Обработка графической информации

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА РФ

Кемеровский государственный  сельскохозяйственный институт

Кафедра информационных систем в экономике

 

Реферат

По дисциплине «Информатика»

На тему: «Обработка графической информации»

 

 

 

 

 

	Выполнил: Брага Е.А. студентка 1 курса экономического  факультета, специальность: бакалавр экономика
	Проверил: Декина А.И.

 

 

Кемерово 2011

 

Содержание

Введение3

Векторная графика5

Растровая графика9

Фрактальная графика12

Трёхмерная графика15

Литература18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые  было реализовано в середине 50-х  годов для больших ЭВМ, применявшихся  в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа  компьютерных систем, в особенности  персональных. Графический интерфейс  пользователя сегодня является стандартом “де-факто” для программного обеспечения  разных классов, начиная с операционных систем.

Существует специальная область  информатики, изучающая методы и  средства создания и обработки изображений  с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику  принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.

Отдельным предметом считается  трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура  и методы основаны на передовых достижениях  фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это замечание справедливо как  для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компьютере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает “локомотивом”, тянущим за собой всю компьютерную индустрию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Векторная графика

Векторная графика – построение изображения с помощью “векторов” - функций, которые позволяют вычислить положение точки на экране или бумаге. Векторная графика описывает изображения с использованием прямых и изогнутых линий (векторов), а также параметров, описывающих цвета и расположение. Совокупность таких “векторов” - векторное изображение. Векторы представляют собой математическое описание объектов относительно точки начала координат. Проще говоря, чтобы компьютер нарисовал прямую, нужны координаты двух точек, которые связываются по кратчайшей, для дуги задается радиус и т.д. Таким образом, векторная иллюстрация - это набор геометрических примитивов. Сложность при передаче данных из одного векторного формата в другой заключается в использовании программами различных алгоритмов, разной математики при построении одних и тех же объектов. Векторная графика не зависит от разрешения, т.е. может быть показана в разнообразных выходных устройствах с различным разрешением без потери качества.

Векторное представление  заключается в описании элементов  изображения математическими кривыми  с указанием их цветов и заполнения. При этом увеличение или уменьшение объектов производится увеличением  или уменьшением соответствующих  коэффициентов в математических формулах. При увеличении рисунок  фактически заново перерисовывается, благодаря чему векторный рисунок  можно «растягивать» на любой  размер. Но векторный формат становится невыгодным при передаче изображений  с большим количеством оттенков или мелких деталей (например, фотографий), потому что каждый мельчайший блик будет представляться не совокупностью  одноцветных точек, а сложнейшей математической формулой или совокупностью  графических примитивов, каждый из которых, является формулой. А это  приводит к утяжелению файла.

Векторная графика позволяет  пользователю создавать и модифицировать исходные изобразительные образы при  подготовке рисунков, технических чертежей и диаграмм путем их вращения, увеличения или уменьшения, растягивания и т.д. Эти возможности обеспечиваются тем, что графические образы создаются и хранятся в памяти ЭВМ в виде формул, описывающих различные геометрические фигуры, которые являются компонентами изображения. Помимо данных, описывающих изображение, векторные файлы содержат "заголовок", где отражается общая для чтения файла информация, и "палитра", в которой помещаются сведения о цвете всех (в том числе наименьших) объектов изображения.

Основные  достоинства векторной графики:

1. Удобство ее использования для изображений, состоящих из элементов, которые могут быть разложены на простейшие геометрические объекты (линии, окружности, многоугольники, текст и т.п.).
2. Векторные данные легко масштабируются и поддаются различного рода манипуляциям (в том числе вращению, вытягиванию, сжатию и т.п.).
3. Векторные изображения легко адаптируются к различным устройствам вывода и принципиально могут быть преобразованы в другой векторный формат, но в этом случае могут появиться проблемы, связанные с использованием программами разных алгоритмов и математики при построении одних и тех же объектов.
4. Векторная графика экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, в частности, координаты опорных и управляющих точек, используя которые программа всякий раз заново воссоздает изображение. Кроме того, описание цветовых характеристик не сильно увеличивает размер файла, поскольку данные о цвете идентичны для всего объекта.
5. Объекты векторной графики легко трансформируются и ими легко манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения ввиду того, что растеризация изображения (пространственная или линейная дискретизация элементов — это неизбежный этап) происходит в момент вывода на внешнее устройство (экран или печатающее устройство).
6. Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства (изображение всегда будет выглядеть настолько качественно, насколько позволяет данное устройство).
7. Важным преимуществом программ векторной графики является развитая интеграция векторных изображений и текста, единый подход к ним, и как следствие, — возможность создания конечного продукта (в отличие от программ точечной графики). Поэтому редакторы векторной графики незаменимы в области дизайна, технического рисования, для чертежнографических и оформительских работ.

Основные  недостатки векторной графики:

1. Проблематичность ее использования для передачи сложных изображений (например фотографий).
2. Визуализация векторных изображений может потребовать значительно больше времени, чем растрового файла такой же сложности, поскольку каждый элемент изображения должен быть воспроизведен отдельно и в определенной последовательности.
3. Программная зависимость, поскольку не существует принципиальной возможности создать единый стандартный формат, который бы позволял свободно открывать любой векторный документ в любой векторной программе.
4. Векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер или цифровая фотокамера для точечной графики.
5. При редактировании векторной графики изменяется в первую очередь форма объекта, а цвет играет второстепенную роль. Векторные изображения используются для отображения объектов с четкой границей и ясными деталями, например, шрифтов, логотипов, графических знаков, орнаментов, декоративных композиций в рекламе и полиграфической продукции.

Векторные графические форматы  файлов: ai, cdr, cmx, eps, fla, fh, svg, swf, wmf.

Для работы с векторными файлами требуется специальное  программное обеспечение:

• CorelDraw- профессиональный векторный редактор.
• Adobe Illustrator - профессиональный векторный редактор.
• Macromedia FreeHand - профессиональный векторный редактор.
• Inkscape – открытый редактор векторной графики.

Перевести векторный рисунок  в растровый не составляет никаких  проблем, обратный же процесс фактически требует ручной перерисовки контуров рисунка. Существующие автоматические программы-трассировщики:

• RasterVect - трассировщик растровых файлов в векторные.
• Vextractor - трассировщик растровых файлов в векторные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Растровая графика

Форматы: .tif .bmp .gif .jpg .png ...

Изображения в растровой  графике состоят из отдельных  точек различных цветов, образующих цельную картину (наподобие мозаики). Типичным примером растровой графики служат отсканированные фотографии или изображения созданные в графическом редакторе PhotoShop. Применение растровой графики позволяет добиться изображения высочайшего фотореалистичного качества. Но такие файлы очень объемны и трудно редактируемы (каждую точку приходиться подправлять вручную) При изменении размеров качество изображения ухудшается. Так при уменьшении исчезают мелкие детали, а при увеличении картинка превращается в набор пикселей. При печати растрового изображения или при просмотре его на устройствах, имеющих недостаточную разрешающую способность значительно ухудшается восприятие образа.

Изображение (объект) может  быть монохромным (штриховым), черно-белой  фотографией (в градациях серого) и цветным. Любой рисунок можно  представить набором мозаичных  точек.

Суть принципа точечной графики: если надо закодировать какой-то объект, то на него "накладываем" сетку  и создаем матрицу (таблицу) той  же размерности, заполняя единицами  ячейки, наложенные на объект, и нулями вне объекта. Если границы оригинал объекта параллельны границам ячеек сетки, получается идеальная матрица (bitmap) из нулевых и единичных битов, которая представляет закодированное изображение объекта. Если эту матрицу вывести на экран или принтер или на диск для хранения, то получим оттиск объекта. Таким образом, с помощью отдельных блоков можно закодировать объект - известный древний способ рисования по клеточкам!

Но идеальный случай, когда  границы объекта совпадают с  направляющими линиями матрицы, реализуется редко. Ясно, что, если имеем  полностью пустые и полностью  заполненные квадратики - это биты 0 и 1. А если не полностью заполненные  и не полностью пустые? Очевидно, что в общем случае нужно установить порог: Ниже этого порога - нолики? а выше единицы. Например, если порог меньше 1/2, то 0, если больше, то 1.

Разрешение измеряется в единицах:

ppi (pixel per inch - пиксель на  (дюйм)) - количество пикселов на единицу длины в 1 дюйм;

dpi (dots per inch - точки на дюйм) - количество точек на единицу  длины в 1 дюйм;

1 дюйм = 25,4 мм.

Достоинства растровой графики:

1. Каждый пиксель независим друг от друга.
2. Техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки) изобразительной информации. Существует развитая система внешних устройств для ввода изображений (к ним относятся сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты).
3. Фотореалистичность (можно получать живописные эффекты, например, туман или дымку, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать перспективную глубину и нерезкость, размытость и т.д.).
4. Форматы файлов, предназначенные для сохранения точечных изображений, являются стандартными, поэтому не имеет решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение.
5. Можно использовать в Web-дизайне

Недостатки  растровой графики:

1. Объём 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.
2. При попытке слегка повернуть на небольшой угол изображение, например, с чёткими тонкими вертикальными линиями, чёткие линии превращаются в чёткие "ступеньки" (это означает, что при любых трансформациях: поворотах, наклонах и т.д. в точечной графике невозможно обойтись без искажений).
3. 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 удаётся. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой (пикселизация).