Безударные принтеры. 5 страница

Доступ к любым ресурсам сети Internet можно получить с помощью службы World Wide Web или просто Web. Очевидное отличие этой службы от FTP или электронной почты заключается в том, что Web – это мультимедийная служба, то есть она поддерживает не только текст, но и графику, анимацию, звук.

Web-сервер хранит данные в виде набора текстовых файлов, которые написаны на специальном языке HTML [hypertext markup language]. Специальная программа – броузер [browser] - интерпретирует HTML-текст и выводит на экран монитора страницу, в которой сочетаются текст, графика, анимация и, самое главное, ссылки на другие страницы. Таким образом, с помощью ссылок Web-страницы пользователь имеет возможность переходить от одной страницы к другой и более оперативно разыскивать нужную информацию.

Для поиска страниц, содержащих нужную информацию, используется поисковая служба. Поисковые серверы используют специальные программы, которые анализируют заголовки Web-страниц и содержащуюся в них информацию. Результатом работы этих программ является список Web-страниц, которые удовлетворяют критерию поиска.

Пример. Существует большое количество поисковых серверов: Alta Vista, Lycos, Yahoo.

Модель OSI

Вначале 1980-х гг. ряд международных организаций по стандартизации - ISO, ITU-T и некоторые другие – разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI), или моделью OSI. Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель представляет собой универсальный стандарт на взаимодействие двух систем (компьютеров) через вычислительную сеть.

Главная идея данной модели состоит в том, что вся сложная процедура сетевого взаимодействия может быть разбита на не­которое количество стандартных шагов, последовательно вы­полняющихся программным и аппаратным обеспечением ком­пьютера для передачи пользовательских данных в сеть или при приеме данных из сети. Для описания действий, выполняемых на каждом таком шаге, вводится понятие уровня.

Модель OSI описывает функции семи иерархических уровней и интерфейсы взаимодействия между ними. Каждый уровень определяется сервисом, который он предоставляет вышестоящему уровню, и протоколом — набором правил и форматов данных для взаимодействия объектов одного уровня, работающих на разных компьютерах.

Объекты, выполняющие функции уровней, могут быть реализованы в:

• программном;

• программно-аппаратном;

• аппаратном виде.

Как правило, чем ниже (ближе к физической среде передачи) уровень, тем больше доля аппаратной части в его реализации.

Модель построена так, что объекты одного уровня двух взаимодействующих компьютеров сообщаются непосредственно друг с другом с помощью соответствующих протоколов, не зная, какие уровни лежат под ними и какие функции они выполняют. Задача объектов — предоставить через стандартизованный интерфейс определенный сервис вышестоящему уровню, воспользовавшись, если нужно, сервисом, который предоставляет данному объекту нижележащий уровень.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней (перечислены в направлении сверху вниз):

• прикладной уровень (application layer) обеспечивает работу сетевых приложений, с которыми имеют дело пользователи, например электронную почту, передачу файлов, регистрацию и т. п.;
• представительный уровень (presentation layer) содержит общие структуры данных (на этом уровне происходит согласование пред­ставления данных прикладных процессов);
• сеансовый уровень (session layer) осуществляет аутентификацию и проверку полномочий, а также обеспечивает постоянное со­единение между сетевыми приложениями;
• транспортный уровень (transport layer) обеспечивает получение данных точно в том виде, в каком они были посланы;
• сетевой уровень (network layer) обеспечивает фрагментацию (сбор­ку) данных, маршрутизацию и продвижение их в сети; на нем определяются адреса машин;
• канальный уровень (data link layer) обеспечивает корректный прием и передачу пакетов в пределах однородной физической сети;
• физический уровень (physical layer) задает физические параметры сети, например уровни напряжения, типы кабелей, контакты интерфейсов.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам.

Задания:

1. Электронно-почтовый Интернет-адрес состоит из

а) идентификатора абонента;

б) знака @;

в) домена;

г) знака #;

д) идентификатора сети.

2. Универсальный указатель на ресурс

а) WWW;

б) HTTP;

в) URL;

г) FTP.

3. Провайдер

а) адрес веб-страницы;

б) поставщик услуг по подключению к Интернету;

в) логический адрес сервера;

г) сервис Интернета.

4. Адреса электронной почты в сети Интернет

а) 70000.111@computer.ru;

б) Host.bitner@;

в) vec@alma.nsk.su.

5. Домен

а) адрес веб-страницы;

б) поставщик услуг по подключению к Интернету;

в) логический адрес сервера;

г) сервис Интернета.

