселей в изображении).
Рис. При изменении размеров изображения количество входящих в него пикселей не
меняется
5. Растрирование
Формирование изображения точками
разного размера что если располагать на
пленке черные точки на одинаковом и очень
малом расстоянии друг от друга, то,
изменяя их размеры, можно получать так
называемые регулярные растровые
области, воспринимаемые человеческим
зрением как сплошные элементы с более
светлыми серыми тонами (рис.1). При
печати на бумаге получался тот же эффект.
Рассмотрим растровую ячейку размерами
16х16 клеточек (итого 256 максимально
возможных градаций одного цвета) и в ее
середине нарисуем черную точку. Чтобы
получился 50%-ный серый, она должна
занимать 50% растровой ячейки, т.е. 128
клеточек. Теперь, разместив эти ячейки
равномерно на некоторой площади, мы и
получим желаемый цвет (рис.2).
6. Векторная графика
В векторной графике изображения
строятся из простых объектов —
прямых линий, дуг, окружностей,
эллипсов, прямоугольников, областей
однотонного или изменяющегося
цвета (заполнителей) и т. п.,
называемых примитивами
Из простых векторных объектов создаются различные
рисунки
Векторные примитивы задаются с помощью описаний.
Например:
рисовать линию от точки А до точки В;
рисовать эллипс, ограниченный заданным
прямоугольником.
7. Как формируется изображение?
Символические команды для приведённых выше примеров
описаний в векторном формате WMF (Windows Metafile)
записываются так:
MOVETO XI , Y1 Установить текущую позицию (XI , Y 1).
LINETO X2, Y2 Нарисовать линию от текущей позиции до
позиции (X 2, Y 2).
ELLIPSE X3 , Y3 , X4, Y4 Нарисовать эллипс, ограниченный
прямоугольником, где (ХЗ, Y3) — координаты левого верхнего, а (Х4,
Y4) — правого нижнего угла этого прямоугольника.
Информация о цвете объекта сохраняется как часть его описания,
т. е. в виде векторной команды (сравните: для растровых
изображений хранится информация о цвете каждого видеопикселя ).
Векторные команды сообщают устройству вывода о том, что
необходимо нарисовать объект, используя максимально возможное
число элементов (видеопикселей или точек). Чем больше элементов
используется устройством вывода для создания объекта, тем лучше
этот объект выглядит.
8. Комбинация растровых и векторных изображений
Файлы векторной графики могут содержать
растровые изображения в качестве одного из
типов объектов. Большинство векторных
программ позволяют только разместить
растровый рисунок в векторной иллюстрации,
изменить его размер, выполнить перемещение и
поворот, обрезку, однако изменить в нём
отдельные пиксели невозможно. Дело в том, что
векторные изображения состоят из отдельных
объектов, с которыми можно работать порознь.
С растровыми же изображениями так поступать нельзя, так как пиксели
нельзя классифицировать подобным образом (объектом здесь является
весь растровый фрагмент в целом). Пиксель же обладает одним свойством
— цветом. Поэтому в некоторых векторных редакторах к растровым
объектам допускается применять специальные эффекты размытия и
резкости, в основе которых лежит изменение цветов соседних пикселей.
9. Достоинства векторной графики
Векторные изображения занимают
относительно небольшой объём памяти
Векторные изображения могут быть легко
масштабированы без потери качества
Замечание. В ряде случаев возможно
преобразование растровых изображений в
векторные . Этот процесс называется
трассировкой
10. Недостатки векторной графики
векторная графика не позволяет получать
изображений фотографического качества, тем
не менее сегодняшние векторные изображения
по качеству приближаются к реалистическим
векторные изображения иногда не печатаются
или выглядят на бумаге не так, как хотелось
бы. Причина в том, что принтеры содержат
свои собственные процессоры, которые
интерпретируют переданные им команды
11. Сравнение растровой и векторной графики
Критерий
сравнения
Растровая графика
Векторная графика
Способ
представления
изображения
Растровое изображение
строится из множества
пикселей
Векторное изображение
описывается в виде
Представление
объектов
реального мира
Растровые рисунки
эффективно используются
для представления реальных
образов
Векторная графика не
позволяет получать
изображения
последовательности команд
фотографического качества
Качество
редактирования
изображения
При масштабировании и
Векторные изображения могут
вращении растровых картинок быть легко преобразованы без
возникают искажения
потери качества
Особенности
печати
изображения
Растровые рисунки могут
быть легко распечатаны на
принтерах
Векторные рисунки иногда не
печатаются или выглядят на
бумаге не так, как хотелось бы
12. Особенности растровых и векторных программ
Улучшение качества изображений, а также монтаж
фотографий выполняются в растровых программах
Для создания иллюстраций обычно используются
векторные программы
Любая графическая программа содержит набор
инструментов для работы с изображениями
В векторных программах выделяют объекты
(векторные примитивы), а в растровых — области
(наборы пикселей)
Основное понятие растровой графики — пиксель.
