Введение
В середине 50-х годов для больших ЭВМ, которые применялись в научных и военных исследованиях, впервые в графическом виде было реализовано представление данных. Перед человечеством же стояли задачи масштабных строительств, проектов на будущее, испытаний, которых компьютер решить не мог. С появлением мощных графических станций, а так же компьютеров, способных решать не только математические задачи, но и визуализировать сложнейшие технологические процессы на экране, начинается новая эра в компьютерной промышленности. Особенно интенсивно технология обработки графической информации с помощью компьютера стала развиваться в 80-х годах.
В настоящее время широко используются технологии обработки графической информации с помощью ПК. Графический интерфейс пользователя стал стандартом "де-факто" для ПО разных классов, начиная с операционных систем. Вероятно, это связано со свойством человеческой психики: наглядность способствует более быстрому пониманию. Компьютер проводил различные вычисления, а основная работа лежала всё равно на человеке.
Широкое применение получила специальная область информатики, которая изучает методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, - компьютерная графика. Без нее трудно представить уже не только компьютерный, но и вполне материальный мир, так как визуализация данных применяется во многих сферах человеческой деятельности. В качестве примера можно привести опытно-конструкторские разработки, медицину (компьютерная томография), научные исследования и др.
Графическую информацию можно представлять в двух формах: аналоговой или дискретной. Живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно - это пример аналогового представления, а изображение, напечатанное при помощи струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета - это дискретное представление. Путем разбиения графического изображения (дискредитации) происходит преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную. При этом производится кодирование - присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода. При кодировании изображения происходит его пространственная дискредитация. Ее можно сравнить с построением изображения из большого количества маленьких цветных фрагментов (метод мозаики). Все изображение разбивается на отдельные точки, каждому элементу ставится в соответствие код его цвета. При этом качество кодирования будет зависеть от следующих параметров: размера точки и количества используемых цветов. Чем меньше размер точки, а, значит, изображение составляется из большего количества точек, тем выше качество кодирования. Чем большее количество цветов используется (т. е. точка изображения может принимать больше возможных состояний), тем больше информации несет каждая точка, а, значит, увеличивается качество кодирования. Создание и хранение графических объектов возможно в нескольких видах - в виде векторного, фрактального или растрового изображения. Отдельным предметом считается 3D (трехмерная) графика, в которой сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений. Она изучает методы и приемы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Для каждого вида используется свой способ кодирования графической информации.
Самая большая радость для программиста – это видеть и знать, что пользователи находят для его детища самые разнообразные применения. Особенно это касается таких продуктов, как 3D Studio MAX2, который, в отличие от текстового процессора или электронной таблицы, позволяет с помощью изобразительных средств воплотить самые фантастические идеи и мечты в жизнь.
Компьютерное трёхмерное моделирование, анимация и графика в целом не уничтожают в человеке истинного творца, а позволяют ему освободить творческую мысль от физических усилий, максимально настроившись на плод своего творения. Конечно, пока невозможно заниматься графикой без определённых навыков, но технология не стоит на месте и, возможно, в недалёком будущем творение человека будет зависеть только от его мысли
Кодировка графической информации
Пространственная дискретизация.
В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения их мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, синий и т.д.).
Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Во-первых, качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.
Во-вторых, чем большее количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки изображения используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет большее количество информации). Совокупность используемых в наборе цветов образует палитру цветов.
Формирование растрового изображения.
Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые в свою очередь содержат определенное количество точек (пикселей).
Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т. е. количеством точек, из которого оно складывается. Чем больше разрешающая способность, то есть чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных персональных компьютерах обычно используется три основных разрешающие способности экрана: 800*600, 1024*768, 1280*1024 точки.
Рассмотрим формирование на экране монитора растрового изображения, состоящего из 600 строк по 800 точек в каждой строке (всего 480 000 точек). В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь одно из двух состояний – «черная» или «белая», то есть для хранения ее состояния необходим 1 бит.
Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 и 32 бита.
Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: N=2i , где I – глубина цвета.
Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, синего и зеленого. Такая цветовая модель называется RGB-моделью по первым буквам английских названий цветов (Red, Green, Blue).
Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданны различные интенсивности. Например, при глубине цвета в 24 бита на каждый из цветов выделяется по 8 бит, то есть для каждого из цветов возможны N=28 =256 уровней интенсивности, заданные двоичными кодами (от минимальной – 00000000 до максимальной – 11111111).
Графический режим.
Графический режим вывода изображения на экран монитора определяется величиной разрешающей способности и глубиной цвета. Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой его точке должна храниться в видеопамяти компьютера. Рассчитываем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с разрешением 800*600 точек и глубиной цвета 24 бита на точку.
Всего точек на экране: 800*600=480 000
Необходимый объем видеопамяти:
24 бит * 480 000 точек = 11 520 000 бит = 1 440 000 байт = 1,37 Мбайт
Аналогично рассчитываем необходимый объем видеопамяти для других графических режимов.
В Windows предусмотрена возможность выбора графического режима и настройки параметров видеосистемы компьютера, включающей монитор и видеоадаптер.
