Компьютерная графика в машиностроении реферат

Обновлено: 07.07.2024

Конечным продуктом компьютерной графики является изображение. Это изображение может использоваться в различных сферах, например, оно может быть техническим чертежом, иллюстрацией с изображением детали в руководстве по эксплуатации, простой диаграммой, архитектурным видом предполагаемой конструкции или проектным заданием, рекламной иллюстрацией или кадром из мультфильма. Работа с компьютерной графикой сегодня — одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, которое имеет массу возможностей и перспектив в своем развитии.

Содержание

Введение …………………………………………………………………..
3
Определение и основные задачи компьютерной графики…………….
4
Области применения компьютерной графики ………………………….
4-6
История развития компьютерной графики …………………………….
7-13
Виды компьютерной графики…………………………………………….
13-15
Обзор и различие графических форматов……………………………….
15-19
Заключение…………………………………………………………………
20
Список использованных источников……………………………………..
21

Вложенные файлы: 1 файл

реферат.docx

Определение и основные задачи компьютерной графики…………….

Области применения компьютерной графики ………………………….

История развития компьютерной графики …………………………….

Виды компьютерной графики…………………………………………….

Обзор и различие графических форматов……………………………….

Список использованных источников……………………………………..

Компьютерная графика в современном обществе широко применяется в различных сферах деятельности человека: в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д. Без нее не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90 % рабочего времени программистских коллективов, выпускающих программы массового применения.

Компьютерная графика в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном обеспечении для разнообразных изображений от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Она используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности и восприятия, передачи информации.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Компьютерная графика — это наука, предметом изучения которой является создание, хранение и обработка моделей и их изображений с помощью ЭВМ, т.е. это раздел информатики, который занимается проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи:

— представление изображения в компьютерной графике;

— подготовка изображения к визуализации;

— осуществление действий с изображением.

Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью компьютера. Под графической информацией понимаются модели объектов и их изображения.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для наглядного отображения разнообразной информации. Конструкторы, разрабатывая новые модели автомобилей и самолетов, используют трехмерные графические объекты, чтобы представить окончательный вид изделия. Архитекторы создают на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть, как оно впишется в ландшафт.

Можно рассмотреть следующие области применения компьютерной графики.

Научная графика – визуализация объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов.
Деловая графика – эта область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различный учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки.
Иллюстративная графика - программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчение подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линиек и других инструментов.
Художественная и рекламная графика – это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярная во многом благодаря телевиденью. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации и многое другое.
Графика для Интернета.

Появление глобальной сети Интернет привело к тому, что компьютерная графика стала занимать важное место в ней. Все больше совершенствуются способы передачи визуальной информации, разрабатываются более совершенные графические форматы, ощутимо желание использовать трехмерную графику, анимацию, весь спектр мультимедиа.

Компьютерная анимация — это получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Мультимедиа — это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Первые компьютеры появились в 40-х годах XX века, но только недавно они стали использоваться для создания художественных изображений. В 50-х годах идея об использовании технологии для создания визуальных эффектов была реализована путем создания телевизоров, осциллографов и экранов радаров. Первым глобальным шагом в этом направлении была, вероятно, придуманная в 1961 году Иваном Сазерлендом система Sketchpad, положившая начало эре компьютерной графики. С помощью светового пера пользователи могли создавать рисунки непосредственно на поверхности экрана. Векторная графика представляет собой примитивный штриховой рисунок, часто использовавшийся в первых видеоиграх и кино.

В 1967 году Сазерленд начал совместную работу с Дэвидом Эвансом с целью создания учебного курса компьютерной графики, в котором были бы слиты воедино искусство и наука. Университет штата Юта, в котором были начаты эти исследования, заработал хорошую репутацию в области исследования компьютерной графики и привлек людей, которые впоследствии сыграли важную роль в развитии данной отрасли. Среди них были: Джим Кларк — основатель компании Silicon Graphics Inc., Эд Кэтмул — один из первопроходцев в области создания фильмов с помощью компьютера и Джон Вэрнок — основатель компании Adobe Systems и разработчик таких известных продуктов, как Photoshop и Postscript.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Начало эры компьютерной графики.