Основное понятие векторной графики — объект
13. Форматы графических файлов
Формат графического файла — способ представления и
расположения графических данных на внешнем носителе
Некоторые форматы стали стандартными для целого ряда
предметных областей
Файлы векторного формата содержат описания рисунков в виде
набора команд для построения простейших графических объектов
Различные векторные форматы отличаются набором команд и
способом их кодирования
В файлах растровых форматов запоминаются:
• размер изображения — количество видеопикселей в рисунке по
горизонтали и вертикали
• битовая глубина — число битов, используемых для хранения цвета
одного видеопикселя
• данные, описывающие рисунок (цвет каждого видеопикселя рисунка),
а также некоторая дополнительная информация.
В файлах растровой графики разных форматов эти
характеристики хранятся различными способами
14. Проблема хранения растровых изображений
Решением проблемы хранения растровых
изображений является сжатие, т. е. уменьшение
размера файла за счёт изменения способа
организации данных.
Методы сжатия делятся на две категории:
• сжатие файла с помощью программ —
архиваторов (специальная программа считывает
исходный файл, применяет к нему некоторый
сжимающий алгоритм (архивирует) и создаёт
новый файл);
• сжатие, алгоритм которого включён в формат
файла (соответствующие программы чтения
правильно интерпретируют сжатые данные).
15. Методы сжатия графических данных
При сжатии методом RLE последовательность
повторяющихся величин (в нашем случае — набор бит
для представления видеопикселя ) заменяется парой —
повторяющейся величиной и числом её повторений
(наиболее эффективно для изображений, которые
содержат большие области однотонной закраски)
Метод сжатия LZW основан на поиске
повторяющихся узоров в изображении (применяется для
файлов форматов TIFF и GIF)
Метод сжатия JPEG обеспечивает высокий
коэффициент сжатия для рисунков фотографического
качества. Метод JPEG использует тот факт, что
человеческий глаз очень чувствителен к изменению
яркости, но изменения цвета он замечает хуже
Способ решения проблемы большого размера файла - сжатие
графических файлов, т.е.использовании программ,
уменьшающих размеры файлов растровой графики за счет
изменения способа организации данных. Например,
последовательность повторяющихся величин (в нашем случае
— набор бит для представления видеопикселей ) заменяется
парой — единственной величиной и количеством её
повторений. Подобным образом может быть сжата одна строка
чёрно-белого растрового рисунка.
Сильно насыщенные узорами изображения хорошо сжимаются
методом LZ W (назван так по первым буквам фамилий его
разработчиков — Lempel , Ziv и Welch ). Объединённая группа
экспертов по фотографии ( Joint Photographic Experts Group )
предложила метод JPEG для сжатия изображений
фотографического качества.