Техноголия обработки графической информации
Растровая и векторная графика.
Все создаваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части – растровую и векторную графику. Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселами, каждая из которых может иметь определенный цвет. Диапазон доступных цветов определяется текущей палитрой. Так например для черно-белого изображения в палитре два цвета - черный и белый, для цветных изображений палитра может состоять из 16, 256, 65536, 16777216 т.е. 21,24,28,216,224 а также 232.
В противоположность этому векторное изображение многослойно. Каждый элемент этого изображения - линия, прямоугольник, окружность или фрагмент текста - располагается в своем собственном слое, пикселы которого устанавливаются совершенно независимо от других слоёв. Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью специального языка (мат. уравнения линий, дуг, окружности и т.д.). Кроме того, сложные объекты (ломанные линии, различные геометрические фигуры) описываются как совокупность элементарных графических объектов (линий, дуг и т.д.).
Такое векторное изображение представляет собой совокупность слоев содержащих различные графические объекты. Слои накладываясь друг на друга формируют цельное изображение.
Объекты векторного изображения, могут произвольно без потери качества изменять свои размеры.
При изменении размеров объектов растрового изображения происходит потеря качества. Например при увеличении растрового изображения увеличивается зернистость.
Графические редакторы
В настоящее время имеется множество программ для редактирования графических изображений. Эти программы в соответствии с делением графики на растровую и векторную можно условно разделить на два класса:
1. Программ для работы с растровой графикой.
2. Программ для работы с векторной графикой.
Также имеются программы, которые совмещают возможности программ этих двух классов. Т.е. позволяют создавать изображения состоящие из растровой и векторной графики.
Среди программ первого класса отметим :
Графический редактор Paint — простой однооконный графический редактор, который позволяет создавать и редактировать достаточно сложные рисунки.
Photoshop фирмы Adobe многооконный графический редактор позволяет создавать и редактировать сложные рисунки, а также обрабатывать графические изображения (фотографии). Содержит множество фильтров для обработки фотографий (изменение яркости, контрастности и т.д.).
Среди программ второго класса отметим:
Программа Microsoft Draw — входящая в комплект MS Office. Эта программа служит для создания различных рисунков, схем. Обычно вызывается из MS Word.
Adobe Illustrator, Corel Draw — программы используются в издательском деле, позволяет создавать сложные векторные изображения.
Как правило программы первого класса позволяют сохранять изображения в файлах стандартных форматов: bmp, pcx, gif, tif, а программы второго класса используют для этих целей свои форматы.
GIMP - это мощный профессиональный графический редактор с массой вспомогательных программ. Само название "GIMP" является аббревиатурой GNU Manipulation Image Program и переводится на русский язык как "программа обработки изображений".
Первая версия GIMP была выпущена в феврале 1996 и оказала большое влияние как первая действительно профессиональная и бесплатная программа обработки изображений, которая могла конкурировать с большими коммерческими графическими редакторами. GIMP постоянно развивается: появляются версии программы с новыми функциональными возможностями.
GIMP обладает широкими и разносторонними возможностями. Новички могут использовать GIMP в качестве простой "рисовалки", однако профессионалы наверняка по достоинству оценят средства, которые предоставляет GIMP для коррекции и ретуши фотографий, интерактивной пакетной обработки, создания изображений, конвертирования графических форматов и т. п.
Разработчики программы постарались включить в нее все, начиная с основных средств рисования и редактирования, без которых не обходится ни один графический редактор, и заканчивая самыми современными средствами обработки изображений. Он очень похож на Photoshop, широко распространенный коммерческий графический пакет для ОС Windows. GIMP включает все те средства, которые есть в программе Photoshop, и, "понимает" формат файлов, используемый в этой программе, так что пользователи Photoshop могут легко перейти на использование GIMP.
Краткий список возможностей и особенностей GIMP: полный набор инструментов для рисования, включая кисти, карандаш, пульверизатор и т.п.; сохранение изображения в памяти в виде отдельных частей, так что размер изображения ограничен только доступным дисковым пространством; поддержка альфа каналов (прозрачности); работа со слоями; развитые возможности поддержки скриптов, причем существует даже возможность вызова встроенных функций GIMP из внешних скриптов, таких как Script-Fu, Perl-Fu (скрипты на Perl) и Python-Fu (скрипты на Python); многоуровневые операции отмены действия (undo) и повторного выполнения (redo), ограниченные только дисковым пространством; наличие инструментов трансформации рисунка, включая вращение, масштабирование, искривление и зеркальное отображение; список поддерживаемых форматов включает PostScript, JPEG, GIF, PNG, XPM, TIFF, TGA, MPEG, PCX, BMP и многие другие; наличие инструментов выделения прямоугольных, эллиптических областей, областей произвольной формы, связанных областей и выделение форм в изображении (intelligent scissors); наличие возможности вызова плагинов, что позволяет легко наращивать функциональность программы, добавлять возможность работы с новыми форматами файлов и новыми фильтрами.
Список используемых источников:
www.ctc.msiu.ru
www.progimp.ru
www.opensource.aaanet.ru