В 1984 году в Сайта-Барбаре была основана компания Wavefront. Это название буквально переводится как волновой фронт. Компания немедленно занялась разработкой программного обеспечения для создания трехмерных визуальных эффектов и производством графических заставок для телепрограмм Showtime, Bravo и National Geographic Explorer. Первое приложение, созданное компанией Wave-front, называлось Preview. Затем в 1988 году была выпущена программа Softimage, которая довольно быстро завоевала популярность на рынке продуктов, предназначенных для работы с компьютерной графикой. Все программное и аппаратное обеспечение, использовавшееся для создания анимации в 80-х годах, было специализированным и очень дорогим. К концу 80-х годов в мире насчитывалось всего несколько тысяч человек, занимавшихся моделированием визуальных эффектов. Почти все они работали на компьютерах производства компании Silicon Graphics и использовали программное обеспечение от фирм Wavefront, Softimage и т. п.

Новый этап развития.

Благодаря появлению персональных компьютеров число людей, занимающихся созданием компьютерной анимации, начало расти. Компании IBM PC, Amiga, Macintosh и даже Atari начали разрабатывать программное обеспечение для обработки трехмерных изображений. В 1986 году фирма AT&T выпустила первый пакет для работы с анимацией на персональных компьютерах, который носил название TOPAS. Он стоил 10 000 долларов и работал на компьютерах с процессором Intel 286 и операционной системой DOS. Благодаря этим компьютерам стало возможным создание свободной анимации, несмотря на примитивную графику и относительно низкую скорость вычислений. В следующем году фирма Apple Macintosh выпустила еще одну систему для создания трехмерной графики на базе персональных компьютеров, которая носила название Electric Image. В 1990 году фирма AutoDesk начала продажу продукта 3D Studio, созданного независимой командой Yost Group, разрабатывавшей графические продукты для компании Atari. Стоимость 3D Studio составляла всего 3000 долларов, что в глазах пользователей персональных компьютеров делало его достойным конкурентом пакету TOPAS. Еще через год появился продукт Video Toaster компании NewTek вместе с простой в использовании программой LightWave. Для работы с ними были необходимы компьютеры Amiga. Эти программы пользовались большим спросом на рынке и продавались тысячами копий.

К началу 90-х годов создание компьютерной анимации стало доступно широкому кРУгу пользователей. Каждый мог экспериментировать с анимацией и эффектами трассирования. Появилась возможность бесплатно загрузить программу Стивена Коя Vivid, позволяющую воспроизводить эффекты трассирования, или программу Persistence of Vision Raytracer, больше известную под названием POVRay. Последняя предоставляет детям и начинающим пользователям замечательную возможность познакомиться с основами компьютерной графики. Фильмы с потрясающими спецэффектами демонстрируют новый этап развития компьютерной графики и визуализации.

Слияние компаний Alias и Wavefront.

По мере роста рынка приложений для работы с трехмерной графикой и увеличения конкуренции, многие компании объединили свои ехнологии. В 1993 году компания Wavefront слилась с фирмой Thompson Digital Images, которая использовала моделирование на основе NURBS-кривых и интерактивную визуализацию. Позднее эти функции легли в основу интерактивной фотореалистичной визуализации в Maya. В 1994 году фирма Microsoft купила программу Softimage и выпустила версию данного продукта для платформ Windows NT на базе компьютеров Pentium. Это событие можно считать началом эры недорогих и доступных среднестатистическому пользователю персонального компьютера программ для работы с трехмерной графикой. В ответ на это в 1995 году компания SGI купила и объединила фирмы Alias и Wavefront, чтобы предотвратить упадок интереса к приложениям, которые работали исключительно на специализированных компьютерах SGI. Почти сразу же новая компания, названная Alias] Wavefront, начала объединение имевшихся в ее распоряжении технологий для создания совершенно новой программы.

Наконец, в 1998 году было выпущено приложение Maya, стоившее от 15 000 до 30 000 долларов и предназначенное для операционной системы IRIX на рабочих станциях SGI. Программа была написана с нуля и предлагала новый путь развития анимации с открытым интерфейсом программирования приложений (API) и колоссальными возможностями расширения. Несмотря на первоначальное намерение компании SGI сохранить эксклюзивное право на предоставление среды для Maya, в феврале 1999 года появилась версия для Windows NT. Старая схема формирования цен была отброшена, и теперь базовый пакет Maya стоит всего 7500 долларов. В апреле этого же года появилась Maya 2, а в ноябре — Maya 2.5, содержащая модуль Paint Effects (Эффекты рисования). Летом 2000 года была выпущена версия Maya 3, к которой была добавлена возможность создания нелинейной анимации с помощью инструмента Тгах (Видеомонтаж). В начале 2001 года были анонсированы версии Maya для Linux и Macintosh, а с июня начались поставки Maya 4 для IRIX и Windows NT/2000.

