Компьютерная графика и её виды
Компьютерная графика — широкое понятие, обозначающее:
1) область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов;
2) разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера.
По способу создания можно выделить следующие классы объектов компьютерной графики (рис. 5.4):
двумерные изображения (растровые, векторные, фрактальные),
трёхмерные изображения, анимацию.
Рис. 5.4. Объекты компьютерной графики
Растровое графическое изображение состоит из отдельных маленьких прямоугольников — пикселей.
Размеры пикселей растрового изображения настолько малы, что при его просмотре в обычном масштабе они неразличимы. Зернистая структура растрового
графического изображения становится заметной при увеличении
масштаба его просмотра (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Растровое и векторное изображения в обычном и увеличенном
масштабе.
Пиксель — наименьший элемент растрового изображения. Он может принимать любой цвет из палитры, содержащей миллионы цветов. Точность цветопередачи — основное достоинство растровых графических изображений. При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого входящего в него пикселя.
Качество растрового изображения возрастает с увеличением количества пикселей в изображении и количества цветов в палитре. Но при этом возрастает и информационный объём всего изображения.
Растровая графика — универсальное средство для формирования и обработки любых плоских изображений. С помощью цветов и оттенков отдельных точек на плоском изображении могут быть показаны и пространственные (объёмные) сцены. В полиграфических и электронных изданиях растровые изображения используются в тех случаях, когда нужно качественно и чётко передать в изображении оттенки цветов и плавные переходы от одного цвета к другому. Серьёзным недостатком растровой графики является существенное падение качества изображения в результате его масштабирования и различных геометрических преобразований.
Это связано с тем, что при уменьшении растрового изображения несколько соседних пикселей преобразуются в один, что ведёт к потере чёткости мелких деталей изображения. При увеличении растрового изображения в него добавляются новые пиксели, причём соседние пиксели принимают одинаковый цвет и возникает ступенчатый эффект.
Растровые изображения можно получить, сканируя рисунки или фотографии, фотографируя объекты цифровым фотоаппаратом, создавая рисунки с использованием графического планшета или разнообразных растровых графических редакторов (Microsoft Paint, GIMP, Adobe Photoshop).
В последнем случае определённые трудности возникают при манипуляциях с отдельными фрагментами изображения. Чтобы лучше понять, о чём идёт речь, просто представьте свои действия при удалении одного из лепестков цветка (см. рис. 5.5) в графическом редакторе Microsoft Paint.
Для преодоления этого недостатка более мощные программы работы с растровой графикой (GIMP, Adobe Photoshop) предусматривают средства создания составных изображений с помощью:
- 1) механизма слоёв (layers) — накладывающихся друг на друга плоскостей, в каждой из которых используется только часть точек;
- 2) механизма фильтров — преобразующих цвета пикселей с
- учётом некоторых параметров;
- 3) управления цветовыми каналами;
- 4) управления способом взаимодействия отдельных слоёв.
Векторное изображение — это изображение, построенное из геометрических примитивов (объектов): отрезков прямых, дуг, окружностей, эллипсов, многоугольников и кривых Безье. Примитив не нужно рисовать — выбрав на панели инструментов пиктограмму с его изображением или названием вы просто задаёте необходимые параметры, по которым компьютер сам выполняет необходимые построения.
Объекты векторного изображения накладываются друг на друга, образуя независимые слои. Каждый слой векторного изображения содержит свой объект. При преобразовании векторного объекта исходное изображение удаляется, а вместо него строится новое — по тем же алгоритмам, но с учётом изменённых данных. Это позволяет без потерь качества масштабировать, поворачивать и трансформировать векторные изображения, оставляя при этом толщину линий неизменной (см. рис. 5.5).
Кривые Безье были разработаны в 60-х годах XX века независимо друг от друга Пьером Безье из автомобилестроительной компании «Рено» и Полем де Кастельжо из компании «Ситроен», где применялись для проектирования кузовов автомобилей. Математический аппарат кривых Безье основан на многочленах Бернштейна, описанных Сергеем Натановичем Бернштейном в 1912 году. В компьютерной графике в основном применяются кривые Безье второго и третьего порядка (рис. 5.6). Кривая Безье второго порядка
Вместе с тем не всякое изображение можно представить как совокупность простых геометрических фигур.
Векторные графические изображения создают с помощью специальных программ (CorelDRAW, Inkscape) и широко используют в картографии, мультипликации, инженерной графике, при создании логотипов, схем, диаграмм — там, где важны чёткость контуров и возможность увеличения масштаба изображения без потери качества.
Ещё одним видом компьютерной графики является фрактальная графика.
Термин «фрактал» (от лат. fractus — дроблёный) употребляется для обозначения объектов, обладающих свойством самоподобия, когда целое (в точности или приближённо) имеет ту же форму, что одна или более его частей (рис. 5.7).
Много интересного о фракталах вы найдёте на сайте «Элементы
большой науки» (elementy.ru/posters/fractals).
В последнее время всё большую популярность приобретает трёхмерная или 3D-графика (от англ. three dimensions — три измерения).
В ней применяются технологии создания в виртуальном пространстве объёмных моделей, которые максимально приближены к реальным объектам. Трёхмерная графика широко используется в инженерном проектировании, компьютерном моделировании физических объектов и процессов, в мультипликации, кинематографии и компьютерных играх.
Компьютерная анимация — последовательный показ заранее подготовленных графических файлов, а также компьютерная имитация
движения с помощью изменения формы объектов или показа последовательных изображений с фазами движения.
Форматы мультимедийных файлов.
GIF (от англ. Graphics Interchange Format — формат обмена графикой) обладает высокой степенью сжатия, дающей возможность уменьшить размеры файлов в несколько раз. Этот формат предназначен для хранения статичных и анимированных изображений, которые содержат до 256 цветов (например, рисованные иллюстрации). GIF-анимация представляет собой последовательность из нескольких статичных кадров, а также информацию о том, сколько времени каждый кадр должен быть показан на экране. В цикличных анимациях вслед за последним кадром начинается воспроизведение первого кадра и т. д. Долгое время GIF был одним из наиболее распространённых форматов в Интернете. Стандартное расширение имён файлов данного типа — gif.
PNG (от англ. Portable Network Graphic — портативная сетевая графика) — универсальный формат графических файлов, специально спроектированный для замены устаревшего и более простого формата GIF. Формат PNG имеет высокую степень сжатия данных без потерь и предназначен, прежде всего, для применения в сетевых приложениях. Он даёт возможность использовать гораздо больше цветов, чем формат GIF, поэтому может использоваться и для редактирования графики. Стандартное расширение имён файлов данного типа — png.
TIFF (от англ. Tagged Image File Format — формат файла размеченного изображения). Большая глубина цвета в файлах этого формата позволяет хранить изображение с высоким качеством. Поэтому формат широко используется при сканировании изображений, отправке факсов, распознавании текста, в полиграфии, широко поддерживается графическими приложениями. Но, как и файлы формата bmp, файлы этого формата имеют большие размеры. Стандартное расширение имён файлов — tif или tiff. Как известно, в фотоизображениях практически не встречаются точно повторяющиеся последовательности точек. Поэтому рассмотренные выше форматы и используемые в них алгоритмы сжатия малопригодны для хранения такого рода изображений.
Для решения этой проблемы группой специалистов был разработан специальный формат и способ сжатия, получивший название JPEG (от англ. Joint Photographic Expert Group — объединённая группа экспертов в области фотографии).
В векторной графике почти каждый векторный графический редактор использует свой собственный формат хранения изображений.
WMF (от англ. Windows MetaFile — метафайл Windows) — универсальный формат для программ, которые работают в ОС Windows. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery. Возможные расширения имён файлов — wmf, emf, wmz, emz.
CGM (от англ. Computer Graphic Metafile — метафайл компьютерной графики) — используется для представления графических объектов, преимущественно, в конструкторских, авиационных и других технических областях. Стандартное расширение имён файлов — cgm.
SVG (от англ. Scalable Vector Graphics — масштабируемая векторная графика) — универсальный формат, который даёт возможность с высоким качеством хранить в файле текст, графическое изображение и анимацию. Широкое применение получил в инженерной графике и при разработке веб-сайтов. Стандартное расширение имён файлов — svg.
CDR (от англ. CorelDRaw files — файлы CorelDraw) — собственный формат файлов векторного графического редактора CorelDraw. Изображение в файле может иметь несколько страниц, даёт возможность хранить не только векторную графику, но и текст, и растровые изображения. Файлы данного формата могут иметь расширение имени cdr или cdt.
GIMP
Графический редактор
Свободно распространяемый растровый графический редактор, программа для создания и обработки растровой графики и частичной поддержкой работы с векторной графикой. Проект основан в 1995 году Спенсером Кимбеллом и Питером Маттисом как дипломный, в настоящий момент поддерживается группой добровольцев. Распространяется на условиях GNU General Public License.
Программы по записи и редактирования звука (ПО АудиоМастер).
АудиоМАСТЕР - многофункциональный аудиоредактор для работы с звуковыми файлами любых популярных форматов: WMA, MP3, WAV, FLAC и др. Кроме стандартных функций соединения и обрезки звуковых дорожек, позволяет редактировать музыку, записывать голос с микрофона, создавать рингтоны для мобильных, захватывать музыку с CD и др.
Программы редактирования видео (ПО Movavi)
Видеоредактор
Семейство видеоредакторов для нелинейного монтажа, разработанное российской компанией Movavi в 2004 году для операционных систем Windows и Mac OS. Семейство видеоредакторов является средним по техническому потенциалу.