Компьютерная графика и решаемые ею задачи

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА РЭС РЕФЕРАТ НА ТЕМУ

«Компьютерная графика и решаемые ее задачи»

МИНСК, 2009

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»), которая связала воедино миллионы «домашних страниц».

Различают три вида компьютерной графики: растровая графика, векторная графика и фрактальная графика. 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, редко создают вручную 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 фотои видеокамеры. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации.

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 проще. Имеются примеры высокохудожественных произведений, созданных средствами векторной графики, но они скорее исключение, чем правило. 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.

Создание цифровых изображений

Существует несколько способов получения цифрового изображения. Это получение изображения путем обработки через цифровую камеру, путем сканирования и непосредственно с помощью программных средств (PHOTOSHOP, CorelDraw и др.)

Средства создания изображений

Ряд графических редакторов, например, Painter и Fauve Matisse, ориентирован непосредственно на процесс рисования. В них акцент сделан на использование удобных инструментов рисования и на создание новых художественных инструментов и материалов. К простейшим программам этого класса относится также графический редактор Paint.

Средства обработки изображений

Некоторый класс растровых графических редакторов предназначен не для создания изображений «с нуля», а для обработки готовых рисунков с целью улучшения их качества и реализации творческих идей. К таким программам, в частности, относятся Adobe Photoshop, Photostyler, Picture Publisher и др. Исходная информация для обработки на компьютере может быть получена разными путями: сканированием цветной иллюстрации, загрузкой изображения, созданного в другом редакторе, или вводом изображения от цифровой фотоили видеокамеры. При создании художественных композиций отдельные фрагменты часто заимствуют из библиотек изображений-клипартов, распространяемых на компакт-дисках. Основа будущего рисунка или его отдельные элементы могут быть созданы и в векторном графическом редакторе, после чего их экспортируют в растровом формате.

Для работы с изображениями, записанными на CD или принятыми от цифровой фотокамеры, в операционной системе Windows 98 есть удобное приложение Picture It! Оно предназначено для обработки изображений (регулировка яркости и контрастности, художественная ретушь, устранение эффекта «красного глаза») и их каталогизации.

Разновидности компьютерной графики

Двумерная графика

Двумерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно, компьютерную графику разделяют на:

· векторную

· растровую,

· фрактальную 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, редко создают вручную 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 фотои видеокамеры. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации. В растровой графике тоже существуют линии, но там они рассматриваются как комбинации точек. Для каждой точки линии в растровой графике отводится одна или несколько ячеек памяти (чем больше цветов могут иметь точки, тем больше ячеек им выделяется). Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти она занимает.

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 проще. Имеются примеры высокохудожественных произведений, созданных средствами векторной графики, но они скорее исключение, чем правило.

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, а точнее говоря, в виде нескольких параметров. 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 объект куб еще более сложен: его можно рассматривать либо как двенадцать связанных линий, либо как шесть связанных четырехугольников. Из-за такого подхода векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой.

Объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров, но надо помнить о том, что на экран все изображения все равно выводятся в виде точек. Перед выводом на экран каждого объекта программа производит вычисления координат экранных точек в изображении объекта, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой. Аналогичные вычисления производятся и при выводе объектов на принтер.

Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

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, & в программировании. Фрактальную графику чаще используют в развлекательных программах.

Трёхмерная графика (3D) и анимация

Трёхмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, 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/ с масштабированный относительно исходного.

Полиграфия

Полиграфимя — область техники, позволяющая с помощью технических средств выполнять тиражирование текстовых и графических материалов.

Различают несколько типов печати (полиграфии):

· Альбуминовая печать

· Литография

· Офсетная печать

· Трафаретная печать и др.

Одной из первых упоминается альбумимновая печамть.

Альбумимновая печамть это технология для получения фотографических изображений, предложенная в 1850 г. Луи Дезире Бланкар-Эвраром (фр. Louis Desire Blanquart-Evrard).

Технология была первым коммерчески успешным методом печати на обычной бумаге c исходного негатива. Этот метод, основанный на использовании альбумина из белков яиц для закрепления фотохимикатов на бумаге, стал доминирующим способом получения позитивов с 1855 г. и вплоть до конца XIX века. Процесс альбумимновой печамти состоял в покрытии листа бумаги смесью яичного белка (альбумином) и соли (обычно поваренной соли — хлорида натрия).

Альбумин разглаживал бумагу и делал её поверхность слегка глянцевой. Затем бумага помещалась в водный раствор нитрата серебра, что делало её чувствительной к свету. Далее бумага высушивалась в полной темноте. Высушенная подготовленная бумага помещалась в рамку вместе со стеклянным негативом и подвергалась затем действию света. Чаще всего негатив был стеклянным, изготовленным по коллодионному процессу. Рамку держали на солнечном свете до достижения нужного уровня потемнения. Альбуминовые отпечатки находились в непосредственном контакте с негативом. Так как при этом не использовались никакие дополнительные технические средства, а только свет, этот процесс и назвали «печатью», в отличие от других способов.

На сегодняшний день наиболее распространенными являются офсетная и трафаретная печати. Различают несколько видов трафаретной печати одна из них это шелкография, другая ризография.

