Курс лекций Лекция 11. Графические редакторы содержание компьютерная графика 1 1 Растровая графика 2
 Скачать 1.32 Mb.
|
|
Рис. 9. Фрактальное дерево 1.5 Фрактальная графика Фрактал - объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями. Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, к изображениям вне этих классов, фракталы применимы слабо. Фрактал - объект бесконечной сложности, 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. Компьютеры дают возможность строить модели таких бесконечно детализированных структур. Есть много методов создания фрактальных изображений на компьютере. Широко используется метод, известный как Системы Итерируемых Функций (СИФ), с помощью которого создаются реалистичные изображения природных объектов, таких, например, как листья папоротника, деревья, при этом неоднократно применяются преобразования, которые двигают, изменяют в размере и вращают части изображения. В СИФ используется самоподобие, которое есть у творений природы, и объект моделируется как композиция множества мельчайших копий самого себя. Фрактальные изображения с многоцветными завитушками относятся к разряду так называемых фракталов с временным порогом, которые изображаются точками на комплексной плоскости с цветами, отражающими время, требуемое для того, чтобы орбита данной точки перешла («перебежала») определенную границу. Комплексная плоскость - как координатная плоскость с осями x и y. По паре координат точка строится на комплексной плоскости так же, как и точка на плоскости Oxy, но числа имеют другой, необычный смысл: они обладают мнимой компонентой, называемой i, которая равна квадратному корню из -1. (Вот почему i - мнимая единица - в действительности корень из -1 не http://profbeckman.narod.ru/ существует.) Это искажает обычные правила математики, так что такие операции как умножение двух чисел, дают необычные результаты. Рис.10. Фрактал. Математической основой фрактальной графики является фрактальная геометрия. Здесь в основу метода построения изображений положен принцип наследования от, так называемых, «родителей» геометрических свойств объектов-наследников. Слово фрактал образовано от латинского fractus и в переводе означает «состоящий из фрагментов». Оно было предложено математиком Бенуа Мандельбротом в 1975 для обозначения нерегулярных, но самоподобных структур, которыми он занимался. Фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому. Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга. В простейшем случае небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале. Мелкие элементы фрактального объекта повторяют свойства всего объекта. Полученный объект носит название «фрактальной фигуры». Процесс наследования можно продолжать до бесконечности. Таким образом, можно описать и такой графический элемент, как прямую. Изменяя и комбинирую окраску фрактальных фигур можно моделировать образы живой и неживой природы (например, ветви дерева или снежинки), а также, составлять из полученных фигур «фрактальную композицию». Рис. 11. Пример фрактального рисунка. Фрактальная графика, также как векторная и трёхмерная, является вычисляемой. Её главное отличие в том, что изображение строится по уравнению или системе уравнений. Поэтому в памяти компьютера для выполнения всех вычислений, ничего кроме формулы хранить не требуется. Только изменив коэффициенты уравнения, можно получить совершенно другое изображение. Эта идея нашла использование в компьютерной графике благодаря компактности математического аппарата, необходимого для ее реализации. Так, с помощью нескольких математических коэффициентов можно задать линии и поверхности очень сложной формы. Итак, базовым понятием для фрактальной компьютерной графики являются «Фрактальный треугольник». Затем идёт «Фрактальная фигура», «Фрактальный объект»; «Фрактальная прямая»; «Фрактальная композиция»; «Объект-родитель» и «Объект наследник». Следует обратить Ваше внимание на то, что фрактальная компьютерная графика, как вид компьютерной графики 21-го века получила широкое распространение не так давно. Её возможности трудно переоценить. Фрактальная компьютерная графика позволяет создавать абстрактные композиции, где можно реализовать такие композиционные приёмы как, горизонтали и вертикали, диагональные направления, симметрию и асимметрию и др. Сегодня немногие компьютерщики в нашей стране и за рубежом знают фрактальную графику. С чем можно сравнить фрактальное изображение? Ну, например, со сложной структурой кристалла, со снежинкой, элементы которой