Аркабаев, Д. А. Компьютерная графика и сферы ее применения / Д. А. Аркабаев, А. С. Мохова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 4 (294). — С. 14-18. — URL: https://moluch.ru/archive/294/66793/ (дата обращения: 25.06.2023).
В статье раскрывается понятие и сущность компьютерной графики, рассматриваются основные виды компьютерной графики, приводятся статистические данные и описываются основные способы применения графической информации в различных сферах общественной жизни.
Ключевые слова: изображения, графика, данные.
В условиях современного мира человек всё чаще сталкивается с большими объёмами информации, с которыми достаточно тяжело взаимодействовать, если они не представлены в удобном виде, поэтому сегодня трудно представить жизнь без таблиц, схем, графиков, диаграмм, картинок и видеоматериалов, так как именно эти средства представления информации помогают нам визуализировать любые данные. Графическая информация в компьютеризированной среде является конечным продуктом компьютерной графики — изображением.
Лучшие бесплатные графические редакторы
Компьютерная графика является разделом информатики, изучающим методы и средства представления и визуализации данных в графическом виде посредством программно-аппаратных средств. Это самый быстрорастущий сегмент в области информационных технологий. Широкий спектр возможностей, которые может реализовать компьютерная графика, начиная с систем видеонаблюдения и заканчивая многопользовательскими онлайн играми и просмотром видео на видеохостингах, постоянно расширяется, позволяя нам всесторонне развивать своё окружение.
В зависимости от методов и приёмов создания графической информации выделяют растровые, векторные, фрактальные и трёхмерные (3D) компьютерные графики.
Смысл растровой компьютерной графики заключается в представлении изображения совокупностью пикселей разных цветов. Размер изображения в пикселях может выражаться в виде количества пикселей по ширине и по высоте (800×600px, 1024×768px, 1600×1200px и т. д.) или же в виде общего количества пикселей (например, в изображении 1920×1080 пикселей содержится около 2 миллионов и 74 тысяч точек, что равно 2 мегапикселям).
Пиксель — простейший элемент растровой графики. Каждый пиксель имеет свой фиксированный размер, и каждому пикселю приписан свой атрибут цвета. Каждый цвет пикселя записывается в виде определённого сочетания битов. Количество цветов напрямую зависит от количества битов, которые для этого используются, а называется это качество растрового изображения цветовой глубиной.
Важным показателем в растровой графике служит разрешение изображения. Данный показатель выражает количество пикселей на дюйм: чем больше данных пикселей, тем выше разрешение изображения и тем оно чётче. Выражается этот показатель в единицах измерения «dpi» (dots per inch — точек на дюйм) [1]. Растровое представление изображения используется в таких приборах, как мониторы, принтеры, сканеры, мобильные телефоны и цифровые фотоаппараты. Пример растрового изображения можно рассмотреть на рисунке 1.
Что такое растровая и векторная графика?
Рис. 1. Пример растрового изображения
Векторная графика — вид компьютерной графики, в котором изображение представляется в виде совокупности отдельных объектов, описываемых математическими уравнениями [2, 60]. Таким образом, если в растровой графике построение изображения происходит посредством совокупного представления пикселей, то в векторной графике базовым элементом построения изображения является линия (контур).
В векторной графике контур имеет свои свойства: форму, цвет, начертание (сплошной или пунктирный), толщину и форму концов (со стрелкой или закругленные). Каждый контур имеет две и более опорных точек, которые называются узлами — по ним и строится изображение. Контур может быть открытым и закрытым. Открытый контур — если его начальная опорная точка не совпадает с конечной опорной точкой. Закрытый контур — если его последняя опорная точка является одновременно и первой, и замыкающей.
Реферат по компьютерной графике
Компьютерная графика — это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.
