Понятие о компьютерной графике

При создании различных документов с помощью компьютера, кроме написания текста часто возникает необходимость включить в создаваемый документ различные графические фигуры или фотографии. Это можно делать с помощью прикладных программ компьютерной графики.

Различают в основном два вида компьютерной графики: векторную и растровую.

Основным неделимым элементом векторной графики является геометрический объект или примитив, в качестве которого принимаются такие простые фигуры, как: прямая, стрелка, прямоугольник, окружность, автофигуры, блок схемы, звезды, ленты, выноски и т.п. Каждому примитиву можно назначить определенные свойства: толщина и цвет линии, заливку. Форма и пространственное положение геометрической фигуры описывается с помощью математических формул. Это обеспечивает сравнительно небольшие объемы памяти и высокое качество изображения.

Использование вышеперечисленных возможностей векторной графики позволяет создавать различные схемы, структуры. Несколько фигур векторной графики приведено на рис. 11.1.

Формат

Рис. 11.1. Некоторые элементы векторной графики

К пакетам векторной графики можно отнести CorelDraw, FreeHand.

Компьютерное растровое изображение представляется в виде прямоугольной матрицы, каждая ячейка которой представляется цветной точкой. Сама сетка получила название растровой карты, а ее единичный элемент – пиксела. Растровая карта представляет собой набор троек чисел: две координаты пиксела на плоскости и его цвет. Растровое изображение ближе к фотографии.

11.2. Представление и обработка графической информации

Как было сказано выше, в векторной графике примитив определяется математической формулой, а объект в растровой графике в виде растровой карты с координатами пиксела и его цвета.

Цвет в компьютерной графике представляется в виде моделей. Наиболее распространенная модель цвета – это модель RGB. В основе модели лежат три основных цвета: красный, зеленый и синий. Сложение красного и зеленого дает желтый цвет. Сложение синего и красного – пурпурный цвет, Сложение синего и зеленого дает голубой цвет. При различных сочетаниях трех основных цветов можно получить много сотен оттенков цветов.

Обработка графической информации зависит от способа ее представления. Так как векторная графика задается с помощью формул, то и ее обработка связана с работой над формулами, выражающими определенный примитив. Изменение в формуле приводит к изменению в примитиве.

В растровой графике обработка связана с изменением координат пиксела и его цвета.

Ниже в таблице приведены достоинства и недостатки векторной и растровой графики.

11.3. Растровая и векторная графика

Все компьютерные изображения, все форматы для их хранения и все программы для их обработки делятся на два больших класса: векторные и растровые.

Характеристики растрового изображения.

Разрешение изображения. Разрешение изображения показывает сколько пикселов содержится в одном дюйме (ppi). Растровые изображения имеют фиксированное разрешение.

Достоинства:

1. Поскольку каждый элемент изображения имеет свой собственный цвет, можно создавать фотографические эффекты, такие как затенение или усиление цвета.

2. Независимое редактирование каждой детали изображения, вплоть до пикселя.

Недостатки:

1. Масштабирование. При увеличении изображения можно увидеть составляющие его отдельные пиксели. Увеличение размера происходит путем увеличения каждого элемента (добавление пикселей), в результате чего изображение получится ступенчатым, искаженным.

2. Редактирование. Поскольку растровое изображение собрано из определенного числа пикселей, нельзя манипулировать отдельными эго частями.

3. Занимает большой объем памяти и требует большого времени при выводе на экран или принтер.

Растровая графика незаменима в изображениях, которые очень сложны и которые невозможно описать математическими формулами. Поэтому растровая графика применяется практически во всех областях, связанных с компьютерной графикой.

Основные форматы и программы обработки растровых файлов приведены в таблице № 12. 1.

Векторные изображения – называются объектно ориентированными или иллюстрациями. Определяются математически как набор точек, соединенных линиями. Основным логическим элементом векторной графики является геометрический объект.. В качестве объекта принимаются простые геометрические фигуры – прямоугольник, окружность, эллипс, линия. А также составные фигуры, построенные их простых. Кроме этого – цветовые заливки, в том числе градиенты.

