Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика 2015

6.2. Графические редакторы

Вы рисуйте, вы рисуйте, вам зачтётся. Б.Окуджава

С помощью компьютерной графики выполняются разнообразные работы: подготовка рисунков для объявлений, отчётов, статей, книг, диссертаций (Corel Draw, GIMP); составление радиосхем и разводка печатных плат (АШит Designer, OrCAD, P-CAD), оформление блок-схем алгоритмов и структурных схем радиотехнических устройств ( MS Visio), разработка конструкторской документации (AutoCAD, КОМПАС), трёхмерное проектирование и моделирование (Autodesk 3ds Мах), формирование стереоизображений (Anaglyph Maker), создание анимаций и мультипликаций (Easy GIF Animator, UnFREEz, Anime Studio Pro), редактирование фотографий (Adobe Photoshop), создание шаржей (Photo Warp), подготовка фрактальных пейзажей (Art Dabbler, Painter) и др.

Инструментом для формирования компьютерной графики являются ЭВМ и фафические редакторы (ГР), которые могут работать отдельно, либо в составе других приложений (например, программы для моделирования радиоэлектронных схем).

Графические редакторы снабжены наборами инструментов для выделения, копирования, удаления, инвертирования, зеркального отображения, заливки замкнутых контуров, наклона, вращения, перемещения, растягивания, ретуширования изображения, имитации различных манер живописи, художественного преобразования, изменения яркости и контрастности, формирования текстовых сообщений и др.

По принципам формирования изображения все объекты компьютерной графики можно разделить на три вида: растровые, векторные и фрактальные.

Растровые изображения строятся с помощью маленьких, равных по величине квадратиков (точек, пикселей). Хорошей мегафорой для объяснения принципа формирования растрового изображения может служить вышивка «крестиком». Растровую графику можно представлять себе также как мозаику или витраж. Растровое изображение хранится в памяти в виде двоичных чисел, которые указывают- координаты и цвег отображаемых точек.

На векторных картинках форма изображаемой линии определяется начальными точками и формулой, описывающей эту линию. Этот вид графики можно сравнить с вышивкой «гладью». Однако лучше представлять векторную графику, как изображение, образованное из фрагментов разноцветных графиков различных математических функций. Сложное векторное изображение состоит из нескольких объектов (узлы, линии, четырехугольники, многоугольники, фигуры). Объекты могут размещаться в разных слоях, накладываться друг на друга.

Векторное изображение хранится в памяти ЭВМ в виде чисел, которые характеризуют- координаты опорных точек, форму, толщину и цвет линий.

Фрактальное изображение формируется из одинаковых (подобных) частей (элементов).

Термин «фрактал» произошел от латинского слова fractus, которое в переводе означает дроблёный. Фрактал — это математическое множество, обладающее свойством самоподобия. Простейшим фрактальным элементом

является треугольник. Достоинством фрактальной картинки является малый размер файла, а недостатком — ограниченный набор изображаемых объектов. С помощью фракталов могут быть реалистично изображены: облака, деревья, водоросли, кораллы, морские раковины, снежинки, морозные узоры на окне, кровеносная система и др.

Фрактальное изображение хранится в памяти ЭВМ в виде системы уравнений.

Заметим, что все виды графики (растровая, векторная, фрактальная) технически отображаются разноцветными точками на матричном дисплее.

Дадим более подробную характеристику каждому виду графики.

Растровая фафика (РГ) получается в результате съемки с помощью цифрового фотоаппарата, цифровой видеокамеры или сканирования фото- 1рафий, иллюстраций. Растровый рисунок можно создать вручную с помощью растрового графического редактора.

Основным элементом РГ является точка (ее положение в матрице, яркость, цвет). Матричная структура изображений формируется в момент создания растрового изображения. Фотоаппараты, видеокамеры, сканеры содержат электронные светочувствительные матрицы, которые преобразуют исходную картину в дискретное (точечное) изображение.

Растровое изображение формируется из множества отдельных точек (пикселей), расположенных на пересечении столбцов и строк. Рисунок с изображением буквы «Ж» иллюстрирует принцип формирования изображения с помощью растровой фафики.

Термину «растровая графика» в английском языке соответствует термин «Bitmap — графика». В переводе эго означает графику, основанную на карте (плане) расположения битов в таблице. Приведенный рисунок с изображением буквы подтверждает справедливость такого названия.

Формирование цветовых оттенков цветного изображения происходит путем слияния (сложения, смешивания) трех основных цветов в разных пропорциях. Основными цветами являются: красный (англ. Rot), зеленый (Green) и синий (Hue). Аддитивная модель смешения основных цветов обозначается аббревиатурой RGB. Она основана на психофизических свойствах человеческого зрения.

Максимальные значения интенсивности грех основных цветов в модели RGB приводят к формированию белого цвета. Малые значения цветовых составляющих формируют черный цвет или темно-серые оттенки. Смешивая основные цвета в различных пропорциях можно получить любой цветовой оттенок. Например, слияние красного и зеленою цветов даст жёлтый цвет. Отображение цветных картин происходит на дисплеях, конструкция которых позволяет смешивать практически в одной точке основные цвета разной интенсивности. При типографической печати цветных изображений используется цветоразностная (субтрактивная) модель CMYK. Модель CMYK использует голубой, пурпурный, жёлтый и чёрный цвета.

Рассмотрим, как располагаются компоненты в матрице цветовых составляющих модели RGB. Для рассмотрения используем математическую систему Mathcad.

Пусть рисунок представляет собой небольшой квадрат со стороной 4 пикселя. В верхней строке квадрата расположены белый, два серых и черный пиксели. Серые пиксели имеют разную степень почернения. Во второй строке размещены три белых пикселя и один красный. Третья строка состоит из трех белых и одного зеленого пикселя. В последней строке рисунка располагаются три белых и синий пиксели. Первый столбец состоит из четырех белых пикселей.

Математическая система Mathcad имеет команду, которая позволяет вывести на экран цветовые составляющие любого рисунка.

Матрица цветовых составляющих, которая описывает этот рисунок, содержит 4 строки и 12 столбцов. Число строк в матрице совпадает с числом строк рисунка. Число столбцов в матрице в три раза больше, чем число пикселей в строке рисунка. Это объясняется тем, что для каждого пикселя необходимо указать три цветовые составляющие: красную, зеленую и синюю (R, G и В). В данном случае используется 24-х битная модель цветного рисунка.

Первая строка матрицы цветовых составляющих описывает первую строку рисунка. При этом компоненты, расположенные в столбцах 1, 5 и 9 (255, 255, 255), соответствуют белому пикселю, который находится в левом верхнем углу рисунка с изображением шестнадцати пикселей. Черный пиксель в правом верхнем углу рисунка описывается составляющими О, О, О, которые расположены в первой строке, в столбцах 4, 8 и 12. Красный пиксель (составляющие 255, 0, 0) описывается элементами, находящимися во второй строке (столбцы 2, 6 и 10).

Из рассмотренного примера следует сделать вывод, что для формирования каждого цветового оттенка в 24-х битовой модели RGB нужно сохранять три байга, которые указывают на интенсивность красного, зеленого и синего цветов.

Более точное представление о цветовой модели RG В можно получить, рассматривая содержимое памяти, в которой хранится какой- либо рисунок. Пусть это будет изображение черного прямоугольника (10x4 пикселя), на котором нарисована серая точка. Для формирования серого цвета выберем следующие цветовые составляющие: красный 128 десятичных единиц, зеленый - 129, синий - 130. Указанные составляющие выбраны отличающимися друг от друга, что позволяет их различать в памяти ЭВМ.

Дамп памяти, который содержит рисунок, получим с помощью редактора памяти HEdit32. Из рисунка видно, что цветовые составляющие размещаются по адресам: 65, 66 и 67. В этих ячейках памяти размещены шестнадцатеричные числа 82, 81 и 80. Цвета расположены в памяти в таком порядке: синий (адрес 65), зеленый (адрес 66), красный (адрес 67). Перевод составляющих из шестнадцатеричной системы счисления в десятичную СС даёт такие значения: 130, 129, 128. В остальных ячейках содержатся нули (гак как прямоугольник черный), за исключением служебной информации, указанной в младших адресах. Например, по адресу 12Н указана ширина рисунка, измеренная в пикселях (шестнадцатеричное число ОАН говорит о том, что число пикселей равно 10). В ячейке 16Н указана высота рисунка (4 пикселя).

Качество растрового изображения характеризует разрешающая способность (разрешение), которая измеряется числом точек на единицу длины, например, на дюйм (dots per inch— dpi). Полшрафическое качество печати требует разрешения порядка 250 dpi.

Фотоснимок размером 10 х 12 см при полиграфическом разрешении 250 dpi будет содержать примерно 1000 х 1200 пикселей. Если для кодирования цвета каждого пикселя использовать 24 бита (это дает более 16 миллионов цветовых опенков), то для хранения всей информации о такой небольшой фотографии потребуется более 3,4 Мбайт. Приведенное число говорит о том, что для запоминания растрового изображения требуется значительный объем памяти. Большой объем файла является первым недостатком растровых рисунков.

Еще одним недостатком растровых рисунков является искажение изображения при изменении масштаба изображения. При увеличении появляются пиксели, а при уменьшении происходит искажение пропорций. При использовании растровой 1рафики на линиях, имеющих наклон, просматриваются более или менее заметные «ступеньки». Причиной искажений растрового рисунка при увеличении масштаба является сложность предсказания положения и цвета пикселей увеличенного изображения.

Растровыми редакторами являются: Adobe Photoshop, Corel Photo- Paint, MS Paint и др.

В векторной графике при изменении масштаба изображения пропорции точно выдерживаются благодаря запоминанию математической модели объекта, а не карты (матрицы) расположения разноцветных пикселей.

Векторными графическими редакторами являются: Corel Draw, Adobe Illustrator, Xara, Adobe Fireworks и др.

Основными элементами векторной графики (ВГ) являются линия и математическая формула, которая описывает эту линию.

При использовании растровой графики линия создается из множества последовательно расположенных точек, и чем длиннее линия, тем больший объем памяти она требует для своего хранения.

При использовании векторной графики запоминается формула, поэтому независимо от протяженности (длины, размера) все линии одинаковой формы занимают одинаковое место в памяти ЭВМ. С помощью дополнительных параметров задаются цвет, толщина линии и ее вид (сплошная, пунктирная, штрих - пунктирная и т. д.).

Для формирования векторных изображений широкое распространение получили кривые Безье — разновидность сплайнов третьего порядка.

Отрезок прямой линии описывается параметрическим уравнением:

При изменении параметра t от 0 до 1 формируется изображение отрезка прямой линии, который соединяет точку Р0 с точкой Pj. Точки - это якоря, через которые проходят линии. Пользователь указывает положение этих точек, а графический редактор формирует изображение отрезка.

Квадратичная парабола формируется с помощью трех опорных точек Ро, Pi и P-j в соответствии с выражением:

Парабола начинается в точке Ро и заканчивается в точке Р2. Точка Pj определяет форму кривой (вытянутая, сплюснутая, степень наклона). С помощью сплайна второй степени можно описать кривую линию с одним экстремумом.

Рассмотрим растровый графический редактор MS Paint, который входит в состав стандартных программ операционных систем MS Windows. Графический редактор MSPaint позволяет получить первое представление о возможностях растровой графики. Графический редактор MS Paint является

однооконным приложением, и его применяют для работы с точечными рисунками формата JPG, GIF, TIFF или BMP.

MS Paint позволяет легко проводить прямые и кривые линии разной толщины, формировать изображения стандартных фигур: прямоугольников, квадратов, скругленных прямоугольников, эллипсов, звёзд, стрелок, нестандартных многоугольников. Несложно залить контуры замкнутых фигур каким-то цветом. Кисти различной формы позволяют создать нестандартные изображения. К рисунку можно добавить поясняющую надпись.

Все инструментальные средства MS Paint но функциональному назначению можно разделить на следующие группы: средства для вычерчивания 1рафических примитивов (прямоугольников, эллипсов, окружностей, прямых и гладких кривых линий); свободного рисования (кисть, карандаш); стирания изображения (ластик); выделения замкнутых областей; масштабирования изображения; трансформации изображений (отразить, повернуть, растянуть, наклонить); ввода текста; копирования необходимого цвета (пипетка); заливки замкнутой области одним цветом; изменения цвета используемой краски.

Графический редактор GIMP позволяет работать с растровой, векторной и фрактальной графикой. Возможности ipa- фического редактора GIMP значительно превосходят возможности редактора MS Paint. Например, GIMP позволяет работать со слоями, каналами, масками. В его арсенале значительно большее число инструментов, например, фильтры, штамп, «волшебная палочка», лассо, кривые Безье. GIMP позволяет редактировать фотографии, формировать фракталы.

Каналы - это компоненты точек изображения (красный цвет, зеленый, синий и прозрачность - альфа канал). Каналы позволяют работать с каждым цветом по-отдельности. Это помогает, например, устранить эффект «красных глаз», делать цветовую коррекцию фотографий.

Слои - это составляющие изображения, которые можно представить себе, как стопку прозрачных стёкол (плёнок), каждое из которых содержит фрагмент полной картины. Прозрачность каждого слоя регулируется с помощью альфа-канала (степень прозрачности меняется от полной прозрачности до непроницаемости).

Кисть - миниатюрное изображение, используемое для рисования.

Фильтры - программные средства, позволяющие имитировать художественный стиль картины (например, карандашный рисунок, акварель, гуашь, масло, барельеф), изменять изображение в соответствии с художественным замыслом пользователя (удаление ненужных деталей изображения или многократное повторение выразительных деталей).

Редактор GIMP позволяет формировать фрактальное изображение.

На рисунке показаны примеры фрактальных картин, созданных с помощью графического редактора GIMP.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы