Способы построения графических изображений с помощью ЭВМ

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение  
высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

ИНСТИТУТ ОТКРЫТОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАФЕДРА 82 Информатика

ОЦЕНКА    

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

должность, уч. степень, звание		подпись, дата		инициалы, фамилия

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Способы построения графических изображений с помощью ЭВМ

по дисциплине: Информатика

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ(А)

СТУДЕНТ(КА) ГР.	z2812k		13.12.12		Попова В. А
	номер группы		подпись, дата		инициалы, фамилия
Студенческий билет №	2012/2506

 

 

 

Шифр ИОДО

 

 

 

 

Санкт-Петербург 2012

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Компьютерная графика в данный момент являет собой одну из современнейших технологий по созданию и редактированию различных  графических изображений, а так же отображения их на экране монитора компьютера, затем сохранения файла и вывода его на печать.

Сейчас работа с компьютерной графикой является не только интересной и популярной для пользователей портативного компьютера, сколько жизненно необходимой в разных сферах нашей жизни. На любом предприятия иногда возникает потребность в подаче  рекламных объявлений в газеты и журналы, в рекламных каталогов, плакатов, буклетов. Самый просто путь-это заказать данную работу в специальном дизайнерском бюро или в рекламном агентстве, но дабы сэкономить  и удовлетворить свои потребности в воссоздании той или иной идеи, предприятия зачастую обходится своими силами. Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени програмисткого выпуске коллектива, выпускающего программы массового потребления.

Основные трудозатраты в работе редакции и издательств  так же составляют художественные и оформительские работы с графическими программами. С развитием интернета и, в первую очередь из-за служб World, Wide, Web которые связали в единую паутину миллионы домашних страниц, необходимость широкого использования графических программ, стала несомненно выше. По скольку у страницы без оформления  намного меньше шансов, привлечь к себе массовое внимание и выделиться на фоне конкурентов.

Компьютерная графика делится на несколько видов: растровая графика, векторная графика и фрактальная графика.

 

 

1. Растровая графика

Растровое изображение представляется в виде прямоугольной матрицы, в которой каждая клеточка закрашена черным или белым цветом, в совокупности формируя рисунок. Такая схема напоминает японские кроссворды.

Основным элементом растрового изображения является точка или пиксел (pixel). Под этим термином часто понимают несколько различных понятий:

• отдельный элемент растрового изображения,
• отдельная точка на экране монитора,
• отдельная точка на изображении, напечатанном принтером.

Цвет каждого пиксела растрового изображения - черный, белый, серый или любой из спектра - запоминается с помощью комбинации битов. Чем больше битов используется для этого, тем большее количество оттенков цветов для каждого пиксела можно получить. С помощью добавление одного бита удваивает количество значений, которое можно закодировать. Байтом - группой из восьми битов - можно закодировать 2 в степени 8 = 256, а тремя байтами - 24 битами можно закодировать 2 в степени 24 или 256*256*256=16777216 различных цветов.

Число битов, используемых компьютером для хранения информации о каждом пикселе, называется битовой глубиной или глубиной цвета.

Наиболее простой тип растрового изображения состоит из пикселов, имеющих два возможных цвета - черный и белый. Для хранения такого типа пикселов требуется один бит в памяти компьютера, поэтому изображения, состоящие из пикселов такого вида называются 1-битовыми изображениями. Число возможных и доступных цветов или градаций серого цвета каждого пиксела равно двум в степени, равной количеству битов, отводимых для каждого пиксела. О 24-битовых изображениях часто говорят как об изображениях с естественными цветами, так как такого количества цветов более чем достаточно, чтобы отобразить всевозможные цвета, которые способен различить человеческий глаз.

Если говорить о недостатках и достоинствах, то начнем пожалуй с первого. Основным недостатком растровой графики все таки будет являться количества занимаемой памяти для хранения. К примеру простые черно-белые изображения могут занимать до несколько сотен килобайт, но если изображение получено с помощью сканеров с высокой разрешающей способностью, то они уже занимают десятки мегабайт. Для разрешения данной проблемы подойдет:

• увеличение памяти компьютера;
• сжатие изображений.

Вторым недостатком растрового изображения является невозможность идеального масштабирования. По скольку при масштабировании растрового изображения происходит снижения качества графики.

Достоинством же будет являться то, что растровая графика позволяет воспроизвести практически любой рисунок, не зависимо от его сложности. По скольку к примеру в векторной графике не под силу передать эффект от перехода одного цвет к другому  без изменения в размере файла. Следующие достоинство данной график заключается в «распространенности»-т.е растровая графика присутствует везде от плакатов, тетрадок до значков. Несомненным плюсом  будет и быстрота обработки изображений, если при этом не используется масштабирование, и последнее не самое основное, но играющую немало важную роль. Для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы, струйные и матричные принтеры, фотоаппараты и сканеры представление растровой графики   само по себе является естественным.

Подводя итог к всему выше сказанному недостатками являются:

• Большой размер файлов с простыми изображениями;
• Невозможность идеально масштабирования;
• Из-за этих недостатков для хранения простых рисунков вместо даже сжатой растровой графики рекомендуется использовать векторную.

Достоинства:

• Растровая график позволяет воспроизвести практически любой рисунок;
• Распространенность;
• Высокая скорость обработки сложных изображений;
• Естественность предоставления растрового изображения для устройств ввода-ввода.

Пример растрового рисунка приведен на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1. Пример растрового рисунка

 

 

2. Векторная графика

Векторное представление, в отличие от растровой графики, определяет математическое описание изображений в виде линий и фигур, возможно, с закрашенными областями, заполняемыми сплошным или градиентным цветом (т.е цветом плавно переходящем от одного к другому). Хотя это может показаться более сложным, чем использование растровых массивов, но для многих видов изображений использование математических описаний является более простым способом.

В векторной графике, чтобы описать объект нужно использовать комбинации компьютерных команд и математических формул. Это позволит различным устройствам компьютера, для ввода-вывода, при рисовании этих объектов вычислять, где необходимо помещать реальные точки.

Векторную графику часто называют объектно-ориентированной или чертежной графикой.

Пример примитивов рисунок 2

 

Рис 2. Пример примитивов

Логическим объектом векторной графики является геометрический объект. В качестве объекта обычно принимаются простые геометрические фигуры, так называемые примитивы (прямоугольник, линия, окружность).

Благодаря примитивам цвет форму и пространственное положение можно описать с помощью математических формул каким бы сложным не был рисунок.

Рассматривая преимущества векторной графики перед растровой нельзя не заметить что, к примеру, если мы захотели отсканировать фотографию размером 10*15 и распечатать её на цветном принтере то, для получения хорошего качества печати необходимо разрешение не менее 300 dpi. Считаем:

10 см = 3,9 дюйма; тогда 15 см = 5,9 дюймов.

По вертикали:  3,9 * 300 = 1170 точек.

По горизонтали: 5,9 * 300 = 1770 точек.

Итак, число пикселей растровой матрицы  получается 1170 * 1770 =  2 070 900. Теперь нужно решим, сколько цветов мы хотим использовать. Для черно-белого изображения подойдет 256 градаций серого цвета для каждого пикселя, или 1 байт. Получаем, что для хранения нашего изображения надо 2 070 900 байт или 1,97 Мб. Для получения качественного цветного изображения надо не менее 256 оттенков для каждого базового цвета. В модели RGB соответственно их 3: красный, зеленый и синий. Получаем общее количество байт – 3 на каждый пиксел. Соответственно, размер хранимого изображения возрастает в три раза и составляет 5,92 Мб.

Для создания макета для полиграфии фотографии сканируют с разрешением 600 dpi, следовательно, размер файла вырастает еще вчетверо. С другой стороны, если изображение состоит из простых объектов, то для его хранения в векторном виде необходимо не более нескольких килобайт. Программы векторной графики хранят информацию об объектах, составляющих изображение в виде графических примитивов. Данный пример наглядно показывает на сколько экономичней расходуется память в векторной графике.

В преимущества векторной графики входят:

• Простота трансформации и масштабирования  объектов векторной графики без ухудшения качества изображения;
• Экономия памяти несмотря на выбор цветовой модели, по скольку сохраняется е само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые программа всегда воссоздает изображение заново.
• Программы векторной графики имеют развитые средства интеграции1 изображений и текста, единый подход к ним. Поэтому программы векторной графики незаменимы в области дизайна, технического рисования, для чертежно-графических и оформительских работ.

Недостатком векторных изображений является:

• Векторная графика ограничена в живописности изображения, в программах векторной графики практически невозможно создать фотореалистичное изображение.
• Векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для растровой графики.

Пример векторного рисунка приведен на рисунке 3.

 

Рис.3. Пример векторного рисунка.

 

3.Фрактальная графика.

На сегодняшний день фрактальная графика является одной из самых быстро развивающихся и перспективных видов компьютерной графики в целом. Сейчас вариатли найдешь хоть одного художника, дизайнера да и любого творческого человека которого бы не притягивала фрактальная графика своей красотой и неповторимостью.

Как и векторная графика фрактальная является вычисляемой. Различаются они тем, что  в случи фрактального изображения, в памяти не сохраняются объекты, сохраняются только формулы.

Понятия фрактал, фрактальная геометрия и фрактальная графика, появившиеся в конце 70-х прошлого века с середины 80-х прочно вошли в обиход математиков и компьютерных художников. Понятие фрактала Фрактал (лат. fractus — дроблёный) — термин, введённый Бенуа Мандельбротом в 1975 году для обозначения нерегулярных самоподобных множеств. Рождение фрактальной геометрии принято связывать с выходом в 1977 году книги Мандельброта «Фрактальная геометрия природы». В его работах использованы научные результаты других ученых, работавших в 1875- 1925 годах в той же области (Пуанкаре, Фату, Жюлиа, Кантор, Хаусдорф). Но только в наше время удалось объединить их работы в единую систему.

 Фрактальная геометрия - это один из разделов теории Хаоса. Фрактал - это бесконечно самоподобная геометрическая фигура. Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга. Говоря проще, в простейшем случае небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.