Цвета всех видеопикселей рисунка запоминаются как
один большой блок данных, например:
Ниже показан результат восстановления изображения
по информации, сохранённой в растровом файле
18. Особенности некоторых векторных форматов
Название формата
Программы, которые могут
открывать файлы
WMF
Windows MetaFile
Большинство приложений
WINDOWS
EPS
Encapsulated PostScript
Большинство настольных
издательских систем и векторных
программ, некоторые растровые
программы
DXF
Drawing Interchange Format
Все программы САПР, многие
векторные редакторы,некоторые
настольные издательские
системы
CGM
Computer Graphics Metafile
Большинство программ
редактирования векторных
рисунков, САПР и издательские
системы
Название формата
Программы, которые могут
открывать файлы
Метод сжатия
BMP
Windows Device
Independent Bitmap
Все программы WINDOWS, которые
используют растровую графику
RLE для 16- и 256- цветных
изображений (по желанию)
PCX
Почти все графические приложения
для PC
RLE (всегда)
Почти все растровые редакторы;
большинство издательских пакетов;
векторные редакторы,
поддерживающие растровые объекты
LZW (всегда)
TIFF
Tagged Image File Format
Большинство растровых редакторов
и настольных издательских систем;
векторные редакторы,
поддерживающие растровые объекты
LZW (по желанию) и др.
TGA
TrueVision Targa
Программы редактирования
растровой графики
RLE (по желанию)
IMG
Digital Research GEM Bitmap
Некоторые настольные издательские
системы и редакторы изображений
WINDOWS
RLE (всегда)
JPEG
Joint Photographic Experts Group
Последние версии программ
редактирования растровой графики;
векторные редакторы,
поддерживающие растровые объекты
JPEG (можно выбрать степень
сжатия)
Z - Soft PaintBrush
GIF
Graphic Interchange Format
20. Преобразование файлов из одного формата в другой
Необходимость преобразования графических файлов
из одного формата в другой может возникнуть по
разным причинам:
• программа, с которой работает пользователь, не
воспринимает формат его файла;
• данные, которые надо передать другому
пользователю, должны быть представлены в
специальном формате.
21. Преобразование файлов из растрового формата в векторный
Преобразование растрового файла в
растровый объект векторного
изображения. Используется в программе
CorelDRAW, которая, как правило,
успешно импортирует файлы различных
растровых форматов
Трассировка растрового изображения
для создания векторного объекта.
Программа трассировки растровых
изображений (например, CorelTRACE)
ищет группы пикселей с одинаковым
цветом, а затем создает
соответствующие им векторные
объекты
22. Преобразование файлов одного векторного формата в другой
Векторные форматы содержат описания линий, дуг, закрашенных полей,
текста и т. д. В различных векторных форматах эти объекты описываются поразному. Когда программа пытается преобразовать один векторный формат в
другой, она действует подобно обычному переводчику, а именно:
• считывает описания объектов на одном векторном языке,
• пытается перевести их на язык нового формата.
23. Преобразование файлов из векторного формата в растровый
Преобразование изображений из векторного формата
в растровый (этот процесс часто называют
растрированием векторного изображения) встречается
очень часто
Прежде, чем разместить рисованную (векторную)
картинку на фотографии, её необходимо экспортировать
в растровый формат
Каждый раз, когда векторный рисунок направляется
на устройство вывода (в частности, монитор или
принтер), он подвергается растрированию —
преобразованию в набор видеопикселей или точек
При экспорте векторных файлов в растровый формат
может быть потеряна информация, связанная с цветом
исходного изображения
24. Преобразование файлов одного растрового формата в другой
заключается в чтении информации
из исходного файла и записи ее в
новом файле, где данные о
размере изображения, битовой
глубине и цвете каждого пикселя
хранятся другим способом
Если старый формат использует
больше цветов, чем новый, то
возможна потеря информации
Презентация на тему: " Методы представления графических изображений Занятие 1." — Транскрипт:
1 Методы представления графических изображений Занятие 1.
2 Впервые представление данных в графическом виде было реализовано в середине 50-х годов ХХ века для больших ЭВМ, которые применялись в научных и военных исследованиях. Особенно интенсивно технология обработки графической информации с помощью компьютера стала развиваться в 80-х годах.
3 В настоящее время графический интерфейс пользователя стал стандартом для программного обеспечения персональных компьютеров Вероятно, это связано со свойством человеческой психики: наглядность способствует более быстрому пониманию.
4 Широкое применение получила специальная область информатики - компьютерная графика Компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности и восприятия, передачи информации. Применяется в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д.
