Компьютерная графика: Методические указания к самостоятельной работе студентов на практических занятиях по информатике, страница 2

Кроме указанных видов компьютерной графики существует фрактальная графика, она основана на математических вычислениях, в которых базовым элементом является математическая формула, т.е. никакие объекты (точки, линии и т. п.) в памяти компьютера не хранятся, а изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом формируют изображения простейших регулярных структур и сложных иллюстраций, имитирующих природные ландшафты и трехмерные объекты (деревья, траву, скалы, волны и т. п.).

Редактирование графики на компьютере требует множества математи­ческих вычислений и обработки больших объемов информации, поэтому для работы с ней необходим мощный компьютер. Для создания спецэффектов в кинофильмах используется высокопроизводительная графи­ческая рабочая станция, полнометражного компьютерного мультфильма – суперкомпьютер. Особой популярностью в кинобизнесе пользуются графические рабочие станции и суперкомпьютеры фирмы Silicon Graphics Inc.

Компьютерная графика является одной из наиболее быстро развивающихся областей информатики и выступает «локомотивом», тянущим за собой всю компьютерную индустрию.

1. СПОСОБЫ  ПРЕДСТАВЛЕНИЯ  ГРАФИЧЕСКОЙ  ИНФОРМАЦИИ

1.1. Растровая графика

Растровое изображение состоит из множества точек, у каждой из которых могут быть свои цвет и яркость. Точки расположены как в таблице: по строкам и столбцам. Из точек, как в мозаике, получается изображение (рис. 1). Благодаря незначительному размеру точек они не видны или малозаметны, поэтому создается впечатление однородной картины.

Пиксель (сокращение английского словосочетания pictureelement, т. е. элемент картины) – минимальный элемент, из которого состоит растровое изображение.

Растр – совокупность точек, выстроенных в четко заданном порядке. Обычно используется прямоугольный растр, т. е. точки выстраиваются в виде таблицы.

Для хранения растрового изображения в памяти компьютера необходимо хранить информацию о цвете каждого пикселя.

Растровый способ представления изображений используется для хранения фотографий и видеофрагментов.

Редактирование растровой графики заключается в изменении цветов пикселей, это удобно в том случае, когда необходимо изменить мелкие детали
изображения или применить какой-либо визуальный эффект (например, эффект размытого изображения). Однако изображение, представленное в растровом виде, не хранит информацию о форме объектов. Форма получается в сознании человека за счет разницы цветов соседних пикселей, поэтому редактировать форму объектов, представленных растровым способом, достаточно сложно.

1.2. Векторная графика

Другим видом представления графической информации является векторная графика. Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной – линия. Элементами векторной графики являются геометрические фигуры, которые хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и числовых параметров. Например, отрезок задается координатами двух точек, а окружность – координатами центра и радиусом. Из
простых фигур (примитивов) (рис. 2) складываются более сложные. Каждую фигуру можно выполнить определенным цветом. Область, ограниченная несколькими линиями, в зависимости от замысла художника закрашивается каким-либо цветом или особым способом (например, заштриховывается) (рис. 3).

Совокупность геометрических фигур представляет собой какой-либо объект, который имеет определенные параметры, например название, размер, угол наклона. Таким образом, для построения векторного изображения необходимо знать координаты и дополнительные параметры примитивов с их взаимосвязями.

Векторная графика используется для создания иллюстраций и рисунков в издательском деле, карт в компьютерной топографии (геоинформационных системах).

При помощи векторной графики можно задать не только двумерные фигуры, но и трехмерные. Все современные редакторы трехмерной графики являются векторными, и лишь при создании итогового изображения (видеоролика) происходит преобразование его в растровое графическое изображение.

Векторное изображение проще анимировать, поэтому в настоящее время векторная графика используется для создания анимации и компьютерных игр. Например, программа Macromedia Flash, предназначенная для создания анимации на веб-страницах, основана на векторном представлении графики, хотя и может работать с растровыми изображениями.

Так как объекты, изображенные с использованием векторной графики, описываются с помощью математических выражений, то объем файла с изоб­ражением зависит от количества объектов и их сложности.

1.3. Сравнение растровой и векторной графики

Достоинства растровой графики:

можно отразить множество мелких деталей, плавные переходы цветов, нечеткие границы или размытые края объектов, так как каждый пиксель
имеет незначительный размер по сравнению со всем изображением и собствен-
ный цвет;

высокое качество фотореалистичных изображений;

в силу независимости пикселей легко редактировать определенные детали изображения или все изображение в целом (менять цвет, яркость, использовать визуальные эффекты);

проще ввести в компьютер растровую графику, она является «родной» для многих устройств ввода-вывода: монитора, принтера, сканера, цифровой фото- и видеокамеры. Любое изображение, выводимое на монитор или принтер, должно быть представлено в растровом виде.

Недостатки растровой графики:

растровые изображения занимают большой объем памяти, так как растровое изображение состоит из нескольких тысяч, а порой и миллионов пикселей, для каждого из которых необходимо хранить информацию о цвете;

растровое изображение плохо поддается масштабированию. При уменьшении растрового изображения несколько соседних пикселей превращаются в один, что приводит к потери информации, а следовательно, и к потери качества. При увеличении растрового изображения возникает «ступенчатый» эффект,
называемый пикселизацией (рис. 4, а).

 а                                                                    б

Рис. 4. Сравнение растровой (а) и векторной (б) графики

Достоинства векторной графики:

координаты объектов могут быть заданы в любых единицах измерения. Векторные изображения хорошо поддаются редактированию. Если необходимо изменить форму объекта, то достаточно изменить координаты одного или нес­кольких узлов элемента изображения;