Компьютерные технологии. Компьютерные технологии в экологии и природопользовании
 Скачать 8 Mb.
|
|
– способ расположения неполной набранной строки (например, заголовка) относительно вертикальных границ полосы набора. Строки могут быть выровнены по левому краю, при этом строка занимает не всю отведенную для неё ширину, оставляя свободное пространство справа (выключка влево); по правому краю при неровном левом (выключка вправо) или по обоим краям (полная выключка). Совпадение середины каждой строки с центральной осью полосы или колонки набора при неровных 24 боковых краях называется выключка по центру. Набор, выключенный по одному краю и неровный с другого, называется флаговым. Разумеется, выравнивание не имеет смысла для отдельных символов, это атрибут абзаца. Для текста любого типа выравнивание может быть задано для каждого абзаца отдельно. Рис. 11. Интерлиньяж (по Филиппович, 2012) Атрибуты текста: а – литера; б – кегельная площадка; в – кегль; г – базовая линия шрифта; д – высота прописного знака; е – высота строчного знака; ж – межбуквенный просвет; з – полуапрош; и – интерлиньяж. Структура букв шрифта: 1 – основной штрих; 2 – соединительный штрих; 3 – засечка; 4 – верхний выносной элемент; 5 – нижний выносной элемент; 6 – 13 – структурно-декоративные элементы литер Виды компьютерных шрифтов Растровые шрифты. Изображение символов шрифта (как и любое другое) на экране дисплея является растровым изображением, т.е. состоит из окрашенных в разные цвета точек, или пикселей (pixels). В случае текста таких цветов только два – цвет символа и цвет фона. Если условно обозначить точку, окрашенную в цвет символа, единицей, а в цвет фона – нулем, любой изображаемый на экране символ можно представить в виде прямоугольной таблички из нулей и единиц – битовой карты (bitmap). Bitmap-шрифт является наиболее удобным для отображения на экране с точки зрения скорости прорисовки и затрат ресурсов компьютера на обработку. Однако размеры символов на экране могут изменяться – следовательно, для одной гарнитуры необходимы bitmap-шрифты нескольких размеров. 25 Векторные шрифты.В векторных шрифтах каждый символ представлен в виде совокупности геометрических примитивов – обычно отрезков прямых и дуг окружности, заданных своими координатами относительно «точки привязки» (origin point) символа. Масштабирование векторного шрифта производится простым умножением всех координат на соответствующий множитель. Однако для прорисовки шрифтов с качеством, пригодным для полиграфии, в векторных шрифтах понадобилось бы слишком большое количество элементов, образующих контуры букв с переменной толщиной, – эти контуры пришлось бы «набирать» из множества тонких линий. В настоящее время векторные шрифты используются только в некоторых программах, связанных с подготовкой чертежей. Контурные шрифты.Более эффективным решением проблемы является использование так называемых «outline» (контурных) шрифтов. При необходимости отобразить на том или ином устройстве символ какого-то конкретного размера битовая карта для данного символа и данного кегля строится путем «заполнения» контуров буквы точками, размер которых соответствует разрешению устройства вывода, т.е. производится растрирование нужного символа на соответствующее разрешение. Для запоминания кривых, очерчивающих границы символов, используют разбиение кривой (или ломаной) линии на участки и замену получившихся фрагментов кривых полиномами второй или третьей степени (Филиппович, 2012). М ЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Векторная графика Векторная графика – вид компьютерной графики, в которой изображение представляется в виде совокупности отдельных объектов, описанных математически. Хотя на первый взгляд это может показаться сложнее, чем использование растровых массивов, но для некоторых видов изображений использование математических описаний является более простым способом. Ключевым моментом векторной графики является то, что она использует 26 комбинацию компьютерных команд и математических формул для объекта. Это позволяет компьютерным устройствам вычислять и помещать в нужном месте реальные точки при рисовании этих объектов (Балыкина и др., 2008). Принципы векторной графики основаны на математическом аппарате и имеют целью построение линейных контуров, составленных из элементарных кривых. Векторная графика описывает изображения с использованием прямых и изогнутых линий, называемых векторами, а также параметров, описывающих цвета и расположение. В векторной графике простые векторные объекты, из которых строятся изображения, называются графическими примитивами (прямая линия, дуга, эллипс, окружность, прямоугольник) и используются при создании более сложных объектов. Основным логическим элементом векторной графики является геометрический объект. В качестве объекта принимаются примитивы, составные фигуры или фигуры, построенные из примитивов, цветовые заливки, в том числе градиенты. Для создания объектов примитивов используются простые описания. Прямая линия, дуги, окружности, эллипсы и области однотонного или изменяющегося света – это двухмерные рисунки, используемые для создания детализированных изображений. В трехмерной компьютерной графике для создания сложных рисунков могут использоваться такие элементы, как сферы, кубы. Линия – это элементарный объект векторной графики. Любой сложный объект можно разложить на линии, прямые или кривые. Поэтому часто векторную графику называют объектно-ориентированной. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Например, объект четырехугольник можно рассматривать как четыре связанные линии. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием или стилем (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии имеют свойство заполнения – цветом, текстурой, узором и т.п. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом. Каждая незамкнутая линия имеет 2 вершины, называемые узлами. С помощью узлов можно соединять линии между собой. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму 27 конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике. При редактировании элементов векторной графики изменяются параметры прямых и изогнутых линий, описывающих форму этих элементов. Можно переносить элементы, менять их размер, форму и цвет, но это не отразится на качестве их визуального представления. Масштабирование в любую сторону осуществяется без потери качества, так как увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением соответствующих коэффициентов в математических формулах. 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 заполняемости. Для компьютера подобные описания представляются в виде команд, каждая из которых определяет некоторую функцию и ее параметры. Пример: рисовать линию от точки А до точки В. Информация о цвете объекта сохраняется как часть его описания, т. е. в виде векторной команды. Различные векторные форматы обладают различными цветовыми возможностями. Простейшие форматы, которые могут не содержать вообще никакой информации о цвете, используют цвет по умолчанию тех устройств, на которые они выводятся, другие форматы способны сохранять данные о полном 32-битном цвете. Какую бы цветовую модель ни применял векторный формат, на размер файла он не влияет. В обычных векторных объектах значение цвета относится ко всему объекту в целом. Цвет объекта хранится в виде части его векторного описания (Балыкина и др., 2008). Векторные команды сообщают устройству вывода о том, что необходимо нарисовать объект, используя максимально возможное число элементов (видеопикселей, или точек). Чем больше элементов используется устройством вывода для создания объекта, тем лучше этот объект выглядит. Команды, описывающие векторные объекты, большинству пользователей, возможно, никогда 28 не придется увидеть. Определять, как описывать объекты, будет компьютерная программа, которая используется для подготовки векторных объектов. Для создания векторных рисунков необходимо использовать один из многочисленных иллюстрационных пакетов. Важным объектом векторной графики является сплайн. Сплайн – это кривая, посредством которой описывается та или иная геометрическая фигура. На сплайнах построены современные шрифты TrueType и PostScript (Балыкина и др., 2008). Файлы векторной графики могут содержать растровые изображения в качестве одного из типов. Большинство векторных редакторов позволяют только разместить растровое изображение в векторной иллюстрации, изменить его размер, выполнить перемещение, поворот, обрезку, но не дают возможности работать с отдельными пикселями, так как объектом (примитивом) здесь является весь растровый фрагмент в целом. Векторное изображение можно строить вручную путем создания и объединения простейших контуров либо получать путем трассировки (векторизации) растровых изображений. Перед использованием векторного изображения очень часто выполняется операция перевода векторного изображения в растровое. Такая операция называется растрированиемизображения. Векторный формат более компактный, но он совершенно не пригоден для хранения фотографических изображений. В этом формате задавать их математически было бы очень громоздко. Ведь каждый мельчайший блик в этом случае будет представляться не совокупностью одноцветных точек, а сложнейшей математической формулой или совокупностью графических примитивов, каждый из которых является формулой. Это приводит к утяжелению файла. А вот рисунки и чертежи гораздо удобнее и практичнее делать именно в векторном виде. Основными достоинствами векторной графики являются: Изменение масштаба без потери качества и практически без увеличения размеров исходного файла. Масштабирование, поворот, искривление могут быть сведены к паре-тройке элементарных преобразований над векторами. В тех областях графики, где важное значение имеет сохранение ясных и четких контуров, 29 например, в шрифтовых композициях, в создании логотипов и прочее, векторные программы незаменимы. Небольшой размер файла по сравнению с растровыми изображениями; это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые, программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик почти не увеличивает размер файла. Огромная точность (до сотой доли микрона) и высокое качество печати. Отсутствие проблем с экспортом векторного изображения в растровое. Возможность редактирования каждого элемента изображения в отдельности. Основными недостатками являются: Сложность экспорта из растрового в векторный формат. Векторизация приводит к наследованию последним невозможности корректного масштабирования в большую сторону. От увеличения линейных размеров количество деталей или оттенков на единицу площади больше не становится. Это ограничение накладывается разрешением вводных устройств (сканеров, цифровых фотокамер и др.). Векторные рисунки состоят из различных команд, посылаемых от компьютера к устройствам вывода (принтеру). Принтеры содержат свои собственные микропроцессоры, которые интерпретируют эти команды и пытаются их перевести в точки на листе бумаги. Иногда из-за проблем связи между двумя процессорами принтер не может распечатать отдельные детали рисунков. В зависимости от типов принтера случаются проблемы, и у вас может оказаться чистый лист бумаги, частично напечатанный рисунок или сообщение об ошибке. Невозможность применения обширной библиотеки эффектов, используемых при работе с растровыми изображениями. Природа избегает прямых линий. К сожалению, они являются основными компонентами векторных рисунков. До недавнего времени это означало, что уделом векторной графики были изображения, которые никогда не старались выглядеть естественно, например, двухмерные чертежи и круговые диаграммы, созданные 30 специальными программами САПР, двух- и трехмерные технические иллюстрации, стилизованные рисунки и значки, состоящие из прямых линий и областей, закрашенных однотонным цветом (Балыкина и др., 2008). Математические основы векторной графики В основе векторной графики лежат математические представления о свойствах геометрических фигур. Простейшим объектом векторной графики, как уже было сказано, является линия. Поэтому в основе векторной графики лежит, прежде всего, математическое представление линии. Рассмотрим подробнее способы представления различных объектов в векторной графике. Точка. Это объект на плоскости, который задается двумя числами (x, y), определяющими ее положение относительно начала координат. Прямая линия.Известно, что для задания прямой линии достаточно двух параметров. Обычно график прямой линии описывается уравнением y=kx+b. Зная параметры k и b, всегда можно нарисовать бесконечную прямую линию в известной системе координат. Отрезок прямой. Он отличается тем, что требует для описания еще двух параметров – например, координат x 1 и х 2 начала и конца отрезка. Кривая второго порядка.К кривым второго порядка относятся параболы, гиперболы, эллипсы, окружности и другие линии, уравнения которых не содержат степеней выше второй. Отличаются кривые второго порядка тем, что не имеют точек перегиба. Самая общая формула кривой второго порядка может выглядеть, например, так: x 2 +a 1 y 2 +a 2 xy+a 3 x+a 4 y+a 5 =0. Таким образом, для описания бесконечной кривой второго порядка достаточно пяти параметров. Если требуется построить отрезок кривой, понадобятся еще два параметра. Прямые линии являются всего лишь частным случаем кривых второго порядка. 31 Кривая третьего порядка.Отличительная особенность этих более сложных кривых состоит в том, что они могут иметь точку перегиба. Например, график функции у=x 3 имеет точку перегиба в начале координат. Именно эта особенность позволяет сделать кривые третьего порядка основой отображения природных объектов в векторной графике. Например, линии изгиба человеческого тела весьма близки к кривым третьего порядка. В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать так: x 3 +a 1 y 3 +a 2 x 2 y+a 3 xy 2 +a 4 x 2 +a 5 y 2 +a 6 xy+a 7 x+a 8 y+a 9 =0. Таким образом, кривая третьего порядка описывается девятью параметрами. Описание ее отрезка потребует на два параметра больше. Все прямые и кривые второго порядка (например, окружности или эллипсы) являются частными случаями кривых третьего порядка. Кривые Безье. Рисовать кривую третьего порядка по заданным коэффициентам ее уравнения – трудоемкая задача. Для упрощения этой процедуры в векторных редакторах применяют не любые кривые третьего порядка, а их особый вид, называемый кривыми Безье. Отрезки кривых Безье – это частный случай отрезков кривых третьего порядка. Они описываются не одиннадцатью параметрами, как произвольные отрезки кривых третьего порядка, а лишь восемью, и потому работать с ними удобнее. Метод построения кривой Безье основан на использовании пары касательных, проведенных к линии в точках ее окончания (рис. 12). Для построения кривой требуется 4 контрольные точки. Но кривая физически проходит только через две из них – опорных. Одна из этих точек называется начальной, а другая – конечной. Две точки остаются в стороне, они получили название управляющих. Для того чтобы их не «потерять», в программах векторной графики управляющие точки соединяются с опорными точками линией (Васильев, Морозов, 2005). 32 Рис. 12. Кривая Безье (по Васильев, Морозов, 2005). В программах векторной графики возможно интерактивное перемещение опорных и управляющих точек. Если перемещаются начальная или конечная точки, то кривая станет соответствующим образом изменяться (вытягиваться или сжиматься). Перемещение управляющих точек изменяет кривизну соответствующей части кривой Безье. Таким образом, с помощью перемещения этих четырех точек получают неограниченное количество форм кривой Безье, которая может быть лишь одним отдельным сегментом сложного векторного контура. В каждом сегменте можно добавлять опорные точки, которые тоже позволяют изменять форму кривой. На форму линии влияет угол наклона касательной и длина ее отрезка. Таким образом, касательные играют роль виртуальных «рычагов», с помощью которых управляют кривой. Растровая графика Минимальной единицей растровой графики является мелкий элемент – пиксель. Растровые изображения напоминают лист клетчатой бумаги, на которой каждая клетка закрашена каким-либо цветом, образуя в своей совокупности рисунок. Как можно заметить, принцип растровой графики чрезвычайно прост и понятен. Люди использовали отдаленное понятие растровой графики ещё задолго до создания портативного компьютера, ярким примером такого использования могут послужить мозаичные витражи либо схемы вышивки. 33 Рис. 13. Растровое изображение В компьютерной графике термин пиксель обозначает достаточно большое количество понятий, таких как: Наименьший элемент на мониторе компьютера. Отдельный элемент растрового изображения. Точка изображения, напечатанного на принтере. Таким образом, для избегания путаницы нам необходимо внести ясность и определить некий перечень терминов, которые мы и будем использовать в нашей дальнейшей работе. Видеопиксель – наименьший элемент изображения на мониторе, либо экране. Пиксель (px) – отдельный элемент растрового изображения. Точка – наименьший элемент, создаваемый принтером при печати изображения. Важно понимать, что для воссоздания одного пикселя могут использоваться несколько видеопикселей либо точек. У растрового изображения существует несколько характеристик. Самыми важными следует считать: разрешение, размер и цветовая модель. В некоторых случаях среди пользователей происходит путаница понятий размера и разрешения. Дабы избежать возможных проблем, следует четко понимать принципиальную разницу этих определений. 34 Разрешение – это количество пикселей на дюйм – для описания изображения на экране либо точек на дюйм – в случае с печатным изображением. Размер – общее количество пикселей в изображении, зачастую измеряется в мегапикселях (Мп). Данный параметр есть не что иное, как произведение количества пикселей по высоте на количество пикселей по ширине. Таким образом, если мы имеем изображение величиной 800 х 600, то его размер будет 800 х 600 = 480 000 пикселей, или 0,48 Мп. Цветовая модель – характеристика изображения, описывающая его представления на основе цветовых каналов. Одни из наиболее часто применяемых цветовых моделей это: RGB, CMYK, HSB, LAB. Более подробно они были рассмотрены в этой главе ранее. |