Шелкографией называют способ трафаретной печати, в котором в качестве формного материала используются специальные тканевые или металлические сетки частотой 60 — 140 нитей/см и толщиной примерно 30 — 90 мкм. Обычно пробельные элементы формируют непосредственно на сетке фотохимическим способом. Для изготовления формы печати может быть использован сухой пленочный фоторезист, который широко используется в электронной промышленности для изготовления печатных плат. Сетка с двух сторон закатывается фоторезистом, экспонируется и проявляется. Печать происходит густыми красками или пастами, которые резиновым ракелем продавливаются сквозь свободные от фоторезиста участки сетки. Свое название «шелкография» этот способ получил из-за патента процесса трафаретной печати, выданный в 1907 году под названием англ. Silk screen printing — печать шелковым ситом.

Считается, что этот способ печати возник в глубокой древности, но современный вид трафаретная печать приобрела в середине прошлого века. Благодаря особенностям технологии шелкография позволяет печатать практически на любых материалах (для каждого может быть подобрана подходящая краска) и практически на материалах любой формы поверхности. Сейчас трафаретная печать применяется не только в полиграфии, но и в текстильной, электронной, автомобильной, стекольной, керамической и других отраслях промышленности.

Одной из особенностей шелкографии является возможность получать толстый красочный слой от нормальных 10−12 мкм до 500 и более (для офсета красочный слой составляет 1−2 мкм).

Ризография является одной из разновидностей трафаретной печати, которую относят к способам оперативной полиграфии. Ризография — печать с использованием печатной формы, изготовленной прожиганием лазером микроотверстий в формном материале для образования печатающих элементов. Ризографию используют для оперативного размножения на бумаге печатной продукции небольшими тиражами (от 100 до 1.000 экз., и, как правило, одноцветной). При сильном увеличении можно увидеть, что штрихи на оттиске состоят из точек и напоминают пунктирные линии. В качестве оригиналов могут быть использованы бумажные документы или файлы. Печать на ризографе производится с разрешением 400 dpi. Трафаретная печать является одним из технологичных способов печати. Она охватывает самые различные области применения: от ручных работ до высокотехнологичных промышленных решений, от самых малых форматов при изготовлении печатных плат до самых крупных плакатов порядка 3×6 м и от единичных экземпляров до больших тиражей. Способом трафаретной печати запечатываются бумага, текстиль, керамика и синтетические материалы в виде полотна, отдельных листов, а также такие изделия различного предназначения и формы, как банки, бокалы и панели. Применяемые для трафаретной печати аппараты, машины и устройства охватывают как обычные приспособления и установки, используемые в кустарном производстве, так и большие машины для работ в промышленных масштабах.

Мультимедиа

Мультимедиа — это область компьютерной графики, связанная с созданием интерактивных энциклопедий, справочных систем, обучающих программ и интерфейсов к ним.

В отличие от полиграфии, где дизайнер-полиграфист сотрудничает с печатником, дизайнер-мультимедийщик сотрудничает с программистом. Здесь требования к графике уже другие. Так, в полиграфии, например, файлы должны иметь достаточно большое разрешение. В результате размеры файлов могут составлять десятки и даже сотни мегабайтов. В мультимедиа же ограничением служит разрешение экрана монитора и требование минимизации размеров файлов. Здесь контроль за качеством проще, чем в полиграфии, для него достаточно наличие хорошего монитора.

Web-дизайн

Особую значимость изображения приобрели с развитием глобальных компьютерных сетевых технологий. В настоящее время это одна из наиболее бурно развивающихся областей применения компьютерной графики. Требования к созданию изображений для WWW очень противоречивы. С одной стороны, жесткие ограничения по снижению размеров файлов для минимизации времени их передачи по сети, с другой — необходимость сохранения качества передаваемой по сети «картинки». Каждый формат графических изображений, применяемый в WWW, имеет свои особенности: JPEG, например, хорош для фотографий, а CIP — для векторных изображений и «плашек». К тому же WWW имеет свою область цветового охвата, что необходимо учитывать при создании изображений.

САПР и деловая графика

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. Так, фирма McDonald’s уже с 1987 года использует машинную графику для архитектурного дизайна, размещения посадочных мест, планирования помещений и проектирования кухонного оборудования. Использование машинной графики позволяет визуально воспроизводить двухмерные изображения и трехмерные модели.

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 (результат положительный как с точки зрения пациента, так и с точки зрения врача).

Среди программ моделирования под Windows безусловным лидером является программа AutoCAD фирмы Autodesk. Это мощная система машинного проектирования, которую иногда рассматривают как электронный кульман, позволяющий:

· реализовать основные операции по созданию и редактированию линий, дуг и текста;

· синтезировать 2Dи ЗD-модели;

· автоматизировать решение многих задач, возникающих в процессе проектирования;

· адаптировать и настроить систему на конкретные приложения, создавая собственные сценарии и макрокоманды.

Такая программа даже способна помочь сформировать бюджет крупных архитек-турных и инженерных проектов. Особенностью компьютерных программ данного типа (за исключением, пожалуй, AutoCAD) является их предметная направленность. Поэтому их использование предусматривает знание не только основ компьютерной графики, но и самого предмета проектирования. Поэтому программы класса CAD довольно сложны в освоении и использовании.

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

2. Кричалов А. А. Компьютерный дизайн. Учебное пособие, Мн.: СТУ МГМУ, 2008 г.

3. Стоянов П. Г. Работа с цветом и графикой, Мн.: БГУИР, 2008 г.