Отнт. А. Ю. Босова Москва бином. Лаборатория знаний 10 класс Базовый уровень Учебник
 Скачать 6.18 Mb.
|
|
Глава5.современныеинформационныетехнологии 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. Рассмотрим основные виды компьютерной анимации. Анимация по ключевым кадрам наиболее близка к традиционной рисованной мультипликации. Прорисовку и расстановку ключевых кадров повременной шкале производит художника промежуточные кадры рассчитывает специальная программа. Запись движения. Движения актёров в специальных костюмах сдатчиками записываются камерами и анализируются специальным программным обеспечением. Итоговые данные о перемещении суставов и конечностей актёров применяют к трёхмерным скелетам виртуальных персонажей, чем добиваются высокого уровня достоверности изображения движения последних. Процедурная анимация автоматически генерируется компьютером в режиме реального времени в соответствии с установленными правилами. Представляет собой симуляцию физического взаимодействия твёрдых тел имитацию движения систем частиц, жидкостей и газов расчёт движения персонажа под внешним воздействием и многое другое. Процедурная анимация часто используется в компьютерных играх. Программируемая анимация. Движения анимируемых объектов программируются, например, на языке В 1968 г. группой учёных под руководством советского и российского математика Н. Н. Константинова было создано одно из первых компьютерных анимированных изображений. Электронно-вычи- слительная машина БЭСМ-4 по специальной программе рисовала кадры мультфильма Кошечка (www.etudes.ru/ru/etudes/cat). 24.2. форматы графических файлов формат графического файла — это способ представления графических данных на внешнем носителе. Различают растровые и векторные форматы графических файлов. Среди них, в свою очередь, выделяют собственные (оригинальные) форматы графических приложений и универсальные объекты компьютерной графики §24 графические форматы, которые понимаются всеми приложениями, работающими с растровой (векторной) графикой. Для всех растровых форматов общей проблемой является большой объём данных. Для её решения применяют различные методы сжатия данных. Под сжатием (упаковкой, компрессией) данных понимается применение алгоритмов преобразования данных, производимое с целью уменьшения их объёма. Обратная процедура называется восстановлением данных (распаковкой, декомпрессией). Различают две основные группы методы сжатия без потерь, позволяющие восстановить исходные данные без каких-либо изменений методы сжатия с потерями, восстанавливающие данные с отличиями, допустимыми сточки зрения дальнейшего их использования (от англ. Bit MaP image — битовая карта изображения. В этом формате можно хранить только однослойные растры. На каждый пиксель в разных типах файлов может приходиться разное количество бит (глубина цвета 1, 2, 4, 8, 16, 24, 32, 48 и 64. Изображения в этом универсальном формате в большинстве случаев хранятся в файлах попиксельно, без сжатия, потому размеры таких файлов достаточно большие. Сколько бит может приходиться на глубину цвета в файлах с расширением, созданных в графическом редакторе Для глубины цвета 4 и 8 бит формат BMP допускает RLE- кодирование, которое может уменьшить размер файлов. Алгоритм RLE (от англ. Run Length Encoding — кодирование длин серий) — один из простейших методов сжатия изображений. Его основной идеей является поиск цепочек одинаковых элементов и замена их на пары число повторений — значение, что в опре- делённых случаях существенно уменьшает избыточность данных 260 Глава5.современныеинформационныетехнологии Например, состоящая из 39 символов строка AAAAAABBCCCCCCCDEEEEEEAAAAAAAAAAAAAAAAA будет закодирована следующим образом 6A2B7C1D6E17A. Полученная последовательность состоит из 13 символов. Данные оказались сжаты в 39/13 = 3 раза. Алгоритм в первую очередь рассчитан на изображения с большими областями одного цвета (деловая графика, схемы, рисунки и т. п. При его использовании в других ситуациях (например, при сохранении цветных фотографий) вместо уменьшения размера файла может происходить его увеличение. Возьмём строку, в которой нет большого количества цепочек одинаковых элементов и достаточно часто встречаются символы, идущие без повторов ABCDBCABCDDDFFFFFF. После сжатия методом RLE она будет выглядеть так 1A1B1C1D1B1C1A1B1C3D6F. Исходная строка состоит из 18 символов, а результат сжатия — из 22. Размер данных увеличился в 22/18 ≈ 1,22 раза. Рассмотрим внимательно исходную строку среди её первых девяти элементов нет цепочек из идущих подряд одинаковых символов (ABCDBCABC), затем записаны 3 символа «D» и наконец — 6 символов. Если для записи длины цепочки идущих подряд одинаковых символов использовать положительные числа, а для записи количества следующих друг за другом различных символов использовать отрицательные числа, то можно записать Исходная строка состоит из 18 символов, а сжатая — из 15. Размер данных уменьшился в 18/15 = 1,2 раза. Для сжатия сложных изображений зачастую применяется алгоритм словарей или алгоритм LZW — Лемпеля–Зива–Велча, названный так по именам его разработчиков Авраама Лемпеля, Якоба Зива и Терри Велча. В его основе лежит идея замены наиболее часто встречающихся последовательностей в исходном потоке данных ссылками на образцы, хранящиеся в специально создаваемой таблице (словаре объекты компьютерной графики §24 Этот способ активно применяется при сжатии самых разных данных, в том числе и графических. Такой способ сжатия применяется в графических форматах GIF, PNG, TIFF. Рассмотрим эти форматы подробнее (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. 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 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 (от англ. Joint Photographic Expert Group — объ- единённая группа экспертов в области фотографии. 262 Глава5.современныеинформационныетехнологии Алгоритм JPEG подразумевает сжатие с потерей качества, основанное на особенностях человеческого зрения (небольшие изменения цвета слабо распознаются глазом человека — это позволяет удалять часть информации о цвете. Его достоинство в том, что силу сжатия можно указать изначально и таким образом найти компромисс между качеством и объёмом изображения. Алгоритм один из базовых алгоритмов сжатия изображений. Его широкое распространение позволило резко расширить возможности и сферу применения цифровых методов обработки изображения. Данный формат целесообразно использовать для хранения многоцветных изображений сплавными переходами между цветами, где потеря качества малозаметна. Для файлов этого формата стандартное расширение — jpg или В векторной графике почти каждый векторный графический редактор использует свой собственный формат хранения изображений (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. AI (от англ. Adobe Illustrator files — файлы Adobe Illustra- tor) — собственный формат файлов редактора векторной графики Adobe Illustrator. объекты компьютерной графики §24 Совместимость форматов векторной графики очень низкая. Сложность преобразования данных из одного векторного формата в другой заключается в использовании разными программами разных алгоритмов построения графических примитивов. Среди всего разнообразия форматов нет того идеального, который бы удовлетворял всем возможным требованиям пользователей. Поэтому графические редакторы предоставляют пользователю возможность самостоятельно выбирать формат файла, в котором будет сохранено изображение, в зависимости от целей работы сними последующего использования. Вот только некоторые рекомендации, которые могут вам пригодиться записывать изображение в формате, использующем сжатие с потерями, следует только после окончания редактирования, т. к. многие манипуляции с изображением могут умножить дефекты сжатия если вы собираетесь работать с графическим изображением только водном графическом редакторе, целесообразно выбрать тот формат, который редактор предлагает по умолчанию. Если же последующая обработка данных предполагается в разных программах, стоит использовать один из универсальных форматов для файлов, которые передаются посети Интернет, очень важен небольшой размер, поскольку от этого зависит время передачи данных. Основной недостаток цифровых растровых изображений — их большой размер. Поэтому растровые фотографии и рисунки сохраняются в сжатом виде в различных графических форматах. Выбор формата зависит от типа изображения и способа его использования. Для размещения полноцветных фотографий в Интернете оптимальным является формата для чертежей, символьных и текстовых структур больше подходят форматы png или gif. 24.3. понятие разрешения При работе с объектами компьютерной графики приходится иметь дело с разрешением экрана, разрешением изображения и разрешением печатающего устройства. разрешение — величина, определяющая количество точек (элементов растрового изображения) на единицу площади (или единицу длины 264 Глава5.современныеинформационныетехнологии Разрешением экрана монитора обычно называют размеры получаемого на экране изображения в пикселях: 1024 × 768, 1280 × 1024, 1920 × 1080. Разрешение экрана монитора — это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видео- карты) и операционной системы (зависит от настроек ОС). Разрешение экрана монитора в ppi произносится как «пи-пи- ай», сокращение от англ. pixels per inch — пикселей на дюйм 1 дюйм ≈ 2,54 см) можно рассчитать как отношение размера диагонали экрана в пикселях к размеру диагонали в дюймах = d d p i , где d p — размер диагонали экрана в пикселях; • d i — размер диагонали экрана в дюймах. Рассчитать размер диагонали экрана в пикселях можно по теореме Пифагора = w + h p p p 2 2 , где w p — ширина разрешения экрана в пикселях; • h p — высота разрешения экрана в пикселях. Например, для дюймового экрана с разрешением 1920 × 1080 здесь w p = 1920, h p = 1080 и d i = 21,5), получим ≈ 102 Для монитора с диагональю 17 дюймов при разрешении 1280 × 1024 получаем разрешение в ppi, равное 96; при разрешении Разрешение экрана определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком. рис. 5.8. Фрагмент окна Свойства графического изображения Когда вы создаёте изображение в графическом редакторе, как правило, вначале работы устанавливаете его размеры. Вы можете посмотреть размеры в пикселях любого растрового изображения, вызвав его контекстное меню (рис. В графическом редакторе также есть возможность посмотреть размеры обрабатываемого в нём изображения. Например, в графическом редакторе Gimp в окне Смена размера изображения можно увидеть размер изображения в пикселях, миллиметрах, дюймах или других единицах по выбору пользователя (рис. 5.9). объекты компьютерной графики §24 р ис. 5.9. Окно Смена размера изображения редактора Gimp 266 Глава5.современныеинформационныетехнологии Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно будет занимать. Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займёт. Рассмотрите внимательно рисунок 5.9. Обратите внимание на указанные в этом окне параметры Разрешение пои Разрешение по Y — это нечто иное, как количество пикселей на дюйм. В нашем примере 944 : 9,835 = 95,987, те (вести речь о части пикселя не имеет смысла!). Разрешение изображения — это количество пикселей на единицу длины изображения. Чем выше разрешение, тем больше пикселей умещается в дюйме и тем более мелкими они являются детали изображения прорисовываются чётче и оригинал отображается точнее. Для оптимального размещения изображения на экране необходимо согласовывать количество точек в изображении, пропорции сторон изображения с соответствующими параметрами устройства отображения. Изображение качественно воспроизводится на экране, если его разрешение не меньше разрешения монитора. Если изображение имеет большее разрешение, то, увеличивая его масштаб (приближая изображение, можно воспроизвести невидимые до этого его детали. При приближении изображения с разрешением, не превышающим разрешение экрана, становятся отчёт- ливо видны отдельные пиксели — изображение распадается на разноцветные прямоугольники. Поэтому, когда мы подбираем красивые обои на рабочий стол, размер картинки в пикселях не должен быть меньше установленного разрешения монитора, в противном случае изображение будет нечётким, расплывчатым. При выводе на бумагу цифровые изображения преобразуются под физические возможности принтера. Разрешение принтера — это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (от англ. dots per inch — точек на дюйм. Например, под разрешением подразумевается 300 × 300 точек на одном квадратном дюйме. Принтер с разрешением 300 dpi может напечатать 90 тыс. точек на квадратном дюйме бумаги. Существуют принтеры, у которых разрешения в двух направлениях различаются (например, 600 × 1200 dpi). Такой принтер может напечатать 720 тыс. точек на одном квадратном дюйме объекты компьютерной графики §24 Разрешение принтера определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения приза- данном размере. Большинство форматов графических файлов позволяют хранить данные о желаемом масштабе при выводе на печать, те. о желаемом разрешении в dpi. Это исключительно справочная величина. Считается, что для печати изображения, которое будет рассматриваться с расстояния порядка 40–45 сантиметров, достаточно разрешения 300 dpi. Исходя из этого, можно рассчитать размер качественного отпечатка имеющегося цифрового изображения или выяснить, какого размера (в пикселях) должно быть изображение, чтобы можно было получить отпечаток требуемого размера. Так, чтобы напечатать на бумаге изображение размером 10 × 15 см (4 × 6 дюймов) с разрешением в 300 dpi, размер исходного изображения должен быть не менее 1200 × 1800 пикселей. Для печати изображения в чёрно-белой газете достаточно разрешения в 50–70 dpi, для полноцветной печати в книге требуется разрешение примерно 120–150 dpi, а для рекламного щита на улице всего 6–10 dpi. Здесь всё определяют особенности восприятия изображения наблюдателем — чем больше картинка, тем с большего расстояния человек можете комфортно воспринимать. Нос большого расстояния невидны мелкие детали цифровые фотографии В наше время повсеместное распространение получила цифровая фотография. К её неоспоримым преимуществам можно отнести простоту процесса съёмки и оперативность получения конечного результата возможность проверки на месте (предпросмотр) качества результата возможность съёмки очень большого количества кадров простота создания панорам и спецэффектов; • возможность обработки сделанных фотографий средствами компьютерной графики простота встраивания фотографий во всевозможные цифровые материалы возможность передачи фотографий по телекоммуникационным сетям или размещения в Интернете. Цифровая фотография — растровое изображение, состоящее из множества цветных точек (пикселей). Её размеропределяется 268 |