Пакет программ компьютерной графики для выполнения надлежащей роли в структуре программного обеспечения должен реализовывать целый ряд функций, которые можно объединить в функциональные группы. Каждая такая группа реализует определенные взаимодействия между пользователем и системой:
— формирование элементов графических изображений;
— управление отображением и организацией окон;
— ввод данных пользователем.
Формирование элементов графических изображений
Графическим элементом в компьютерной графике является базисный фрагмент изображения, такой как точка, линейный отрезок, круг и т. п. Набор элементов в системе может также включать буквенно-цифровые знаки и специальные символы. В системах графики часто имеются специальные аппаратные компоненты, связанные с отображением многих из этих элементов. Это ускоряет процесс формирования элемента. Пользователь может построить прикладную модель из набора элементов, имеющегося в системе.
Применительно к элементам графических изображений часто используется термин «примитив». Этот термин используется для двумерных и трехмерных графических конструкций, где примитивами являются такие графические элементы, как сфера, куб, цилиндр. В трехмерных каркасных и монолитных моделях примитивы используются в качестве стандартных блоков при построении трехмерных моделей интересующих пользователя конкретных объектов.
Направления 3D графики | Интерьеры, Анимация, VFX, гейм-дизайн, 3D печать
Преобразования
Преобразования используются для изменения изображения на экране дисплея и для перемещения объектов базы данных. Преобразования применяются к графическим элементам, чтобы помочь пользователю при построении прикладной модели. Эти преобразования включают увеличение и уменьшение размеров изображения посредством масштабирования, его перенос, поступательное перемещение или вращение. Более подробно преобразования двумерные и трехмерные будут рассматриваться в разделе 4.3.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Вопрос 10 Назначение и возможности программ компьютерной графики. Классификация программ, форматы компьютерной графики.
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.
Основы компьютерной графики
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.
Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие.
На стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.
Заметное место в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных (GraphicsEngine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.
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.
В компьютерной графике применяют по меньшей мере три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом «де-факто» и применяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовместимые форматы имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотя существуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Многие приложения ориентированы на собственные «специфические» форматы, перенос их файлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры или экспортировать изображения в «стандартный» формат.
TIFF (Tagged ImageFile Format). Формат предназначен для хранения растровых изображений высокого качества (расширение имени файла.TIF). Относится к числу широко распространенных, отличается переносимостью между платформами (IBMPC и AppleMacintosh), обеспечен поддержкой со стороны большинства графических, верстальных и дизайнерских программ.
Предусматривает широкий диапазон цветового охвата – от монохромного черно-белого до 32-разрядной модели цветоделения CMYK. Начиная с версии 6.0 в формате TIFF можно хранить сведения о масках (контурах обтравки) изображений. Для уменьшения размера файла применяется встроенный алгоритм сжатия LZW.
PSD (PhotoShopDocument). Собственный формат программы AdobePhotoshop (расширение имени файла.PSD), один из наиболее мощных по возможностям хранения растровой графической информации. Позволяет запоминать параметры слоев, каналов, степени прозрачности, множества масок. Поддерживаются 48-разрядное кодирование цвета, цветоделение и различные цветовые модели. Основной недостаток выражен в том, что отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации приводит к большому объему файлов.
PCX. Формат появился как формат хранения растровых данных программы PCPaintBrush фирмы Z-Soft и является одним из наиболее распространенных (расширение имени файла.PCX). Отсутствие возможности хранить цветоделенные изображения, недостаточность цветовых моделей и другие ограничения привели к утрате популярности формата. В настоящее время считается устаревшим.
PhotoCD. Формат разработан фирмой Kodak для хранения цифровых растровых изображений высокого качества (расширение имени файла.PCD). Сам формат хранения данных в файле называется Image Рас.
Файл имеет внутреннюю структуру, обеспечивающую хранение изображения с фиксированными величинами разрешений, и потому размеры любых файлов лишь незначительно отличаются друг от друга и находятся в диапазоне 4-5 Мбайт. Каждому разрешению присвоен собственный уровень, отсчитываемый от так называемого базового (Base), составляющего 512х768 точек.
