Растровая и векторная графика
 Скачать 146 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Московский Государственный Университет Пищевых Производств» Кафедра: «Автоматизированные системы и вычислительная техника» Реферат на тему: «Растровая и векторная графика» Выполнила: Студентка 1-ого курса Группа 12-ТПМ-19 Сударева Вивктория Проверила: Преподаватель Конопленко Е. И. Москва 2012 г. Компьютерная графика — область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для создания изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Развития компьютерной графики началось в 20 веке и продолжается до сегодняшних дней. Именно графика способствовала быстрому росту быстродействию компьютеров. 1940-1970г – это время больших компьютеров (эра до персональных компьютеров). Графикой занимались только при выводе на принтер. В этом период были заложены математические основы. Особенностями этого периода являлось то, что пользователь не имел доступа к монитору, графика развивалась на математическом уровне и выводилась в виде текста, напоминающего на большом расстоянии изображение. Графопостроители появились в конце 60-х годов и практически были не известны. Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе матрицы ламп, можно было получать узоры. В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере. Также программу можно назвать первым графическим интерфейсом, причём она являлась таковой ещё до появления самого термина. В 1971-1985гг. – появились персональные компьютеры, т.е. появился доступ пользователя к дисплеям. Графика резко возросла, но все равно наблюдалось очень низкое быстродействие компьютера. Программы писались на ассемблере. Со временем появилось цветное изображение. Главным событием этого периода было зарождение реальной графики. В 1986-1990гг. – появление технологии мультимедиа. К графике добавились обработка звука и видеоизображения, общение пользователя с компьютером расширилось. В этом периоде произошел резкий скачек в развитии графики: появление диалога пользователя с персональным компьютером. Компьютерная графика делиться на несколько видов: растровую, векторную и фрактальную. Но в своем реферате я расскажу про растровую и векторную графику. Растровая графика Растр – это матрица ячеек, иными словами пиксель. Каждый пиксель имеет свой цвет. Совокупность пикселей различного цвета образует изображение. Для описания расположения пикселей используют различные системы координат. Общим для систем является то, что координаты пикселей образуют дискретный ряд значений. В компьютерных графических системах наиболее широкое распространение получила система целых координат – номеров пикселей с (0, 0) в левом верхнем углу. Растровую графику применяют при разработке мультимедийных и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создаются в вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этого используют отсканированные файлы, картинки, иллюстрации или фотографии. Растровый графический редактор — программа, предназначенная для создания и обработки растровых изображений. Подобные программные продукты нашли применение в работе художников-иллюстраторов, при подготовке изображений к печати типографским способом или на фотобумаге, публикации в интернете. Растровые графические редакторы позволяют рисовать и редактировать изображения на экране компьютера, а также сохранять их в различных форматах. Таких как, например, JPEG и TIFF, позволяющих хранить растровую графику с незначительным снижением качества за счёт использования алгоритмов сжатия с потерями, PNG и GIF, поддерживающими хорошее сжатие без потерь, и BMP, также поддерживающем сжатие (RLE), но в общем случае, представляющем собой несжатое «попиксельное» описание изображения. Основные графические редакторы, в которых используются растровая графика: Paint, Adobe PhotoShop. Характеристики растра. Разрешающая способность характеризуется расстоянием между соединениями пикселей. Разрешающую способность измеряют количеством пикселей на единицу длины. Самой популярной единицей измерения является dpi – количество пикселей в дюйме длины 2.54см. Как говорилось выше, растр измеряется количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Этим можно сказать, что для графики наиболее удобен растр с одинаковым шагом для обеих осей, иными словами dpiX = dpiY. Это удобно для алгоритма вывода графических объектов. Например, если растр прямоугольный (как в устаревших мониторах EGA), окружность на экране может выглядеть как эллипс. Форма