Види компютерної графіки та їх суть
 Скачать 0.8 Mb.
|
Компютерна графіка- область діяльності, що вивчає створення та способи збереження і обробки зображень за допомогою ЕОМ. Інтерактивна графіка – область діяльності, що вивчає питання динамічного управління з боку користувача, форми зображення, розміру і кольору, що виводяться на екран за допомогою інтерактивних засобів взаємодії. Також графіці виділяють розділи, які вивчають методи з обробки зображень на площині – 2Д і 3Д графіка. Трьохмірне зображення відрізняється від двомірного тим, що будується в деякій 3мірній площині, яка являє собою обємну модель в фізичному просторі. Для отримання 3мірного зображення потрібно побудувати об’єкти на площині а потім візуалізувати їх шляхом проведення проекції, з врахуванням освітлення. Розріняють векторну, растрову і фрактальну графіку. Растрова графіка.Основним елементом растрового зображення є точка (крапка). Якщо зображення екранне, то ця точка називається пікселем. У залежності від того, на яку графічну розподільчу здатність екрану налаштована операційна система комп’ютера, на екрані можуть розміщуватись зображення, які мають 640х480, 800х600, 1024х768 і більше пікселів. З розміром зображення безпосередньо пов’язана його розподільча здатність. Цей параметр вимірюється в точках на дюйм (dots per inch — dpi). При друці розподільча здатність повинна бути набагато вище. Другий недолік растрових зображень пов'язаний з неможливістю розглянути деталі. деталей при збільшенні растрового зображення роздивитись не вдається. Більше того, збільшення точок растру візуально спотворює ілюстрацію і робить її грубою. Цей ефект називається пікселізацією. Векторна графіка. У векторній графіці основним елементом зображення є лінія. Відповідно, чим довша растрова лінія, тим більше пам'яті вона займає. У векторній графіці обсяг пам'яті, який займає лінія не залежить від розміру лінії, оскільки лінія представляється у вигляді формули. Що б ми не робили з цією лінією, міняються тільки її параметри, які зберігаються в пам'яті. Як усі об'єкти, лінії мають властивості. До цих властивостей відносяться: форма лінії, її товщина, колір, характер лінії. Замкнуті лінії мають властивість заповнення. На практиці засоби векторної графіки використовують для оформлювальних, креслярських і проектно-конструкторських робіт.У векторній графіці достатньо складні композиції займають невеликий обсяг.При необхідності зображення можна збільшувати до найдрібніших деталей. Фрактальними властивостями володіють багато об'єктів живої і неживої природи. Звичайна сніжинка при збільшенні виявляється фрактальним об'єктом. Фрактальні алгоритми лежать в основі росту кристалів і рослин. Властивість фрактальної графіки моделювати образи живої природи шляхом, що можна обчислити, часто використовують для автоматичної генерації незвичних ілюстрацій. 2.Задачі комп’ютерної графіки Комп'ютерна графіка - це наука , один з розділів інформатики , що вивчає способи формування та обробки зображень за допомогою комп'ютера. Основними галузями застосування комп'ютерної графіки вважаються: 1 . Відображення інформації . 2 . Проектування . 3 . Моделювання . 4 . Створення інтерфейсу користувача. Більшість сучасних графічних систем використовують принцип конвеєрної архітектури. Побудова деякого зображення на екрані монітора відбувається поточечно , причому кожна точка проходить деякий фіксований цикл обробки . Спочатку перша точка проходить перший етап цього циклу , потім переходить на другий етап , в цей час друга точка починає проходження першого етапу обробки і так далі , тобто будь-яка графічна система паралельно обробляє кілька точок формованого зображення . Такий підхід дозволяє істотно зменшити час обробки всього зображення в цілому , причому , чим складніше зображення , тим більше виходить виграш у часі . Конвеєрна архітектура застосовується для графічних систем як на програмному , так і на апаратному рівні. На вхід такого конвеєра потрапляють координати фізичної точки реального світу , а на виході виходять координати точки в системі координат екрану і її колір. У розглянутому циклі обробки точки можна виділити кілька етапів , основними з них є наступні: 1 . Геометричні перетворення. 2 . Відсікання . 