Підручник з Інформатики

Зміст

Тема: Основні поняття комп’ютерної графіки

*Комп’ютерна графіка

*Кодування графічних даних у растровій графіці

*Кодування графічних даних у векторній графіці

*Поняття колірної моделі

*Властивості растрових і векторних зображень

*Формати файлів растрових і веторних зображень

*Переваги та недоліки різних видів графіки

Комп’ютерна графіка

Комп’ютерна графіка – це застосування обчислювальної техніки для створення графічних зображень, їх відображення різними засобами і маніпулювання ними.

Отже, комп’ютерним (цифровим) може бути назване зображення, створене за допомогою комп’ютерної програми.

Спочатку програмісти навчились отримувати рисунки в режимі символьної печаті. На паперових листах за допомогою символів (зірочок, точок, хрестиків, букв і ін.) отримували рисунки, які нагадували мозаїку. Так друкувались графіки функцій, зображення течій рідин і газів, електричних і магнітних полів і т.д. За допомогою символьної печаті програмісти ухитрялися отримувати навіть художні зображення.

Потім з’явилися спеціальні пристосування для графічного виведення на папір – графопобудовувачі (плотери). За допомогою такого пристосування на лист паперу чорнильним пером наносяться графічні зображення: графіки, діаграми, технічні креслення і інше.

Проте, справжня революція в комп’ютерній графіці відбулася з появою графічних дисплеїв. На екрані графічного дисплею стало можливим отримувати рисунки, креслення в такому вигляді, як на папері за допомогою олівців, фарб, креслярських інструментів.

Зв’язок традиційної і комп’ютерної графіки, з однієї сторони, визначає застосування розмножувальної техніки, з іншої – можна знайти ще одне пояснення виникненню терміну «графіка», яке застосовується до роботи художника-комп’юторщика. Слово графіка означає зображення лініями, штрихами, точками. Всі графічні комп’ютерні програми принципово розділяються на два типи: векторні (зображення будуються лініями) і растрові (зображення п’ятном із точок). Отже, яким б складним не казалось зображення, створене в комп’ютері, по своїй сутності, будь-яке з них відноситься до графіки.

Кодування графічних даних у растровій графіці

Растр, або растровий масив (bitmap), являє сукупність бітів, розташованих на сітчастому полі-канві. Біт може бути включений (одиничний стан) або вимкнений (нульовий стан). Растрове зображення нагадує аркуш картатій паперу, на якому кожна клітинка зафарбована чорним або білим кольором, в сукупності формуючи малюнок.

Основним елементом растрового зображення є піксел (pixel):

– Піксель – окремий елемент растрового зображення;

– Відеопіксел – елемент зображення на екрані монітора;

– Точка – окрема точка, створювана принтером.

Колір кожного пікселя растрового зображення – чорний, білий, сірий або будь-який з спектра – запам’ятовується за допомогою комбінації бітів. Чим більше бітів використовується для цього, тим більша кількість відтінків кольору для кожного пікселя можна отримати. Число бітів, використовуваних комп’ютером для зберігання інформації про кожному пікселі, називається бітової глибиною або глибиною кольору.

Найбільш простий тип растрового зображення складається з пікселів, що мають два можливих кольори – чорний і білий. Для зберігання такого типу пікселів потрібно один біт в пам’яті комп’ютера (1-бітові зображення). Для відображення більшої кількості кольорів використовується більше бітів інформації. 24 біта забезпечують більше 16 мільйонів квітів. 16 розрядів – High Color, 32 – True Color.

Основний недолік растрової графіки – кожне зображення вимагає для свого зберігання велику кількість пам’яті. Для вирішення проблеми обробки об’ємних (за витратами пам’яті) зображень використовується два основних способи: збільшення пам’яті комп’ютера і стиснення зображень. Інший недолік – зниження якості зображень при масштабуванні.

Кодування графічних даних у векторній графіці

Векторне подання визначає опис зображень у вигляді ліній і фігур, можливо, з зафарбованими областями. Для опису об’єктів використовуються комбінації комп’ютерних команд і математичних формул.

Це дозволяє різним пристроям комп’ютера (монітор або принтер) при малюванні обчислювати, де необхідно поміщати реальні точки.

Векторну графіку часто називають об’єктно-орієнтованої чи креслярською графікою. Є ряд найпростіших об’єктів (примітивів): еліпс, прямокутник, лінія. Ці примітиви і їх комбінації використовуються для створення більш складних зображень. Якщо подивитися зміст файлу векторної графіки, виявляється схожість з програмою. Він може містити команди, схожі на слова, і дані в коді ASCII, тому векторний файл можна відредагувати за допомогою текстового редактора.

