Компьютерная графика

ГПОУ «Ленинск-Кузнецкий политехнический техникум»

ИНФОРМАТИКА

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Преподаватель Щеглова Алена Александровна

Теоретическое занятие

для студентов I курса

Ленинск-Кузнецкий, 2024

Компьютерная графика

Компьютерная графика – область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов.

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 1950-х годов для большинства ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях.

Задачи компьютерной графики

• Представление изображения.
• Подготовка изображения к визуализации.
• Создание изображения.
• Осуществление действий с изображением.

Области применения

• Деловая (коммерческая)
• Иллюстративная
• Художественная и рекламная графика
• Конструкторская (инженерная)
• Научная
• Компьютерная анимация
• Мультимедиа

Деловая графика

Предназначена для наглядного представления показателей работы учреждений: отчетная документация, статистические сводки.

Особенность: отображение инфор-мации в виде двух- или трехмерных графиков, диаграмм, гистограмм.

Создается средствами, встроен-ными в электронные таблицы, системы управления базами данных, статистические пакеты.

Иллюстративная графика

Предназначена для создания изображений, играющих роль иллюстративного материала.

Особенность: произвольное рисование и черчение на экране компьютера.

Создается графическими редакторами.

Художественная или рекламная

графика

Предназначена для создания рекламных роликов, видеоуроков, видеопрезентаций.

Особенность: возможность создания реалистических изображений.

Конструкторская графика

Предназначена для автоматизации чертежных и кон-структорских работ.

Особенность: создание, как плоских (проекции, сечения), так и пространственных трехмерных изображений.

Применяется в системах автоматизированного проек-тирования: AutoCad, PCAD, Sun, Apollo, Graphics

Научная графика

Предназначена для оформления научных расчетов, содержащих математические, химические, физические формулы, а также задач картографии.

Особенность: проводит вычислительные эксперименты с представлением результатов.

Системы компонуются пакетами математической поддержки и моделирования: TEX, ChiWriter

Компьютерная анимация

Предназначена для получения движущихся изображений.

Особенность: создаются рисунки начального и конечного положения объектов, промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер на основе математического описания.

Пакеты: Macromedia Flash MX, 3D Studio Max.

Мультимедиа

Предназначена для объединения высококачественного изображения со звуковым сопровождением.

Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Пакеты: HyperMethod, VideoMagic, ToolBook.

Представление графической

информации в памяти компьютера

Принципы:

• Экран монитора представляется в виде сетки пронумерованных точек-пикселов (picture element). Любая точка на экране определяется путем отсчета квадратов сетки вверх/вниз и вправо/влево.
• Графическая информация (форма, цвет, отражение, тень и т.п.) задается числами.
• Декомпозиция произвольного цвета на основные составляющие: красный R, зеленый G, синий B (система RGB).

Виды компьютерной графики

• Растровая графика.
• Векторная графика.
• Фрактальная графика.

Отличие: различные принципы формирования изобра-жения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровая графика

Растровое изображение  это файл данных или структура, представляющая собой сетку пикселей или точек цветов (на практике прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах.

Пиксель характеризуется яркостью и цветом.

Растровая графика

Недостатки:

• Изменение качества при масштабировании
• Растр, полученный на технике высокого уровня трудно воспроизводится без искажений на технике уровнем ниже
• Большие размеры файлов

Растровая графика

Достоинства:

• Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому;
• Распространённость — растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов:
• Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование;
• Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры.

Растровый редактор

Растровый графический редактор  специализированная программа, предназначенная для создания и обработки изображений. Подобные программные продукты нашли широкое применение в работе художников-иллюстраторов, при подготовке изображений к печати типографским способом или на фотобумаге, публикации в интернете.

Свободное ПО

GNU Image Manipulation Program или GIMP (Гимп)  растровый графический редактор, программа для создания и обработки растровой графики.

Свободное ПО

Krita  растровый графический редактор, программное обеспечение, входящее в состав KDE как часть офисного пакета KOffice. Разрабатывается преимущественно для художников и фотографов, распространяется на условиях GNU GPL.

Свободное ПО

Paint.NET  растровый графический редактор для Windows NT, основанный на .NET Framework.

Коммерческое ПО

Adobe Photoshop  растровый графический редактор, разработанный и распространяемый фирмой Adobe Systems.

Форматы

Формат

Способ хранения информации

.bmp

Сфера применения

Растровый

.tiff

.gif

Растровый

Для обмена данными с другими приложениями

В издательских системах

.jpeg

Растровый

Для хранения изображений с небольшим количеством цветов

Растровый

.cdr

Для хранения фотографий и иллюстраций

Векторный

Для изображений, созданных в программе CorelDraw

Векторная графика

Изображение описывается совокупностью геометричес-ких фигур, определяющих контур рисунка.

Запоминается в виде набора математических формул (графических примитивов).

Примитив описывает отдельные элементы: линии, дуги, окружности.

Достоинства векторной графики

• Векторные рисунки, состоящие из тысяч примитивов, занимают память, объём которой не превышает нескольких сотен килобайт. Аналогичный растровый рисунок требует памяти в 10-1000 раз больше. Векторные изображения занимают относительно небольшой объём памяти.
• Векторные объекты задаются с помощью описаний, чтобы изменить размер векторного рисунка, нужно исправить его описание. Векторные изображения могут быть легко масштабированы без потери качества.