пикселей растра может быть разной. Прямоугольной, квадратной, круглой. Прямоугольники и квадраты по размерам равны шагу растра на дисплеях жидкокристаллического экрана, а пиксели круглой формы, по размерам могут и не равняться шагу растра, например на принтерах. Количество цветов – одна из важнейших характеристик растра. Так как количество цветов важная характеристика для любого изображения. Количество используемых цветов имеет зависимость N = 2^k, где N – количество цветов, а k глубина цвета. Способно научным исследованиям человеческих глаз может различать 350000 цветов. Классификация изображений происходит следующим образом: Двухцветные – 1 бит на пиксель. Основные двухцветные изображения – это черно-белые. Полутоновые – это грации серого или иного цвета. Цветные изображения. От 2 пиксель и выше. Глубина цвета 16 бит на пиксель называется High Color, 24 бит на пиксель – True Color. В современных компьютерах 24 бит на пиксель это не предел. Графическая система использует глубину цвета – 32; 48 и более бит на пиксель. Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. При сжатии изображения есть возможность восстановить его в точности таким, каким оно было до сжатия, но также существует возможность, что изображение нельзя будет восстановить. Все зависит от степени сжатия изображения. Например, сжатие без потерь характерно для форматов BMP, GIF, PCX, PNG.А сжатие с потерями характерно для форматов JPEG. Достоинства растровой графики заключаются в том, что: Растровая графика позволяет создать и воспроизвести практически любой рисунок, вне зависимости, в отличии от векторной, где невозможно передать эффект перехода одного цвета к другому без потерь в размере файла. Растровая графика является распространенной. В наше время ее используют от маленьких значков до плакатов. Высокая скорость обработки даже самых сложных изображений. Растровое изображение естественно для большинства устройств ввода и вывода графической информации. Эти устройства: принтер, сканер, цифровые фотоаппараты, факсы, сотовые телефоны, планшеты и так далее. Помимо достоинств есть и недостатки. Отсутствует идеальное масштабирование. Большой размер изображения. Ступенчатый эффект. Как говорилось выше, у растровой графики есть свои минусы. И некоторые из них можно устранить. Ступенчатый эффект особенно заметен для наклонных линий. Устранение этого эффекта называется антиэлайзинг. Для того чтобы линии растрового изображения выглядели более-менее гладкими, нужно цвет угловых пикселей изменить на оттенок промежуточный между цветом объекта и цветом фона. Чтобы подобрать идеальный цвет контура нужно воспользоваться формулой. Если площадь всей ячейки обозначается как S, а часть площади, покрываемой контуром, - Sx, то искомый цвет равен  Методы сглаживания растровых изображений можно разделить на две группы: Алгоритмы генерации сглаженных изображений отдельных простейших объектов (линий, фигур). Методы обработки уже существующего изображения. Для сглаживания растровых изображений используют алгоритмы цифровой фильтрации. Один из таких алгоритмов - локальная фильтрация. Она осуществляется путем взвешенного суммирования яркости пикселей, расположенных в некоторой окрестности текущего обрабатываемого пикселя. Базовая операция такого фильтра может быть представлена в виде следующей зависимости:  P – значение цвета текущего пикселя. F – новое значение цвета пикселя. K –- нормирующий коэффициент. M – двумерный массив коэффициентов, который определяет свойства фильтра. Такой массив называется маской. Размеры окна фильтра: по горизонтали jmax - jmin + 1, по вертикали imax - imin + 1. На практике наиболее часто используется фильтр с окном 3х3, который получается при imin = -1 и imax = +1. Дизеринг это воссоздание тысячи цветов для каждого пикселя. Современные растровые дисплеи достаточно качественно отображают миллионы цветов, благодаря чему можно отображать цветные фотографии. Но для устройств, которые печатают на бумаге, положение совсем иное. В любом журнале мы видим иллюстрацию. Но если взять лупу и присмотреться, то мы заметим, что изображение состоит из маленьких кружков или прямоугольников которую составляют смесь цветов. Чем четче изображение, тем меньше эти точки и расстояние между ними. Для устройств печати на бумаге проблема количества красок очень важна. В полиграфии для цветных изображений используют три цветные краски и одну черную, что в смеси дает восемь цветов. Если графическое устройство не воссоздает достаточное количество цветов, тогда используют растрирование, т.