выстраивается в одну сложную структуру. Это свойство фрактального объекта может быть удачно использовано при составлении декоративной композиции или для создания орнамент. Сегодня разработаны алгоритмы синтеза коэффициентов фрактала, позволяющего воспроизвести копию любой картинки сколь угодно близкой к исходному оригиналу. С точки зрения машинной графики фрактальная геометрия незаменима при генерации искусственных облаков, гор, поверхности моря. Фактически благодаря фрактальной графике найден способ эффективной реализации сложных неевклидовых объектов, образы которых весьма похожи на природные. Геометрические фракталы на экране компьютера - это узоры, построенные самим компьютером по заданной программе. Помимо фрактальной живописи существуют фрактальная анимация и фрактальная музыка. Создатель фракталов - художник, скульптор, фотограф, изобретатель и ученый в одном лице. Вы сами задаете форму рисунка математической формулой, исследуете сходимость процесса, варьируя его параметры, выбираете вид изображения и палитру цветов, то http://profbeckman.narod.ru/ есть творите рисунок «с нуля». В этом одно из отличий фрактальных графических редакторов (и в частности - Painter) от прочих графических программ. Например, в Adobe Photoshop изображение, как правило, «с нуля» не создается, а только обрабатывается. Другой самобытной особенностью фрактального графического редактора Painter (как и прочих фрактальных программ, например Art Dabbler) является то, что реальный художник, работающий без компьютера, никогда не достигнет с помощью кисти, карандаша и пера тех возможностей, которые заложены в Painter программистами. Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты. Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику чаще используют в развлекательных программах. 1.6 Машинное проектирование Среди программ моделирования под Windows безусловным лидером является программа AutoCAD фирмы Autodesk. Это мощная система машинного проектирования, которую иногда рассматривают как электронный кульман, позволяющий: реализовать основные операции по созданию и редактированию линий, дуг и текста; синтезировать 2D- и ЗD-модели; автоматизировать решение многих задач, возникающих в процессе проектирования; адаптировать и настроить систему на конкретные приложения, создавая собственные сценарии и макрокоманды. Такая программа даже способна помочь сформировать бюджет крупных архитектурных и инженерных проектов. Особенностью компьютерных программ данного типа (за исключением, пожалуй, AutoCAD) является их предметная направленность. Поэтому их использование предусматривает знание не только основ компьютерной графики, но и самого предмета проектирования. Поэтому программы класса CAD довольно сложны в освоении и использовании. 2. ГРАФИЧЕСКИЕ РЕДАКТОРЫ Графические редакторы позволяют создавать, сканировать и редактировать картинки на экране. Наиболее известные разработки - Image Editor, Corel Draw, Fotoshop, 3d Studio (трехмерная графика с анимацией) и многие другие. Пакеты деловой и научной графики предназначены для более наглядного изображения информации - диаграмм, графиков на основе таблиц. Как правило, они входят в состав других систем. Среди программ, предназначенных для создания компьютерной двумерной живописи, самыми популярными считаются Painter компании Fractal Design, FreeHand компании Macromedia, и Fauve Matisse. Пакет Painter обладает достаточно широким спектром средств рисования и работы с цветом. В частности, он моделирует различные инструменты (кисти, карандаш, перо, уголь, аэрограф и др.), позволяет имитировать материалы (акварель, масло, тушь), а также добиться эффекта натуральной среды. Программа FreeHand обладает богатыми средствами редактирования изображений и текста, содержат библиотеку спецэффектов и набор инструментов для работы с цветом, в том числе средства многоцветной градиентной заливки. Среди программ для создания изображений на платформе Macintosh стоит отметить пакет для редактирования растровой живописи и изображений PixelPaint Pro компании Pixel Resources. Среди программ компьютерной живописи для графических станций Silicon Graphics(SGI) особое место занимает пакет StudioPaint 3D компании Alias Wavefront, который позволяет рисовать различными инструментами («кистями») в режиме реального времени прямо на трехмерных моделях. Пакет работает с неограниченным количеством слоёв изображения и предоставляет 30 уровней отмены предыдущего действия (undo), включает операции цветокоррекции и «сплайновые кисти», «мазок» которых можно редактировать по точкам как сплайновую кривую. StudioPaint 3D поддерживает планшет с чувствительным пером, что даёт возможность сделать традиционный эскиз от руки, а затем перенести рисунок в трёхмерные пакеты для моделирования или анимации и построить по эскизу трёхмерную модель. http://profbeckman.narod.ru/ 2.1 Photo Pos Pro Image Editor 1.33 Это профессиональная программа для редактирования графических изображений. Кроме стандартных средств работы с графикой, Photo Pos Pro Image Editor предлагает огромное количество различных эффектов, инструментов, образцов градиентов и текстур, которые могут быть применены к вашим изображениям. Есть возможность создания своих графических изображений, применяя к ним доступные эффекты, создавать слои, добавлять текст и т.д. Программа поддерживает практически все известные графические файлы и поддерживает работу с большим количеством сканеров и цифровых фотоаппаратов различных производителей. Бесплатный Image Editor – приложение редактирования растровых изображений, которое позволяет ретушировать существующие фотографии или создавать оригинальную графику. Пакет Image Editor предоставляет сервисные программы и поддержку профессиональной студии дизайна графики. Имеется TWAIN и поддержка импорта с любого сканера. Имеется больший выбор комплекта графических сервисных программ для цифровой фотографии, печатной продукции и веб дизайна. Colour-Science Image Editor – быстрый и эффективный графический редактор. Изображения автоматически корректируются с помощью i2e системы. Характеристики: автоматическое улучшение цвета, контраста и глубины; локальное улучшение яркости в тенях и более осветленных местах; улучшения цветов кожи, неба и цветов растений; управление цветом; различные выводные продукты; редактирование может выполняться с минимальным количеством щелчков и действий; данная программа является идеальной для вас, если вы хотите предварительно просмотреть и редактировать большое количество изображений за маленький период времени. Colour-Science Image Editor используется в коммерческих фотолабораториях для улучшения заказов клиентов, перед печатью. Рис. 12. CorelDRAW X4 под Windows XP. 1. CorelDRAW CorelDRAW – векторный графический редактор, разработанный канадской корпорацией Corel. Текущая версия продукта - CorelDRAW Graphics Suite X4, доступна только для Microsoft Windows. Более ранние версии выпускались также для Apple Macintosh и для GNU/Linux. Последняя версия для GNU/Linux - 9- я версия, выпущенная в 2000. В 2002 вышла последняя 11-я версия для Macintosh. В пакет CorelDRAW Graphics Suite также входит редактор растровой графики Corel PHOTO-PAINT и другие программы, например, для захвата изображений с экрана Corel CAPTURE. Программа векторизации растровой графики Corel TRACE, до 12 версии входила в пакет, как самостоятельная программа. Пакет CorelDraw всегда производит сильное впечатление. В комплект фирма Corel включила множество программ, в том числе Corel Photo-Paint. Новый пакет располагает бесспорно самым мощным инструментарием среди всех программ обзора, а при этом по сравнению с предыдущей версией интерфейс стал проще, а инструментальные средства рисования и редактирования узлов - более гибкими. Однако что касается новые функций, в частности подготовки публикаций для Web, то здесь CorelDraw уступает CorelXara. Работа CorelDraw с цветами CMYK оставляет желать лучшего. Цвета файлов GIF и JPEG заметно отличались от цветов, выводимых для пробного отпечатка Matchprint, в то время как пакет FreeHand воспроизводил одинаковые цвета на экране, в файлах Web и на принтерах. Современные компьютерные видеодисплеи отображают информацию в растровом формате. Для отображения векторного формата на растровом используются преобразователи, программные или аппаратные, встроенные в видеокарту. Кроме этого, существует узкий класс устройств, ориентированных исключительно на отображение векторных данных. К ним относятся мониторы с векторной развёрткой, графопостроители, а также некоторые типы лазерных проекторов. http://profbeckman.narod.ru/ Рис. 13. Примеры работы в программе CorelDRAW Термин «векторная графика» используется в основном в контексте двухмерной компьютерной графики. Преимущества этого способа описания графики над растровой графикой: минимальное количество информации передаётся намного меньшему размеру файла (размер не зависит от величины объекта): можно бесконечно увеличить, например, дугу окружности, и она останется гладкой. С другой стороны, если кривая представлена в виде ломаной линии, увеличение покажет, что она на самом деле не кривая. При увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть постоянной. Параметры объектов хранятся и могут быть изменены т. е. перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшат качества рисунка. Более того, обычно указывают размеры в аппаратно-независимых единицах, которые ведут к наилучшей возможной растеризации на растровых устройствах. Рис. 14. Геометрические примитивы векторной графики. У векторной графики есть два фундаментальных недостатка. Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде. Кроме того, количество памяти и времени на отображение зависит от числа объектов и их сложности. Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет - трассировка растра обычно не обеспечивает высокого качества векторного рисунка. Типичные примитивные объекты: линии и ломаные линии, многоугольники, окружности и эллипсы, кривые Безье; безигоны, текст (в компьютерных шрифтах, таких как TrueType, каждая буква создаётся из кривых Безье). Этот список неполон. Есть разные типы кривых (Catmull-Rom-сплайны, NURBS и т. д.), которые используются в различных приложениях. Также возможно рассматривать растровое изображение как примитивный объект, ведущий себя как прямоугольник. Векторные графические редакторы позволяют вращать, перемещать, отражать, растягивать, скашивать, выполнять основные аффинные преобразования над объектами, изменять z-order и комбинировать примитивы в более сложные объекты. Более изощрённые преобразования включают булевы операции на замкнутых фигурах: объединение, дополнение, пересечение и т. д. Векторная графика идеальна для простых или составных рисунков, которые должны быть аппаратно-независимыми или не нуждаются в фотореализме. К примеру, PostScript и PDF используют модель векторной графики. Векторные графические редакторы позволяют пользователю создавать и редактировать векторные изображения непосредственно на экране компьютера, а также сохранять их в различных векторных форматах, например, CDR, EPS, WMF или SVG. 2.2 Corel Xara 1.5 CorelXara 1.5 - программа нового поколения. Она служит для создания графического изображения на странице за один раз и формирования блока текста за один раз. Программа позволяет выполнять с рисунками, градиентным заполнением, изображениями и диапозитивами такие действия, о которых вы могли только мечтать. Хотя Corel рекламирует CorelXara 1.5 как дополнение к CorelDraw 7 для создания http://profbeckman.narod.ru/ графики Web, но благодаря высокой производительности, средствам для работы с Web и специализированному инструментарию CorelXara превосходит CorelDraw во многих отношениях. Благодаря возможностям масштабирования векторной графики и текстурам растровых изображений двумерные объекты начинают все более напоминать трехмерные. Нарисуйте объект. Наложите текстуру (растровое изображение) или закрасьте его (материал). Определите уровень прозрачности. Затем переместите изображение и отредактируйте по своему вкусу. Интерфейс CorelXara элегантен и прост. Пиктограммы в верхнем ряду обеспечивают доступ к полноцветным визуальным наборам цветов, заполнений, штриховок, растровых изображений, шрифтов и графических вставок (клипартов). CorelXara облегчает управление цветом путем создании семейств связанных оттенков. Измените основной цвет с синего на зеленый, и ваш объект изменит всю гамму оттенков. Заметьте, что CorelXara не содержит специальных инструментальных средств для технических иллюстраций и, кроме того, вы должны самостоятельно вводить текст, поскольку в CorelXara не предусмотрены фильтры импорта для программ обработки текста. Эта программа позволяет размещать несколько строк текста вдоль одной криволинейной направляющей, а её коллекция шрифтов не только содержит их названия, но и показывает гарнитуры. Самое мощное на сегодня инструментальное средство для графики Web - внешний модуль CorelXara для Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer - позволяет непосредственно из браузера увеличивать масштаб изображение до 25000%. Благодаря компактности файла и высокой производительности перед векторной графикой открываются блестящие перспективы в области разработки страниц Web. CorelXara может далеко не все, но в некоторых отношениях эта программа не имеет себе равных. Если вы готовите сложные оригинал-макеты, если только начинаете пользоваться пакетами для рисования или любите работать с прозрачными слоями, CorelXara станет хорошим дополнением к вашему комплекту инструментов. |