Каждый объект представляет собой самостоятельную систему, имеющую форму, размер, контур, цвет, положение на экране. Его можно перемещать, изменять его свойства, сохраняя качество, четкость и не влияя на другие объекты.

Во всех векторных форматах объекты могут варьировать толщину и цвет контура, а замкнутые объекты еще и цвет заливки. Объекты могут накладываться друг на друга, частично или полностью заслоняя друг друга.

Достоинства:

1. Главное преимущество векторной графики в том, что все объекты независимы.

2. Широко используется в Интернете из-за своих небольших размеров. Она экономна в плане памяти. При хранении сохраняется не само изображение, а только некоторые его основные данные. При воссоздании изображение создается заново.

3. Иллюстративное и трехмерное моделирование.

Недостатки:

1. Не возможно создать фотореалистическое изображение.

2. Не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для точечной графики.

Основные форматы и программы обработки векторных файлов приведены в таблице № 12.2.

11.4. Устройства ввода и отображения графической информации

Устройство ввода видеоинформации

Для ввода видеоинформации требуются сканеры, поскольку основная часть видеоинформации представлена в виде бумажных документов, фотоснимков, карт, чертежей, космических фотоснимков.

Сканер – устройство, которое позволяет вводить в компьютер цифровые образы изображений, представленных на бумажных носителях в виде рисунков, текста, фотографий и другой графической информации.

Сканер характеризуется следующими параметрами:

1. Конструкция.

2. Тип обрабатываемого оригинала.

3. Разрешение сканирования.

4. Разрядность цвета.

5. Динамический диапазон.

6. Область отображения или формат.

7. Способ передачи данных в компьютер или тип интерфейса.

Конструкция сканера.

Конструкция определяется принципом его работы. И способом обработки оригинала. Сканеры разделяются на два основных типа: ручные и настольные. Настольные сканеры существуют планшетные, рулонные и проекционные.

Способов формирования изображения три: с зарядовой связью, фотоэлектронным умножителем и контактным датчиком.

В ПЗС - сканерах в качестве источника света используется лампа с холодным катодом. Этот тип лампы позволяет получить равномерный световой поток со стабильными характеристиками, что обеспечивает правильную передачу цветов при сканировании. Для передачи света , отраженного от оригинала, к фотоприемнику используется оптическая система, включающая в себя объектив и систему зеркал.

В сканерах с контактным датчиком объектив отсутствует. Источником света служит линейка светодиодов, а фотоэлементы плотно прилегают к стеклу. У данного типа сканеров на порядок меньше глубина резкости и хуже оттенки.

В барабанных сканерах в качестве светочувствительных приборов применяются фотоэлектронные умножители. Источником света служит ксеоновая или вольфрамо-галогенная лампа. Ее излучение с помощью конденсаторных линз и волоконной оптики фокусируется на небольшой участок сканируемой области сканируемого объекта. ФЭУ осуществляет усиление отраженного сигнала. ФЭУ очень дороги и поэтому такие сканеры не получили широкого распространения.

Тип обрабатываемого оригинала. Сканируемые оригиналы делятся на два типа: светоотражающие и прозрачные. Сканер для отражающих оригиналов как правило планшетный. Барабанный сканер в состоянии обрабатывать и отражающие и прозрачные оригиналы.

Разрешение сканирования. Это основная характеристика сканера. И указывает, сколько пикселей изображения может вводить сканер на единицу площади оригинала. С увеличением разрешения возрастает резкость и детальность получаемого изображения. Разрешение сканирования напрямую зависит от количества элементов в ПЗС матрице сканера и измеряется в пикселях на дюйм.

Ppi – единица качества вводимого изображения. Dpi – качество изображения, создаваемого устройством вывода.

Разрядность цвета. Это реальное количество пикселей, которое в состоянии разглядеть светочувствительная матрица сканера и его можно вычислить, разделив количество элементов матрицы на ширину области отбражения.

Динамический диапазон или диапазон плотности. Это способность оригинала отражать или пропускать свет. Оптическая плотность лежит в пределах от 0 до 4, что соответствует черному цвету.

Типичные значения оптической плотности оригиналов:

- газетная печать – 0.9;

- типографская печать – 1.5-1.9;

- фотография - 2.8;

- высококачественных профессиональных слайдов – 3.0-4.0.

Область отображения или формат. Это максимальный размер документа, который сканер может обработать. Сканеры для дома и офиса соответствуют формату А4, профессиональные могут иметь формат А0.

Интерфейс. Интерфейс служит для подключения сканера к компьютеру. В настоящее время наиболее широко распространены два типа сканеров: подключаемые к SCSI порту и использующие порт принтера. Порт SCSI более скоростной.

Устройство сканера (рис. 11.2).

Основной блок сканера – это сканирующий блок, который состоит из источника света, фотоэлементов и оптической системы. Свет, отраженный от оригинала, через оптическую систему попадает на фотоэлементы.

Изображение сканируется построчно: строка оригинала освещается, отраженный свет при помощи зеркал фокусируется на светочувствительной матрице, которая делает фотоснимок строки и выдает электрический сигнал на аналогово-цифровой преобразователь, где он из аналогового сигнала преобразуется в цифровой.

Неподвижные матрицы используются в листопротяжных сканерах, факсаппаратах, подвижные – в планшетных сканерах.

Наиболее распространены в настоящее время планшетные сканеры (рис. 11.4). Планшетный сканер является наиболее универсальным инструментом, подходящим для решения большинства задач.

Разрешение планшетных сканеров доходит до 3000 ppi, разрядность цвета до 42 bit и обрабатывать оригиналы до 3.0.

Модели высшего класса способны выдавать разрешение до 5000 ppi, обрабатывать оригиналы до 3.9 и могут весить порядка 500 кг, стоимость их может быть десятки тысяч долларов США.

Каждая модель сканера снабжается драйвером от поставщика оборудования, который поставляется совместно с оборудованием, обычно на CD-диске. Программы распознавания сканированного текста – Fine Reader. Профессиональные программные средства – Adobe Photoshop.

Рис. 11.2. Устройство сканера [3].

Рис. 11.3. Принцип работы планшетного сканера [3] .

Сканеры. В составе современного мультимедийного компьютера используется устройство для ввода изображений сканер. Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер изображение в виде текстов, рисунков, фотографий, слайдов и другой графической информации. Наиболее популярными являются сканеры планшетного типа.

В планшетном сканере оригинал кладется на стекло, освещается специальной лампой и сканируется при помощи подвижного линейного датчика.

К основным характеристикам сканера относятся:

- оптическое разрешение;

- глубина цвета;

- динамический диапазон (диапазон оптических плотностей).

Оптическое разрешение определяет уровень детализации объекта при сканировании и измеряется в точках на дюйм (dpi). Чем выше это показатель, тем более детально будет передан объект.

Глубина цвета. Определяет количество распознаваемых цветов. У современных сканеров эта характеристика имеет 48 бит.

Динамический диапазон. Оптическая плотность это характеристика оригинала, выражаемая пропорциональным отношением света, падающего на оригинал, к свету отраженному. Минимально возможное значение (для идеально белого оригинала) – 0,0 D, максимальное значение – 4,0 D (для абсолютно черного). Динамический диапазон сканера указывает, какой диапазон оптических плотностей оригинала сканер может распознать, не потеряв оттенков. Большинство планшетных сканеров имеет динамический диапазон в пределах от 1,7 D (офисные модели) до 3,4 D (полупрофессиональные модели). Большинство бумажных оригиналов, будь то фотография или журнальная вырезка, обладают оптической плотностью не более 2,5 D. Наиболее распространенным интерфейсом для подключения сканеров к компьютеру в настоящее время является USB. Широко распространены сканеры Hewlett Packard, Epson, Canon.