Информатика и информация. Лекция 1 Информатика и информация. Понятие информация
 Скачать 370 Kb.
|
Векторная графикаВ отличии от растровой графики, в которой для создания изображений используются большие массивы отдельных точек, в векторной графике изображения строятся с помощью математических описаний объектов, например окружностей, линий. Разумеется, в растровой графике тоже существуют линии, но там они рассматриваются как комбинации точек. Чем длиннее растровая линия, тем больше памяти она занимает. В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку линия представляется в виде формулы, а точнее говоря, в виде нескольких параметров. Что бы мы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии. В основе векторной графики лежат математические представления о свойствах геометрических фигур. Как мы сказали выше, простейшим объектом векторной графики является линия. Поэтому в основе векторной графики лежит прежде всего математическое представление линии. Ключевым моментом векторной графики является то, что она использует комбинацию компьютерных команд и математических формул для описания объектов. Векторную графику называют объектно-ориентированной или чертежной графикой. Простые объекты двумерной графики дуги, линии, эллипсы, окружности, трехмерной графики сферы, кубы и т.п. называются примитивами и используются для создания более сложных объектов. В векторной графике изображения создаются путем комбинации различных объектов. Все объекты имеют атрибуты (свойства). К этим свойствам относятся: форма линии, ее толщина, цвет, характер линии (сплошная, пунктирная и т. п.). Замкнутые линии имеют свойство заполнения. Внутренняя область замкнутого контура может быть заполнена цветом, текстурой. Файлы векторной графики могут содержать несколько различных элементов: наборы векторных команд для создания изображения; таблицы информации о цвете рисунка; данные о шрифтах, которые могут быть использованы на рисунке и т.д. Достоинства векторной графики:Она использует все преимущества разрешающей способности любого устройства вывода, что позволяет изменять размеры векторного рисунка без потерь его качества. Векторная графика позволяет редактировать отдельные части рисунка, не оказывая влияния на остальные (в растровых изображениях пришлось бы редактировать каждый пиксел). Векторные изображения, не содержащие растровых объектов, занимают в памяти компьютера относительно небольшое место (в 10 - 1000 раз меньше, чем его растровый аналог). Недостатки векторной графики:Рисунки часто выглядят достаточно искусственно, так как основным компонентом векторного рисунка является прямая линия, а она в природе встречается достаточно редко. Поэтому до недавнего времени векторная графика использовалась только для технических иллюстраций, чертежей. Возможны проблемы при печати, как правило, сложных рисунков на отдельных типах принтеров из-за того что не все команды могут ими правильно интерпретироваться. Понятие о фрактальной графикеФрактальная графика, как и векторная - вычисляемая, но отличается от нее тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. П  ростейшим фрактальным объектом является фрактальный треугольник. Постройте обычный равносторонний треугольник со стороной а. Разделите каждую из его сторон на три отрезка. На среднем отрезке стороны постройте равносторонний треугольник со стороной, равной a/3 стороны исходного треугольника, а на других отрезках постройте равносторонние треугольники со стороной, равной а/9. С полученными треугольниками повторите те же операции. Вскоре вы увидите, что треугольники последующих поколений наследуют свойства своих родительских структур. Так рождается фрактальная фигура.Фрактальными свойствами обладают многие объекты живой и неживой природы. Обычная снежинка, многократно увеличенная, оказывается фрактальным объектом. Фрактальные алгоритмы лежат в основе роста кристаллов и растений. Взгляните на ветку папоротникового растения, и вы увидите, что каждая дочерняя ветка во многом повторяет свойства ветки более высокого уровня. В отдельных ветках деревьев чисто математическими методами можно проследить свойства всего дерева. А если ветку поставить в воду, то вскоре можно получить саженец, который со временем разовьется в полноценное дерево (это легко удается сделать с веткой тополя). Кодирование цветаПонятие цвета и света в компьютерной графике являются основополагающими. Свет можно рассматривать двояко либо как поток частиц различной энергии (тогда его цвет определяет энергия частиц), либо как поток электромагнитных волн (в этом случае свет определяется длиной волны). В дальнейшем цвет будем рассматривать как поток электромагнитных волн. Из