Создание и обработка объектов графической информации

Виды компьютерной графики

Работа с компьютерной графикой - одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы или в выпуске рекламной листовки или буклета. Без компьютерной графики не обходится ни одна мультимедийная программа (компьютерная игра, электронная энциклопедия).

Компьютерная графика - это современная технология создания различных изображений с помощью аппаратных и программных средств с целью отображения их на экране монитора, сохранения в файле и печати на принтере.

Потребности деловой сферы в графике определяются следующими направлениями:

• 1) оформление рекламных листовок, буклетов, объявлений и пр.;
• 2) оформление мультимедиа-презентаций (фон, заставки, рисунки);
• 3) оформление документов (декоративные надписи, стилизованные фигуры и пр.);
• 4) оформление web-страниц.

Компьютерную графику по принципу формирования изображения делят на растровую, векторную и фрактальную.

Трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве, как правило, сочетает векторный и растровый способы формирования изображения.

3.1.1. Растровая графика

Растровые изображения представляют собой совокупность точек (пикселей) различного цвета, расположенных на сетке (рис. 3.1). Пиксель - элементарная единица изображения, описывается целым числом, представляющим цвет точки. Размеры пикселя зависят от разрешения изображения.

Рис. 3.1. Растровое изображение

Разрешение - количество пикселей на единицу длины. Чем выше разрешение, тем качественнее изображение, но больше размер файла. За норму принимается разрешение 72 пикселя на дюйм^[1] (экранное разрешение), но для получения качественного результата в полиграфии необходимо значительно больше.

В таблице 3.1 указаны основные разрешения изображений и сферы их применения.

Таблица 3.1. Основные значения разрешения изображений и сферы их применения

Растровые изображения - это фотографии, высококачественные иллюстрации, пиктограммы (иконки, значки) в программах и пр. Такие изображения редко создаются с помощью компьютерных программ. Чаще сканируются иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. Также применяются цифровые фото- и

видеокамеры. Поэтому и графические редакторы растровой графики ориентированы не на создание изображений, а на их обработку.

Достоинства растровой графики:

• - создание (воспроизведение) практически любого рисунка вне зависимости от сложности;
• - широкая распространенность изображений: от маленьких значков до плакатов.

В Интернете на web-страницах используется только растровая графика (.gif и .jpg форматы).

Недостатки растровой графики:

• - значительный объем файлов;
• - масштабирование растрового изображения ухудшает его качество: при уменьшении — исчезают мелкие детали, а при увеличении картинка может превратиться в набор неряшливых квадратов (увеличенных пикселей).

Для работы с растровой графикой используются как простые редакторы, например, стандартное приложение MS Paint, так и мощные профессиональные графические системы, например, Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint и др.

Применение растровой графики:

• - восстановление старых фотографий;
• - ретушь фотоснимков и устранение дефектов изображений (например, красные глаза);
• - создание визуальных эффектов (например, искажения типа «сфера» или «спираль»);
• - создание рамки и надписей для фото.
• 3.1.2. Векторная графика

Векторные изображения (рис. 3.2) представляются в виде совокупности примитивных элементов, простейшим из которых является линия. Линии объединяются в более сложные элементы: прямоугольник, окружность, куб и т. д. Каждый элемент имеет набор свойств. Например, линии имеют следующие свойства:

• - форма,
• - толщина,
• - цвет,

- характер (сплошная, пунктирная и т. п.).

Замкнутая линия имеет свойство заполнения. Внутренняя область замкнутого контура может быть заполнена цветом, текстурой, растровым изображением.

Рис. 3.2. Векторные изображения

В векторном способе кодирования геометрические фигуры, составляющие рисунок, хранятся в памяти компьютера в виде математических формул. Например, при создании круга программа запоминает его радиус, координаты центра, толщину и цвет контура, а также цвет заливки, и хранит все это в виде числовых коэффициентов. Благодаря этому появляется возможность масштабировать изображения с помощью простых математических операций, умножая параметры векторного рисунка на коэффициент масштабирования. При этом качество изображения не меняется. С помощью математических формул можно описать самые разные фигуры. Для рисования более сложного рисунка применяют несколько простых фигур, которые можно редактировать независимо друг от друга.

Достоинства векторной графики:

• - изображение легко масштабировать;
• - небольшие размеры файлов;
• - векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет настолько качественным, насколько способно данное устройство.

Недостатки векторной графики'.

- программная зависимость: каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, поэтому изображение, созданное в одном векторном редакторе, как правило, не конвертируется в формат другой программы без погрешностей;

• - сложность векторного принципа описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации и сконструировать устройство, подобное сканеру, для растровой графики;
• - некоторая искусственность изображения - векторная графика ограничена в живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений.

Программные средства для работы с векторной графикой предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и, во вторую, - для их обработки. К векторным редакторам относятся графический редактор, встроенный в текстовый редактор MS Word. Среди профессиональных векторных графических систем наиболее распространены CorelDRAW и Adobe Illustrator.

Применение векторной графики:

• - оформление текстовых документов, презентаций и пр.;
• - компьютерная полиграфия: шрифты TrueType, которые легко масштабировать;
• - системы компьютерного черчения и автоматизированного проектирования.
• 3.1.3. Фрактальная графика

Фрактал - это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при изменении масштаба (рис. 3.3). Масштабная инвариантность, наблюдаемая во фракталах, может быть либо точной, либо приближенной.

С использованием фракталов могут строиться ирреальные и реалистичные изображения (например, фракталы нередко используются при создании облаков, снега, деревьев и кустов и др.). Применять фрактальные изображения можно в самых разных сферах, начиная от создания обычных текстур и фоновых изображений и кончая фантастическими ландшафтами для компьютерных игр или книжных иллюстраций. Создаются фрактальные шедевры путем математических расчетов, но в отличие от векторной графики, базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула - это означает, что никаких объектов в памяти компьютера не хранится, и изображение (как бы ни было оно замысловато) строится исключительно на основе уравнений.

Рис. 3.3. Пример фрактальной графики

3.1.4. Форматы графических файлов

Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также ее форму хранения (используемый алгоритм сжатия).

Сжатие применяется для растровых графических файлов, т. к. они имеют обычно достаточно большой объем. Сжатие графических файлов отличаются от их архивации с помощью программ-архиваторов (.rar, .zip, .arj и т. д.) тем, что алгоритм сжатия включается в формат графического файла.

Некоторые форматы графических файлов являются универсальными, т. к. могут быть обработаны большинством графических редакторов. Некоторые программы обработки изображений используют оригинальные форматы, которые распознаются только самой создающей программой. Преимущество оригинальных форматов файлов состоит в том, что они позволяют сохранять изображения при меньшем размере файла.

Если предстоит работать с графическим файлом только в одном приложении, целесообразно выбрать оригинальный формат. Если предстоит передавать данные в другое приложение, другую среду или иному пользователю, стоит использовать универсальный формат.

3.1.5. Форматы хранения растровой графики

BMP (BitMaP image) - универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows. Этот формат поддерживается многими графическими редакторами и, в том числе, редактором MS Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями. Часто используется для хранения логотипов, экранных заставок, иконок и прочих элементов графического оформления программ.

TIFF (Tagged Image File Format) - формат растровых графических файлов, поддерживается всеми основными графическими редакторами и компьютерными платформами. Включает в себя алгоритм сжатия без потери информации. Используется для обмена документами между различными программами. Рекомендуется для использования при работе с издательскими системами.

GIF (Graphics Interchange Format) - формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Включает алгоритм сжатия без потери информации, позволяющий уменьшить объем файла в несколько раз. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путем (диаграмм, графиков и т. д.) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256). Формат может содержать анимацию, которая осуществляется цикличным чередованием изображений через указанные промежутки времени. Используется для размещения графических изображений на web-страницах в Интернете.

PNG (Portable Network Graphic) - формат растровых графических файлов, аналогичный формату .gif. Рекомендуется для размещения графических изображений на web-страницах в Интернете.

JPEG (Joint Photographic Expert Group) - формат растровых графических файлов, который реализует эффективный алгоритм сжатия (метод JPEG) для отсканированных фотографий и иллюстраций. Алгоритм сжатия позволяет уменьшить объем файла в десятки раз, однако приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Используется для размещения графических изображений на web-страницах. JPEG в большинстве случаев оказывается наилучшим форматом файла для представления фотографий в Интернете.

PSD (PhotoShop Document) - является стандартным форматом пакета Adobe Photoshop и отличается от большинства обычных растровых форматов возможностью хранения слоев.

3.1.6. Векторные графические форматы

В отличие от растровой графики, среди векторной почти нет никакой стандартизации, так как разработчики программ для работы с векторной графикой предпочитают иметь дело только со своими собственными форматами файлов. Так как возможность переноса файлов между различными приложениями в векторной графике актуальна, то своего рода стандартом стали файловые форматы двух наиболее популярных профессиональных графических пакетов -Adobe Illustrator и CorelDraw.

Al (Adobe Illustrator Document) - формат Adobe Illustrator поддерживают практически все программы, так или иначе связанные с векторной графикой.

WMF (Windows MetaFile) - универсальный формат векторных графических файлов для Windows-приложений. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery.

EPS (Encapsulated PostScript) - формат векторных графических файлов, поддерживается программами для различных операционных систем. Рекомендуется для печати и создания иллюстраций в настольных издательских системах.

CDR (CorelDRaw files) - оригинальный формат векторных графических файлов, используемый в системе CorelDRAW. Поддерживаемая редактором CorelDRAW многостраничность позволяет хранить в одном файле несколько различных изображений.

• [1] 1 дюйм = 2,54 см