Технологии и системы обработки графической информации (компьютерная графика)
Компьютерная графика представляет собой одну из современных технологий создания и обработки различных изображений с помощью аппаратных и программных средств компьютера.
Компьютерную графику можно классифицировать по различным признакам.
1. Способ формирования изображения является основополагающим классификационным признаком графики, так как он не только лежит в основе качества изображения, выводимого на экран, но и определяет возможности редактирования, емкость занимаемой при хранении изображения памяти, а также поведение графического объекта при различных технических характеристиках монитора. По этому признаку выделяют три вида компьютерной графики: растровую, векторную и фрактальную.
Растровая графика — это изображения, сформированные под воздействием клавишных команд или сигналов от манипулятора типа мышь, а также при фотографии, киносъемке, сканировании изображений. Растровые изображения состоят из множества точек (пикселей), размещаемых по фиксированным строкам (растрам).
Растровая графика имеет следующие достоинства:
высокое качество изображения (при соответствующем разрешении);
точная передача оттенков и плавных переходов цветов;
большое количество алгоритмов обработки, для получения различных эффектов;
возможность отображения фотореалистичных изображений.
Однако можно отметить и следующие недостатки:
требование большого объёма дисковой и оперативной памяти, т.к. при хранении и обработке изображения должен кодироваться каждый пиксель;
сложность масштабирования (при увеличении становятся видны отдельные пиксели, при уменьшении сложно рассчитать результирующий цвет пикселя, который получается при слиянии нескольких пикселей разных цветов);
проблемы разбиения сложного изображения на произвольные элементы, для их раздельного использования и редактирования.
Векторная графика предназначена для создания изображений в виде совокупности объектов — примитивных элементов (дуг, отрезков линий, окружностей, многоугольников и т.п.), которые легко изменить или убрать. Векторная графика содержит математические описания кривых и цветовых заливок, составляющих изображение. Ее важным преимуществом является масштабируемость изображений. При изменении размеров рисунка выполняется пересчет уравнений примитивов и построение линий по этим уравнениям. В результате не происходит искажений объекта, характерных для растровых изображений. Таким образом, векторные изображения сложнее создавать, но легче редактировать (в любой момент можно изменить контур, сменить заливку, уменьшить или увеличить размеры и пропорции и т.д.).
Векторную графику часто называют объектно-ориентированной или чертежной графикой.
К достоинствам векторной графики можно отнести следующие:
компактную запись информации (минимальный объём);
произвольное масштабирование без потери качества (происходит пересчёт координат и толщины линий и построение объектов в новых размерах);
изображение состоит из отдельных элементов, которые можно произвольно и независимо редактировать;
высокое качество прорисовки линий и других геометрических объектов.
В качестве недостатков векторной графики можно отметить следующие:
сложность передачи оттенков и плавных переходов цветов;
Если сравнить достоинства и недостатки растровых и векторных изображений, можно заметить, что они, в основном, взаимно дополняют друг друга. В настоящее время происходит постепенное взаимопроникновение методов обработки растровых и векторных изображений, т.е. появляется новый класс изображений, которые являются смешанными — растрово-векторными (например, векторные изображения с использованием растровых изображений в качестве фона или заливки контура).
Следует также отметить, что векторные и растровые изображения могут быть преобразованы друг в друга — в этом случае говорят о конвертации графических файлов. Достаточно просто выполняется преобразование векторных изображений в растровые (растеризация), которое осуществляется с помощью специальных функций в редакторах векторной графики. Преобразование же растровых изображений в векторные (трассировка) осуществимо не всегда, так как для этого растровая картинка должна содержать четкие линии, которые могут быть идентифицированы программой конвертации (например, Corel Trace, или Adobe StreamLine) как векторные примитивы.
Фрактальная графика — вычисляемая графика, основанная на программировании изображения. Обычно она используется для построения графиков и диаграмм (средствами такой графики оснащены табличные процессоры, текстовые редакторы и др.).
Отличительными чертами фрактальной графики можно назвать:
изображение формируется по уравнениям;
в памяти хранятся не объекты, а их уравнения;
позволяет моделировать путем математических вычислений сложные, причудливые и необычные рисунки.
2. По размерности получаемого изображения компьютерную графику можно разделить на следующие группы:
трехмерная компьютерная графика (3D-графика) — графика с объемным изображением.
3. По динамике изображения графика может быть классифицирована как:
статическая графика — компьютерная графика с неизменяющимися картинками;
компьютерная анимация — графика с изменяющимися 2-х и 3-мерными изображениями.
Приложения, работающие с такой графикой можно подразделить на: программы 2-х и 3-х-мерного моделирования; программы 2-х и 3-мерной анимации; презентационные пакеты.
4. По назначению графику можно разделить на различные группы: графика для полиграфии; для компьютерной живописи; графика для презентаций; графика для кино, рекламы, клипов; деловая графика — для отображения данных экономических расчетов в виде графиков и диаграмм различных типов; научная графика — для представления научных объектов различной природы (например, для виртуальной визуализации каких-либо процессов и явлений); конструкторская графика — для 2-х и 3-мерного моделирования различных объектов (схемотехника, дизайн, проектирование, инженерные разработки, и пр.).
Существующие на сегодняшний день системы компьютерной графики (пакеты прикладных программ, работающие с графическими изображениями), также можно классифицировать различным образом, например:
Пакеты векторной статической двухмерной графики (Adobe Illustrator, Corel DRAW, Adobe (Macromedia) FreeHand и др.)
Пакеты векторной динамической (анимационной) двухмерной графики (Autodesk Animator Pro, Adobe (Macromedia) Flash и др.)
Пакеты растровой статической двухмерной графики (Paint, Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint, Jacs Paint Shop Pro, Adobe PhotoDeluxe, Microsoft PhotoDraw и др.)
Пакеты растровой динамической (анимационной) двухмерной графики (Ulead GIF Animator, PhotoGif Animator, Adobe ImageReady и др.)
Универсальные пакеты трехмерной графики (3D Studio MAX, Ray Dream Studio 3D и др.)
Пакеты просмотра и преобразования форматов графических файлов (ACDSee, Graphics WorkShop, FlashView, Picture View и др.). Современные «просмотрщики» позволяют также производить некоторую коррекцию растровых изображений.
Приведенная классификация является достаточно условной, так как многие современные версии пакетов растровой графики могут работать с векторными изображениями и наоборот.
Независимо от вида графики большинство систем компьютерной графики имеют следующие функциональные возможности:
создание и редактирование графических изображений;
моделирование различных кистей (карандаш, рука, уголь, аэрограф и др.) и материалов (акварели, масла и др.);
применение различных видов заливки и теневых эффектов;
