Основні поняття та засоби компютерної графіки Тема 1

ПОНЯТТЯ РАСТРОВОЇ І ВЕКТОРНОЇ ГРАФІКИ, ЇХ ПОРІВНЯННЯ. ПАРАМЕТРИ РАСТРОВИХ І ВЕКТОРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ. Урок 1.

Питання: Як ви розумієте поняття «графіка»? Наведіть приклади різних видів графіки. Якими видами графіки ви володієте особисто? Як ви розумієте поняття «компютерна графіка»? Які програми для роботи з зображеннями ви знаєте (використовуєте)?

Поняття комп'ютерної графіки Під видами комп'ютерної графіки мається на увазі спосіб зберігання та відтворення зображення на площині монітора. Комп'ютерна графіка – галузь інформатики, що вивчає методи і засоби обробки зображень за допомогою програмно-апаратних засобів.

Сфери застосування комп'ютерної графіки Представлення даних на моніторі у графічному виді вперше було реалізовано всередині 50-х років для великих ЕОМ, що застосовувались в наукових і військових дослідженнях. У 1968 році група під Керівництвом Миколи Миколайовича Костянтинова створює математичну модель руху тварини (кішки). Машина БЭСМ-4, виконуючи написану програму рішення звичайних (в математичному сенсі слова) диференційних рівнянь, малює мультфільм "Кошечка", якій містить навіть за сучасними мірками дивовижну анімацію рухів кішки, створену комп'ютером.

Сфери застосування комп'ютерної графіки Машинна графіка нині вже цілком сформувалася як наука. Існує апаратне і програмне забезпечення для отримання різноманітних зображень – від простих креслень до реалістичних образів природних об'єктів.

Сфери застосування комп'ютерної графіки Машинна графіка використовується майже в усіх наукових і інженерних дисциплінах для наочності сприйняття і передачі інформації, у бізнесі, медицині, рекламі, індустрії розваг.

Сфери застосування комп'ютерної графіки Показ під час ділових нарад демонстраційних слайдів, підготовлених методами машинної графіки і іншими засобам автоматизації конторської праці, вважається нормою.

Сфери застосування комп'ютерної графіки У медицині стає звичайним отримання тривимірних зображень внутрішніх органів за даними комп'ютерних томографів.

Сфери застосування комп'ютерної графіки В наші дні телебачення і рекламні організації часто звертаються до послуг машинної графіки і комп'ютерної мультиплікації. Використання машинної графіки в індустрії розваг охоплює такі несхожі області як відеоігри і повнометражні художні фільми.

Класифікація комп'ютерної графіки За кількістю вимірів двовимірнатривимірна За способом формування растровавекторнафрактальна За динамікою статичнаанімація За спеціалізацією інженернадизайнweb

Класифікація за способом формування зображень графіка растровавекторна тривимірнафрактальнасимвольна

Растрова графіка Растрове зображення складається з найдрібніших точок (пікселів) – кольорових квадратиків (прямокутників) однакового розміру, які утворюють рядки і стовпці. Кожен піксел має певне положення і колір. Піксел – мінімальна ділянка зображення, колір якої можна задати незалежним чином.

Растрова графіка Якщо растрове зображення наблизити (збільшити), то можна побачити окремі пікселі, а якщо віддалити (зменшити), пікселі зливаються.

Растрова графіка Комп'ютер зберігає параметри кожної точки зображення (її колір, координати). Причому кожна точка кодується певною кількістю біт (залежно від глибини кольору). При відкритті файлу програма промальовує таку картину як мозаїку – як послідовність точок масиву.

Якість зображення та розмір файлу залежить від параметрів точок і їх кількості: від глибини кольору точок; від розміру зображення; від роздільної здатності зображення.

Глибина кольору Це характеристика зображення, що визначає кількість бітів, які використовують для представлення кольору під час кодування одного піксела растрового зображення. Від глибини кольору залежить кількість відтворюваних кольорів і розмір файлу. Чим більше довжина двійкового коду пікселя, тим більше кольорів можна використати в малюнку. Вимірюється в bpp (біт/піксел).

Глибина кольору Глибина кольору Кількість відтворюваних кольорів Розмір файлу з пікселів 1237,5 КБ КБ КБ КБ КБ

Глибина кольору монохромний малюнок 16-колірний малюнок 256-колірний малюнок 24-розрядний малюнок

Розмір зображення Ширина і висота малюнка. Визначається в одиницях довжини (сантиметр, дюйм) або пікселах. При створенні на екрані розміри задають в пікселах, щоб визначити, яку частину екрану займатиме картинка, а для друку – в сантиметрах або дюймах.

Роздільна здатність зображення Роздільна здатність характеризується відстанню між сусідніми пікселами. Її вимірюють кількістю пікселів на одиницю довжини. Найпоширенішою одиницею вимірювання є dpi (dots per inch) – кількість пікселів на один дюйм (2,54 см).

Аналоги растрової графіки Близькими аналогами растрової графіки є живопис (олійними фарбами за допомогою мазків), фотографія, схеми візерунків для вишивки у техніці хрестик та бісером, мозаїка, японські кросворди. Мозаїка Фотографія

Аналоги растрової графіки Живопис Вишивка у техніці хрестик

Аналоги растрової графіки Живопис Японський кросворд

Застосування растрової графіки ретушування, реставрація фотографій; створення і обробка фотомонтажу, колажів; застосування до зображень різних спец ефектів; після сканування зображення зберігаються в растровому виді.