Maya представляет собой программу для создания трехмерной графики и анимации, основанных на моделях, созданных пользователем в виртуальном пространстве, освещенных виртуальными источниками света и показанных через объективы виртуальных камер. Существуют две основные версии программы: Maya Complete (ее стоимость на момент написания книги составляла 7500 долларов) и Maya Unlimited (стоившая 16 000 долларов), которая включала некоторые специфические функции. Maya работает как на компьютерах PC с операционной системой Windows NT/2000, так и в операционных системах Linux, IRIX или даже Macintosh. Программа позволяет создавать фотореалистичные растровые изображения, подобные тем, которые вы получаете с помощью цифровой камеры. При этом работа над любой сценой начинается с пустого пространства. Лю-эой параметр можно заставить изменяться с течением времени, в результате после визуализации набора кадров получается анимированная сцена. Перечислим эсновные возможности и области применения Maya.

Одной из самых важных отраслей промышленного дела является машиностроение. Так же, как и на все промышленные отрасли, на машиностроение сильно повлияло внедрение современных технологий и модернизация. Информационные технологии не так давно используются в машиностроении, но уже существенно повысили качество произведения работ и облегчили задачи работникам.

Общепринято считать, что компьютерные технологии применяют в основном для автоматизации процессов производства, но это не совсем так. Благодаря компьютерным технологиям стало возможным создание принципиально новых технологий проектировки и производства, что позволяет уменьшить затраты и период производства тех или иных агрегатов, а также улучшить их качество и рабочие параметры.

Применение компьютерных технологий позволяет, помимо автоматизации производства изделий, создавать их детальные макеты. Это особенно существенно для изготовления сложных машиностроительных механизмов. Компьютерные технологии дают возможность создавать более качественную продукцию в более короткие сроки.

Обычно в проектировании принимают участие несколько человек, которые постоянно должны взаимодействовать, одновременно проектировать различные детали и узлы конструкций. Они совместно проводят анализ, моделирование, компоновку оборудования и прочее.

При проектировании вся информация, касающаяся изделия, передается в производственные цеха для налаживания процессов изготовления, и одновременно создается макет будущего изделия.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Компьютерные программы в производстве

Компьютерное проектирование производства подразумевает применение систем автоматизации проектирования, анализа и наладки производства (CAD, CAE, CAM).

Такие системы широко применяются в западных странах во многих отраслях машиностроения, в нашей же стране их могут позволить себе лишь крупные компании.

Во многих компаниях внедрены на производстве программы типа AUTOCAD, Компас-3D, CATIAV6 и прочие.

Серьезные компьютерные технологии применяются при масштабном многосерийном производстве. В нашей стране для автоматизации производства широко распространены отечественные программы, такие как 1С Предприятие.

Применение компьютерных технологий в производстве оказало значительное влияние на производительность предприятий. Что касается экономической стороны вопроса, компьютерные технологии на сегодняшний день развиваются все быстрее и быстрее, улучшая экономические показатели деятельности предприятий.

Но все же далеко не все предприятия могут позволить себе переход на полное компьютерное производство, чаще всего заменяется около 35 % оборудования, таким образом, предприятия даже не достигают 50% роста показателей.

Так как многие компьютерные программы разработаны на база зарубежных стандартов, это серьезно затормаживает процесс их внедрения, потому как наши стандарты управления и производства отличаются от зарубежных.

В судостроении компьютерные технологии редко применяются, как и на любом другом мелкосерийном производстве. Дело в том, что каждое сборка каждого судна совершается по этапам, его проверка и подгонка происходит на месте, поэтому каждое судно уникально по-своему. То есть каждое судно проектируется и изготавливается индивидуально. Практически нет повторяющихся деталей. Здесь не мало важным моментом является то, что сложно внедрить компьютерные технологии в области документации, а при недостаточной информации компьютерной программе сложно эффективно работать.