5 Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно в виде – растрового изображения, векторного изображения.растрового изображениявекторного изображения Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.
6 Терминология Пиксель – наименьший элемент изображения на экране ПК; Видеопиксель – наименьший элемент изображения на экране ПК; Пиксель – отдельный элемент растрового изображения; Пиксель – точка изображения, напечатанного на принтере. Точка – точка изображения, напечатанного на принтере.
7 Достоинства растровой графики 1.Эффективно представляет изображения фотографического качества. 2.Изображения легко распечатываются на принтере.
8 Недостатки растровой графики 1.Для хранения изображений требуется большой объем памяти. Решение проблемы: 1.Увеличение емкости запоминающих устройств ПК. 2.Сжатие графических файлов. Методы сжатия: RLE (Run Length Encoding). Работает с изображениями, которые содержат большие области однотонной закраски. Не очень подходит к сжатию фото, так как в них почти нет длинных строк из пикселей одинакового цвета. LZW (Lempel, Ziv, Welch). Для фотографий сильно насыщенных узорами. JPEG (Joint Photographic Experts Group). Для изображений фотографического качества.
9 Недостатки растровой графики 2.Изображение после масштабирования или вращения теряет свою привлекательность. Два способ изменения размера изображений : 1.Все пиксели рисунка изменяют свой размер. 2.Пиксели добавляются или удаляются из рисунка.
11 Векторное изображение рассматривается как графический объект, представляющий собой совокупность графических примитивов (точек, линий, прямоугольников, окружностей и т.д.) и описывающих их математических формул. Положение и форма графического объекта задается в системе графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана 0
12 Например, графический примитив точка задаётся своими координатами (Х, У), линия - координатами начала (Х1,У1) и конца (Х2,У2), окружность - координатами центра (Х, У) и радиусом (R), прямоугольник – координатами диагонали (Х1, У1) (Х2, У2) и т.д. Кроме того, для каждой линии указывается ее тип (сплошная, пунктирная), толщина и цвет. X 0 A (x1,y1) B (x2,y2) O (x,y) R y B (x2,y2) A (x1,y1) A (x,y)
13 Достоинства векторной графики 1.Для хранения изображений требуется небольшой объем памяти. 2.Изображение при масштабировании не теряет свою привлекательность. Трассировка - преобразование растровых изображений в векторные.
14 Недостатки векторной графики 1.Векторная графика не позволяет получать изображения фотографического качества. 2.Векторные изображения иногда не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы.
15 Сравнительная характеристика векторного и растрового изображения Критерии сравнений Растровая графика Векторная графика Способ представления изображения Изображение строится из множества пикселей Изображение описывается в виде последовательности команд Представление объектов реального мира Эффективно используется для представления реальных объектов Не позволяет получать изображения фотографического качества Качество редактирования изображения При масштабировании и вращении картинок возникают искажения Изображения могут быть легко преобразованы без потери качества Особенности печати изображения Рисунки могут быть легко распечатаны на принтере Рисунки иногда не распечатываются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы
16 Контрольные вопросы 1.Почему растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества? 2.Почему растровое изображение искажается при масштабировании? 3.В виде чего хранится описание векторных изображений? 4.Для решения каких задач используются редакторы растровой графики? 5.Для решения каких задач используются редакторы векторной графики? 6.Почему в редакторах растровой и векторной графики выделение фрагментов изображения выполняется по- разному?
Формат графического файла - способ представления и расположения графических данных на внешнем носителе.
Форматы компьютерной графики можно разделить на три типа: растровые, векторные и трехмерные (используются для 3D-графики). Наибольшее распространение получили растровые форматы, именно с их использованием сохраняются различные фотографии, а также другие графические изображения, которые можно увидеть, например, на web-сайтах.
Схема классификации форматов графических файлов приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Классификация графических форматов
II. Сфера применения форматов, особенности, преимущества и недостатки
Сфера применения форматов растровой графики, особенности, преимущества и недостатки.
Форматы графических файлов:
1. BMP (Bit Map Image) – универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows.
2. GIF (CompuServe Graphics Interchange Format) — независящий от аппаратного обеспечения формат GIF был разработан в 1987 году (GIF 87a) фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. В 1989-м формат был модифицирован (GIF89a), были добавлены поддержка прозрачности и анимации.
3. JPEG (Joint Photographic Experts Group) . Строго говоря, JPEG – это не формат, а алгоритм сжатия, основанный на разнице между пикселями. Кодирование данных проходит несколько этапов.
4. PNG (Portable Network Graphics) – формат разработан для Сети с целью заменить формат GIF. Использует сжатие без потерь. Сжатые индексированные файлы PNG, как правило, меньше аналогичных GIF’ов.
5. TIFF (Tagged Image File Format) . Аппаратно независимый формат TIFF, является одним из самых распространенных и надежных, его поддерживают практически все программы на ПК и Macintosh так или иначе связанные с графикой.
6. PCX. Открывать или импортировать файлы PCX могут почти все графические приложения для персональных компьютеров. Цветовые возможности: 1, 2, 4, 8 или 24- битовый цвет, никаких оттенков серого.
Применятся для ретуширования, реставрирования фотографий, фотомонтаж, сканирование изображений.
Достоинства: Простота алгоритма оцифровки. Возможность оцифровывать изображения любой сложности (картины, фотографии и т.д.). Большое количество графических редакторов.
Недостатки: Чувствительность к масштабироанию: при увеличении – эффект пикселизации, при уменьшении – могут исчезнуть детали. Большой объем конечного файла, поэтому необходимы алгоритмы сжатия графических файлов.
Сфера применения векторной графики, особенности, преимущества и недостатки.
Изображение представляет собой набор геометрических примитивов (точек, прямых линий, окружностей, прямоугольников и т.д.)
Способ формирования изображения Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде математических формул. При открытии файла программа прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам (уравнениям).
В памяти ПК сохраняется 1. Математические формулы для геометрических примитивов. 2. Цвет, толщина и тип линий, с помощью которых прорисованы примитивы. 3. Способ заливки замкнутых контуров. 4. Порядок отображения объектов.
Достоинство: Векторное изображение масштабируется без потери качества: масштабирование изображения происходит при помощи математических операций: параметры примитивов просто умножаются на коэффициент масштабирования.
Достоинства векторной графики: минимальный объем файла, полная свобода трансформаций; аппаратная независимость; oбъектно-ориентированный характер векторной графики.
Недостатки векторной графики: отсутствие аппаратной реализуемости; программная зависимость; жесткость векторной графики.
Применение векторной графики: создание вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений, построения чертежей, диаграмм, графиков, схем, создание изображений с четкими контурами.
Форматы графических файлов:
1. CDR (CorelDRAW Document) - формат файлов, созданных при помощи графического редактора CorelDraw. Многие программы на ПК могут импортировать файлы CDR.
2. SWF - анимированные и способные выполнять сложные программы векторные изображения.
3. WMF. Формат Windows. Служит для передачи векторов через буфер обмена. Понимается практически всеми программами Windows, так или иначе связанными с векторной графикой. WMF искажает цвет, не может сохранять ряд параметров, которые могут быть присвоены объектам в различных векторных редакторах.
4. AI (Adobe Illustrator Document). Может содержать в одном файле только одну страницу, имеет маленькое рабочее поле. AI отличается наибольшей стабильностью. AI поддерживают почти все программы так или иначе связанные с векторной графикой. Этот формат является наилучшим посредником при передаче векторов из одной программы в другую.
5. FH8 (FreeHand Document , последняя цифра в расширении указывает на версию программы). Формат понимает только сама программа FreeHand. Поддерживает многостраничность.
Сфера применения трехмерной графики, особенности, преимущества и недостатки.
3D-графика предназначена для имитации фотографирования или видеосъемки трехмерных образов объектов, которые должны быть предварительно подготовлены в памяти компьютера.