Всего в файле пять уровней – от Base/16 (128x 192 точек) до Basexl6 (2048х3072 точек). При первичном сжатии исходного изображения применяется метод субдискретизации, практически без потери качества. Затем вычисляются разности Base – Basex4 и Basex4 – Basexl6. Итоговый результат записывается в файл. Чтобы воспроизвести информацию с высоким разрешением, производится обратное преобразование.
Для хранения информации о цвете использована цветовая модель YCC.
WindowsBitmap. Формат хранения растровых изображений в операционной системе Windows (расширение имени файла.BMP). Соответственно, поддерживается всеми приложениями, работающими в этой среде.
JPEG (JointPhotographicExpertsGroup). Формат предназначен для хранения растровых изображений (расширение имени файла.JPG). Позволяет регулировать соотношение между степенью сжатия файла и качеством изображения. Применяемые методы сжатия основаны на удалении «избыточной» информации, поэтому формат рекомендуют использовать только для электронных публикаций.
GIF (GraphicsInterchangeFormat). Стандартизирован в 1987 году как средство хранения сжатых изображений с фиксированным (256) количеством цветов (расширение имени файла.GIF). Получил популярность в Интернете благодаря высокой степени сжатия. Последняя версия формата GIF89a позволяет выполнять чересстрочную загрузку изображений и создавать рисунки с прозрачным фоном. Ограниченные возможности по количеству цветов обусловливают его применение исключительно в электронных публикациях.
PNG (PortableNetworkGraphics). Сравнительно новый (1995 год) формат хранения изображений для их публикации в Интернете (расширение имени файла.PNG). Поддерживаются три типа изображений – цветные с глубиной 8 или 24 бита и черно-белое с градацией 256 оттенков серого. Сжатие информации происходит практически без потерь, предусмотрены 254 уровня альфа-канала, чересстрочная развертка.
WMF (WindowsMetaFile). Формат хранения векторных изображений операционной системы Windows (расширение имени файла.WMF). По определению поддерживается всеми приложениями этой системы. Однако отсутствие средств для работы со стандартизированными цветовыми палитрами, принятыми в полиграфии, и другие недостатки ограничивают его применение.
EPS(EncapsulatedPostScript). Формат описания как векторных, так и растровых изображений на языке PostScript фирмы Adobe, фактическом стандарте в области допечатных процессов и полиграфии (расширение имени файла.EPS).
Так как язык PostScript является универсальным, в файле могут одновременно храниться векторная и растровая графика, шрифты, контуры обтравки (маски), параметры калибровки оборудования, цветовые профили. Для отображения на экране векторного содержимого используется формат WMF, а растрового – TIFF. Но экранная копия лишь в общих чертах отображает реальное изображение, что является существенным недостатком EPS. Действительное изображение можно увидеть лишь на выходе выводного устройства, с помощью специальных программ просмотра или после преобразования файла в формат PDF в приложениях AcrobatReader, AcrobatExchange.
PDF (PortableDocumentFormat). Формат описания документов, разработанный фирмой Adobe (расширение имени файла.PDF). Хотя этот формат в основном предназначен для хранения документа целиком, его впечатляющие возможности позволяют обеспечить эффективное представление изображений. Формат является аппаратно-независимьм, поэтому вывод изображений допустим на любых устройствах – от экрана монитора до фотоэкспонирующего устройства. Мощный алгоритм сжатия со средствами управления итоговым разрешением изображения обеспечивает компактность файлов при высоком качестве иллюстраций.
Источник: infopedia.su
Системы компьютерной графики и их функциональные возможности
Существующие на сегодняшний день системы компьютерной графики (пакеты прикладных программ, работающие с графическими изображениями), также можно классифицировать различным образом, например:
Пакеты векторной статической двухмерной графики(Adobe Illustrator, Corel DRAW, Adobe (Macromedia) FreeHand и др.)
Пакеты векторной динамической (анимационной) двухмерной графики (Autodesk Animator Pro, Adobe (Macromedia) Flash и др.)
Пакеты растровой статической двухмерной графики(Paint, Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint, Jacs Paint Shop Pro, Adobe PhotoDeluxe, Microsoft PhotoDraw и др.)
Пакеты растровой динамической (анимационной) двухмерной графики(Ulead GIF Animator, PhotoGif Animator, Adobe ImageReady и др.)
Универсальные пакеты трехмерной графики(3D Studio MAX, Ray Dream Studio 3D и др.)
Пакеты просмотра и преобразования форматов графических файлов(ACDSee, Graphics WorkShop, FlashView, Picture View и др.). Современные «просмотрщики» позволяют также производить некоторую коррекцию растровых изображений.
Приведенная классификация является достаточно условной, так как многие современные версии пакетов растровой графики могут работать с векторными изображениями и наоборот.
Независимо от вида графики большинство систем компьютерной графики имеют следующие функциональные возможности:
создание и редактирование графических изображений;
моделирование различных кистей (карандаш, рука, уголь, аэрограф и др.) и материалов (акварели, масла и др.);
применение различных видов заливки и теневых эффектов;
моделирование 2-х и 3-мерных объектов;
создание текстовых объектов и работа с ними;
и многое другое.
Графические форматы
Формат графического файла(графический формат) — это совокупность информации об изображении и способ его записи в файл.
Графические данные, как правило, занимают большой объем и требуют много места на дисках. В связи с этим в большинстве графических форматов используются различные методы сжатия (компрессии) информации.
В общем случае, все графические форматы можно разделить на две группы:
1. Универсальные (форматы общего назначения)— содержат только само изображение и используются для хранения графических данных и обмена ими между различными программами. Они являются общепризнанными стандартами и поддерживаются практически всеми программами для подготовки и обработки изображений.
2. Специализированные (форматы графических редакторов)— содержат специфическую для каждого графического файла информацию (например, информацию о кривых содержат файлы Corel Draw, файлы Photoshop — информацию о слоях, каналах и т.д.) и предназначены для хранения изображений и промежуточных результатов их редактирования. Эти форматы учитывают специфические особенности и возможности конкретной программы, и поэтому не могут корректно распознаваться и обрабатываться другими программами.
В качестве примера универсальных графических форматов можно привести следующие:
GIF(Graphics Interchange Format) — предназначен для хранения растровых изображений с высокой степенью сжатия; поддерживает прозрачность и анимацию (был создан для Internet).
JPEG/JPG (Joint Photographic Experts Group) — позволяет хранить изображения достаточно высокого качества и относительно небольшого размера (использует различные степени сжатия, балансируя на грани между качеством и объемом).
PNG(Portable Network Graphics) — разработан для передачи растровых изображений по сетям (призванный заменить собой GIF).
TIFF/TIF (Tagged Image File Format) — позволяет сохранять растровые изображения без потери качества (не использует компрессию, поэтому файлы этого формата имеют большой объем). Наиболее часто используется при импорте растровой графики в векторные программы и издательские системы.
BMP(Windows Device Independent Bitmap) — создан компанией Microsoft и применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows. Хотя в этом формате может применяться компрессия, большинство программ ее не используют.
EPS(Encapsulated PostScript) — можно использовать для записи как растровой, так и векторной графики. Кроме того, этот формат позволяет записать векторный контур, который будет ограничивать растровое изображение (можно получить фотографию не прямоугольную, а круглую, овальную или любой другой формы).
В качестве примера специализированных графических форматов можно привести форматы следующих популярных программ:
PSD— формат Adobe Photoshop — обеспечивает хранение полноцветных изображений со всеми их особенностями, каналами, масками, различными слоями, векторными фигурами, контурами, эффектами и т.п., характерными, известными и понятными только этой программе. В последнее время стал поддерживаться некоторыми другими программами.
CDR— формат программы CorelDRAW. Его могут импортировать многие другие программы.
AI — формат программы Adobe Illustrator. Напрямую открывается в Photoshop, его также поддерживают почти все программы Macintosh и Windows.
CPT— формат Corel Photo-Paint — обеспечивает хранение полноцветных изображений и векторных объектов. Не распознается другими программами.
SWF— векторный формат программы Macromedia Flash для анимации в Интернете.
Источник: studfile.net