Компьютерные технологии нашли широкое применение непосредственно в производственных цехах. Так, к примеру, каждый оператор отвечает за работу нескольких станков с помощью автоматизированных систем. Это позволяет контролировать температуру, давление и прочие параметры процессов.

Применение роботов в машиностроительной сфере

При производстве также используют роботизированную технику, это стало возможным только благодаря компьютерным технологиям. Первый робот был произведен в 1961 году и внедрен компанией General Motors. Он был выполнен в виде механической руки и назывался Unimate. На его барабан была записана последовательность операций, которые она производил.

В начале 70-х годов ХХ века применение роботов нашло широкое распространение, поначалу их применяли для опасных, но не сложных работ, они выполняли элементарные операции. Самое большое распространение роботы имели в сфере автомобильного производства, они выполняли такие простые операции, как сварка, покраска, штамповка, сборка и прочие.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Применение такой технологии позволило минимизировать человеческие затраты.

На сегодняшний день применение компьютеров в производстве решает многие вопросы и стало неотъемлемой составляющей производственного процесса. Область применения компьютерных технологий с каждым разом расширяется. Они используются практически в любой области инженерии. С помощью компьютерных технологий производство детали, начиная от планирования, полностью сопровождается на всем жизненном цикле. Применяются технологии проектирования 3D-моделей, для многих предприятий сегодня они стали основным инструментом создания проектной документации. Компьютерные технологии позволяют создавать мощные базы данных и соединять мелкие технологии в единый непрерывный процесс.

САПР, это автоматизированная система , реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности

В настоящее время на основе современных вычислительных комплексов и средств автоматизации созданы и находятся в промышленной эксплуатации системы автоматизированного проектирования, позволяющие в значительной степени освободить конструктора-проектировщика от однообразной, трудоемкой и утомительной умственной работы и повысить его интеллектуальные возможности на этапах принятия решений.

Основными требованиями к промышленному производству являются сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение ее качества. Выполнить эти требования невозможно без широкого использования методов и систем автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа (CAE/CAD/CAM-систем).

Историю САПР в машиностроении часто разделяют на несколько этапов.

На первом этапе (до конца 70-х годов) был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность автоматизированного проектирования сложных промышленных изделий. Были получены отдельные результаты, показавшие, что область проектирования в принципе поддается компьютеризации; в этот период основное внимание уделялось системам автоматизированного черчения. Многие программные продукты того времени назывались системами автоматизированного черчения - САЧ.

Проектирование механических изделий заключается прежде всего в конструировании, т.е. в определении геометрических форм тел и их взаимного расположения. Поэтому история автоматизация проектирования в машиностроении связана с историей компьютерной графики. В конце 50-х -- начале 60-х появляются системы с выводом информации на электронно-лучевую трубку, это SAGE (Semi Automatic Ground Environment), которая использовалась в составе системы противовоздушной обороны в военно -воздушных силах США, и электронная чертежная машина (The Electronic Drafting Machine) компании ITEK. Первой графической станцией часто называют станцию Sketchpad с использованием дисплея и светового пера, представленную в 1963 г. И.Сазерлендом. И.Сазерленд в дальнейшем работал в ARPA, возглавив в этом агентстве департамент анализа и обработки информации, а позже стал профессором Гарвардского университета. Растровые дисплеи стали применяться в 70-е годы.

На втором этапе (80-е годы) появились и начали использоваться графические рабочие станции компаний Intergraph, Sun Microsystems с архитектурой SPARC или автоматизированные рабочие места на компьютерах VAX от DEC под управлением ОС Unix. К 1982 г. твердотельное моделирование начинают применять в своих продуктах компании Computervision, IBM, Prime и др., однако методы получения моделей тел сложной формы еще не развиты, отсутствует поверхностное моделирование. В том же году повляется первая версия программы CATIA с возможностями 3D моделирования и разработки программ для ЧПУ и Джоном Уокером создается компания Autodesk.

В 80-х годах XX в. персональные компьютеры были 16-разрядны- ми, и их мощности хватало лишь для двумерных построений — черчения и создания эскизов. В последние годы широкое распространение получили 64-разрядные системы черчения. По сравнению с 32-раз- рядными процессорами они могут оперировать большими значениями чисел и делать вычисления с большей точностью.

Конкуренция 80-х гг. XX в. способствовала совершенствованию программных продуктов, увеличению их функциональных возможностей и производительности, широкому внедрению средств коллективной работы над проектом конструкторов, технологов, экономистов и работников других служб. Были разработаны новые технологии, которые полностью изменили методологический подход к процессу проектирования.