курса физики известно, что белый свет (цвет солнца, лампочки) в действительности состоит из всех цветов радуги. Цвет излучений, длины волн которых расположены в диапазоне видимого света в определенных интервалах вокруг длины какого либо монохроматического излучения, называются спектральными цветами. Пропуская белый свет через призму, получим видимый спектр света красный (red), оранжевый (orange), желтый (yellow), зеленый (green), голубой (blue), синий (indigo) и фиолетовый (violet). Излучения с длинами волн от 380 до 470 нм имеют фиолетовый и синий цвет, от 470 до 500 нм синезеленый, от 500 до 560 нм зеленый, от 560 до 590 нм желто-оранжевый, от 590 до 760 нм красный. Каждый кусочек этого видимого спектра имеет свое уникальное значение, которое и называется цветом. В видимом спектре содержатся миллионы различных цветов, и разница между двумя соседними практически не заметна. Излучаемый свет это свет, выходящий из активного источника (солнца, лампочки, экрана монитора). Отраженный свет это свет "отскочивший" от поверхности объекта. Именно его мы видим, когда смотрим на некоторый предмет, не излучающий своего собственного света. Излучаемый свет может содержать все цвета (белый свет), любую их комбинацию или только один цвет. Излучаемый цвет, идущий непосредственно от источника к глазу, сохраняет в себе все цвета, из которых он был создан. Некоторые волны излученного света (которые воспринимаются нами как цвета) поглощаются объектом, на который они попадают, поэтому глазом воспринимаются только не поглощенные, отраженные волны. Таким образом, некоторые предметы мы видим потому, что они излучают свет, а другие потому, что они его отражают. Белый лист бумаги выглядит белым потому, что он отражает все видимые цвета и ни один не поглощает. Если осветить его синим цветом, бумага будет выглядеть синей. Если осветить белым светом лист красной бумаги, бумага будет выглядеть красной, так как она поглощает все цвета, кроме красного. Если же осветить красную бумагу синим светом, она будет выглядеть черной, так как синий цвет она не отражает. Так как цвет может получиться как в процессе излучения, так и в процессе отражения, то в компьютерной графике существуют два противоположных метода его описания: системы аддитивных и субтрактивных цветов. Аддитивный цвет получается присоединении лучей света разных цветов. В этой системе отсутствие всех цветов дает черный цвет, а присутствие всех цветов белый. Система аддитивных цветов работает с излучаемым светом, например от монитора компьютера. В этой системе используются три основных цвета: красный, зеленый и синий (RGB). Смешивая их в разных пропорциях можно получить любой цвет. В системе субтрактивных цветов происходит обратный процесс: цвет получается, вычитая другие цвета из общего луча света. В такой системе белый цвет соответствует отсутствию всех цветов, тогда как их наличие дает черный цвет. Система субтрактивных цветов работает с отраженным светом, например от листа бумаги. В системе субтрактивных цветов основными являются голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый цвета (Yellow) (CMY) противоположны красному, зеленому и синему. Смешивая эти цвета на белой бумаге должны получить черный цвет, однако типографские краски поглощают цвет не полностью, и поэтому изображение выглядит темно-коричневым. Чтобы исправить возникшую неточность для представления черного цвета принтеры добавляют немного черной краски. Системы цветов, основанные на таком процессе четырехцветной печати, принято обозначать аббревиатурой CMYK. Самой распространенной системой цветов является система RGB. Известная задолго до появления компьютеров, она оказалась наиболее к ним приспособленной, так как монитор компьютера создает цвет излучением света, а экран его состоит из мельчайших точек красного, зеленого и синего цвета, интенсивностью свечения которых можно управлять. Однако, что хорошо для монитора не всегда хорошо при печати. Система CMYK была широко известна задолго до использования компьютеров для создания графических изображений, так как она широко применялась в цветной печати. Преобразование рисунков из системы RGB в систему CMYK сталкивается с рядом проблем. Основная сложность заключается в том, что в разных системах цвета могут меняться. Напомним, что система RGB работает с излучаемым светом, а система CMYK с отраженным; у них различна сама природа получения цветов, и то, что видим на экране монитора, никогда нельзя точно повторить на печати. Процесс преобразования усложняется еще и тем, что необходимо корректировать несовершенство типографских красок добавлением черного цвета. Системы цветов RGB и CMYK базируются на ограничениях, накладываемых аппаратным обеспечением (монитором, типографскими красками). Более интуитивным способом описания цвета является представление его в виде цветового тона, насыщенности и яркости система HSB (или HSL тон, насыщенность, освещенность). Наиболее важный атрибут цвета цветовой тон ассоциируется в человеческом сознании с обусловленностью окраски предмета определенным типом пигмента, краски, красителя. Насыщенность характеризует степень, силу, уровень выражения цветового тона. Этот атрибут в человеческом сознании связан с количеством (концентрацией) пигмента, краски, красителя. Яркость (или освещенность) цвета показывает величину черного оттенка, добавленного к цвету, что делает его более темным. Система HSB больше соответствует природе цвета, но для работы на мониторах и для печати ее надо преобразовывать в другие системы RGB и CMYK, соответственно. Кодирование графической информацииМожно ли закодировать графическую информацию с помощью двоичных кодов? Графическая информация может быть представлена в аналоговой и дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, которые изменяются непрерывно. При дискретном (растровом) представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. Примером аналогового представления графической информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного – изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из точек разного цвета (растровая графика). Как осуществляется дискретизация графического изображения? На первом этапе вертикальными и горизонтальными линиями делят рассматриваемое изображение на клетки одинакового размера. Чем больше при этом получилось клеток, тем меньше будет размер каждой клетки ( она начинает превращаться в «точку») и тем точнее будет передана информация о рассматриваемой картине. На втором этапе записывают в двоичном виде информацию о каждой из клеток, которая должна содержать следующие сведения: номер клетки и ее цвет. Таким образом, применение способа построения по точкам фактически преобразует графическое изображение, представленное в аналоговой форме, в дискретную форму, доступную для дальнейшей обработки компьютером. В процессе кодирования изображения производиться его пространственная дискретизация, которую можно сравнить с мозаикой. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки) и каждому фрагменту присваивается значение его цвета. Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Размер точки. Чем меньше размер, тем выше качество. Количество цветов. Чем больше цветов, тем более качественно изображение. Способы кодирования графической информации С учетом номера клетки; Без учета номера клетки, так как номера клеток идут по порядку. Наиболее экономичный способ. 1 Способ с учетом номера клетки (точки)Задача: Каждая точка в простейшей цифровой фотографии размером 640x480 точек может быть изображена одним из 65000 цветов. При записи фотографии в файл на диск алгоритм сжатия позволяет уменьшить ее размер до 65 %. Определите, сколько килобайт будет занимать этот файл. Решение: Определим общее количество точек составляющих рисунок P: Р=640*480=307200 точек Определим количество информации требуемой для кодирования номера одной точки рисунка. Здесь используется формула K= 2n K= 2n =307200; т.к. 218=262144 и 219=524288 то n=19 бит Определим количество информации требуемой для кодирования цвета n’. Здесь используется формула K= 2n K= 2n =65000; т.к. 215=32768 и 216=65536 то n’=16 бит Определяем размер графического файла без сохранения на диск R’: R’=P*(n+n’)=307200*(19+16)=10752000 бит. Так как от нас требуется вычислить размер графического файла в килобайтах то переводим полученный результат в килобайты. R’=(10752000\8)\1024=1312,5 Кб. Определяем размер графического файла записанного на диск с учетом алгоритмов сжатия. R=(1312,5*65)\100=853,125 Кб. Ответ: Графический файл, сохраненный на диск, будет занимать 853,125 Кб. 2 Способ без учета номера клетки (точки)Считается, что клетки идут по порядку, поэтому их можно не учитывать. Решение: Определим общее количество точек составляющих рисунок P: Р=640*480=307200 точек Определим количество информации требуемой для кодирования цвета. Здесь используется формула K= 2n K= 2n =65000; т.к. 215=32768 и 216=65536 то n’=16 бит Определяем размер графического файла без сохранения на диск R’: R’=P*C=307200*16=4915200 бит. Так как от нас требуется вычислить размер графического файла в килобайтах то переводим полученный результат в килобайты. R’=(4915200\8)\1024=600 Кб. Определяем размер графического файла записанного на диск с учетом алгоритмов сжатия. R=(600*65)\100=390 Кб. Ответ: Графический файл, сохраненный на диск, будет занимать 390 Кб |