Области применения трехмерной графики
1. Компьютерное проектирование . К области автоматизированного проектирования относятся применения SD-графики в целях синтеза внешнего вида сложных отливок, деталей, изготовляемых методами штамповки, токарных и фрезерных операций, визуального облика проектируемых автомобилей, катеров, самолетов и т. п.
2. Компьютерные игры. Это одна из наиболее широких областей применения 3D-графики. По мере совершенствования программных средств моделирования трехмерной графики, роста производительности и увеличения ресурсов памяти компьютеров виртуальные трехмерные миры, в которых действуют персонажи компьютерных игр, становятся все более сложными и похожими на реальную действительность.
3. Комбинированная съемка . Трехмерная графика помогает там, где выполнение реальной фотосъемки невозможно, затруднительно или требует значительных материальных затрат, а также позволяет синтезировать изображения событий, которые не встречаются в обыденной жизни.
4. Компьютерная мультипликация . Областями использования 3D-графики для создания компьютерной мультипликации являются телевизионная реклама, киносъемка с включением анимационных эффектов, подготовка видеороликов на научно-популярные или фантастические сюжеты, создание видеотренажеров для обучения пилотов или автоводителей и т. п.
Достоинства трехмерной графики
- Широкая сфера применения
- Свобода трансформации объектов
Недостатки трехмерной графики
- повышенные требования к аппаратной части компьютера, в частности к объему оперативной памяти, наличию свободного места на жестком диске и быстродействию процессора;
- необходимость большой подготовительной работы по созданию моделей всех объектов сцены, которые могут попасть в поле зрения камеры, и по присвоению им материалов;
- необходимость контролировать взаимные положения объектов в составе сцены, особенно при выполнении анимации;
Сфера применения фрактальной графики, особенности, преимущества и недостатки.
Фрактальная графика является на сегодняшний день одним из самых быстро развивающихся перспективных видов компьютерной графики.
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.
Применение фрактальной графики можно назвать фактически повсеместным. Более того, эта область постоянно расширяется. На данный момент можно отметить следующие области: Компьютерная графика. Реалистично изображаются рельефы и природные объекты. Это применяется в создании компьютерных игр. Анализ фондовых рынков. Фракталы здесь используются для того, чтобы отметить повторения, которые впоследствии сыграют трейдерам на руку. Естественные науки. В физике с помощью фрактальной графики моделируются нелинейные процессы. В биологии она описывает строение кровеносной системы. Сжатие изображений, чтобы уменьшить объем информации. Создание децентрализованной сети. Посредством фракталов удается обеспечить прямое подключение, а не через центральное регулирование. Поэтому сеть становится более устойчивой. На данный момент практикуется применение фракталов в производстве различного оборудования. Например, уже запущен конвейер по созданию антенн, отлично принимающих сигналы.
Достоинства фрактальной графики заключаются в нескольких факторах: Небольшой размер при масштабном рисунке. Нет конца масштабированию, сложность картинки можно увеличивать бесконечно. Нет другого такого же инструмента, который позволит создавать сложные фигуры. Реалистичность. Простота в создании работ.
III. Алгоритмы сжатия графических файлов: особенности, принцип сжатия, преимущества и недостатки
Как правило, все методы сжатия графических изображений разделяют на две категории: архивацию и компрессию.
Под архивацией понимают сжатие информации с возможностью ее дальнейшего восстановления.
Компрессия же означает потерю некоторого количества информации об изображении, что естественно приводит к ухудшению качества, но уменьшает объем сохраненных данных.
Архивировать можно как растровую, так и векторную графику. Принцип архивации состоит в том, что программа анализирует наличие в сжимаемых данных одинаковых последовательностей и исключает их, записывая вместо повторяющегося фрагмента ссылку на предыдущий и аналогичный ему для того, чтобы была возможность восстановления. Хорошим примером графического объекта с большим количеством одинаковых последовательностей может стать фотография или рисунок с голубым небом в изображении или со сплошной однотонной заливкой. При таком подходе можно восстанавливать нужную информацию без потерь.
Алгоритмы сжатия данных, которые не вносят изменений в исходные файлы и гарантируют полное восстановление данных.