Колаж, ретушування Застосування спецефектів

Векторна графіка Лінія описується математично як єдиний об'єкт, і тому об'єм даних для відображення об'єкту засобами векторної графіки істотно менший, ніж в растровій графіці. Елементарний об'єкт векторної графіки – лінія.

Як і будь-який об'єкт, лінія має властивості: форма (пряма, крива); товщина; колір; тип (суцільна, пунктирна тощо).

Замкнуті лінії набувають властивість заповнення. Охоплюваний ними простір може бути заповнений іншими об'єктами (текстури, карти) або вибраним кольором.

Проста незамкнута лінія обмежена двома точками, що іменуються вузлами. Усі інші об'єкти векторної графіки складаються з ліній.

Наприклад, куб можна скласти з шести пов'язаних прямокутників, кожен з яких, у свою чергу, утворений чотирма пов'язаними лініями. Можливо, представити куб і як дванадцять пов'язаних ліній, що утворюють ребра. лініявузол ребро

Аналоги векторної графіки Близькими аналогами є слайди мультфільмів, представлення математичних функцій на графіці, інженерні креслення. Мультфільм Представлення функції

Застосування векторної графіки для створення вивісок, етикеток, логотипів, емблем і інших символьних зображень; для побудови креслень, діаграм, графіків, схем;

Застосування векторної графіки для мальованих зображень з чіткими контурами, відтінків кольорів, що не мають великого спектру; для моделювання об'єктів зображення; для створення 3-вимірних зображень.

Тривимірна графіка Основним завданням цього виду графіки є створення не плоского зображення обєкта, а його обємної моделі, яку можна обертати і розглядати з усіх боків. Тривимірна графіка (3D-графіка) вивчає прийоми і методи створення обємних моделей обєктів, які максимально наближені до реальних.

Тривимірна графіка Основним завданням цього виду графіки є створення не плоского зображення обєкта, а його обємної моделі, яку можна обертати і розглядати з усіх боків.

Просторове моделювання об'єкту проектування і створення віртуального каркасу («скелету») об'єкту, що якнайповніше відповідає його реальній формі Перспективна проекція

Просторове моделювання об'єкту проектування і створення віртуальних матеріалів, за фізичними властивостями візуалізації схожих на реальні Зафарбування індивідуальних полігонів

Просторове моделювання об'єкту присвоїти матеріали різним частинам поверхні об'єкту (на професійному жаргоні – «спроектувати текстури на об'єкт») Зафарбування Фонга

Просторове моделювання об'єкту настроїти фізичні параметри простору, в якому діятиме об'єкт, – задати освітлення, гравітацію, властивості атмосфери, властивості взаємодіючих об'єктів і поверхонь. Текстури та тіні

Застосування тривимірної графіки наукові розрахунки; інженерне проектування; комп'ютерне моделювання фізичних об'єктів; вироби в машинобудуванні; у відеороликах; в архітектурі.

Фрактальна графіка Невелика частина фрактала містить інформацію про увесь фрактал. Дрібні об'єкти повторюють властивості усього об'єкту. Процес спадкоємства можна продовжувати до безкінечності. Фрактал – структура, що складається з частин, подібних до цілого. Однією з основних властивостей є самоподібність. (Фрактус – що складається з фрагментів).

Фрактальна графіка Фрактальна графіка заснована на математичних обчисленнях. Базовим елементом фрактальної графіки є сама математична формула, тобто ніяких об'єктів в пам'яті комп'ютера не зберігаються і зображення будується виключно по рівняннях.

Застосування фрактальної графіки математики; художники.

Застосування фрактальної графіки

Переваги та недоліки різних видів графіки Вид графіки ПеревагиНедоліки Растрова Реалістичність зображень; Природність кольорів; Можливість отримання зображень за допомогою спеціальних пристроїв. Великий обсяг даних; Пікселізація зображення при збільшенні масштабу перегляду або збільшені розміру масштабу; Складність редагування окремих елементів зображення. Векторна Невеликі за розміром файли зображень; Збереження якості при масштабуванні; Легкість модифікації зображень. Схематичність зображення; Неприродність кольорів при відтворенні реальних обєктів. Тривимірна Обємність зображення; Можливість моделювання реальних обєктів. Складність створення і редагування; Підвищені вимоги до апаратної складової компютера. Фрактальна Малі обсяги даних; Простота модифікації зображень; Можливість деталізації зображень. Абстрактність зображень; Необхідність використання досить складних математичних понять і формул.

Порівняльна характеристика растрових і векторних зображень Векторні зображенняРастрові зображення Складаються з об'єктів, описаних математично Складаються з масивів пікселів Менші обсяги файлів. Обсяг залежить не від розміру зображення, а від кількості об'єктів на ньому Більші обсяги файлів. Обсяг залежить від розміру зображення Можна збільшувати без погіршення якості У разі збільшення зображення якість погіршується Не дають змогу точно передати перехід від одного кольору до іншого Дають змогу отримати зображення фотографічної якості Застосовують для зберігання креслень, ділової графіки, шрифтів, рисунків з чіткими контурами Застосовують для зберігання фотографій, творів живопису, збережень елементів інтерфейсу