Представление графической информации

Сегодня невозможно представить работу на компьютере без графических изображений (рисунков, чертежей, фотографий, видеокадров и т.д.) Наименьший элемент изображения на экране (точка на экране) называется пикселем (от английского "picture element"). Разрешающая способность экрана задается произведением M´N, где М – число точек по горизонтали, N - число точек по вертикали (число строк). Количество цветов, воспроизводимых на экране дисплея К, и число бит, отводимых в памяти компьютера (видеопамяти) под каждый пиксель N, связаны формулой K=2^N. Для черно-белого изображения K=2. Следовательно, 2^N=2. Отсюда N = 1бит на пиксель (точка на экране либо светится, либо не светится).

На экране с разрешающей способностью 640´200 возможно лишь черно-белое изображение. Тогда видеопамять, как минимум, должна вмещать одну страницу изображения и иметь объем 640´200´1=128000бит =16000 байт.

Для изображения любого символа используется прямоугольная область экрана (матрица символа). Например, на рисунке приведено изображение символа с матрицей 8´14. Для кодирования изображения требуется 8´14=72 бита (1 бит на пиксель). Пусть “1” обозначает закрашенный пиксель, а “0” – не закрашенный. Представим содержимое видеопамяти можно представить в виде битовой матрицы размера 14´8.

Все многообразие красок на экране получается путем смешивания трех базовых цветов: красного, синего и зеленого. Код цвета пикселя содержит информацию о

00001100 Таблица 1

доле каждого базового цвета. Если все три составляющие имеют одинаковую интенсивность (яркость), то из их сочетаний можно получить 8 различных цветов (2³ ). Таблица 1 показывает кодировку 8 - цветной палитры с помощью трехразрядного двоичного кода. В ней наличие базового цвета обозначено единицей, а отсутствие нулем. Например, код розового цвета 101. Это значит, что розовый цвет получается смешением красной и синей красок.

Большое количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов. Шестнадцатицветная палитра получается при использовании 4-х разрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно. Например, если в 8-цветной палитре код 100 обозначает красный цвет, то в 16-цветной палитре: 0100 – красный, 1100 – ярко-красный цвет; 0110 – коричневый, 1110 – ярко – коричневый.

Если для формирования каждого базового цвета используется 256 оттенков (на один пиксель выделяется 24 бита памяти), то на экране может быть отображено 256´256´256=16777216 цветов. Это позволяет воспроизводить на экране компьютера естественные цвета.

Точечный (растровый - “растр” – прямоугольная сетка на экране) способ записи изображения позволяет хранить и воспроизводить любые изображения, но имеет недостатки:

§ Изображение при увеличении или деформации становится зернистым.

§ Такое изображение занимает в памяти компьютера очень большой объём.

При векторном подходе изображение рассматривается как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг окружностей, эллипсов, прямоугольников и т.д., которые называют графическими примитивами. Векторный способ хранения изображения заключается в том, что изображение в виде графических примитивов, описываемых математическими формулами в системе графических координат, связанных с экраном. Начало таких координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось Х направлена слева направо; ось Y – сверху вниз. Сама формула занимает мало места в памяти компьютера, и при запуске соответствующие программы преобразовывают эту формулу в изображение.

Этот способ имеет следующие достоинства:

§ Очень экономичен. Векторное изображение может изменять свои размеры без потери качества

§ При изменении параметров картинка будет меняться, т. е. каждая формула содержит не одну, а сотни картинок, что позволяет создавать двигающиеся изображение. Недостатком векторного способа является сложность некоторых формул для построения фотореалистичного изображения.

Заключительные замечания

Графические изображения, хранящиеся в аналоговой (непрерывной) форме на бумаге, фото- и кинопленке, могут быть преобразованы в цифровой компьютерный формат путем пространственной дискретизации. Это реализуется путем сканирования, результатом которого является растровое изображение. Растровое изображение состоит из отдельных точек (пикселей), каждая из которых может иметь свой цвет.
Качество растрового изображения определяется его разрешением (количеством точек по вертикали и по горизонтали) и используемой палитрой цветов (16, 256, 65536 цветов и более).
Можно определить какое количество бит информации необходимо выделить для хранения цвета точки (глубину цвета I) для каждой палитры цветов (N - количество отображаемых цветов) по формуле N=2^I.
Например, найдем объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора с разрешающей способностью 1024*768 точек и палитрой из 65536 цветов (High Color).
Глубина цвета составляет:
I = log₂65 536 = 16 бит; rоличество точек изображения равно:1024*768 = 786 432.
Требуемый объем видеопамяти равен:
16 бит *786 432 = 12 582 912 бит = 1,2 Мбайта
Важнейшими характеристиками монитора являются размеры его экрана, которые задаются величиной его диагонали в дюймах (15", 17", 21" и т.д.) и размером точки экрана (0,25 мм или 0,28 мм), а разрешающая способность экрана монитора задается количеством точек по вертикали и горизонтали (640 на 480, 800 на 600 и т.д.). Следовательно, для каждого монитора существует физически максимально возможная разрешающая способность экрана.

Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о цвете каждой его точки должна храниться в видеопамяти компьютера. Найдем необходимый объем видеопамяти для графического режима 800 на 600 точек, глубина цвета - 16 бит (2 байта) на точку.
Решение:
1. Всего точек на экране: 800 * 600 = 4,8 *10⁵
2. Необходимый объем видеопамяти:
2 байта * 4,8 *10⁵ = 0,96 *10⁶ байт " 0,9 Мбайт

Современные компьютеры обрабатывают и выводят на экран "живое видео". Видеоизображение формируется из отдельных кадров, которые сменяют друг друга с частотой 25 Гц (25 кадров за секунду).