Недостатки векторной графики

• Векторная графика не позволяет получать изображений фотографического качества. Фотография  мозаика со сложным распределением цветов и яркостей пикселей и представление такой мозаики в виде совокупности векторных примитивов достаточно сложная задача.
• Векторные изображения не всегда можно печатать.

Примитивные объекты

• Линии и ломаные линии.
• Многоугольники.
• Окружности и эллипсы.
• Кривые Безье.
• Безигоны.
• Текст (в компьютерных шрифтах, таких как TrueType, каждая буква создаётся из кривых Безье).

Векторный редактор

Векторные графические редакторы позволяют пользователю создавать и редактировать векторные изображения непосредственно на экране компьютера, а также сохранять их в различных векторных форматах, например, CDR, EPS, WMF или SVG.

Свободное ПО

Inkscape (Инкскейп)  векторный графический редактор, удобен для создания как художественных, так и технических иллюстраций (вплоть до использования в качестве САПР общего назначения, чему также способствует легкость обмена чертежами)

Свободное ПО

OpenOffice.org Draw  векторный графический редактор, по функциональности сравнимый с CorelDRAW, входит в состав OpenOffice.org. Пакет включает полнофункци-ональные «коннекторы» между фигурами, которые могут использовать разнообразные стили линий и позволяют рисовать чертежи, например блок-схемы.

Коммерческое ПО

Adobe Illustrator  векторный графи-ческий редактор, разработанный и распространяемый фирмой Adobe Sys-tems.

Adobe Flash (Macromedia Flash)  мультимедийная платформа, использу-емая для создания векторной анимации и интерактивных приложений (в том числе, игр), а также для интеграции видеоро-ликов в веб-страницы

Фрактальная графика

Изображение основано на математических вычислениях.

Базовым элементом является математическая формула.

Изображение строится по уравнениям.

Фрактальная графика

Фрактал – геометрическое образование, представляющее собой систему самоподобных фигур, расположенных отно-сительно друг друга закономерным образом.

Открыл фракталы – польский математик Бенуа Ман-дельброт. Главный труд – "Фрактальная геометрия приро-ды« (1982 г).

Фрактальная графика

Основное свойство фракталов – самоподобие.

Создаются изображения объектов, которые, на первый взгляд, лишены самоподобия составляющих их элемен-тов.

Фрактальная графика

Фрактальная графика

Фрактальная графика

3D графика (трехмерная графика)

Предназначена для создания реалистичной модели объекта.

Использует геометрические примитивы: шар, куб, конус и т.п.

Описывается расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент.

Пакеты: 3D Studio Max; Softimage 3D; Maya

3D графика (трехмерная графика)

3D графика

Полигональная

Фрактальная

Сплайновая

Аналитическая

Полигональная графика

Объект полигональной графики задается набором полигонов.

Полигон  это плоский многоугольник.

Каждый полигон задается набором точек.

Аналитическая графика

Объекты задаются аналитически, т.е. формулами.

Объекты обтекаемой формы получаются путем комбинирования различных формул друг с другом.

Сложность заключается в нахож-дении формулы требуемого объекта.

Аналитические объекты могут создаваться как тела вращения.

Сплайновая графика

Описание посредством формул внешних обводов объекта (сплайнов).

Сплайн – гибкая линия.

Форматы графических файлов

• BMP (bitmap)

Битовая карта. Большой объем файла.

• GIF (Graphics Interlaced Format)

Хранит растровые изображения с сжатием. Записывает информацию «через строчку» (Interlaced). Содержит не более 256 цветов, что недостаточно для полиграфии.

• JPEG (Joint Photographic Experts Group)

Использует алгоритм сжатия с потерями. Искажает изображения, что не заметно при простом просмотре. Размер файла в 500 раз меньше, чем BMP. Хранит изображения с большой глубиной цвета.

Форматы графических файлов

• WMF (Windows Metafile)

Формат Windows. Служит для передачи векторов через буфер обмена. Искажает цвет, не может сохранять ряд параметров, которые могут быть присвоены объектам в различных векторных редакторах, не понимается прог-раммами на Macintosh.

• TIFF (Tagged Image File Format)

Аппаратно независимый формат. Эффективен при импорте растровой графики в векторные программы и издательские системы. Ему доступен весь диапазон цветовых моделей и фотонаборные автоматы.

Форматы графических файлов

• PDF (Portable Document Format))

Независит от платформы. Хранит иллюстрации (векторные и растровые) и текст, причем со множеством шрифтов и гипертекстовых ссылок.

• PSD (Adobe Photoshop Document)

Формат растрового редактора Photoshop. Позволяет записывать изображение со многими слоями, их масками, дополнительными каналами, контурами и другой информацией.

Форматы графических файлов

• FPX (FlashPix)

Общий формат обмена данными. Используется многими цифровыми фотокамерами.

• FIF (Fractal Image Format)

Формат фрактальных изображений. Обычно файлы этого формата получаются несколько меньше файлов в формате jpg. С ростом увеличения показывают все новую степень детализации структуры, сохраняя эстетику изображения.