Опис окружності (у спрощеному вигляді):

· – Об’єкт – коло;

· – Центр – 50, 70; радіус – 40;

· – Лінія: колір – чорний, товщина – 0.50;

· – Заливка – немає.

Даний приклад показує основна перевага векторної графіки – опис об’єкта є простим і займає мало пам’яті. Для опису цієї ж кола засобами растрової графіки треба було б запам’ятати кожну окрему точку зображення, що зайняло б набагато більше пам’яті.

Переваги в порівнянні з растровою:

· Простота масштабування зображення без погіршення його якості;

· Незалежність обсягу пам’яті, необхідної для зберігання зображення, від обраної колірної моделі.

Недолік: деяка штучність – будь-яке зображення необхідно розбити на кінцеве безліч складових його примітивів.

Векторні малюнки можуть включати в себе і растрові зображення. Векторні і растрові зображення можуть бути перетворені одна в одну (конвертація графічних файлів в інші формати). Векторний > растровий – просто, навпаки – складніше і не завжди (растрова картинка повинна містити лінії, які можуть бути ідентифіковані програмою конвертації як векторні примітиви).

Колірна модель

Світ, що нас оточує, дуже різнобарвний. Створюючи комп’ютерні графічні зображення, їхні автори намагаються якомога точніше відтворити природні кольори предметів.

Підготовлені комп’ютерні зображення використовуються людиною в подальшому у різний спосіб – одні будуть надруковані на папері, другі –на прозорій плівці, треті будуть проектуватися на великий екран за допомогою мультимедійного проектора, четверті – розглядатися на екрані монітора тощо.

Усі ці пристрої по-різному утворюють кольорові зображення: на принтері це змішування фарб, на проекційному екрані – накладання кольорових променів світла.

У зв’язку з цим виникає проблема: яким чином закодувати в комп’ютері різні кольори зображення, щоб при відтворенні їх на різних пристроях отримати саме такі кольори, як і на оригіналі. На розв’язання цієї проблеми були розроблені так звані колірні моделі, кожна з яких враховує особливості роботи тих чи інших пристроїв виведення.

Для подання кольорів у колірних моделях використовують деякий набір базових компонентів (у різних моделях вони різні). Упорядкований набір чисел, які є значеннями відповідних базових компонентів, однозначно визначає деякий колір спектра. Таким чином, використовуючи різні комбінації значень базових компонентів, будь-яка колірна модель дає змогу описати всі кольори спектра.

Найчастіше в комп’ютерній графіці використовуються колірні моделі RGB і CMYK. Це пов’язано з тим, що вони повністю моделюють спосіб отримання кольору на екрані монітора і при друці на принтері.

У колірній моделі RGB базовими компонентами є три кольори спектра – червоний (англ. Red), зелений (англ. Green) і синій (англ. Blue),  які отримали назву основні кольори (рис. 7.14). Значення інтенсивності кожного компонента задається цілим числом від 0 до 255. За допомогою моделі RGB можна описати 2563 ≈ 16,7 млн кольорів. Ця модель застосовується в тих випадках, коли готується комп’ютерне зображення, що призначене для перегляду на екрані монітора або телевізора.

Для тих комп’ютерних зображень, які в подальшому планується друкувати на принтері або переглядати на проекційному екрані у відбитому світлі, використовується колірна модель СМYK. У цій моделі використовують чотири базові компоненти: блакитний (англ. Cyan), ліловий (англ. Magenta), жовтий (англ. Yellow) і чорний (англ. blacK) кольори (рис. 7.15). Блакитний, ліловий і жовтий кольори отримали назву додаткові кольори тому, що вони доповнюють основні кольори до білого: блакитний доповнює червоний, ліловий – зелений, жовтий доповнює синій. Частка кожного з базових компонентів у моделі CMYК задається у відсотках (цілим числом від 0 до 100).

Наведемо приклади кодування деяких кольорів у колірних моделях RGB і CMYK (табл.7.10).

Колірна модель – це спосіб подання різних кольорів спектра у вигляді набору числових характеристик певних базових компонентів.

Колірна модель обирається користувачем при створенні зображення та є однією з основних властивостей і растрового, і векторного зображення. Вибір тієї чи іншої колірної моделі залежить від того, як в подальшому використовуватиметься це зображення, за допомогою яких пристроїв виведення буде демонструватися.

Зазначені вище колірні моделі знайшли широке застосування в техніці та поліграфії. Однак ближчою до людського розуміння поняття кольору є колірна модель HSB.

У моделі HSB (рис. 7.16) кожний колір характеризується трьома базовими компонентами: відтінок (англ. Hue), насиченість (англ. Saturation), яскравість (англ. Brightness).

Відтінок Н визначає колір у спектральній палітрі (рожевий, блакитний, фіолетовий тощо) і задається цілим числом від 0 до 360. Мінімальне і максимальне значення відповідає червоному кольору, а проміжні – іншим кольорам спектра.

Насиченість S характеризує частку білого кольору, доданого до вибраного відтінку. Задається значення насиченості у відсотках від 0 до 100.
При мінімальній насиченості будь-який відтінок кольору стає сірим.

Яскравість B визначається домішкою чорного кольору до вибраного відтінку. Задається значення яскравості у відсотках від 0 до 100. Будь-який відтінок при мінімальній яскравості стає чорним.

У таблиці 7.11 наведено приклади кодування кольорів у колірній моделі HSB.

Цю модель широко використовують художники при створенні комп’ютерних зображень, моделюючи потрібний колір на «віртуальному мольберті» графічного редактора.

Основні властивості растрового зображення

Основні властивості векторного зображення

Вам уже відомо, що однією з властивостей пікселя є його колір. Кількість кольорів, якими може бути зафарбований піксель на малюнку, залежить від такої властивості растрового зображення як глибина кольору. Глибина кольору – це кількість бітів, що використовуються для кодування кольору одного пікселя.

Вимірюється глибина кольору в bpp (англ. bits per pixel – бітів на піксель) і задається при створенні зображення. Змінити значення цієї властивості можна при редагуванні малюнка.
Від глибини кольору в прямій залежності знаходяться якість відтворення кольорів у зображенні та розмір його файлу.
Одним бітом можна закодувати тільки два кольори – чорний і білий, і отримати чорно%біле зображення. У повнокольорових зображеннях (фотографії, ілюстрації) на кодування кольору пікселя відводиться 24 біти,
що дає змогу максимально відтворити приблизно 16,7 млн кольорів. Чим більше довжина двійкового коду кольору пікселя, тим більше кольорів можна використати у малюнку (табл. 7.4).

Таблиця 7.4

Залежність кількості кольорів і розміру файлу від глибини кольору

Кожний векторний графічний редактор надає користувачеві такі основні можливості:

— вставляти у створюваний рисунок графічний примітив із бібліотеки примітивів;

— установлювати значення властивостей об’єкта (розміри, форма; спосіб накреслення ліній, їх колір; способи заливки, прозорість; розташування в певному шарі);

— групувати й розгруповувати об’єкти.

Для того щоб створити векторне зображення, потрібно накреслити одну або декілька простих фігур, надати цим фігурам певних властивостей і об’єднати їх.

Зазвичай це робиться таким чином:

1. Із бібліотеки примітивів викликається примітив (у редакторі Microsoft Office Word — об’єкт автофігура).

2. Розміщується в потрібному місці.

3. її властивості змінюються так, щоб отримати необхідне зображення.

4. Пункти 1—3 повторюються для інших фігур доти, доки “скелет” зображення не буде створено.

5. Фігури (об’єкти) розташовуються в шарах так, щоб зображення мало потрібний вигляд.

6. Коригуються їх розміри і форма.

7. Викопується розфарбовування (заливка) об’єктів.

8. Об’єкти об’єднуються в групу.

У Microsoft Office Word цс робиться так, як показано на рис. 5.12.

Для того щоб створений рисунок можна було вставити у текстовий документ як одне ціле, не викопуючи додаткових дій (встановлення його властивості Розташування), можна ще до початку формування скелета рисунка з примітивів виконати команду Створити полотно з набору команд Фігури. Рисунок створюватиметься на “полотні” й переміщуватиметься разом із ним.

Виокремлення фігур (графічних примітивів) виконується в особливому режимі редактора — Вибрати об’єкти. Цей режим вмикається з вкладки стрічкового меню Основне, групи Редагування (зазвичай крайня праворуч у стрічковому меню), підгрупа Виділити. Курсор набуває вигляду похилої стрілки. Вихід із цього режиму здійснюється натисненням клавіші Езс.

Товщина контурних ліній фігур і їх колір спочатку встановлюються однаковими для всього рисунка. Для цього для першого ж перенесеного на рисунок примітива викликається натисненням правої кнопки миші мешо Формат рисунка, у якому викощчоться відповідні встановлення.

Розміри та, для деяких примітивів (фігур), форма встановлюються переміщенням маркерів зображень (маленькі квадратики і крзти синього й зеленого кольорів, ромби жовтого кольору), які з’являються при натисненні кнопок миші на фігурі. Так само виконується і обертання фігур.

До більшості фігур можна додати текст, викликавши відповідну опцію контекстного меню.

Властивості фігур можна змінювати, використовуючи мето Формат автофігури, яке викликається з контекстного меню або з груп стрічкового меню вкладки Засоби малювання – Формат.

Після розміщення всіх необхідних примітивів на рисунку необхідно їх “наближати” або “віддаляти” таким чином, щоб забезпечити правильну видимість частин зображення, розмішуючи відповідним чином шари зображення. Команди переміщення шарів об’єктів (Перемістити наперед, Перемістити назад, На передній план, На задній план) містяться в меню групи Упорядкування вкладки Формат стрічкового меню або в контекстному меню, яке з’являється після виділення об’єкта або групи.

Інколи на векторному рисунку потрібно перекрити частин}’ зображення таким чином, щоб створити контур фігури, якої немає серед примітивів. Наприклад, арку воріт можна нарисувати, використавши примітиви “трапеція”, “овал” і “прямокутник”, перекривши непрозорим, але невидимим прямокутником частину овалу (рис. 5.13).

Створеним зображенням можна надати об’ємного вигляд}’ (команди стрічкового меню Засоби малювання, група Об’ємні ефекти), зафарбувати (команди стрічкового меню Засоби малювання, група Стилі фігур, команда Заливка фігури).

Формати файлів растрових і веторних зображень

Переваги та недоліки різних видів графіки

Деталізація і якість. При порівнянні зображень векторного і растрового форматів кращу якість відображення кольорів і текстури забезпечують растрові зображення, але разом з тим вони займають більший об’єм пам’яті і вимагають більшого часу для друку. Векторні зображення містять більш чіткі лінії і при друці вимагають менших ресурсів.

Програми малювання і обробки растрових зображень (Corel PHOTO-PAINT, Adobe PhotoShop, GIMP) застосовуються, коли необхідно відобразити безперервну зміну тону і працювати з окремими точками (пікселями) малюнка. Ілюстраційні програми (такі як CorelDRAW, Adobe Illustrator, Inscape) працюють з векторними зображеннями, дозволяючи створювати окремі об’єкти і в процесі роботи маніпулювати ними на рівні вузлів, масштабувати без втрати якості.

Роздільна здатність. При створенні растрових зображень якість результату залежить від вибраних на початковій стадії процесу параметрів дозволу. Дозвіл – це загальний термін, що визначає кількість елементів інформації, що міститься у файлі зображення, а також рівень деталізації, який може забезпечити пристрій введення, висновку або відображення. При роботі з растровими малюнками дозвіл впливає як на якість результату роботи, так і на розмір файлу.

Вибір з урахуванням вживання. При роботі з растровими зображеннями слід враховувати, де вони застосовуватимуться, оскільки інформація про дозвіл зображення звичайно зберігається разом з файлом. При друці растрового файлу, наприклад, на фотонабірному автоматі з дозволом 1270 крапок на дюйм він буде надруковано з тим дозволом, який був встановлений при створенні зображення, якщо воно не вище за дозвіл пристрою висновку. Якщо ж образ буде видимим тільки на екрані як Web-сторінка, для нього достатньо вибрати дозвіл 72 або 96 dpi.

Ефективність в роботі. Визначення образів у вигляді ряду векторів в цілому забезпечує велику ефективність при роботі з ними, ніж визначення образів як величезної кількості окремих крапок. Це пояснюється тим, що

навіть простий об’єкт може складатися з багатьох тисяч крапок, кожна з яких повинна мати власні атрибути.

В той же час той же образ може бути визначений у вигляді невеликої кількості сегментів кривої. Отже, файли векторних образів, як правило, мають менший розмір, ніж файли порівнянних растрових образів.

Окрім створення більш компактних файлів, векторні образи забезпечують інші важливі переваги. Відмінності між растровим і векторним малюнками починають виявлятися при спробі їх масштабувати. Растрові малюнки можуть містити контур і заливку, але вони не зберігатимуть той же ступінь деталізації, як у векторних образах. При масштабуванні ж векторних образів зберігаються всі характеристики контура (зокрема, ширина) і заливки. Наприклад, розмір образу Corel DRAW можна легко змінювати без втрат якості в діапазоні від піктограми до великого плаката.

Ця легкість масштабування виникає з механізму визначення плавних кривих ліній, що використовується в Corel DRAW. На відміну від растрових малюнків вони зберігають свою плавність і безперервність навіть при значному збільшенні (растрові образи при цьому стають східчастими). Такі криві називаються кривими Безье на ім’я французького інженера Безье (Besier), який в 1970-х роках розробив теорію їх математичного опису.

Саме завдяки тому, що векторні малюнки складаються з кривих і вузлів, описуваних математичними формулами і що генеруються при малюванні, Corel DRAW демонструє такі фантастичні можливості в створенні складних криволінійних образів.

Багато графічних розробок призначаються для висновку у вигляді твердих копій, і тут векторні образи CorelDRAW підходять як не можна краще.

Практичне завдання 7

Інструктаж з БЖД

1. Увімкнути комп’ютер.

2. Завантажити графічний редактор Paint .

3. Створити малюнок на зразок.