mozok.click » Інформатика » Основні поняття комп'ютерної графіки
Інформація про новину
  • Переглядів: 3032
  • Автор: admin
  • Дата: 14-09-2017, 05:47
14-09-2017, 05:47

Основні поняття комп'ютерної графіки

Категорія: Інформатика

Із розвитком інформаційних технологій комп’ютерна графіка набула поширення в усьому світі. Сьогодні вона застосовується в різних сферах людської діяльності: на виробництві, в науці, медицині, рекламі, поліграфії та ін. Зокрема, вам добре відомі здобутки комп’ютерної графіки у створенні спецефектів у кінострічках, комп’ютерних іграх тощо.

Комп'ютерна графіка — це розділ інформатики, в якому вивчаються методи створення й опрацювання зображень за допомогою комп’ютера.

Ви знаєте, що дані, які опрацьовує комп’ютер, кодують за допомогою чисел. Як же закодувати зображення?

Розглянемо два способи кодування зображення: растровий і векторний, які визначають особливості растрової й векторної графіки.

Растрові зображення

Придивившись до зображення на екрані монітора, можна помітити, що воно складається з окремих крапок, які називають пікселями (від англ. picture element — елемент малюнка). Піксель є найменшим елементом зображення.

Якщо на аркуші в клітинку намалюємо квітку, зафарбовуючи певним кольором окремі клітинки, то отримаємо зображення, як наведено на рис. 7.1.

Растрове зображення — це зображення, що являє собою набір пікселів, кожний із яких має певний колір.

Растрове зображення нагадує таблицю з пікселів. Розміри растрового зображення зазвичай задають як кількість пікселів по горизонталі та вертикалі, наприклад: 100 х 100, 1200 х 800.

Щоб закодувати двоколірне (наприклад, чорно-біле) зображення, достатньо колір кожного пікселя позначити числами 0 (перший колір) і 1 (другий колір).

Отже, для кодування кольору пікселя двоколірного зображення достатньо 1 біта. Про таке зображення говорять, що воно має глибину кольору 1 біт.

Глибина кольору — це кількість бітів, які використовуються для кодування певного кольору пікселя растрового зображення.

Розглянемо зображення будинку, яке складається з пікселів восьми кольорів (рис. 7.2). Для кодування восьми кольорів достатньо чисел від 0 до 7, які можна подати двійковими послідовностями довжиною 3 біти.



Отже, глибина кольору такого зображення 3 біти.

Побудуємо таблицю десяткових і двійкових кодів цих кольорів:

Тепер є можливість зображення будинку закодувати послідовністю чисел — кодами кольорів пікселів, переліченими зліва направо рядок за рядком: 7, 7, 7, 7, 7, 3, 3, 7, 7, 7 і т. д. Для правильного відтворення закодованого зображення необхідно також знати його розміри, наприклад 35 рядків по 32 клітинки. Таким чином, довжина двійкового коду цього зображення становитиме: 35 х 32 х 3 = 3360 (бітів) або 3360 : 8 = 420 (байтів).

За глибини кольору 8 бітів (або 1 байт) можна закодувати 28 = 256 різних кольорів, а за глибини кольору 16 бітів (або 2 байти) — 216, що дорівнює 65 536 кольорам. Проте для досягнення фотографічної якості потрібна більша глибина кольору — 24 біти (224 = 16 777 216 кольорів).

Отже, у файлі растрового зображення зберігаються розміри зображення та коди кольорів усіх його пікселів.

Зі збільшенням числа кольорів глибина кольору зростає, що за однакової кількості пікселів зображення приводить до збільшення обсягу файла.


Властивості растрових зображень

До основних властивостей растрового зображення належать роздільність, кількість пікселів по горизонталі й вертикалі (розміри), кількість можливих кольорів.

Роздільність зображення — величина, що показує, скільки пікселів зображення розміщується на одиниці довжини.

Роздільність зображення вимірюють здебільшого у крапках на дюйм (dpi — dots per inch). За однакових геометричних розмірів зображення його якість залежить від роздільності. Адже чим більше пікселів припадає на одиницю довжини, тим більше окремих деталей можна зобразити. Оскільки поняття роздільності вживають щодо різних об’єктів, слід розрізняти роздільність цифрового зображення, роздільність монітора, роздільну здатність принтера.