3 . Проекція . 4 . Зафарбовування . 3. Поняття візуалізації, обробки та розпізнавання Компютерна графіка включає в собі візуалізацію, обробку і розпізнавання зображень в ЕОМ. Візуалізація- спосіб створення зображення. Візуалізація виконується виходячи з опису того, що треба відображати. Існує багато методів та способів візуалізації. Наприклад, відображення лише того що може бути в уяві людини, або того що є вимислом в комп’ютерних іграх. Обробка – це перетворення готових зображень.Наприклад – підвищення контрасту. Чіткості, корекція кольору, згладжування. Усунення дефектів. Як матеріал для обробки використовуються скановані зображення, цифрові фотографії, штучно створені зображення. Розпізнавання зображень використовується для одержання опису об’єктів, представлених зображенням. Наприклад – офісні системи розпізнавання текстів, програми векторизації. 4. Способи візуалізації, їх переваги та недоліки Найбільше відомі два способи візуалізації: векторний і растровий. Растрова візуалізація ґрунтується на представленні зображення на екрані у вигляді великої сукупності малих точок – пік селів. Разом пік селі утворюють растр. Векторна візуалізація – створення зображення на екрані за допомогою малювання суцільних ліній - прямих чи кривих. Якість векторної візуалізації обумовлюється точністю виведення і обширною номенклатурою базових графічних примітивів – ліній, дуг, еліпсів. В памяті вони зберігаються як база даних, яка містить відомості про їх властивості – кольори, розміри, форму. Переваги векторного способу-1)можливість редагувати зображення додаванням нових примітивів, зміни параметрів вже існуючих примітивів.2)можливість масштабувати зображення без втрати якості. 3)невеликі обсяги памяті, займані інформацією про зображення. Недоліки векторного способу-1)мала швидкість виводу на растрові пристрої зчитування.2) обмежені можливості у відображенні реалістичних фотографій.3) проблеми сумісності при переносі векторного зображення на інші програмні пакети. Переваги растрового способу-більше поширення растрових принтерів і моніторів, растрове зображення швидше ніж векторне, підходить для відображення багатобарвних реалістичних малюнків. Недоліки-растрові зображення займають великі обсяги памяті, їх складніше редагувати. Обмежена можливість редагування і масштабування.
Існує багато різноманітних пристроїв для виведення зображень: піряні графобудівники, точечно матричні, Струйні, лазерні друкувальні пристрої, растрові дисплеї на променевій трубці, рідкокристалічні дисплеї. Найбільш часто використовують для відображення відео монітор, основу якого складає елекрично-променева трубка. У кольоровій ЕПТ розташовані три електронні пушки, по одній на кожний основний колір – червоний, зелений і синій.елетронні пушки об’єднуються в блоки, що відповідають групам кольорів. Для регулювання яскравості лінії використовується керуючий електрод. Чим вища напруга на ньому, тим менша інтенсивність яскравості лампи. З усіх дисплеїв на ЕПТ найпростіше побудовано дисплей на запам’ятовуючій ЕПТ з прямим копіюванням зображення. Запамтовуюча ЕПТ – це ЕПТ, покрита люмінофором із тривалим часом післясвітіння. Лінія залишаєься видимою протягом тривалого часу. Дисплей на запам’ятовуючій трубці – векторний дисплей. Це значить, що еом обробляє зображення у вигяді набору координат вузлових точок, по яких рухається електронний промінь.растровий дисплей – це матриця дискретних точок, кожна з яких може бути підсвічена. Інформація про стан кожної точки міститься в спец памяті – буфері коду. Дисплеї на ЕПТ мають низку переваг, але в них великі габарити, і високе енергоспоживання. Їм на зміну пришли рідкокристалічні дисплеї. Рідкі кристали-органічні речовини, які під дією електричного потенціалу переходять з рідкого в аморфний стан. Вони виконують роль клапана, що пропускає або не пропускає світло.Для керування пік селями на внутрішню поверхню обкладинок наносяться тонкошарові прозорі електроди. На передні вертикальні електроди подається напруга, що відповідає потрібній кількості пік селів рядка. У місцях перетинання вертикальних і горизонтальних провідників створюється різниця потенціалів, що змінює стан РК. Зображення виводиться шляхом почергову ванного засвічення рядків пік селів. 6.Фізична і психофізіологічна природа кольору Сприйняття кольору людиною має фізичну і психофізіологічну природу. Зорова система людини сприймає як видиме світло електромагнітну енергію з довжиною хвиль 380-760 нм.. 380-470-фіолетовий і синій колір, 470-500-синьозелений, 500-560- зелений, 590-760-червоний. Система колірного зору людини включає два типи світлочутливих фоторецепторів, розташованих на сітківці ока- колбочки і палички. Три типи колбочок мають піки чутливості-сині, зелені і червоні. Сумарна чутливість ока максимальна при довжині хвилі порядку 550 нма на краях видимого діапазон спектру різко падає. Крива сумарної чутливості назив. Ф-цією спектральної чутливості ока. Це міра світлової енергії або її інтенсивності з урахуванням властивостей ока. Світло сприйається безпосередньо від джерела, або побічно при віддзеркаленні від джерела ао переломлення світла в ньому 7.Поняття колірного тону, насиченості, яскравості, світлоти, хроматичного та ахроматичного кольорів та видимого спектру світла Психофізіолічне представлення світла визначається колірним тоном, насиченістю і світлотою. Колірний тон дозволяє розрізняти кольори, насиченість – ступінь розведення цього кольору білим. Для чистого кольору вона = 100%, із менше в міру додавання білого. Насиченість ахроматичного кольору =0% . фізичними еквівалентами насиченості, колірного тону і свілоти є чистота, домінуюча довжина хвилі і яскравість. Електромагнітна енергія однієї довжини у видимому спектрі дає монохроматичний колір. Яскравість пропорційна енергії світла і розглудяється як сумарна енергія хвиль всіх довжин. Графічно яскравість світла визначається площею під кривою спектрального складу. 8.Адитивна колірна модель RGB, характеристика, структура та області застосування У моделі лежить відтворення любого кольору шляхом 3х основних кольорів червоного, зеленого і синього. Кожний канал R, G, B має свій окремий параметр, що вказує на кількість відповідної компоненти в кінцевому кольорі. Режим потребує багато витрат, оскільки глибина кольору найбільша – 3 канала по 8 біт на кожний = 24 біта. Модель наз адитивною через додавання кольорів. На цій моделі відтворюються кольори сучасних моніторів. Значення координат R,G,B можна вважати належних відрізку [0;1], що являє простір у вигляді одиничного куба.  9) Субтрактивна колірна модель CMY(K), характеристика, структура та області застосування Модель використовує 3 основних кольора: голубий, пурпурний і жовтий. Вони описують відображення від білого паперу колір 3х кольорів RGB моделі. Зв'язок між 2ма моделями описується:   Модель є субтрактивною, основана на відніманні. Найточніше описує кольори при виводі зображень на друк. Для отримання чорного кольору необхідно нанесення 3х фарбників, але при виводі кольори можуть лягати з невеликими відхиленнями. Тому додають чорний колір, отримуючи модель CMYK. Для переходу з моделі CMY в CMYK використовують наступне співвідношення: 10) Порівняльна характеристика колірних моделей RGB та CMYK У моделі RGB лежить відтворення любого кольору шляхом 3х основних кольорів червоного, зеленого і синього. Кожний канал R, G, B має свій окремий параметр, що вказує на кількість відповідної компоненти в кінцевому кольорі. Режим потребує багато витрат, оскільки глибина кольору найбільша – 3 канала по 8 біт на кожний = 24 біта. Модель наз адитивною через додавання кольорів. На цій моделі відтворюються кольори сучасних моніторів. Значення координат R,G,B можна вважати належних відрізку [0;1], що являє простір у вигляді одиничного куба. Модель CMYK використовує 3 основних кольора: голубий, пурпурний і жовтий. Вони описують відображення від білого паперу колір 3х кольорів RGB моделі. Зв'язок між 2ма моделями описується: Модель є субтрактивною, основана на відніманні. Найточніше описує кольори при виводі зображень на друк. Для отримання чорного кольору необхідно нанесення 3х фарбників, але при виводі кольори можуть лягати з невеликими відхиленнями. Тому додають чорний колір, отримуючи модель CMYK. Перетвореня RGB в CMY і CMY в CMYK модель вірні в тому випадку, коли спектральні криві відображення для базових кольорів не пересікаються. Тому кажуть, що існують кольора, описані в RGB моделі, але не описані в CMYK. Це значить що колірний обсяг моделі CMYK нищий RGB.11) 12) Колірна модель HSB(HSV), характеристика, структура та області застосування Модель опирається на поняття тон(hue), насиченість(saturation) та яскравість(brightness, value). Тут використовується циліндрична система координат, а множина кольорів представляє шестигранний конус, поставлений на вершину. Основа конуса являє яскраві кольора V=1. Тон вимірюється кутом, відрахованим навкруг вертикальної вісі OV. Кольори доповнюють один одного до білого, знаходячись навпроти один другого, їх тона відрізнаються на 180 градусів. Величина S змінюється від 0 но вісі OV до 1 на гранях конуса. Процес додавання былого кольору до заданого можна представити як зменшення насиченості, а процес додавання чорного як зменшення яскравості. Основі конуса выдповідаэ проекція RGB куба вздовж його головної діагоналі.  13) Колірна модель HLS, характеристика, структура та області застосування Модель побудована на інтуїтивних поняттях тону, насиченості і світлоти. Множина кольорів представляє собою 2 шестигранних конуса, поставлених один на одний. Недоліком трьовимірного простору є те, що він не являється візуально рівномірним і не може бути використаним для вичислення колірних відстаней. Тому було створено колірний простір CIE Luv, що дозволяло визначити відмінність кольорів для людини з «усередненим» зором. Назву простір получив завдяки компоненту L, u, v. Параметр L – яркість кольору, u – перехід від зеленого до червоного, v – перехід від синього до фіолетового. Якщо u і v рівні 0, то змінюючи L, отримують кольори, що являються градаціями сірого.  14) Растрові зображення та їх основні характеристики Під растровим розуміють спосіб представлення зображень у вигляді сукупності окремих точок (пікселів) різних кольорів чи відтінків. Найпростіший спосіб представлення зображення, так як бачить наше око. Плюсом такого способу являється отримання фото реалістичного зображення високої якості в різному колірному діапазоні. Недолік – великий об’єм файла для збереження і оперативної памяті для обробки та втрата якості при масштабуванні. Параметри: 1) розширення – число пік селів на одиницю площі. Оскільки зображення можна розглядати відносно різних пристроїв, то розрізняють: розширення оригіналу(dpi), розширення екранного зображення(ppi), розширення друкованого зображення. Прилади для друку використовують принцип півтонового растрування – спосіб імітування відтінків окремими точками фарби чи тонера у вузлах прямокутної сітки – фізичний растр. Сусідні точки фізичної сітки об’єднані в прямокутник – півтонні ячейки, з яких формується лінійний растр. Частота якого на одиницю довжини називається лініатурою(lpl). 2) Глибина кольору – число бітів, використаних для представлення кожного пікселя зображення. Стандарт VGA – підтримує глибину 8 біт, HightColor – 16 біт, TrueColor – 24. 15.Розкрийте суть процесу растрового розгорнення в реальному часі. Для виведення на відеомонітор розкладений у растр образ необхідно представити у виді того шаблона,який вимагає дисплей.Це перетворення називається растровим розгорненням.Існує 4 способи досягнення такого результату-растрове розгорнення в реальному часі,групове кодування,клітинне кодування і буфер кадру. Растрове розгорнення в реальному часі: При розгорненні в реальному часі ,або «на льоту»,сцена зберігається в памяті у виді дисплейного списку,аналогічно векторним дисплеям.Під час відтворення кожного кадру процесор сканує цю інформацію й обчислює інтенсивність кожного пікселя на екрані. При такому розгорненні не потрібні великі кількості памяті.Більш того,оскільки інформація про сцену зберігається в довільно організованому дисплейному списку,додавання або видалення інформації зі списку здійснюється легко,а це зручно для динамічних застосувань.Однак складність виведеного зображення обмежується швидкістю дисплейного процесора.Звичайно це означає,що обмеженим є число відрізків та багатокутників у картині,кількість перетинань зі рядком,що сканує,число кольорів або напівтонів сірого.Для одержання перетинань(якщо вони є) кожного відрізка дисплейного списку зі рядком ,що сканує,у найпростішій реалізації методу всякий раз при зображенні рядка обробляється весь дисплейний список. |