6. Задан адрес электронной почты в сети Интернет: user_name@mti-net.ru. Имя домена верхнего уровня

а) mti-net.ru;

б) net.ru;

в) user_name;

г) mti-net;

д) ru.

7. Соответствие между названием топологии и ее описанием

1) шинная

2) звездообразная

3) кольцевая

а) замкнутый канал передачи данных

б) общая магистраль (канал)

в) центральный узел коммутации (сетевой сервер)

8. Протокол, по которому взаимодействуют клиент и сервер WWW

а) HTTP;

б) HTML;

в) URL;

г) ASCII.

Лекция № 6. КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

План:

1. Введение.

2. Растровая графика.

3. Векторная графика.

4. Цветовые модели.

5. Форматы графических файлов.

6. Сжатие данных.

Компьютерная графика – это:

1) раздел информатики, предметом которого является работа на компьютере с графическими изображениями (рисунками, чертежами, фотографиями, видеокадрами и т. д.);

2) графика, которая обрабатывается и отображается средствами вычислительной техники.

История компьютерной графики

Развитие компьютерной графики, особенно на ее начальных этапах, в первую очередь связано с развитием технических средств и в особенности дисплеев.

Стартовав в 1950 г., компьютерная графика к настоящему времени прошла путь от экзотических экспериментов до одного из важнейших, всепроникающих инструментов современной цивилизации, начиная от научных исследований, автоматизации проектирования и изготовления, бизнеса, медицины, экологии, средств массовой информации, досуга и кончая бытовым оборудованием. Можно выделить следующие этапы развития:

– 60-70-е годы – научная дисциплина. Бурное развитие методов, алгоритмов – отсечение, генерация примитивных графических элементов, закраска узорами, реалистическое представление сцен (удаление невидимых линий и граней, трассировка лучей, излучающие поверхности);

– 80-е годы – прикладная наука. Отработка методов, средств, аппаратуры в различных сферах приложений;

– 90-е годы – основное средство общения человека с ЭВМ.

Направления компьютерной графики

В нынешнем, устоявшемся состоянии принято разделять компьютерную графику на следующие направления:

– изобразительная компьютерная графика;

– обработка и анализ изображений;

– анализ сцен (перцептивная компьютерная графика);

– компьютерная графика для научных абстракций (когнитивная компьютерная графика – графика, способствующая познанию).

Изобразительная компьютерная графика

Объекты: синтезированные изображения.

Задачи:

– построение модели объекта и генерация изображения

– преобразование модели и изображения;

– идентификация объекта и получение требуемой информации.

Обработка и анализ изображений

Объекты: дискретное, числовое представление фотографий.

Задачи:

– повышение качества изображения;

– оценка изображения – определение формы, местоположения, размеров и других параметров требуемых объектов;

– распознавание образов – выделение и классификация свойств объектов (обработка аэрокосмических снимков, ввод чертежей, системы навигации, обнаружения и наведения).

В основе обработки и анализа изображений лежат методы представления, обработки и анализа изображений плюс, естественно, изобразительная компьютерная графика хотя бы для того, чтобы представить результаты.

Анализ сцен

Предмет: исследование абстрактных моделей графических объектов и взаимосвязей между ними. Объекты могут быть как синтезированными, так и выделенными на фотоснимках.

Первый шаг в анализе сцены – выделение характерных особенностей, формирующих графический объект (ы).

Примеры: машинное зрение (роботы), анализ рентгеновских снимков с выделением и отслеживанием интересующего объекта, например, сердца.

В основе анализа сцен (перцептивной компьютерной графики) находятся изобразительная графика + анализ изображений + специализированные средства.

Когнитивная компьютерная графика

Только формирующееся новое направление, пока недостаточно четко очерченное.

Это компьютерная графика для научных абстракций, способствующая рождению нового научного знания. База – мощные ПК и высокопроизводительные средства визуализации.

Основная проблема и задача когнитивной компьютерной графики – создание таких моделей представления знаний, в которых можно было бы однообразно представлять как объекты, характерные для логического (символического, алгебраического) мышления, так и объекты, характерные для образного мышления.

Другие важнейшие задачи:

– визуализация тех знаний, для которых не существует (пока?) символических описаний;

– поиск путей перехода от образа к формулировке гипотезы о механизмах и процессах, представленных этими (динамическими) образами на экране дисплея.

Появление когнитивной компьютерной графики – сигнал о переходе от эры экстенсивного развития естественного интеллекта к эре интенсивного развития, характеризующегося глубоко проникающей компьютеризацией, рождающей человеко-машинную технологию познания, важным моментом которой является непосредственное, целенаправленное, активирующее воздействие на подсознательные интуитивные механизмы образного мышления.

Приложения компьютерной графики

Компьютерная графика стала основным средством взаимодействия человека с компьютером. Важнейшими сформировавшимися областями приложений являются:

– компьютерное моделирование, которое явилось исторически первым широким приложением компьютерной графики;

– системы автоматизации научных исследований, системы автоматизации проектирования, системы автоматизации конструирования, системы автоматизации производства, автоматизированные системы управления технологическими процессами;

– бизнес;

– искусство;

– средства массовой информации;

– досуг.

В настоящее время появилось новое, очень интересное приложение компьютерной графики – виртуальная реальность, которая позволяет имитировать окружающую действительность с новым уровнем взаимодействия человек-компьютер. Основа систем виртуальной реальности – высокопроизводительная графическая рабочая станция, обладающая достаточным быстродействием и изобразительными возможностями для формирования высокореалистичных цветных полутоновых изображений. Устройства отображения в различных системах могут быть самыми различными – от обычных мониторов высокого разрешения до экранов во всю стену, используемых в имитаторах боевых действий, или же стереоскопических систем отображения, в том числе и в виде специальных очков, вмонтированных в шлем, надеваемый на голову.

Одно из важнейших отличий систем виртуальной реальности от других систем отображения – наличие средств воздействия не только на зрение, но и на другие органы чувств. В первую очередь это системы стереозвука, имитирующие требуемое распределение и интенсивности источников звука в пространстве. Наиболее дорогие системы обеспечивают воздействие и на осязание за счет использования специальных шлемов, перчаток и костюмов, которые за счет встроенных в них устройств не только определяют положение головы, направление взгляда, положение рук, пальцев, тела, но и имитируют прикосновения, сопротивление или «податливость» ручек и т. д. Можно почувствовать прикосновение к объекту, существующему лишь в памяти компьютера!

Растровая графика

Растровая графика – средства и методы компьютерной графики, использующие растровый способ представления графической информации. Растровые изображения создаются растровым редактором. Источником растровых данных являются также специальные устройства ввода: сканеры, видеокамеры, цифровые фотоаппараты.

Растровое представление

Для воссоздания изображения на устройстве вывода, изображение разбивается на точки – пиксели. Наглядным примером этого является формирование изображения на экране монитора. Пиксели упорядочены по строкам, а набор строк в ЭЛТ (электронно-лучевой трубке) образует растр. По аналогии с формированием изображения в ЭЛТ любое изображение, построенное на основе растра, называют растровым.

Растровое изображение представляет собой набор пикселей, т. е. цветных точек, расположенных на правильной сетке.

Например, можно какой-нибудь рисунок на бумаге расчертить вертикальными и горизонтальными линиями так, чтобы получилась правильная сетка с квадратными ячейками. Заполнить каждую ячейку однородным цветом, который лучше всех подходит для данной области рисунка. Поскольку клеток в нанесенной сетке конечное число (оно равно произведению количества строк на количество столбцов), то, назначив по определенному правилу каждой клетке число (например, номер цвета), мы получим дискретное представление рисунка. Такое представление графики носит название растрового изображения.

В результате получится подобная картинка:

Заметьте, что качество изменяется при увеличении или уменьшении размеров изображения.

Правила оцифровки изображения могут быть самыми разнообразными, рассмотрим наиболее простое из них.

Если рисунок черно-белый, то достаточно ставить в соответствие клетке, у которой «закрашено» больше половины площади, единицу, иначе – ноль.

Чтобы однозначно восстановить рисунок, достаточно знать, сколько строк и столбцов было в «палетке». Правда, если клетки велики, то восстановленное изображение может лишь отдаленно напоминать исходный рисунок. Чем мельче нанесенная сетка, тем точнее представляется с ее помощью рисунок и тем ближе будет восстановленный рисунок.

В компьютерной технике подобное правило кодирования графических изображений получило название матричного принципа, а точки-клетки, на которые разбивается изображение, были названы пикселями.

Pixel (picture element – элемент рисунка) – минимальная единица изображения, цвет и яркость которой можно задать независимо от остального изображения.

Способ кодирования графической информации, основанный на матричном принципе, пожалуй, самый неэкономичный. Тем не менее, он используется достаточно часто. Формат графических файлов BMP (bit map – битовый массив, битовая карта) – по сути, прямое отражение представления графической информации в памяти компьютера в соответствии с этим принципом.

В соответствии с матричным принципом кодирования графических изображений работают такие устройства, как дисплеи, принтеры, сканеры. Качество изображения на этих устройствах будет тем выше, чем «плотнее» расположены пиксели (то есть чем больше разрешение устройства) и чем точнее закодирован цвет каждого из них. Разрешение обычно измеряют в точках на дюйм (dpi – dot per inch – точек на дюйм). Разрешающая способность (количество пикселей на единицу длины) является важной характеристикой растра.

Кодирование растровой информации

С каждым пикселем связаны числовые значения, определяющие его цвет. В случае черно-белого растра эти значения могут быть закодированы одним битом (всего два цвета). Для растра в серых полутонах пиксельные значения занимают 8 бит (1 байт). При этом возможно отображение 256 оттенков серого цвета. Заметим, что пиксели могут содержать информацию не только о серых, но и о других цветах.

Цветные изображения имеют большой объем (до нескольких Мбайт). Для хранения растровых изображений используется сжатие, т. е. уменьшение размеров файла. Наиболее распространенный метод сжатия JPEG позволяет уменьшать размеры файла в несколько десятков раз.

Если рисунок цветной, то для каждой точки нужно сохранять код ее цвета.

Поскольку и цвета чаще всего кодируются в двоичном коде, то, если, например, Вы хотите использовать 16-цветный рисунок, то для кодирования каждого пикселя вам потребуется 4 бита (16=2⁴), а если есть возможность использовать 16 битов (2 байта) для кодирования цвета одного пикселя, то Вы сможете передать 2¹⁶ = 65 536 различных цветов (High Color). Использование трех байтов (24 битов) для кодирования цвета одной точки позволяет отразить 16 777 216 (или около 17 млн.) различных оттенков цвета – это так называемый режим «истинного цвета» (True Color). Заметим, что это используемые в настоящее время, но далеко не предельные возможности современных компьютеров. Сравните: тренированный глаз художника, по оценкам ученых, может различить около двух миллионов различных оттенков.

Число цветов, воспроизводимых на экране монитора (К), и число бит, отводимых в видеопамяти под каждый пиксель (n), можно найти по формуле:

.

Количество цветов = количество бит на один пиксель.

Если каждый пиксель кодируется n битами, то говорят, что глубина цвета равна n.

Пример. Рассмотрим растровое черно-белое изображение размером 10x10 пикселей. Для кодирования изображения потребуется 100 бит видеопамяти.

‘1’ – точка светится; ‘0’ – точка не светится.

Битовая карта будет выглядеть так:

0000000000

Применение растровой графики

В художественной графике (рисунки, фотографии), в реставрационных работах и пр.

Основные возможности, предоставляемые пользователю растрового графического редактора:

– рисовать от руки (с помощью манипулятора) линии произвольной формы;

– использовать для рисования графические примитивы (прямые линии, прямоугольники, эллипсы и пр.);

– вырезать, склеивать и стирать произвольные части изображения;

– использовать для рисования и заливки произвольные краски;

– запоминать рисунки на внешних носителях и загружать из файлов;

– увеличивать фрагменты изображения для проработки мелких деталей;

– масштабировать, вращать, зеркально отражать фрагменты изображений;

– добавлять к рисункам текст и, таким образом, создавать красочные объявления, рекламные плакаты, визитные карточки.

Примеры растровых редакторов: Paint, CorelPHOTO-PAINT, AdobePhotoshop.

Профессиональные растровые редакторы (например, AdobePhotoshop) чаще используются не для рисования, а для коррекции сканированных изображений:

– ретуширование позволяет удалять царапины, загрязнения на старых фотографиях;

– тональная коррекция улучшает яркости и контрастность;

– цветовая коррекция позволяет настроить баланс цветов.

В основе всех этих эффектов лежит способность растровых редакторов изменять цвета отдельных пикселей изображения.

Достоинства

Каждый пиксель независим друг от друга.

Техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки) изобразительной информации. Существует развитая система внешних устройств для ввода изображений (к ним относятся сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты).

Фотореалистичность (можно получать живописные эффекты, например, туман или дымку, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать перспективную глубину и нерезкость, размытость и т. д.).

Форматы файлов, предназначенные для сохранения точечных изображений, являются стандартными, поэтому не имеет решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение.

Недостатки

Объем файла точечной графики однозначно определяется произведением площади изображения на разрешение и на глубину цвета (если они приведены к единой размерности). При этом совершенно неважно, что отображено на фотографии: белый снежный пейзаж с одиноким столбом вдалеке, или сцена рок-концерта с обилием цвета и форм. Если три параметра одинаковы, размер файла будет практически одинаковым.

При попытке слегка повернуть на небольшой угол изображение, например, с четкими тонкими вертикальными линиями, четкие линии превращаются в четкие «ступеньки» (это означает, что при любых трансформациях: поворотах, наклонах и т. д. в точечной графике невозможно обойтись без искажений).

Невозможность увеличения изображений для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает ее грубой (пикселизация).

Количество графической информации

Оценить размер файла можно по количеству содержащейся в нем графической информации. Самая простая оценка выглядит так:

,

где n ( ) – глубина цвета (в битах), W – ширина изображения в пикселях, Н – высота изображения в пикселях.

Пример. Рассмотрим однобитовое (черно-белое) изображение размером 100x100 пикселей. Количество информации, содержащееся в соответствующих растровых данных, составляет , или .

Обратите внимание, что в оценках количества графической информации вообще не фигурирует разрешающая способность растра. Разрешающая способность нужна лишь для определения реальных размеров рисунка. Например, при разрешающей способности экрана 72 dpi изображение 800x600 пикселей будет иметь размер примерно 11,1x8,3 дюйма или 28x21 см. Это соответствует диагонали экрана 14 дюймов.

Если изображение нужно вывести на лазерный принтер или полиграфическую машину (например, при печати обложки книги), то приходиться увеличивать разрешение изображения до 300 dpi и выше. Объем графической информации при этом существенно возрастает. Так, для изображения размером 28x21 см, имеющем разрешение 300 dpi, количество информации составляет примерно 24 Мбайт.

Таким образом, растровые изображения и растровые файлы, предназначенные для высококачественной печати, имеют очень большой объем. Чтобы обойти проблему больших графических файлов, часто используют другой способ представления изображений – векторный.

Векторная графика

Векторная графика – средства и методы компьютерной графики, использующие векторный способ представления графической информации.

Векторное представление

В компьютерной графике термин «вектор» обозначает часть линии (сегмент), которая задается ключевыми точками. Таким образом, файлы векторных изображений содержат не пиксельные значения, а математические описания элементов изображений. По этим описаниям происходит визуализация изображения в устройствах вывода.

Заметьте, что качество не изменяется при увеличении или уменьшении размеров изображения.

Идея векторного представления состоит в описании элементов изображения с помощью математических формул. Для этого изображение раскладывается на простые объекты – примитивы. Примитивами являются линии, эллипсы, окружности, многоугольники, звезды и др. В графических редакторах они часто располагаются в меню инструментов.

Примитивы создаются на основе ключевых точек, которые определяются в виде набора чисел. Программа воспроизводит изображение путем соединения ключевых точек.

Для того чтобы описать рисунок, достаточно указать координаты и размеры каждого из элементов и последовательность их прорисовки. Такое изображение носит название векторного изображения.

Для описания различных геометрических фигур требуются ключевые точки разных типов. На векторные объекты раскладываются не только геометрические фигуры и различные рисунки, но и текст.

Положение и форма графических примитивов задаются в системе координат, связанной с экраном (начало координат расположено в верхнем левом углу, ось X направлена слева направо, ось Y – сверху вниз).

Растровая сетка (пикселей) совпадает с координатной сеткой.

В процессе создания рисунка в среде векторного редактора в памяти компьютера формируются описания (векторные команды), соответствующие объектам (примитивам), из которых строится рисунок. С каждым из объектов можно выполнять различные преобразования, манипуляции, не влияя на другие объекты.

Пример. Описать букву «К» последовательностью векторных команд.

Решение.

ЦВЕТ РИСОВАНИЯ красный

ЛИНИЯ (4,2)–(4,8)

ЛИНИЯ (5,5)–(8,2)

ЛИНИЯ (5,5)–(8,8)

Применение векторной графики

В компьютерной полиграфии, в конструкторской деятельности, в трехмерной графике и т. д.

Примеры векторных графических редакторов: CorelDraw, AdobeIllustrator.

Основные возможности, предоставляемые пользователю векторного графического редактора:

– разнообразные методы для работы с объектами (создание, удаление, перемещение, масштабирование, зеркальное отражение);

– возможности формирования заливок, содержащих большое количество цветов;

– средства для упорядочения, объединения, пересечения объектов;

– большой набор графических эффектов (объем, перетекание, фигурная обрезка и др.);

– разнообразные методы для работы с кривыми;

– богатые возможности работы с текстом;

– возможность сохранения рисунков на внешних носителях в различных графических форматах.

Достоинства

Экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик несильно увеличивает размер файла.

Объекты векторной графики просто трансформируются и ими легко манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения.

Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет настолько качественным, на сколько способно данное устройство.

Недостатки

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.

Векторная графика действительно ограничена в чисто живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений.

Сравнение векторной и растровой графики

Физические принципы формирования оттенков