Чим вищі вимоги до якості зображення, тим більшою має бути роздільність за однакових геометричних розмірів зображення.

Розглянемо зображення однакових геометричних розмірів, які мають різну роздільність: 96,

48, 24 пікселів на дюйм (рис. 7.3). Як бачимо, чим більше пікселів припадає на одиницю довжини, тим вищою є якість зображення.

Для роботи з растровими зображеннями розроблено багато програм, які відрізняються набором засобів для редагування малюнків. Для початківців — Paint, KolourPaint; для професіоналів — Adobe Photoshop, GIMP та ін.

Растрові зображення мають як переваги, так і недоліки (рис. 7.4).

На рис. 7.5 проілюстровано, як у растровому графічному редакторі погіршилась якість зображення кільця (а) після послідовного зменшення (б) і збільшення (в) у 10 разів.

Векторні зображення та їхні властивості

Якщо растрова графіка описує зображення за допомогою пікселів, то у векторній графіці базовим елементом є лінія.

Векторне зображення — це зображення, що складається з графічних примітивів — геометричних об’єктів (ліній, кіл, кривих тощо), які описуються математичними рівняннями.

У файлі з векторним зображенням зберігаються дані про примітиви, необхідні для їх відтворення. Завдяки такій формі зберігання графічних даних файли мають порівняно невеликий обсяг, а окремі примітиви й зображення в цілому легко піддаються масштабуванню, зміні форми тощо.

Під час кодування векторного зображення для кожного примітиву описують (рис. 7.6):

1 — контур — лінію, що визначає його форму.

Контур стає видимим тільки під час його редагування (див. про контур далі);

2 — вигляд лінії (штрих), якою обведено контур;

3 — заливку (заповнення) внутрішніх ділянок контуру.

Зображення будинку складається з п’яти прямокутників, трикутника і півкруга (рис. 7.7). Опишемо властивості одного з об’єктів — дверей: контур об’єкта — прямокутний; ширина об’єкта — 0,68 см, висота об’єкта — 1,05 см; колір штриха — 2, товщина штриха — 0,8 мм; заповнення (колір) — 4.

Для роботи з векторними зображеннями призначено такі програми, як Inkscape, CorelDRAW, Adobe Illustrator та ін.


Властивості векторних зображень

Розмір файла з векторним зображенням перш за все залежить від кількості окремих об’єктів, із яких це зображення утворено.

Основна перевага векторної графіки полягає у можливості довільно масштабувати й обертати зображення без втрати якості.

Під час формування векторного зображення замість суцільних кольорів можна використовувати градієнти, тобто плавні переходи від одного кольору до іншого. Реалістичності зображенням також додає розмивання окремих елементів, імітація тіні тощо.

Порівняємо особливості растрового й векторного зображень (рис. 7.8).

Колірні моделі

Кольорове зображення на екрані монітора або телевізора формується шляхом змішування трьох основних кольорів: червоного, зеленого й синього. Світло таких кольорів випромінюють, наприклад, зернятка люмінофору, з яких складається речовина, що світиться, створюючи зображення. Якщо розміщені поряд зернятка не світяться, то бачимо чорний колір, а якщо світяться на повну яскравість — білий. Змінюючи яскравість окремих зерняток, отримуємо інші кольори.

У комп’ютерній графіці є різні способи розкладання кольорів на основі певних властивостей кольору або, як кажуть, різні колірні моделі.

Колірна модель — система кодування кольорів, яка використовується для зберігання, виведення на екран та друку зображення.

Розглянемо три найпоширеніші колірні моделі RGB, CMYK і HSB та принципи кодування кольору в них.

У моделі RGB кольори отримують змішуванням трьох базових кольорів (рис. 7.9): червоного (англ. Red), зеленого (Green) і синього (Blue).

Яскравість кожного з базових кольорів кодується цілим числом у межах від 0 (колір відсутній) до

255 (яскравість найбільша). Таким чином, отримуємо

256 х 256 х 256 = 16 777 216 різних кольорів.

У моделі CMYK колір отримують змішуванням чотирьох складових: блакитної (Cyan), пурпурової (Magenta), жовтої (Yellow) і чорної (blacK).

Вміст кожної зі складових кодується числом від 0 до 100. При цьому нульове значення всіх складових дає білий колір, а значення 100 — чорний. Ця модель застосовується для підготовки зображень до кольорового друку. Перші три складові утворено вилученням із білого кольору базових кольорів моделі RGB: блакитний = білий - червоний, пурпуровий = білий - зелений, жовтий = білий - синій (рис. 7.10).

Раніше для друку застосовували модель CMY і, відповідно, блакитне, пурпурове і жовте чорнило. Під час друку чорний колір і відтінки сірого отримували змішуванням цих чорнил у рівних частинах. Отримати чистий чорний колір таким чином не можна, і його додали окремо. У моделі HSB цілими числами кодуються такі характеристики кольору: відтінок (колірний тон) (Hue), насиченість (Saturation) та яскравість (Brightness)

(рис. 7.11). У цій моделі будь-який колір фактично отримують додаванням до колірного тону певного відсотка білого та чорного кольорів. Вважається, що ця колірна модель ґрунтується на особливостях сприйняття кольору людиною.

Формати файлів растрових і векторних зображень

Як ви вже знаєте, формат файла — це набір правил запису даних у ньому. Формат графічного файла визначає спосіб кодування даних зображення (растровий або векторний), а також алгоритм їхнього стиснення. Стиснення найчастіше застосовується до растрових зображень, оскільки вони мають порівняно великий обсяг даних.

Розглянемо деякі формати графічних файлів.

BMP — формат застосовують для збереження растрових зображень без стиснення, тому файли здебільшого мають великий обсяг. Він дає змогу використовувати глибину кольору до 64 бітів.

PNG — формат застосовують для збереження растрових зображень зі стисненням без втрати якості. Його палітра підтримує від 256 до 248 (глибина кольору 48 бітів) кольорів, а також прозорість. Колір зображення в цьому форматі відтворюється однаково на будь-якому комп’ютері.

JPG — формат застосовують для збереження растрових зображень зі стисненням за рахунок втрати їхньої якості: менший файл — нижча якість.

Після збереження початковий вигляд зображення відтворити неможливо. Завдяки порівняно малим розмірам файлів формат застосовують для зберігання цифрових фотографій, для зображень на веб-сторінках тощо.

GIF — формат використовують переважно для стиснення растрових зображень, які містять здебільшого одноколірні ділянки (логотипи, написи, схеми). Підтримує палітру всього з 256 вибраних кольорів, проте дозволяє зберігати прозорість окремих ділянок зображення й анімацію.

SVG — формат використовується багатьма програмами, зокрема й векторним графічним редактором Inkscape. Файл може містити графічні примітиви, растрові малюнки, текст, анімацію, інтерактивні елементи.

CGM, WMF, EPS підтримують векторну і растрову графіку.

Популярні програми для роботи з векторною графікою мають власні формати: CDR — програма CorelDRAW, AI — програма Adobe Illustrator.

Питання для самоперевірки

1. У чому полягає кодування растрового зображення?

2. Які переваги й недоліки растрового зображення?

3. Поясніть сутність кодування векторного зображення.

4. Які переваги й недоліки векторного зображення?

5. Опишіть особливості розглянутих колірних моделей.

6. Що описують для кожного примітиву під час кодування векторного зображення?

7. Назвіть найпоширеніші формати растрових зображень.

Вправа 7

1. Скільки байтів потрібно для зберігання растрового зображення розмірами 200 х 100 пікселів, якщо колір кодується 4 бітами?

2. Скільки байтів потрібно для двійкового кодування 16-колірного растрового зображення розмірами 200 х 150 пікселів?

3. Ярлик на робочому столі — це растрове зображення розмірами 30 х 20 пікселів. Скільки байтів потрібно для його двійкового кодування, якщо це зображення виконано у палітрі з 256 кольорів?

4. Визначте двійковий код, за допомогою якого зберігається інформація про фрагмент растрового зображення з 6 пікселів за глибини кольору 3 біти.

Комп'ютерне тестування

Виконайте тестове завдання 7 із автоматичною перевіркою на сайті «Інтерактивне навчання».

 

Це матеріал з підручника Інформатика 9 клас Бондаренко

 






^