е. изображение создается многими штрихами, причем полутоновые градации реализованы или штрихами различной толщины на одинаковом расстоянии, или штрихами одинаковой толщины с переменной густотою расположения. Если на плоскости густо расположить маленькие разноцветные точки, то будет создан эффект закрашивания плоскости некоторым усердным цветом. Но если эти точки увеличить, то иллюзия пропадет. В графике эти методы часто используются. Они позволяют увеличить количество оттенков цветов за счет снижения пространственного разрешения растрового изображения. Векторная графика. Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия. Векторная графика это способ представления объектов и изображений в компьютерной графике с помощью геометрических объектов. Не только таких объектов как линия, но и таких как сплайны и многоугольники. Вообще векторной графикой называют изображение, состоящее из линий и объектов, внутренне реализованных с помощью соответствующих математических уравнений. Дискретизация позволяет создавать произвольные векторные контуры из элементарных кривых, построенных на основе какой либо формулы. Размеры файлов векторных изображений скромны, а объекты рисунка сохраняют пропорции при изменении размера изображения. Линии и формы при выводе на печать или экран будут выглядеть гладко и ровно вне зависимости от масштаба. Это важно для дизайнеров, которым необходимы четкие и однозначно определенные рисунки. Что касается линии, так она описывается как математически единый объект, поэтому объем данных отображающих объектом средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике. Линия – это объект векторной графики. Линия может быть прямой или кривой; может иметь разную толщину; может быть разноцветной; может быть сплошной или пунктирной. Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами или выбранным цветом. Незамкнутая линия, ограниченная двумя точками, называемыми узлом. Узлы имеют свойства, влияющие на форму конца линии и характеризующие сопряжения с другими объектами. Все объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Для создания изображения векторного формата, отображаемого на растровом устройстве, используются программные или аппаратные преобразователи встроенные в видеокарту. Большинство современных компьютерных видеодисплеев предназначены для отображения информации в растровом формате. Кроме этого, существует узкий класс устройств, ориентированных на отображение векторных данных. К ним относятся: мониторы с векторной развёрткой, графопостроители, и некоторые типы лазерных проекторов. Термин «векторная графика» используется в основном в контексте двухмерной компьютерной графики. Векторная графика храниться в форматах WMF, EPS, DXF, CGM. Векторную иллюстрацию можно представить в виде структуры, где верхним элементом является конечно же – изображение. Следующий уровень иерархии – объекты, из которых состоят изображения. Следующий уровень – сегменты. Они являются кирпичиками для построения контуров. Начало и конец каждого сегмента – узлы. Векторные графические редакторы позволяют пользователю создавать и редактировать векторные изображения на экране компьютера, а также сохранять их в различных векторных форматах, например: CDR, AI, EPS, WMF или SVG. Основные инструменты векторных редакторов. Кривые Безье — позволяют создавать прямые, ломаные и гладкие кривые, проходящие через узловые точки, с определёнными касательными в этих точках. Заливка — позволяет закрашивать ограниченные области определённым цветом. Текст создаётся с помощью соответствующего инструмента, а потом преобразуется в кривые, чтобы обеспечить независимость изображения от шрифтов, имеющихся на компьютере, используемом для просмотра. Набор геометрических примитивов. Карандаш — позволяет создавать линии «от руки». При создании таких линий возникает большое количество узловых точек, от которых в дальнейшем можно избавиться с помощью «упрощения кривой». Основные графические редакторы, в которой используется векторная графика: Corel Draw, Adobe Illustrator. Характеристика векторной графики. Достоинства векторной графики. Удобство пользования векторной графики для изображений, состоящих из элементов, которые можно разложить на простейшие. Векторные изображения легко масштабируются и поддаются различного рода манипуляциям. Векторные изображения легко адаптируются к различным устройствам вывода и могут преобразовываться в другие векторные форматы, но в этом случае есть возможность появления проблем, связанных с использованием программ разных алгоритмов и математики при построении одних и тех же объектов. Векторная графика в плане объема очень экономна. Это характеризуется тем, что сохраняется не само изображение, а координаты опорных и управляющих точек; используя которые, программа всякий раз воссоздает изображение. Объекты векторной графики трансформируются и ими легко манипулировать, так что не оказывается никакого влияния на качество изображения. Изображение всегда выглядит настолько качественно, насколько это возможно. Важным преимуществом программ векторной графики является развитая интеграция векторных изображений и текста, единый подход к ним, и как следствие, — возможность создания конечного продукта в отличие от программ точечной графики. Поэтому редакторы векторной графики незаменимы в области дизайна, технического рисования, для чертежнографических и оформительских работ. Недостатки векторной графики. Использования для передачи сложных изображений. Визуализация векторных изображений требует больше времени, чем растрового файла такой же сложности, поскольку каждый элемент изображения должен быть воспроизведен отдельно и в определенной последовательности. Программная зависимость, так как не существует возможности создать единый стандартный формат, который бы позволял свободно открывать любой векторный документ в любой векторной программе. Векторный принцип описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации, как это делает сканер или цифровая фотокамера для точечной графики. Программные средства для работы с векторной графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций, а потом уже для их обработки. Такие средства широко используют: в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Работы, которые нужно оформлять, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики намного проще. При редактировании векторной графики в первую очередь изменяется форма объекта, а цвет играет второстепенную роль. Векторные изображения используются для отображения объектов с четкой границей и ясными деталями (Например: шрифтов, логотипов, графических знаков, орнаментов, декоративных композиций в рекламе и полиграфической продукции). Сравнительная характеристика растровой и векторной графики. Способ представления изображения: Элементарный объект в растровой графике это пиксель, а в векторной графике контур и внутренняя область. Кроме этого растровое изображение строится из множества пикселей, а векторное изображение описывается в виде последовательности команд. Представление объектов реального мира: Растровые рисунки эффективно используются для изображения реальных образов; что касается векторной графики, так она не позволяет получать изображения фотографического качества. Качество редактирования изображения: При масштабировании и вращении растровых картинок появляются искажения, а векторные изображения могут быть легко преобразованы без потери качества Особенности печати изображения: Растровые рисунки легко печатаются на принтерах, а векторные рисунки не печатаются или выглядят на бумаге не так, как хотелось бы. Отличия векторных редакторов: Векторные редакторы более пригодны для создания разметки страниц, типографики, логотипов, иллюстраций, технических иллюстраций, создания диаграмм и составления блок-схем. Растровые редакторы больше подходят для обработки и ретуширования фотографий, создания фотореалистичных иллюстраций, коллажей, и создания рисунков от руки с помощью графического планшета. Литература. Ч. А. Кариев, Масштабируемая векторная графика (Scalable Vector Graphics) (бесплатный курс), 07.11.2007 http://flashmaker.8m.com/help/html/02basics2.html Мельниченко В.В; Легейда В.В настоящий самоучитель компьютерной графики Киев «ВЕК+», Санкт-Петербург «Корона принт», Киев «НТИ» 2005 Виктор Пореев Компьютерная Графика - Спб.: БВХ – Петербург 2002 Никулин Е. А. Компьютерная геометрия и алгоритмы машинной графики. — СПб: БХВ-Петербург, 2003. — 560 с. — 3000 экз. — ISBN 5-94157-264-6 Компьютер рисует фантастические миры (ч.2) // Компьютер обретает разум = Artificial Intelligence Computer Images / под ред. В.Л. Стефанюка. — М.:Мир, 1990. — 240 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-03-001277-X (рус.); 7054 0915 5 (англ.) Дональд Херн, М. Паулин Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL = Computer Graphics with OpenGL. — 3-е изд. — М.: «Вильямс», 2005. — С. 1168. — ISBN 5-8459-0772-1 |