Отправной точкой развития компьютерной графики можно считать 1930 год, когда в США нашим соотечественником Владимиром Зворыкиным, работавшим в компании Вестингхаус (Westinghouse), была изобретена электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), впервые позволяющая получать изображения на экране без использования механических движущихся частей. Одним из отцов-основателей компьютерной графики считается Айвен Сазерленд (Ivan Sotherland), который в 1962 году все в том же МТИ создал программу компьютерной графики под названием Блокнот (Sketchpad). Эта программа могла рисовать достаточно простые фигуры (точки, прямые, дуги окружностей), могла вращать фигуры на экране. После этой программы некоторые крупные фирмы приступили к разработкам в области компьютерной графики.
Основные области применения компьютерной графики
Научная графика . Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства — графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.
Деловая графика предназначена для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки — вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.
Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения.
Иллюстративная графика — это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.
Художественная и рекламная графика стала популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и «движущихся картинок».
Компьютерная анимация — это получение движущихся изображений на дисплее. Художник создает на экране рисунки начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Несмотря на то, что для работы с компьютерной графикой существует множество видов программного обеспечения, различают всего три вида компьютерной графики. Это – 1.растровая, 2.векторная и 3.фрактальная графика.
Растровая графика: В растровой графике, как и на экране телевизора или монитора, любое изображение состоит из совокупности очень мелких элементов (точек), которые называются пикселями (pixel). Слово «пиксель» — это аббревиатура от английских слов picture element (элемент изображения).
Каждый пиксель изображения отображается в определенном месте компьютерного экрана и имеет точные координаты по горизонтали и вертикали. Проще всего представить растровое изображение как картинку, созданную путем раскрашивания миниатюрных квадратиков на листе миллиметровой бумаги.
Каждый квадратик характеризуется точным местоположением и может быть снабжен адресом в соответствии с его координатами по горизонтали и вертикали. Программы растровой графики дают возможность создавать и редактировать каждый пиксель изображения. Пиксели настолько малы, что изображение может казаться таким же четким, как и фотография. Одна из причин того, почему точечное изображение выглядит таким реалистичным, заключается в том, что растровые программы могут придать каждому пикселю изображения практически любой из различимых человеческим глазом оттенков.
Векторная графика: Принцип кодирования информации в векторной графике сильно отличается от растровой. В векторной графике все изображения описываются в виде математических объектов контуров. Каждый контур представляет собой независимый объект, который можно перемещать, масштабировать, изменять множество раз.
Все линии определяются начальными точками и формулами, описывающими сами линии. Поэтому при изменении размера рисунка пропорции и очертания всегда точно выдерживаются.
Векторную графику часто называют также объектно-ориентированной графикой, так как изображение состоит из отдельных объектов — прямых и кривых линий, замкнутых и разомкнутых фигур, прямоугольников, эллипсов и т.п., каждый из которых имеет свои характеристики цвета, толщины контура, стиля линии и т.д. Вся сила векторной графики заключается в использовании текста для описания изображений.
Если вам необходимо увеличить растровое изображение, то у вас есть два варианта. Вы можете добавить в него новые пиксели, что соответствует вставке новых данных и увеличению размера файла, а также сглаживанию «зазубренности» увеличенных деталей, или вы можете просто увеличить сами пиксели. При этом понижается общее разрешение, что сказывается на качестве твердой копии. Если же вы увеличиваете размер векторного изображения, изменяется программный код, задающий координаты точек X и Y. Главным недостатком векторной графики является невозможность создания фотореалистических изображений. Кроме того, векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер для растровой графики.
Фрактальная графика: Фракталы — самые красивые, очаровательные и странные порождения геометрии XX века. Это детища сухой математики, но они настолько эстетичны, что выставка фракталов, построенных с помощью компьютера, потрясла мир, а книга организаторов выставки Хайнца-Отто Пайтгена и Петера Рихтера, «Красота фракталов» раскупалась как художественный альбом.
Фракталы упорядочены, но это не упорядоченность монотонного орнамента, повторяющего без изменений один и тот же мотив. Фракталы геометричны, но это геометрия не идеалиста Платона, искавшего везде отполированные формы правильных многогранников, а геометрия реального мира — ветвистого, пористого, шершавого, зазубренного.
Фракталы остро обнажили то, что не замечалось раньше, а именно, что почти два тысячелетия человечество изучало правильные и гладкие кривые, считая евклидову геометрию геометрией природы. Но на самом деле этот термин имеет гораздо более широкий смысл. Фрактал — объект, обладающий бесконечной сложностью, позволяющий рассмотреть столько же своих деталей вблизи, как и издалека.
Земля — классический пример фрактального объекта. Из космоса она выглядит как шаp. Если приближаться к ней, мы обнаружим океаны, континенты, побережья и цепи гор. Будем рассматривать горы ближе — станут видны еще более мелкие детали: кусочек земли на поверхности горы в своем масштабе столь же сложный и неровный, как сама гора.
И даже еще более сильное увеличение покажет крошечные частички грунта, каждая из которых сама является фрактальным объектом. Перенесемся в далекую от компьютерной графики область — биологию. Давно известно, что частота дыхания у животных обратно пропорциональна корню четвертой степени из веса.
Это обстоятельство ставило ученых в тупик: если считать, что объем кровеносной системы пропорционален весу, то есть третьей степени размеров тела, то и частота дыхания должна изменяться как корень третьей степени из веса! Откуда природа берет четверку?
В 2000 году группа исследователей из университета Нью-Мексико предложила объяснение, основанное на идее о том, что эффективно устроенная кровеносная система должна максимально заполнять объем тела. А для этого она должна быть устроена фрактально и объем такого фрактала оказывается пропорционален четвертой степени размеров. Фракталы не обошли и музыку.
Идея о том, что хаос, связанный с фрактальными траекториями, — это порядок, но порядок очень сложный, легла в основу музыкального редактора FractMus 2000, созданного Густаво Диасом Хересом. Что такое музыка?
Это нечто среднее между абсолютно беспорядочным шумом и абсолютно упорядоченной монотонной нотой, это свобода звуков, подчиненная строгим законам гармонии, и наоборот — это комбинирование внутренне упорядоченных звуковых конструкций по прихоти композитора. Но фрактальные траектории ведут себя очень похоже. Программа FractMus занимается тем, что генерирует фрактальную траекторию по одному из известных алгоритмов и полученную последовательность чисел по простым правилам переводит в последовательности нот. Как источник свежих музыкальных идей программа вполне дееспособна, в чем убеждает прилагаемый к программе обширный набор пьес, которые созданы с её помощью.
Из приведенных примеров видно, что при их кажущейся надуманности, фракталы — это явление природы.
Классификация фракталов
Фракталы можно разделить на два класса . Один класс представлен «рукотворными» фракталами, другой класс представлен природными фрактальными структурами.
Работа с компьютерной графикой — одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета.
Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени программистских коллективов, выпускающих программы.
Источник: xn--j1ahfl.xn--p1ai
1.2 Основные сведения о графических системах
Процессы проектирования в различных областях техники связаны с созданием и модификацией моделей объектов проектирования. Значительную часть этих моделей составляют данные о геометрических или графических характеристиках объектов.
Таким образом, компьютерная графика — это область деятельности, в которой компьютеры используются для создания, хранения и обработки моделей объектов и их изображений.
Графические системы служат для создания, поиска, хранения и модификации графических данных.
Графические системы могут быть пассивными и интерактивными, а Пассивные — обеспечивают только вывод графических изображений, но человек при этом не имеет возможности прямого воздействия на графические преобразования.
Интерактивные — дают возможность пользователю динамически управлять содержимым изображения. В таких системах используются интерактивные дисплеи, позволяющие работать в диалоге с графическим изображением.
Области применения графических систем представлены в табл. 1.1.
Источник: studfile.net