1. RLE . При этом методе кодирования изображение вытягивается в цепочку байт по строкам растра. Сжатие происходит за счёт того, что в исходном изображении встречаются цепочки одинаковых байт, они заменяются на пары: счетчик повторений и значение, что позволяет уменьшить изображение. RLE — используется в форматах PCX — в качестве основного метода и в форматах BMP, TGA, TIFF в качестве одного из доступных.
2. LZW (Lempel, Ziv, Welch). Сжатие по этому алгоритму осуществляется за счет одинаковых цепочек байт. В изображении ищутся повторяющиеся цепочки, делаются ссылки на ранее встречавшиеся. Метод LZW используется, например, при создании файлов формата GIF.
3. Deflate — это алгоритм сжатия без потерь, который использует комбинацию алгоритма LZ77 и алгоритма Хаффмана. LZ-Huffman — использует в формате PNG.
Наиболее популярным примером формата изображения, где используется сжатие с потерями является JPEG.
Принцип работы основан на особенностях восприятия человеческим глазом различных цветов и достаточно сложен с вычислительной точки зрения, так как занимает много процессорного времени. Кодирует файлы в несколько этапов. Во-первых, изображение условно разбивается на несколько цветовых каналов для дальнейшего анализа. Затем картинка разбивается на группы по 64 пиксела в каждой группе (она же - квадратный участок изображения размером 8х8 пикселей) для последующей обработки. Затем цвет пикселей специальным образом кодируется, исключаются дублирующая и избыточная информация, причем при описании цвета больше внимания уделяется скорее яркостной, чем цветовой составляющей, так как человеческий глаз воспринимает изменения яркости лучше, чем изменения конкретного цветового тона. Полученные данные сжимаются по RLE или LZW-алгоритму для достижения еще большей компрессии. В результате на выходе получаем файл иногда в десятки раз меньший, чем его неконвертированный аналог.
IV . Основные типы печатающих устройств
Печатающие устройства – это все виды оборудования, разработанные для нанесения текста и графических изображений (как чёрно-белых, так и цветных) на бумаге любого размера и толщины, а также рулонах, этикетках, плакатах и т.д.
К печатающим устройствам относятся:
- все виды принтеров
- факсимильные аппараты (на основе лазерной и струйной печати)
- копировальные аппараты (или ксероксы, копиры)
- многофункциональные устройства (МФУ)
Принтеры по технологии печати разделяют на матричные, струйные, лазерные, светодиодные, сублимационные и твердочернильные, а по цвету печати – монохромные и полноцветные.
У каждого типа принтеров есть свои недостатки и преимущества. Они разделяются по цене самих аппаратов, по тому, какие для них требуют расходные материалы, по качеству и скорости печати, сложности обслуживания и ремонта принтеров.
Плоттеры (графопостроители) предназначены для автоматического вычерчивания сложных рисунков, схем, карт и т.д. на бумаге формата А0.
В последнее время все большую популярность набирают так называемые МФУ – устройства, совмещающие в себе сканер, копир и принтер. Они применяются как в домашних условиях и тогда имеют размеры, не отличающиеся от размеров обычного принтера, так и в офисах.
Контрольные вопросы:
1. Перечислите основные графические форматы, используемые в Интернет.
2. Назовите достоинства и недостатки этих форматов.
3. Где лучше использовать каждый из форматов и почему?
4. Какой из форматов, GIF или JPEG, обеспечивает наименьшие потери качества изображения?
5. Какими бывают изображения?
6. Что такое пространственное разрешение?
7. От чего зависит качество изображения?
8. С помощью чего хранятся растровые изображения?
9. Что такое графический редактор?
10. Какие растровые графические редакторы вы знаете?
11. Какие векторные графические редакторы вы знаете?
12. Какие форматы графических изображений вы знаете?
13. В чем состоит принцип растровой графики?
14. Почему растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества?
15. Почему для хранения растровых изображений требуется большой объем памяти? Почему растровое изображение искажается при масштабировании?
16. Почему векторные изображения могут быть легко масштабированы без потери качества?
17. Почему векторная графика не позволяет получать изображения фотографического качества?
Читайте также: