Кодирование информации

 

 

Векторная графика (vector drawing, vector illustration) представляет собой линейно-контурное изображение, которое состоит из независимого описания границ векторных объектов и их заполнения ("заливок").

 

Основам векторной графики  полностью посвящена часть IV. В  главах 14 и 15 рассматриваются достоинства  и недостатки векторной графики, а также преобразование в пиксельную графику (растеризация).

 

 

Кодирование информации осуществляется достаточно просто, если существует конечный перечень элементов. В этом можно  убедиться, прочитав часть II.

 

Однако подавляющее большинство  видов графической информации не имеет таких ясно и однозначно выделенных элементов (исключение составляет довольно частный случай изображений  — мозаичная основа для вышивки  крестиком).

 

Для того чтобы получить возможность  кодировать графическую информацию, необходимо найти способ выделения  хотя бы искусственных элементов.

 

Резюме

 

 

Специалисты графического дизайна  в самом широком значении этого  слова используют настольные издательские системы в своей творческой деятельности в качестве мощного и в определенных областях даже интеллектуального инструмента.

 

Для работы компьютерных программ вся требуемая информация должна быть преобразована в цифровую форму. Это достаточно легко, если в предметной области изначально существует конечный перечень элементов (например, буквенные  и цифровые символы — текстовая  информация).

 

Вместе с тем, особенностью любого вида графической информации является принципиальное отсутствие однозначно выделенных и универсальных естественных элементов. Для преодоления этого  были разработаны особые технологии получения искусственных элементов.

 

Познакомившись с конфигурированием  настольных издательских систем и своеобразием графической информации (в сравнении, например, с текстовой), необходимо рассмотреть общие принципы кодирования  абстрактного сигнала. В части III эти принципы будут применены для кодирования графической информации, а именно пиксельной графики.

 

Введение

 

Представление данных на мониторе компьютера в  графическом виде впервые  было реализовано в середине 50-х  годов для больших ЭВМ, применявшихся  в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа  компьютерных систем, в особенности  персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом “де-факто” для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных  систем.

 

Существует специальная  область информатики, изучающая  методы и средства создания и обработки  изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком  либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без  компьютерной графики невозможно представить  себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых  разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные  исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и  одежды, опытно-конструкторские разработки.

 

В зависимости от способа  формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на  растровую, векторную и фрактальную. Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

 

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как  черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных  областях указывают названия некоторых  разделов: инженерная графика, научная  графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие.

 

На стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.

 

Заметное место в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось  даже такое понятие, как механизм графического представления данных (Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.

 

Хотя компьютерная графика  служит всего лишь инструментом, ее структура и методы основаны на передовых  достижениях фундаментальных и  прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это замечание  справедливо как для программных, так и для аппаратных средств  создания и обработки изображений  на компьютере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики  и во многих случаях выступает  “локомотивом”, тянущим за собой  всю компьютерную индустрию.

 

 

1.Компьютерная графика

 

Компьютерная графика  – это наука, предметом изучения которой является создание, хранение и обработка моделей и их изображений  с помощью ЭВМ, т.е. это раздел информатики, который занимается проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

 

Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов  подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической  информации с помощью компьютера. Под графической информацией  понимаются модели объектов и их изображения.

 

Компьютерная графика - это  область информатики, занимающаяся проблемами получения различных  изображений (рисунков,чертежей, мультипликации) накомпьютере.Работа с компьютерной графикой - одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агенствам, но часто обходятся собственными силами и доступными программными средствами.

 Без компьютерной графики  не обходится ни одна современная  программа. Работа над графикой  занимает до 90% рабочего времени  программистких коллективов, выпускающих программы массового применения.

 Основные трудозатраты  в работе редакций и издательств  тоже составляют художественные  и оформительские работы с  графическими прораммами.

 Необходимость широкого  использования графических программных  средств стала особенно ощутимой в связи с развитием Интернета и, в первую очередь, благодаря службе World Wide Web, связавшей в единую "паутину" миллионы "домашних страниц&quot. У страницы, оформленной без компьютерной графики мало шансов привлечь к себе массовое внимание.

 

Область применения компьютерной графики не ограничивается одними художественными  эффектами. Во всех отраслях науки, техники, медицины, в коммерческой и управленческой деятельности используются построенные  с помощью компьютера схемы, графики, диаграммы, предназначенные для  наглядного отображения разнообразной  информации. Конструкторы, разрабатывая новые модели автомобилей и самолетов, используют трехмерные графические  объекты, чтобы представить окончательный  вид изделия. Архитекторы создают  на экране монитора объемное изображение здания, и это позволяет им увидеть, как оно впишется в ландшафт.

 

2.Виды компьютерной графики

 

Существует три вида компьютерной графики:

 

·       Растровая  графика

 

·       Векторная  графика

 

·       Фрактальная  графика

 

Растровое изображение, цифровое изображение - это файл данных или  структура, представляющая прямоугольную  сетку пикселей или точек цветов на компьютерном мониторе, бумаге и  других отображающих устройствах и  материалах. То есть, растровая графика - это формат изображения, который  содержит информацию о расположении, количестве и цвете пикселей.

 

Главным достоинством растровой  графики является создание (воспроизведение) практически любого рисунка, вне  зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому (в теории, конечно, возможно, но файл размером 1 МБ в формате BMP будет иметь размер 200 МБ в векторном формате).

 

Векторная графика (другое название - геометрическое моделирование) - это  использование геометрических примитивов, таких как точки, линии, сплайны  и многоугольники, для представления  изображений в компьютерной графике. Термин используется в противоположность  к растровой графике, которая  представляет изображения как матрицу  пикселей (точек).

 

Изначально человеческий глаз воспринимает изображение подобно  растровому образу. Картинка проецируется на сетчатку, состоящую из отдельных, реагирующих на свет клеток. Далее  система глаз-мозг распознаёт в изображении  отдельные объекты, геометрические фигуры, которые уже легче обрабатывать и запоминать.

 

Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым  элементом фрактальной графики  является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

3.Графические системы

. С

истемы

растро

вой

и

 

векторной

 

графики

.

 

 

Растровая графика

 

Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу  длины. При этом следует различать:

 

·        разрешение оригинала;

 

·        разрешение экранного изображения;

 

·        разрешение печатного изображения.

 

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots

 

per

 

inch

 – 

dpi

) и зависит от требований  к качеству изображения и размеру  файла, способу оцифровки и  создания исходной иллюстрации,  избранному формату файла и  другим параметрам. В общем случае  действует правило: чем выше  требование к качеству, тем выше  должно быть разрешение оригинала.

 

Разрешение экранного  изображения.  Для экранных копий  изображения элементарную точку  растра принято называть пикселом.Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений),разрешение оригинала и масштаб отображения.

 

Мониторы для обработки  изображений с диагональю 20–21 дюйм (профессионального класса),как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640х480, 800х600, 1024х768,1280х1024,1600х1200,1600х1280,1920х1200, 1920х1600 точек.

 

Расстояние между соседними  точками люминофора у качественного  монитора составляет 0,22–0,25 мм.

 

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150–200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200–300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.

 

Разрешение печатного  изображения и понятие линиатуры. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch – Ipi) и называется линиатурой.

 

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит  от интенсивности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем плотнее  заполняется элемент растра. То есть, если в ячейку попал абсолютно  черный цвет, размер точки растра совпадет с размером элемента растра. В этом случае говорят о 100% заполняемости. Для абсолютно белого цвета значение заполняемости составит 0%. На практике заполняемость элемента на отпечатке  обычно составляет от 3 до 98%. При этом все точки растра имеют одинаковую оптическую плотность, в идеале приближающуюся к абсолютно черному цвету. Иллюзия  более темного тона создается  за счет увеличения размеров точек  и, как следствие, сокращения пробельного  поля между ними при одинаковом расстоянии между центрами элементов растра. Такой метод называют растрированием с амплитудной модуляцией (AM).

 

Интенсивность тона (так называемую светлоту) принято подразделять на 256 уровней. Большее число градаций не воспринимается зрением человека и является избыточным. Меньшее число  ухудшает восприятие изображения (минимально допустимым для качественной полутоновой  иллюстрации принято значение 150 уровней). Нетрудно подсчитать, что  для воспроизведения 256 уровней тона достаточно иметь размер ячейки растра 256 = 16 х 16 точек.

 

При выводе копии изображения  на принтере или полиграфическом  оборудовании линиатуру растра выбирают, исходя из компромисса между требуемым качеством, возможностями аппаратуры и параметрами печатных материалов. Для лазерных принтеров рекомендуемая линиатура составляет 65-100 Ipi, для газетного производства – 65-85 lpi, для книжно-журнального – 85-133 lpi, для художественных и рекламных работ – 133-300 lpi.