В 80-е годы и в начале 90-х такое деление основывалось на значительном различии характеристик используемого для САПР вычислительного оборудования. Аппаратной платформой CAD/CAM-систем верхнего уровня были дорогие высокопроизводительные рабочие станции с ОС Unix. Такая техника позволяла выполнять сложные операции как твердотельного, так и поверхностного геометрического моделирования применительно к сборочным узлам из многих деталей. CAD-системы нижнего уровня предназначались только для автоматизации чертежных работ, выполнявшихся на низкопроизводительных рабочих станциях и персональных компьютерах. По мере улучшения характеристик персональных компьютеров удавалось создавать сравнительно недорогие системы с возможностями параметрического и ассоциативного 3D-моделирования. Такие системы стали относить к CAD/CAM-системам среднего уровня. Сегодня деление CAD/CAM-систем на САПР верхнего, среднего и нижнего уровней еще сохраняется, хотя и страдает очевидной нечеткостью.

На третьем этапе (начиная с 90-х годов) бурное развитие микропроцессоров привело к возможности использования рабочих станций на персональных ЭВМ, что заметно снизило стоимость внедрения САПР на предприятиях. На этом этапе продолжается совершенствование систем и расширение их функциональности. Начиная с 1997 г., рабочие станции на платформе Wintel не уступают Unix-станциям по объемам продаж.

90-е года - период "зрелости" - некоторые ошибки были исправлены (например, убраны барьеры несовместимости между системами). Сначала стали появляться - третье сторонние фирмы - разработчики ПО для конвертации данных из системы в систему. Потом крупные системы стали сами предоставлять возможность импорта и экспорта данных с другими распространенными системами.

Начиная с конца 90-х годов, период характеризуется интеграцией CAD/CAM/CAE-систем с системами управления проектными данными PDM и с другими средствами информационной поддержки изделий.

В 1992 году корпорация Intergraph, один из ведущих на тот момент производителей CAD-систем для машиностроения, приняла решение о разработке нового программного продукта, целиком построенного на базе платформы Wintel.

В 1993 г. в США создается компания Solidworks Corporation и уже через два года она представила свой первый пакет твёрдотельного параметрического моделирования Solidworks на базе геометрического ядра Parasolid. Система Solidworks вошла в число ведущих систем среднего уровня.

Компания Аскон основана в 1989 г. В нее вошел коллектив разработчиков, который до этого в Коломенском конструкторском бюро машиностроения проектировал систему Каскад. Первая версия Компас для 2D проектирования на персональных компьютерах появилась в том же 1989 г. В 2000 г. САПР Компас распространена на 3D проектирование. В 2003 г. выпущена 6-я версия Компас и PDM система Лоцман.PLM.

Выпуск первой коммерческой версии системы T-FLEX CAD 2.x (TopCAD) относится к 1992 г.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Выполнила: Абдуллаева Ф.Ш., 14 ИПФ

Проверила: Карева А.С.

1 Двумерная графика (2D)

1.1 Фрактальная графика

1.2 Растровая графика

1.3 Векторная графика

1.4 Растровая и векторная графика

2 Трёхмерная графика

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

Работа с компьютерной графикой - одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не, только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агентствам, но часто обходятся собственными силами и доступными программными средствами.

Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени программистских коллективов, выпускающих программы массового применения.

Основные трудозатраты в работе редакций и издательств тоже составляют художественные и оформительские работы с графическими программами.

Необходимость широкого использования графических программных средств стала особенно ощутимой в связи с развитием Интернета и, в первую очередь, благодаря службе World Wide Web, связавшей в единую "паутину" миллионы "домашних страниц".У страницы, оформленной без компьютерной графики мало шансов привлечь к себе массовое внимание.

1 Двумерная графика (2D)

Двумерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

1.1 Фрактальная графика

Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

1.2 Растровая графика

Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. При этом следует различать:

разрешение экранного изображения;

разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки и создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требование к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселем. Размер пикселя варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешение оригинала и масштаб отображения.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 20–21 дюйм (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640х480,800х600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1200, 1600х1280, 1920х1200, 1920х1600 точек.

Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22–0,25 мм.

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150–200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200–300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.

Разрешение печатного изображения и понятие линиатуры. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch – Ipi) и называется линиатурой.

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит от интенсивности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем плотнее заполняется элемент растра. То есть, если в ячейку попал абсолютно черный цвет, размер точки растра совпадет с размером элемента растра. В этом случае говоря то 100% заполняемости. Для абсолютно белого цвета значение заполняемости составит 0%. На практике заполняемость элемента на отпечатке обычно составляет от 3 до 98%. При этом все точки растра имеют одинаковую оптическую плотность, в идеале приближающуюся к абсолютно черному цвету. Иллюзия более темного тона создается за счет увеличения размеров точек и, как следствие, сокращения пробельного поля между ними при одинаковом расстоянии между центрами элементов растра. Такой метод называют растрированием с амплитудной модуляцией (AM).

Интенсивность тона (так называемую светлоту) принято подразделять на 256 уровней. Большее число градаций не воспринимается зрением человека и является избыточным. Меньшее число ухудшает восприятие изображения (минимально допустимым для качественной полутоновой иллюстрации принято значение 150 уровней). Нетрудно подсчитать, что для воспроизведения 256 уровней тона достаточно иметь размер ячейки растра 256 = 16 Х 16 точек.

При выводе копии изображения на принтере или полиграфическом оборудовании линиатуру растра выбирают, исходя из компромисса между требуемым качеством, возможностями аппаратуры и параметрами печатных материалов. Для лазерных принтеров рекомендуемая линиатура составляет 65-100 Ipi, для газетного производства – 65-85 lpi, для книжно-журнального – 85-133 lpi, для художественных и рекламных работ – 133-300 lpi.

При печати изображений с наложением растров друг на друга, например многоцветных, каждый последующий растр поворачивается на определенный угол.

Традиционными для цветной печати считаются углы поворота: 105 градусов для голубой печатной формы, 75 градусов для пурпурной, 90 градусов для желтой и 45 градусов для черной. При этом ячейка растра становится косоугольной, и для воспроизведения 256 градаций тона с линиатурой 150 lpi уже недостаточно разрешения 16х150=2400 dpi. Поэтому для фотоэкспонирующих устройств профессионального класса принято минимальное стандартное разрешение 2540 dpi, обеспечивающее качественное растрирование при разных углах поворота растра.

Таким образом, коэффициент, учитывающий поправку на угол поворота растра, для цветных изображений составляет 1,06.

Динамический диапазон. Качество воспроизведения тоновых изображений принято оценивать динамическим диапазоном (D). Это оптическая плотность, численно равная десятичному логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания (для оригиналов, рассматриваемых “на просвет”, например слайдов) или коэффициенту отражения (для прочих оригиналов, например полиграфических отпечатков).

Для оптических сред, пропускающих свет, динамический диапазон лежит в пределах от 0 до 4. Для поверхностей, отражающих свет, значение динамического диапазона составляет от 0 до 2. Чем выше динамический диапазон, тем большее число полутонов присутствует в изображении и тем лучше качество его восприятия.

Связь между параметрами изображения и размером файла. Средствами растровой графики принято иллюстрировать работы, требующие высокой точности в передаче цветов и полутонов. Однако размеры файлов растровых иллюстраций стремительно растут с увеличением разрешения. Фотоснимок, предназначенный для домашнего просмотра (стандартный размер 10х15 см, оцифрованный с разрешением 200-300 dpi, цветовое разрешение 24 бита), занимает в формате TIFF с включенным режимом сжатия около 4 Мбайт. Оцифрованный с высоким разрешением слайд занимает 45-50 Мбайт. Цветное изображение формата А4 занимает 120-150 Мбайт.

Масштабирование растровых изображений. Одним из недостатков растровой графики является так называемая пикселизация изображений при их увеличении (если не приняты специальные меры). Раз в оригинале присутствует определенное количество точек, то при большем масштабе увеличивается и их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию (рис.4). Для противодействия пикселизации принято заранее оцифровывать оригинал с разрешением, достаточным для качественной визуализации при масштабировании.

Другой прием состоит в применении стохастического растра, позволяющего уменьшить эффект пикселизации в определенных пределах. Наконец, при масштабировании используют метод интерполяции, когда увеличение размера иллюстрации происходит не за счет масштабирования точек, а путем добавления необходимого числа промежуточных точек.

Читайте также: