Что такое компьютерная графика. Старт в науке Основные разделы компьютерной графики

В век информационных технологий компьютерная графика получила широкое распространение во всем мире. Почему она так популярна? Где она применяется? И вообще, что такое компьютерная графика? Давайте разберемся!

Компьютерная графика: что такое?

Проще всего - это наука. Кроме того, это один из разделов информатики. Он изучает способы обработки и форматирования графического изображения с помощью компьютера.

Уроки компьютерной графики на сегодняшний день существуют и в школах, и в высших учебных заведениях. И трудно сегодня найти область, где она не была бы востребована.

Также на вопрос: «Что такое компьютерная графика?» - можно ответить, что это одно из многих направлений информатики и, кроме того, относится к наиболее молодым: оно существует около сорока лет. Как и всякая иная наука, она имеет свой определенный предмет, цели, методы и задачи.

Какие задачи решает компьютерная графика?

Если рассматривать этот в широком смысле, то можно увидеть, что средства компьютерной графики позволяют решать следующие три типа задач:

1) Перевод словесного описания в графическое изображение.

2) Задача распознавания образов, то есть перевод картинки в описание.

3) Редактирование графических изображений.

Направления компьютерной графики

Несмотря на то что сфера применения этой области информатики, бесспорно, крайне широка, можно выделить основные направления компьютерной графики, где она стала важнейшим средством решения возникающих задач.

Во-первых, иллюстративное направление. Оно является самым широким из всех, так как охватывает задачи начиная от простой визуализации данных и заканчивая созданием анимационных фильмов.

Во-вторых, саморазвивающееся направление: компьютерная графика, темы и возможности которой поистине безграничны, позволяет расширять и совершенствовать свои навыки.

В-третьих, исследовательское направление. Оно включает в себя изображение абстрактных понятий. То есть применение компьютерной графики направлено на создание изображения того, что не имеет физического аналога. Зачем? Как правило, с целью показать модель для наглядности либо проследить изменение параметров и скорректировать их.

Какие существуют виды компьютерной графики?

Еще раз: что такое компьютерная раздел информатики, изучающий способы и средства обработки и создания графического изображения с помощью техники. Различают четыре вида компьютерной графики, несмотря на то, что для обработки картинки с помощью компьютера существует огромное количество различных программ. Это растровая, векторная, фрактальная и 3-D графика.

Каковы их отличительные черты? В первую очередь виды компьютерной графики различаются по принципам формирования иллюстрации при отображении на бумаге или на экране монитора.

Растровая графика

Базовым элементом растрового изображения или иллюстрации является точка. При условии, что картинка находится на экране, точка называется пикселем. Каждый из пикселей изображения обладает своими параметрами: цветом и расположением на холсте. Разумеется, что чем меньше размеры пикселей и больше их количество, тем лучше выглядит картинка.

Основная проблема растрового изображения - это большие объемы данных.

Второй недостаток растровой графики - необходимость увеличить картинку для того, чтобы рассмотреть детали.

Кроме того, при сильном увеличении происходит пикселизация изображения, то есть разделение его на пиксели, что в значительной степени искажает иллюстрацию.

Векторная графика

Элементарной составляющей векторной графики является линия. Естественно, что в растровой графике тоже присутствуют линии, однако они рассматриваются как совокупность точек. А в векторной графике все, что нарисовано, является совокупностью линий.

Этот тип компьютерной графики идеален для того, чтобы хранить высокоточные изображения, такие как, например, чертежи и схемы.

Информация в файле хранится не как графическое изображение, а в виде координат точек, с помощью которых программа воссоздает рисунок.

Соответственно, для каждой из точек линии резервируется одна из ячеек памяти. Необходимо заметить, что в векторной графике объем памяти, занимаемый одним объектом, остается неизменным, а также не зависит от его размера и длины. Почему так происходит? Потому что линия в векторной графике задается в виде нескольких параметров, или, проще говоря, формулой. Что бы мы ни делали с ней в дальнейшем, в ячейке памяти будут изменяться лишь параметры объекта. Количество ячеек памяти останется прежним.

Таким образом, можно прийти к выводу, что векторные файлы, по сравнению с растровыми, занимают гораздо меньший объем памяти.

Трехмерная графика

3D-графика, или трехмерная графика, изучает методы и приемы создания объемных моделей объектов, максимально соответствующие реальным. Подобные изображения можно рассмотреть со всех сторон.

Гладкие поверхности и разнообразные графические фигуры используются с целью создания объемных иллюстраций. С их помощью художник создает сначала каркас будущего объекта, а потом поверхность покрывают такими материалами, которые визуально похожи на реальные. Далее делают гравитацию, осветление, свойства атмосферы и прочие параметры пространства, в котором находится изображаемый объект. Затем, при условии, что объект движется, задают траекторию движения и его скорость.

Фрактальная графика

Фракталом называется рисунок, состоящий из одинаковых элементов. Большое количество изображений являются фракталами. К примеру, снежинка Коха, множество Мандельброта, треугольник Серпинского, а также «дракон» Хартера-Хейтчея.

Фрактальный рисунок можно построить либо с помощью какого-либо алгоритма, либо путем автоматического создания изображения, которое осуществляется путем вычислений по заданным формулам.

Модификация изображения происходит при внесении изменений в структуру алгоритма или смене коэффициентов в формуле.

Главным преимуществом фрактальной графики является то, что в сохраняются только формулы и алгоритмы.

компьютерной графики

Однако необходимо заметить, что выделение данных направлений весьма условно. Кроме того, оно может быть детализировано и расширено.

Итак, перечислим основные области компьютерной графики:

1) моделирование;

2) проектирование;

3) отображение визуальной информации;

4) создание пользовательского интерфейса.

Где применяется компьютерная графика?

В инженерном программировании широко используется трехмерная компьютерная графика. Информатика в первую очередь пришла на помощь инженерам и математикам. Средствами трехмерной графики происходит моделирование физических объектов и процессов, например, в мультипликации, компьютерных играх и кинематографе.

Широко применяется при разработке полиграфических и мультимедийных изданий. Очень редко иллюстрации, которые выполняются средствами растровой графики, создаются с помощью компьютерных программ вручную. Зачастую с этой целью пользуются отсканированные изображения, которые художник изготовил на фотографии или бумаге.

В современном мире широко применяются цифровые фото- и видеокамеры с целью ввода растровых фотографий в компьютер. Соответственно, подавляющее большинство которые предназначены для работы с растровой графикой, ориентированы не на создание изображений, а на редактирование и обработку.

Растровые изображения применяются в интернете в том случае, если есть необходимость передать всю цветовую гамму.

А вот программы для работы с векторной графикой, наоборот, чаще всего используются с целью создания иллюстраций, ежели для обработки. Подобные средства нередко используют в издательствах, редакциях, дизайнерских бюро и рекламных агентствах.

Средствами векторной графики гораздо проще решаются вопросы оформительских работ, которые основаны на применении простейших элементов и шрифтов.

Бесспорно, существуют примеры векторных высокохудожественных произведений, однако они являются скорее исключением, чем правилом, по той простой причине, что подготовка иллюстраций средствами векторной графики необычайно сложна.

Для автоматического с помощью математических расчетов созданы программные средства, работающие с факториальной графикой. Именно в программировании, а не в оформлении или рисовании состоит создание факториальной композиции. Факториальная графика редко применяется с целью создания электронного или печатного документа, однако ее нередко используют в развлекательных целях.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день тяжело представить себе мир без компьютерной графики. Ведь в любой области жизни общества компьютерная графика находит свое применение. Архитекторы используют графику при проектировании зданий, мультипликаторы - при создании новых мультфильмов. Графика применяется в печатных изданиях: книгах, журналах или газетах. Что бы привлечь внимание читателей создаются красочные обложки книг и журналов, а так же иллюстрации, которые помогают читателю наиболее полно представить себе содержание прочитанной информации. Так же графика используется для оформления документов. Это всевозможные логотипы фирм, предприятий и организаций. Очень широко компьютерная графика используется для создания рекламы, без которой уже трудно представить нашу жизнь. Это реклама на телевидении, создаваемая в виде анимации, реклама в газете. И чем ярче реклама, тем больше шансов привлечь к себе внимание.

Данная тема «Виды компьютерной графики» была выбрана потому, что в школьном курсе информатики изучается растровая и векторная графика, а меня заинтересовало изучение трёхмерной и 3D графики. Популярность этого вида графики в нашей стране и во всём мире продолжает расти. Значит, выбранная нами тема актуальна.

Актуальность:

Компьютерная графика играет существенную роль, как в науке, так и в повседневной жизни любого человека. Знания о компьютерной графике расширяются. Наука открывает новые виды и способы создания компьютерных изображений, поражающие своей сложностью, красотой и богатством красок.

Объектом исследования является компьютерная графика.

Предметом исследования являются виды и свойства компьютерной графики, способы её применения в жизни.

Гипотеза исследования: предполагаем, что благодаря знаниям по информатике мы сможем сами создавать трёхмерные изображения.

Проблема: Как при помощи компьютерной графики создаются трёхмерные изображения.

На основании вышесказанного мы ставили перед собой следующие целиисследования: выяснить, как компьютерная графика связана с нашей жизнью; в каких сферах деятельности человеческого общества она применяется и как она влияет на самого человека.

Для реализации поставленных целей, нами были выдвинуты следующие задачи:

• • рассмотреть и систематизировать знания по компьютерной графике;

    приобрести опыт по созданию фрактальных графических рисунков;

    показать, что без компьютерных технологий невозможно прогрессивное развитие информационного мира человеческого общества;

    изучить теоретический материал по данной теме;

    дать понятие «компьютерная графика»;

    показать, что различные математические объекты используются в различных видах графики;

    на графическом материале продемонстрировать примеры применения различных геометрических фигур;

    найти примеры применения компьютерной графики в различных областях деятельности человека;

рассмотреть характеристики и разновидности компьютерной графики;

рассмотреть цветовые модели и графические форматы компьютерной графики;

• • создать собственные графические рисунки;

    провести исследование и сравнить восприятие компьютерной графики взрослыми и детьми.

    сделать выводы:

Что такое компьютерная графика и где она применяется;

Как компьютерная графика влияет на человека.

Предполагаемая новизна:

Данная тема не полностью изучается в школах на уроках информатики.

Методы исследования:

анализ источников информации по теме: «Виды компьютерной графики»;

изучение литературы по данной теме;

сопоставление существенных признаков различных видов графических изображений;

создание графических изображений при помощи компьютерной программы;

обобщение полученной информации; выявление основных направлений применения компьютерной графики в жизни человеческого общества;

анкетный опрос;

анализ, сравнение, обобщение;

создание презентации по теме исследовательской работы и видео работ, выполненных в программе Ultra Fractal 5.03.

Практическая значимость работы определяется созданием практических материалов по теме исследования, использование материалов и результатов исследовательской работы для расширения знаний, обучающихся в области компьютерной графики на уроках информатики и на элективных курсах.

Научная значимость данной работы заключается в том, что компьютерная графика, которая появилась, при использовании знаний двух наук математики и информатики, и развивается, благодаря новым научным открытиям, всё больше изменяет жизнь человечества. Изучение компьютерной графики интересно и полезно для обучения, развития и отдыха.

Основные теоретические выводы работы основаны на трудах А.Е. Бубнова, А.А. Залоговой, А.А. Кричалова, С.В. Симонович, П.Г. Стоянова и других.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И РАЗНОВИДНОСТИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

1.1. Характеристика компьютерной графики

Компьютерная графика -область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора. Компьютерная графика в настоящее время уже вполне сформировалась как наука. Существует аппаратное и программное обеспечение для получения разнообразных изображений - от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех сферах нашей жизни .

Компьютерная графика - это широкое понятие, обозначающее:

Разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера;

Область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов .

Одним из популярных направлений использования персонального компьютера является компьютерная графика. В каждой организации возникает потребность в рекламных объявлениях, листовках, буклетах и т.д. В связи с появлением и развитием Интернета появилась широкая возможность использования графических программных средств. Росту популярности графических программных средств, способствовало развитие World Wide Web («всемирной паутины»). Различают три вида компьютерной графики: растровая, векторная, трёхмерная. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге .

Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики создают с помощью компьютерных программ. Для этой цели сканируют иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото и видеокамеры. Программные средства для работы с векторной графикой, наоборот, предназначены для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики. Программные средства для работы с трёхмерной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции, состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику чаще используют в развлекательных программах .

При работе с цветом в компьютерной графике используются понятия: глубина цвета (его еще называют цветовое разрешение) и цветовая модель. Для кодирования цвета пиксела изображения может быть выделено разное количество бит. От этого зависит то, сколько цветов на экране может отображаться одновременно. Чем больше длина двоичного кода цвета, тем больше цветов можно использовать в рисунке. Глубина цвета - это количество бит, которое используют для кодирования цвета одного пиксела. Для кодирования двухцветного (черно-белого) изображения достаточно выделить по одному биту на представление цвета каждого пиксела. Выделение одного байта позволяет закодировать 256 различных цветовых оттенков. Два байта (16 битов) позволяют определить 65536 различных цветов. Этот режим называется High Color. Если для кодирования цвета используются три байта (24 бита), возможно одновременное отображение 16,5 млн цветов. Этот режим называется True Color. От глубины цвета зависит размер файла, в котором сохранено изображение .

Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется три. Эти модели известны под названиями: RGB, CMYK, НSB .

1.2. Разновидности компьютерной графики

В зависимости от способа создания графического изображения различают растровую, векторную, фрактальную графику и трехмерную(3D).

В растровой графике изображение формируется в виде растра - совокупности точек (пикселей), образующих строки и столбцы. Каждый пиксель может принимать любой цвет из палитры. При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого входящего в него пикселя. Качество растрового изображения возрастает с увеличением количества пикселей в изображении. При этом возрастает и информационный объём всего изображения. Большой информационный объём - один из основных недостатков растровых изображений. Следующий недостаток растровых изображений возникает при изменении их масштаба. Так, при уменьшении растрового изображения несколько соседних пикселей преобразуются в один, что ведёт к потере чёткости мелких деталей изображения. При увеличении изображения в него добавляются новые пиксели, при этом соседние пиксели принимают одинаковый цвет и возникает ступенчатый эффект .

В векторной графике основным элементом изображения является линия, при этом не важно, прямая это линия или кривая. В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку линия представляется в виде формулы. Чтобы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии. Линия - это элементарный объект векторной графики. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в более сложные, например, объект четырехугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а для изображения окружности средствами векторной графики требуется только координаты одной точки центра и радиус. Информационный объём векторных изображений значительно меньше растровых изображений. Ещё одно достоинство векторных изображений - возможность их масштабирования без потери качества. Но не все так хорошо. У векторной графики есть свой главный минус. Векторные картинки получаются не такими насыщенными по цвету, как растровые .

Фрактальная графика , как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никакие геометрические фигуры в памяти компьютера как в векторной графике не хранятся и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты. Фрактал это математическая фигура обладающая свойствами самоподобия. То есть фрактал составлен из некоторых частей, каждая из которых подобна всей фигуре. Проще говоря, один объект копируется несколько раз, в результате чего получается рисунок. Изображение строится по уравнению, поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику чаще используют в развлекательных программах .

Трёхмерная графика (3D). Трёхмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино и компьютерных играх.

В трехмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники. Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы. В компьютерной графике используется три вида матриц: матрица поворота; матрица сдвига; матрица масштабирования. Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый (сдвинутый) и масштабированный относительно исходного .

Сравнительный анализ различных видов компьютерной графики представлен в приложении 1.

1.3. Цветовые модели

Цветовая модель RGB. Любой цвет считается состоящим из трех основных компонентов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Эти цвета называются основными. Считается также, что при наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета увеличивается. Совмещение трех компонентов дает нейтральный цвет (серый), который при большой яркости стремится к белому цвету. Метод получения нового оттенка суммированием яркостей составляющих компонентов называют аддитивным методом. Нетрудно догадаться, что чем меньше яркость, тем темнее оттенок. Поэтому в аддитивной модели центральная точка, имеющая нулевые значения компонентов (0,0,0), имеет черный цвет (отсутствие свечения экрана монитора). Белому цвету соответствуют максимальные значения составляющих (255, 255, 255). Модель RGB является аддитивной, а ее компоненты: красный (255,0,0), зеленый (0,255,0) и синий (0,0,255) - называют основными цветами .

Цветовая модель CMYK. Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений. Они отличаются тем, что их видят не в проходящем, а в отраженном свете. Чем больше краски положено на бумагу, тем больше света она поглощает и меньше отражает. Совмещение трех основных красок поглощает почти весь падающий свет, и со стороны изображение выглядит почти черным. В отличие от модели RGB увеличение количества краски приводит не к увеличению визуальной яркости, а наоборот, к ее уменьшению.

Поэтому для подготовки печатных изображений используется не аддитивная (суммирующая) модель, а субтрактивная (вычитающая) модель. Цветовыми компонентами этой модели являются не основные цвета, а те, которые получаются в результате вычитания основных цветов из белого: голубой (Cyan) = Белый - красный = зелёный + синий (0,255,255); пурпурный (сиреневый) (Magenta) = Белый - зелёный = красный + синий (255,0,255); жёлтый (Yellow) = Белый - синий = красный + зелёный (255,255,0). Эти три цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Существенную трудность в полиграфии представляет черный цвет. Теоретически его можно получить совмещением трех основных или дополнительных красок, но на практике результат оказывается плохим. Поэтому в цветовую модель CMYK добавлен четвертый компонент - черный. Ему эта система обязана буквой К в названии (blacK) .

Цветовая модель НSB. Некоторые графические редакторы позволяют работать с цветовой моделью HSB. Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK - для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека. Она проста и интуитивно понятна. В модели HSB тоже три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Регулируя эти три компонента, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями. Оттенок цвета указывает номер цвета в спектральной палитре. Насыщенность цвета характеризует его интенсивность - чем она выше, тем "чище" цвет. Яркость цвета зависит от добавления чёрного цвета к данному - чем её больше, тем яркость цвета меньше . Основные характеристики различных цветовых моделей представлены в приложении 2.

1.4. Графические форматы

Формат графического файла - это способ представления графических данных на внешнем носителе. Выбор того или другого формата для сохранения изображения зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность воссоздания цветов, то преимущество отдают одному из растровых форматов. Логотипы, схемы, элементы оформления целесообразно хранить в векторных форматах. Формат файла влияет на объем памяти, который занимает этот файл. Графические редакторы позволяют пользователю самостоятельно избирать формат сохранения изображения. Если вы собираетесь работать с графическим изображением только в одном редакторе, целесообразно выбрать тот формат, какой редактор предлагает по умолчанию. Если же данные будут обрабатываться другими программами, стоит использовать один из универсальных форматов. Существуют универсальные форматы графических файлов, которые одновременно поддерживают и векторные, и растровые изображения .

Формат PDF (англ. Portable Document Format - портативный формат документа). В этом формате могут быть сохранены изображения и векторного, и растрового формата, текст с большим количеством шрифтов, гипертекстовые ссылки и даже настройки печатающего устройства. Размеры файлов достаточно малы.

EPS (Encapsulated PostScript). EPS позволяет хранить информацию, как о растровой, так и о векторной графике. EPS для передачи векторов и растра в издательские системы, создается почти всеми программами, работающими с графикой. EPS поддерживает все необходимые для печати цветовые модели. EPS имеет много разновидностей, что зависит от программы-создателя. Формат EPS поддерживается программами для разных операционных систем.

BMP (Windows Device Independent Bitmap). Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows. Графические файлы в этом формате имеют большой информационный объём, т.к. в них на хранение информации о цвете каждого пикселя отводится 24бита.

GIF (CompuServe Graphics Interchange Format). В рисунках, сохраненных в формате GIF, можно использовать только 256 разных цветов. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы. Это особенно важно для графики, используемой во Всемирной паутине.

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Строго говоря JPEG’oм называется не формат, а алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, а на разнице между пикселями. Чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается, тем ниже качество.

TIFF (Target Image File Format). Аппаратно независимый формат TIFF, один из самых распространенных и надежных на сегодняшний день, его поддерживают практически все программы так или иначе связанные с графикой. Ему доступен весь диапазон цветовых моделей от монохромной до RGB, CMYK В формате TIFF есть возможность сохранения с применением нескольких видов сжатия: JPEG, ZIP, LZW.

CDR - формат популярного векторного редактора CorelDraw. Свою популярность и распространение пакет получил благодаря кажущейся простоте использования и интерактивным спецэффектам (линзам, прозрачностям, нестандартным градиентам и т.д.). CCX - формат векторной графики от компании Corel. Кроме CorelDraw ничем не поддерживается. Для полиграфии и Интернета непригоден .

Итак, рассмотрев наиболее распространенные графические форматы, использующиеся для создания изображений, фотографий и т.д. мы систематизировали знания, по данному материалу составив приложение 3.

1.5. Области применения компьютерной графики

Научная графика. Это направление появилось первым. Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц .

Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения. Программы САПР (или CAD - computer-aided design) представляют собой векторные программные средства, которые нашли широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Одно из главных применений составляет их использование в различных областях инженерной конструкторской деятельности - от проектирования микросхем до создания самолетов. Другой важной областью применения САПР является архитектура. САПР используется и в медицине. Например, автоматизированное проектирование имплантантов, особенно для костей и суставов, позволяет минимизировать необходимость внесения изменений в ходе операции, что сокращает время пребывания на операционном столе.

Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Программные средства, позволяющие человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов, относятся к иллюстративной графике.

Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок" .

Компьютерная анимация. В недавнем прошлом художники мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создать на экране рисунки лишь начального и конечного состояния движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитает и изобразит компьютер. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением .

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ТЕМЕ: КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Как человек знакомится и использует в своей жизни компьютерную графику?

Ответить на этот вопрос я смог через исследовательскую часть своей работы. Исследовал мир компьютерной графики в ходе анкетирования учеников и учителей. Сделал анализ полученных результатов.

2.1 Опрос обучающихся по теме: «Компьютерная графика»

При анкетировании нами были заданы следующие вопросы:

Вопрос 1. Используете ли вы часто компьютерную графику?

Сравнивая результаты, полученные детьми и взрослыми, пришел к выводам. Оказалось, что дети 100% из всех опрошенных слышали и используют компьютерную графику, а взрослые реже по мере необходимости.

Таблица 1

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Часто использую
По мере необходимости
Редко

Вопрос 2. Какие способы применения компьютерной графики вы чаще всего наблюдаете в своей жизни?

Можно сделать вывод, что большинство из опрошенных детей, меньше используют научную и деловую компьютерную графику только в школе на уроках. Взрослые совсем не сталкивались в своей жизни с конструкторской графикой.

Таблица 2

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Научная и деловая графика
графика
Конструкторская графика
Иллюстративная графика
Компьютерная анимация
3D графика
Не знаю

Вопрос 3. Как использование 3D графика влияет на здоровье?

В основном все согласны с тем, что 3D графика влияет на здоровье. Но дети больше склоняются к тому, что 3D графика не оказывает значительного вреда здоровью, а большая часть не могут дать ответ на данный вопрос, а взрослые склоняются больше к тому, что ухудшает здоровье.

Таблица 4

Вопрос 4. Для каких целей вы используете компьютерную графику?

Таблица 5

	Дети
Участвовали в опросе
Цифровая фотография
Интернет
Компьютерные игры
Системы автоматизированного проектирования
Спецэффекты

Вывод: 49% опрошенных детей используют компьютерную графику во время компьютерных игр и при работе в интернете 29%, Спецэффекты, цифровая кинематография 9%;Цифровая фотография и цифровая обработка изображений 4%; Системы автоматизированного проектирования 9%.

Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. В ходе исследовательской работы я выяснил, что некоторые учащиеся нашей школы имеют свои сайты в Интернете и именно знания работы с графическими редакторами позволяют им оформить дизайн сайта.

Вопрос 5. Какие виды графических изображений вы можете сами создавать?

Таблица 3

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Растровая графика
Векторная графика
Фрактальная
3D графика
Не могу строить графические изображения

2.2 Анализ школьных учебников

Современное информационное общество ставит задачи освоения компьютерных технологий перед образованием на такой уровень, когда изучение информатики в общеобразовательном учреждении не может ограничиваться только средними и старшими классами. В средних классах ребёнок уже должен постичь компьютерный интерфейс, уметь работать с графическим редактором, понимая разницу между векторной и растровой графикой и имея в своём арсенале и тот, и другой тип редактора. Поэтому следующим этапом стал анализ школьных учебников. Вот исчерпывающий набор программ для работы с компьютерной графикой на протяжении всего школьного курса: MS Paint, MS Word, MS Excel, MS Power Point, MS Front Page, Corel Draw, Adobe Photoshop. Доступность редактора MS Paint, его простой интерфейс при достаточно хороших возможностях позволяют с первых уроков ребёнку осваивать интерфейс, развивать технику работы с клавиатурой и мышью. И все те вопросы, которые необходимо постичь ребёнку на первых шагах, наиболее доступным образом даются с помощью компьютерной графического редактора Paint. Инструментарий MS Word несколько отличается, но решение уже знакомого профиля задач моделирования, но технически с иным подходом делает освоение текстового редактора и дальнейшую работу с текстом более доступной. Полученные знания и накопленный практический опыт позволяет детям выполнять разработку поздравительных открыток, буклетов и т.п. работ. Дальнейшая работа с компьютерной графикой расширяется на редакторе Corel Draw и редакторе Adobe Photoshop.Это происходит в 8-9 классах. Анимация и трёхмерное моделирование в рамках знакомства. А Corel и Photoshop в рамках вопросов, которые должны быть изучены в школьном курсе. НТМL-технологии на уровне первых самостоятельных шагов. Практические работы по созданию фрактальной, трёхмерной графике в школьном курсе информатики не выполняются. Поэтому я решил самостоятельно изучить программу Ultra Fractal 5.03 и создать фрактальные графические рисунки которые представлены в приложенном видео.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В своей работе раскрыл проблему применения компьютерной графики в различных областях знаний. Дал понятия компьютерной графики, наиболее распространенных и удобных графических редакторов. Раскрыл все области применения компьютерной графики.

В ходе исследования узнал, что: 49% опрошенных детей используют компьютерную графику во время компьютерных игр и при работе в интернете 29%, Спецэффекты, цифровая кинематография 9%;Цифровая фотография и цифровая обработка изображений 4%; Системы автоматизированного проектирования 9%.

Анализ результатов показал, дети больше имеют знаний о различных видах компьютерной графики, а взрослые используют чаще векторную графику. Можно сделать вывод, что большинство из анкетируемых считает компьютерную графику важным явлением окружающего нас мира, но дети имеют больше знаний о данном понятии, так как имеют больше практического опыта в данной сфере деятельности.

Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. В ходе исследовательской работы выяснил, что некоторые учащиеся нашей школы имеют свои сайты в Интернете и именно знания работы с графическими редакторами позволяют им оформить дизайн сайта.

В школе мы изучаем векторную или растровую графику, но практические работы по созданию фрактальной, трёхмерной графике в школьном курсе информатики не выполняются. Поэтому решил самостоятельно изучить программу Ultra Fractal 5.03 и создал фрактальные графические рисунки которые представлены в приложенном видео.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ:

Бубнов А.Е. Компьютерный дизайн. Основы, Мн: Знание, 2008.

Бем Н.А. Современный компьютер, -М., 1986.

Залогова Л.А. Компьютерная графика, М.Бином Лаборатория знаний 2005.

Информатика Уч пособие Ч.2 У-Удэ, 1997.- 59с./ Габеева Д.А., Дамбаева Г-Х.Б.

Симонович С.В. Общая информатика: Учеб пособие М., 2002.- 591с.

Симонович С.В. Специальная информатика Уч пособие М., 2001.- 479с.

Стоянов П.Г. Работа с цветом и графикой, Мн.: БГУИР, 2009.

Стефанюк В.Л. «Компьютер обретает разум»,М.1990.

Приложение 1.

Приложение 2

Приложение 3.

Приложение 4.

Видео приложение 5.

Фрактальные компьютерные рисунки, которые выполнил в Ultra Fractal 5.03

А. Современный компьютер, -М., 1986.

2.Л.А. Залогова Компьютерная графика, М.Бином Лаборатория знаний

3.Стефанюк В.Л. «Компьютер обретает разум»,М.19904.Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ.Москва Бином. Лаборатория знаний 011.

5.Ястребцевая Е.Н. Intel «Обучение для будущего», Москва 2007

6.http://www.monitoring.ruРазмещено на Allbest.ru

§18. Компьютерная графика
§21. Растровая и векторная графика

Основные темы параграфа:

История компьютерной графики;
- научная графика;
- деловая графика;
- конструкторская графика;
- иллюстративная графика;
- трехмерная графика;
- компьютерная анимация.

Изучаемые вопросы:

- Растровая графика
- Векторная графика.

В наше время редко найдется школьник, который бы не играл в компьютерные игры или хотя бы не видел, как в них играют другие. На экране монитора, как на телеэкране, бегают человечки, летают самолеты, мчатся гоночные машины... Чего только нет! Причем качество цветного изображения на современном персональном компьютере бывает лучше, чем у телевизора.

Раздел информатики, занимающийся проблемами создания и обработки на компьютере графических изображений, называется компьютерной графикой.

Как же получаются все эти «картинки» на экране компьютера? Вы уже хорошо знаете, что любую работу компьютер выполняет по определенным программам, которые обрабатывают определенную информацию. Монитор - это устройство вывода информации , хранящейся в памяти компьютера. Значит, и «картинки» на экране - это отображение информации, находящейся в компьютерной памяти .

История компьютерной графики

Результатами расчетов на первых компьютерах являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге. Для того чтобы осознать полученные результаты, человек брал бумагу, карандаши, линейки и другие чертежные инструменты и чертил графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Иначе говоря, человек вручную производил графическую обработку результатов вычислений. В графическом виде такие результаты становятся более наглядными и понятными. Таково уж свойство человеческой психики: наглядность - важнейшее условие для понимания.

Возникла идея поручить графическую обработку самой машине . Первоначально программисты научились получать рисунки в режиме символьной печати. На бумажных листах с помощью символов (звездочек, точек, крестиков, букв) получались рисунки, напоминающие мозаику. Так печатались графики функций, изображения течений жидкостей и газов, электрических и магнитных полей (рис. 4.1).

С помощью символьной печати программисты умудрялись получать даже художественные изображения. В редком компьютерном центре стены не украшались распечатками с портретами Эйнштейна, репродукциями Джоконды и другой машинной живописью.

Затем появились специальные устройства для графического вывода на бумагу - графопостроители (другое название - плоттеры ). С помощью такого устройства на лист бумаги чернильным пером наносятся графические изображения: графики, диаграммы, технические чертежи и пр. Для управления работой графопостроителей стали создавать специальное программное обеспечение.

Настоящая революция в компьютерной графике произошла с появлением графических дисплеев. На экране графического дисплея стало возможным получать рисунки и чертежи в таком же виде, как на бумаге с помощью карандашей, красок, чертежных инструментов.

Рисунок из памяти компьютера может быть выведен не только на экран, но и на бумагу с помощью принтера. Существуют принтеры цветной печати, дающие качество рисунков на уровне фотографии.

Приложения компьютерной графики очень разнообразны. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.

Научная графика

Это направление появилось самым первым. Назначение - визуализация (т. е. наглядное изображение) объектов научных исследований , графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов (рис. 4.2).

Эта область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций , часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы (рис. 4.3).

Программные средства деловой графики обычно включаются в состав табличных процессоров (электронных таблиц), с которыми мы познакомимся позже.

Она применяется в работе инженеров-конструкторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом систем автоматизации проектирования (САПР). Графика в САПР используется для подготовки технических чертежей проектируемых устройств (рис. 4.4).

Графика в сочетании с расчетами позволяет проводить в наглядной форме поиск оптимальной конструкции, наиболее удачной компоновки деталей, прогнозировать последствия, к которым могут привести изменения в конструкции. Средствами конструкторской графики можно получать плоские изображения (проекции, сечения) и пространственные, трехмерные изображения.

Программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования и черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов. Пакеты иллюстративной графики не имеют какой-то производственной направленности, поэтому они относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения.

Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами. Подробнее о графических редакторах речь пойдет ниже.

Трехмерной графикой (3D-графикой) называют технологию, позволяющую получать на устройствах вывода компьютера объемные изображения. Программы для работы с трехмерной графикой называют программами трехмерного моделирования. Эти программы позволяют создавать высококачественные изображения, очень похожие на фотографии. В самом названии «трехмерный» заложено указание на то, что объект рассматривается в трех измерениях (ширина, высота и глубина). В то же время экранное изображение трехмерных объектов, как и печатное, является всего лишь их двумерным образом. Эти образы на экране выглядят вполне реально благодаря наличию источников света, естественной окраске, присутствию теней и бликов, придающих изображению глубину и делающих его визуально правдоподобным (рис. 4.5).

Таким образом, основная задача пользователя программы трехмерного моделирования - создать сцену - совокупность образов трехмерных объектов.

Широкое применение 3D-графика находит в архитектурном и техническом проектировании, рекламе, кинематографии, различных учебных и тренажерных системах, компьютерных играх.

Создание изображений в программах трехмерного моделирования состоит из пяти этапов.

1. Моделирование - создание формы трехмерного объекта.
2. Наложение материалов . Материалы - краски и текстуры, которыми покрываются объекты. Кроме того, материалы определяют такие свойства объектов, как шероховатость, блеск, прозрачность.
3. Расстановка источников света . Освещение придает сцене ощущение объемности и реальности, так как источники света способны создавать тени, когда их лучи падают на объекты.
4. Установка камер . Программы трехмерного моделирования предоставляют возможность рассматривать сцену через виртуальную съемочную камеру (фотоаппарат). Камера может устанавливаться в разных позициях, что дает возможность отражать сцену в различных ракурсах.
5. Визуализация - формирование изображения. Визуализация выполняется специальным программным обеспечением и может занимать довольно продолжительное время, зависящее от сложности сцены и быстродействия компьютера. Именно на этом этапе программа рассчитывает и наносит на изображение все тени, блики и отражения объектов.

На первых четырех этапах используются законы векторной графики. В результате визуализации создается растровое изображение.

Получение движущихся изображений на мониторе компьютера называется компьютерной анимацией . Слово «анимация» означает «оживление».

В недавнем прошлом художники-мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку. Существуют системы, в которых используется покадровая анимация, основанная на ключевых (наиболее важных) кадрах. Компьютерный художник создает на экране лишь изображения объектов в ключевых кадрах, а все положения объектов в промежуточных кадрах рассчитываются специальными программами.

Такая работа связана с расчетами, опирающимися на математическое описание данного типа движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения (рис. 4.6).

Многие современные анимационные фильмы создаются в технологии трехмерной графики. В некоторых игровых фильмах наряду с «живыми» артистами и реальными декорациями участвуют персонажи, созданные на компьютере. Одним из первых известных фильмов такого рода были «Звездные войны». Многие компьютерные игры построены в технологии 3D-анимации.

В начале появления 3D-анимации такая работа была по силам только суперкомпьютерам. Позже для персональных компьютеров были разработаны устройства под названием 3D-акселераторы (ускорители трехмерной графики). На современных ПК эти устройства делают доступными для пользователей трехмерные игры.

Коротко о главном

Область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Для создания графических изображений требуется специальное программное обеспечение - графические пакеты .

Основные области применения компьютерной графики : научная графика, деловая графика, конструкторская графика, иллюстративная графика, трехмерная графика.

Это получение движущихся изображений на экране монитора.

Вопросы и задания

1. Что называют компьютерной графикой?

2. Каким способом создавали рисунки на ЭВМ до появления аппаратных и программных средств компьютерной графики?

3. На какие устройства производится вывод графических изображений?

4. В чем преимущество графического дисплея перед другими устройствами графического вывода?

5. Опишите основные области применения компьютерной графики.

6. Что такое компьютерная анимация?

Растровая и векторная графика

Основные темы параграфа:

Два принципа представления изображения;
- растровая графика;
- векторная графика.

Изучаемые вопросы:

История компьютерной графики
- Области применения компьютерной графики.
- Два принципа представления изображения.
- Растровая графика
- Векторная графика.

Два принципа представления изображения

В компьютерной графике существуют два различных подхода к представлению графической информации. Они называются, соответственно, растровым и векторным. С растровым подходом вы уже знакомы. Суть его в том, что всякое изображение рассматривается как совокупность точек разного цвета. Векторный подход рассматривает изображение как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами .

В растровой графике графическая информация - это совокупность данных о цветах пикселей на экране. В векторной графике графическая информация - это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок.

Положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат , связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось X направлена слева направо; вертикальная ось Y - сверху вниз .

Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов; окружность - координатами центра и радиусом; многоугольник - координатами его вершин; закрашенная область - граничной линией и цветом закраски и пр.

Для примера рассмотрим «маленький монитор» с растровой сеткой размером 10 х 10 и черно-белым изображением. На рисунке 4.11 одна клетка соответствует пикселю. Приведено изображение буквы «К». Для кодирования изображения в растровой форме на таком экране требуется 100 битов (1 бит на пиксель).

На рисунке 4.12 этот код представлен в виде битовой матрицы, в которой строки и столбцы соответствуют строкам и столбцам растровой сетки (1 обозначает закрашенный пиксель, а 0 - незакрашенный).

В векторном представлении буква «К» - это три линии. Всякая линия описывается указанием координат ее концов в таком виде:

ЛИНИЯ (X1,Y1,X2,Y2)

Изображение буквы «К» на рис. 4.11 описывается следующим образом:

ЛИНИЯ (4,2,4,8)

ЛИНИЯ (5,5,8,2)

ЛИНИЯ (5,5,8,8)

Для цветного изображения кроме координат указывается еще один параметр - цвет линии .

Для создания рисунков на компьютере используются графические редакторы . Графические редакторы бывают растровыми и векторными * . Графическая информация о рисунках, созданных с помощью редактора, сохраняется в файлах на диске. Существуют разнообразные форматы графических файлов. Их также можно разделить на растровые и векторные форматы. Растровые графические файлы хранят информацию о цвете каждого пикселя изображения на экране. В графических файлах векторного формата содержатся описания графических примитивов, составляющих рисунок.

*
Графический редактор Paint является растровым, a CorelDraw - векторным.

Растровая графика

Растровые графические редакторы называют программами «картинного стиля», поскольку в них есть инструменты, которые используют художники при рисовании картин: «кисти», «краски», «ластики» и др. При создании растрового изображения пользователь словно водит кистью по «электронному полотну», закрашивая каждый пиксель рисунка, или стирает закраску пикселей, используя «ластик».

При вводе изображений с помощью сканера (фотографий, рисунков, документов) также формируются графические файлы растрового формата. При выводе таких изображений на экран достигается их высокое качество (рис. 4.13). Это основное достоинство растровой графики.

Основной недостаток растровой графики - большой размер графических файлов. Простые растровые картинки занимают несколько десятков или сотен килобайтов. Реалистические изображения, полученные с помощью сканеров с высокой разрешающей способностью, могут занимать несколько мегабайтов. По этой причине информация в файлах растрового формата, как правило, хранится в сжатом виде. Для сжатия графической информации используются специальные методы, позволяющие сократить ее объем в десятки раз.

Еще одним недостатком растровых изображений является их искажение, возникающее при изменении размеров, вращении и других преобразованиях. Картинка, которая прекрасно выглядела при одном размере, после масштабирования или вращения может потерять свою привлекательность. Например, в областях однотонной закраски могут появиться ненужные узоры; кривые и прямые линии могут приобрести пилообразную форму и т. п.

Векторная графика

Векторные изображения получаются с помощью графических редакторов векторного типа - редакторов иллюстративной графики. Эти редакторы предоставляют в распоряжение пользователя набор инструментов и команд, с помощью которых создаются рисунки. Прямые линии, окружности, эллипсы и дуги являются основными компонентами векторных изображений. Одновременно с процессом рисования специальное программное обеспечение формирует описания графических примитивов, из которых строится рисунок. Эти описания сохраняются в графическом файле.

На рисунке 4.14 показан экран векторного редактора OpenOffice.org Draw (ОС Linux).

К достоинствам векторной графики можно отнести следующие ее свойства.

Графические файлы векторного типа имеют относительно небольшие размеры. Рисунки, состоящие из тысяч примитивов, занимают дисковую память, объем которой не превышает нескольких сотен килобайтов. Аналогичный растровый рисунок требует в 10 - 1000 раз большую память.

Векторные изображения легко масштабируются без потери качества. Чтобы изменить размер векторного рисунка, нужно исправить его описание. Например, для увеличения или уменьшения эллипса достаточно в его описании изменить координаты левого верхнего и правого нижнего углов прямоугольника, ограничивающего эллипс. И снова для рисования объекта будет использовано максимально возможное число пикселей.

Следует понимать, что различие в представлении графической информации в растровом и векторном форматах существует лишь для файлов. При выводе на экран любого изображения в видеопамяти формируется информация, содержащая данные о цвете каждого пикселя экрана.

Коротко о главном

Существуют два подхода к представлению изображения на компьютере: растровый и векторный .

Растровая графическая информация - это сведения о цвете каждого пикселя при выводе изображения на экран.

Векторная графическая информация - это описания графических элементов (примитивов), из которых составлен рисунок: прямых линий, дуг, эллипсов, прямогоугольников, закрасок и пр.

Растровые графические редакторы формируют графические файлы с данными растрового типа . Векторные редакторы формируют графические файлы векторных форматов.

При сканировании изображений формируется графическая информация растрового типа.

Растровый формат позволяет получать изображения фотографического качества; растровые графические файлы имеют большой размер и обычно подвергаются сжатию.

Файлы векторного формата относительно невелики. Векторное изображение хорошо поддается растяжению и сжатию, не теряя при этом качества .

Вопросы и задания

1. В чем разница между растровым и векторным способами представления изображения?

2. Что такое графические примитивы?

3. Какая информация хранится в файлах растрового типа и в файлах векторного типа?

4. Что такое система графических координат?

5. С помощью каких средств (программных, технических) получается растровая и векторная графическая информация? Подготовьте доклад.

6. Какой способ представления графической информации экономнее по использованию памяти?

7. Для чего производится сжатие файлов растрового типа?

8. Как реагируют растровые и векторные изображения на изменение размеров, вращения?

9. Получите растровые коды и векторы описания для изображения букв «Н», «Л», «Т» на черно-белом экране с графической сеткой размером 8 x 8 .

Электронное приложение к уроку

Cкачать материалы урока

представление о базовых понятиях компьютерной графики.

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся созданием, хранением и обработкой различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую .

Под растровым понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселей) различных цветов или оттенков.

При увеличении растрового рисунка в несколько раз становится видно, что изображение состоит из конечного числа "квадратиков" определенного цвета. Эти квадратики и называют пикселями .

В векторной графике все изображения описываются в виде математических объектов – контуров, т.е. изображение разбивается на ряд графических примитивов – точки, прямой , ломанной, дуги, многоугольника.

Оба этих способа кодирования графической информации имеют свои особенности и недостатки.

Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, с использованием более чем 16 млн. оттенков цветов, вне зависимости от сложности.

Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы, матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры.

Основной проблемой растровой графики является большой объем файлов, содержащих изображения: чем больше количество пикселей и чем меньше их размеры, тем лучше выглядит изображение.

Второй недостаток растровых изображений связан с невозможностью их увеличения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее и напоминают мозаику. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой. Этот эффект называется пикселизацией (от пиксель – самый маленький элемент изображения, точка (как атом в молекуле)).

Рис. 1.1.

У векторных изображений , напротив, размер файла не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации , описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.

Описание объектов может быть легко изменено. Также это означает, что различные операции с рисунком, такие как перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшают его качества.

Рис. 1.2.

К недостаткам векторной графики относят следующие:

1. Возможность изображения в векторном виде доступна далеко не для каждого объекта: для этого может потребоваться разбить объект на очень большое количество векторных линий, что сильно увеличивает количество памяти, занимаемой изображением, и время его прорисовки на экране.
2. Векторный формат не дает возможность отобразить плавные переходы цветов, сохранить фотографическую точность изображения.

Выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Каждый из видов компьютерной графики был разработан для решения определенных задач и имеет свою заданную область применения.

Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате.

Пиксели, разрешение, размер изображения

Размеры растровых изображений выражают в виде количества пикселов по горизонтали и вертикали, например, 600?800. В данном случае это означает, что ширина изображения составляет 600, а высота - 800 точек. Количество точек по горизонтали и вертикали может быть разным для разных изображений.

При выводе изображения на поверхность экрана или бумаги, оно занимает прямоугольник определённого размера. Для оптимального размещения изображения на экране необходимо согласовывать количество точек в изображении, пропорции сторон изображения с соответствующими параметрами устройства отображения.

Степень детализации изображения, число пикселей (точек) отводимых на единицу площади называют разрешением .

Если пикселы изображения выводятся пикселами устройства вывода один к одному, размер будет определяться только разрешением устройства вывода. Соответственно, чем выше разрешение экрана, тем больше точек отображается на той же площади и тем менее зернистой и более качественной будет ваша картинка.

При большом количестве точек, размещённом на маленькой площади, глаз не замечает мозаичности рисунка. Справедливо и обратное: малое разрешение позволит глазу заметить растр изображения ("ступеньки").

Высокое разрешение изображения при малом размере плоскости отображающего устройства не позволит вывести на него всё изображение, либо при выводе изображение будет "подгоняться", например, для каждого отображаемого пиксела будут усредняться цвета попадающей в него части исходного изображения. При необходимости крупно отобразить изображение небольшого размера на устройстве с высоким разрешением приходится вычислять цвета промежуточных пикселей.

Следует четко различать: разрешение экрана; разрешение печатающего устройства; разрешение изображения .

Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны, пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.

Разрешение экрана (экранного изображения) - это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселях и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком. Для измерения экранного разрешения используют обозначение ppi (pixel per inch).

Разрешение принтера (печатного изображения) - это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины (растра). Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере. В зависимости от сорта бумаги выбирают следующие величины частоты растра: для газетной бумаги - 70-90 dpi, для бумаги среднего качества - 90-100 dpi, для глянцевой - 133 dpi и выше.

Разрешение изображения (оригинала) - это свойство самого изображения. Разрешение оригинала используется при вводе изображения в компьютер и измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi), задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Установка разрешения оригинала зависит от требований, предъявляемых к качеству изображения и размеру файла. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения - его физическим размером.

Физический размер изображения может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом.

Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает. Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет.

Введение

Актуальность. Тема про компьютерную графику и спецэффекты еще не раскрыта до конца и поэтому так популярна и увлекательна. В большинстве современных фильмов используется множество спецэффектов. Именно они придают видео такую красочность и реальность. Применение компьютерной техники в современной жизни стало незаменимым. Огромное количество отраслей используют вычислительные машины для ускорения решения задач. До недавнего времени вся компьютерная техника была лишь вспомогательным устройством для человека. Компьютер проводил различные вычисления, а основная работа лежала всё равно на человеке. Перед человечеством же стояли задачи масштабных строительств, проектов на будущее, испытаний, которых компьютер решить не мог. С появлением мощных графических станций, а так же компьютеров, способных решать не только математические задачи, но и визуализировать сложнейшие технологические процессы на экране, начинается новая эра в компьютерной промышленности.

Цель - изучить понятие компьютерной графики и спецэффектов, рассмотреть их виды, применения.

Объект - история создания спецэффектов и широкое их использование в современном мире методом создания новейших компьютерных технологий.

Предмет - компьютерная графика и один из ее видов - спецэффект.

1. Проанализировать литературы про спецэффекты и компьютерную графику.

2. Исследовать компьютерную графику на протяжении всего развития.

3. Рассмотреть развитие спецэффектов от начала их формирования и до наших дней.

4. Показать на практике использование компьютерной графики и спецэффектов.

Гипотеза: Существует ли граница в создании спецэффектов и развитии компьютерной графики?

Что такое компьютерная графика и ее виды

Понятие и виды компьютерной графики

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

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, в выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агентствам, но часто обходятся собственными силами и доступными программными средствами.

Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени коллективов, выпускающих программы массового применения.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют на несколько видов:

Растровая графика

Растровое изображение представляет собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах (растр). Важными характеристиками изображения являются:

количество пикселей -- размер. Может указываться отдельно количество пикселей по ширине и высоте или же (редко) общее количество пикселей (часто измеряется в мегапикселях); количество используемых цветов или глубина цвета;

цветовое пространство (цветовая модель). Например - RBG;

разрешение -- справочная величина, говорящая о рекомендуемом размере пикселя изображения.

Наименьшим элементом является точка.

Векторная графика

Векторная графика -- способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на использовании геометрических примитивов, таких как точки, линии, многоугольники и др. Термин используется в противоположность к растровой графике.

линия.

Преимущества векторного способа описания графики над растровой графикой:

Размер, занимаемой описательной частью, не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации, описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.

В связи с тем, что информация об объекте хранится в описательной форме, можно бесконечно увеличить графический примитив, например, дугу окружности, и она останется гладкой.

Параметры объектов хранятся и могут быть легко изменены.

Также это означает что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшает качества рисунка.

При увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть задана постоянной величиной, независимо от реального контура.

Недостатки векторной графики

Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде -- для подобного оригинальному изображению может потребоваться очень большое количество объектов и их сложности, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и на время для его отображения.

Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет -- трассировка растра, притом, что требует значительных вычислительных мощностей и времени, не всегда обеспечивает высокое качество векторного рисунка.

Преимущество векторной картинки -- масштабируемость -- пропадает, когда начинаем иметь дело с особо малыми разрешениями графики. Чтобы не было «грязи», картинку под такие разрешения приходится подгонять вручную.

Трехмерная графика

Трёхмерная графика -- раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов, предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. При этом модель может, как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

Наименьшим элементом является плоскость.

Фрактальная графика

От слова фрактал -- это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба. Следует отметить, что слово «фрактал» не является математическим термином и не имеет общепринятого строгого математического определения. Оно может употребляться, когда рассматриваемая фигура обладает какими-либо из перечисленных ниже свойств:

Увеличение масштаба не ведёт к упрощению структуры, на всех шкалах мы увидим одинаково сложную картину.

Является самоподобной или приближённо самоподобной.

Обладает дробной размерностью.

Наименьшим элементом является треугольник.

Многие объекты в природе обладают фрактальными свойствами, например, побережья, облака, кроны деревьев, снежинки, кровеносная система человека или животных.

Фракталы, особенно на плоскости, популярны благодаря сочетанию красоты с простотой построения при помощи компьютера.

Первые примеры фрактальной графики с необычными свойствами появились в XIX веке. Термин «фрактал» был введён Бенуа Мандельбротом в 1975 году и получил широкую популярность с выходом в 1977 году его книги «Фрактальная геометрия природы».

Символьная графика устарела и на сегодняшний день практически не используется.