Средства и технологии обработки графической информации

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ВВЕДЕНИЕ

    Компьютерная  графика – область компьютерной науки, связанная с созданием и использованием средств обработки графических изображений.

    В последние годы компьютерная графика  является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений информатики. Многим пользователям знакомы названия пакетов CorelDraw, Corel PhotoPaint, Macromedia FreeHand, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, AutoCAD, 3D Studio Max и другие, для работе с изображениями.

    В работе рассматривается компьютерная графика по способам формирования изображения (растровая, векторная, трёхмерная 3D). Графика применяется во многих областях: играх, фильмах, мультипликации (анимации – оживление изображения), проектировании, дизайне, инженерии, как в науке так и быту, именно поэтому она очень актуальна для рассмотрения и изучения.

    В работе уделяется большое внимание программным продуктам известных фирм. Компьютерная графика тесно связана со средствами (устройствами) ввода или вывода графической информации, к ним можно отнести цифровые камеры, сканеры, принтеры, графические планшеты и многие др. устройства. Задачей данной работы является исследование многих источников информации на данную тему, систематизация материала, его отбор, изложение в доступной и понятной форме. В практической части поставлена задача работы с табличным процессором MS (Microsoft) Excel. Закрепление навыков умения работать с программой, пользования и знания формул для вычисления искомых значений, подробное описание алгоритма выполнения условия практического задания (расчёт плана бюджета семьи за квартальный период). При выполнении работы был использован настольный персональный компьютер (ПК) Samsung Р29, графический редактор MS Word 2000, табличный процессор MS Excel 2000, программа обработки изображений ABBYY Fine Reader 6.0 Professional Trial. 

    2. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

    2.1. РАЗДЕЛЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

    По  способам формирования изображения  компьютерную графику принято подразделять на растровую и векторную. Отдельно рассматривают трехмерную (3D) графику, ориентированную на построение объемных моделей объектов в виртуальном пространстве.

    1. Растровые изображения обеспечивают высокую точность передачи градаций полутонов при сканировании фотоизображений с большим количеством мелких деталей и цветовых оттенков. Некорректная обработка растрового изображения произвольное масштабирование в любую сторону может привести к заметному ухудшению качества изображения, т.к. новым точкам приходится присваивать цветовые оттенки, средние между оттенками соседних точек. Растровые изображения требуют значительного объема памяти при сохранении (черно-белые изображения несколько сотен килобайт памяти; цветные изображения десятки и сотни мегабайт). Размер файла растровой графики существенно зависит от формата выбранного для хранения изображения. Различные форматы используют собственные схемы (алгоритмы) сжатия изображений и включают в состав файла различную служебную информацию, связанную с последующим воспроизведением изображения. Растровые изображения наиболее часто сохраняются в форматах TIFF, PSD, GIF, JPEG, PNG, BMP, PCX, PhotoCD и др.

    2. В отличие от растрового представления изображений объектами в виде точек, векторное описание использует в качестве простейших объектов отрезки прямых линий, кривые второго (параболы, гиперболы, эллипсы, окружности и др.) и третьего порядка (в т.ч., кривые Безье). В трехмерной компьютерной графике применяются сферы, кубы и др. Следует отметить, что масштабирование изображения, в любую сторону увеличения не изменяет качества изображения, поскольку координаты отдельных его точек рассчитываются по математическим формулам. На любом полиграфическом и печатном оборудовании векторные изображения воспроизводятся с максимальным качеством.

    Векторный формат становится невыгодным при передаче изображений с большим количеством  цветовых оттенков или мелких деталей, для их описания приходится использовать огромное количество графических объектов и математических формул. Векторные графические редакторы являются наилучшим средством для создания текстовых объектов. К векторным форматам относятся WMF, EPS (хранение как векторных, так и растровых изображений) и др.

    2.1. Разновидностью векторной графики  является фрактальная графика. Базовым элементом фрактальной графики является математическая формула, изображение строится по уравнениям без сохранения в памяти каких либо других объектов. Такой подход позволяет строить как простейшие регулярные структуры, так и сложные изображения типа природных ландшафтов и трехмерных объектов.

    3. Трехмерная графика находит широкое применение при компьютерном моделировании пространственных объектов, инженерном проектировании, в играх и др., задачей при этом является создание подвижных реалистичных изображений. Для создания модели объекта в трехмерном пространстве используют совокупность геометрических примитивов (различного рода многоугольники, куб, шар, конус и др.) и гладких, так называемых, сплайновых поверхностей. Назначением сплайновой поверхности является обеспечение гладкости поверхности объекта при его возможных перемещениях и деформациях. Сплайновая поверхность связывается с системой опорных точек объекта, образуя видимую оболочку над невидимым каркасом. Сплайновая поверхность есть ни что иное, как покрывающий каркас материал. Основная часть процессорного времени (даже у самых производительных персональных компьютеров (ПК)) затрачивается на визуализацию в процессе перемещения объектов их поверхности с учетом свойств формирующей ее текстуры и расположения источников света.

    2.2. ПРОГРАМНЫЕ ПРОДУКТЫ

    В области обработки двухмерных изображений применяется ряд пакетов Corel Corporation и фирмы Adobe, Corel Corporation для работы с различными типами графических изображений. Пакет CorelDraw 11 Suite располагает широкими возможностями для создания векторной, растровой и анимационной графики. Улучшенный интерфейс в стиле Windows (меню, панель инструментов, строку состояния, полосы прокрутки, кнопки управления), профессиональные графические функции и поддержка многоязычных текстов упрощают процесс создания иллюстраций для печатной продукции и Web. В состав пакета входят программы: CorelDraw - векторный графический редактор для макетирования страниц и создания иллюстраций; Corel PhotoPaint -растровый графический редактор для редактирования изображений и рисования; Corel R.A.V.E - редактор для создания анимации и rollover-графики, реагирующих на перемещения мыши (т.е. интерактивной rollover-графики). CorelDraw 11 используется для создания коммерческой графики, рекламных материалов, логотипов, иллюстративной и художественной графики, инженерной и научной документации. Панель инструментов состоит из: выбора объектов, изменения формы, масштабирования, рисования линий - Кривая Безье, рисования прямоугольников, рисования эллипсов, рисования многоугольников, работы с текстом, заливка, прозрачность, перетекание, объектов друг в друга с промежуточной трансформацией; управление параметрами контуров; пипетка для выбора цвета. Возможность записи последовательности действий в виде макрокоманды на языке Visual Basic for Applications.

    Пакет Adobe Photoshop 7, является графическим растровым редактором, управление Photoshop сосредоточено в меню и панели инструментов. Связь редактора с внешними устройствами (сканером, цифровым фотоаппаратом и др.) обеспечивается посредством программного интерфейса TWAIN. Инструменты: Область и Лассо для выделения участков, ограниченных геометрической фигурой, и Волшебная палочка, позволяющая осуществить выборку области по принципу цветового совпадения в рамках ограниченной пользователем части изображения. Перемещение позволяет передвигать выделенные области и копировать их. Аэрограф, Кисть, Карандаш, Ластик, Штамп (копирует выбранный участок по каждому щелчку мыши) и Палец (имитирует сдвиг сырой краски как прием художника при письме маслом гуашью тушью), Резкость/Размывка, Осветлитель/ Затемнитель/Губка для локальной коррекции яркости и цветовой насыщенности. Перо (прорисовка плавных криволинейных контуров), Текст, Линия, Заливка (заполнение участков одним цветом), Градиент (заполнение выделенных участков плавным переходом между цветами), Пипетка (определение цвета.

    Программа Adobe Illustrator 10 векторный графический редактор, предоставляет возможности для создания эффектных публикаций художественных работ в сети Интернет и в печати. Наряду с обеспечением повышения производительности и уменьшения размеров создан механизм динамической графики, который позволяет изменять вид рисунков  при изменении данных. Можно сгибать, растягивать и скручивать текст и рисунки (15 настраиваемых способов деформации). Изображение можно покрыть морщинами, развернуть или "раздуть" с помощью гибких инструментов текучести; при этом все деформированные объекты, в т.ч. и текст, остаются полностью доступными для редактирования.

    Программа обмена документами в электронном виде Adobe Acrobat 5.0 позволяет создавать новые документы и легко преобразовать любые документы без изменения их внешнего вида в переносимый pdf-файл, для просмотра или печати в любой операционной системе, обеспечивает инструментами правки или копирования в другие документы текста и рисунков. Существуют возможности защиты данных, создания цифровых подписей pdf-файлов, сохранение документов в формате RTF (Rich Text Format), что упрощает извлечение информации из pdf-файла для работы с ней в редакторе Word.

    Пакет AutoCAD 2002 - система автоматизированного проектирования Инструменты, сокращающие количество шагов при разработке проекта, позволяют тем самым проработать большее число конструктивных вариантов и решений. Помимо геометрии, производитель может также вводить данные по фотометрии, стоимости, материалам и многому другому. Инструменты проектирования: менеджер атрибутов блоков, который позволяет быстро считать атрибуты в текстовый файл, таблицу Excel или Microsoft Access. AutoCAD 2002 позволяет сократить время на изменение чертежа (при изменении геометрии объекта размеры объектов изменяются автоматически).

    Пакетом для трехмерной графики является - 3D Studio Max 6.0, позволяющий разрабатывать качественные объемные изображения объектов неживой природы с фотографической детальностью, создавать последовательности кадров, воспроизводящих движения объектов. Возможностями пакета при создании отдельных изображений и анимаций являются: моделирование геометрической формы любых трехмерных объектов, имитация физических свойств материалов объектов (шероховатости, блеска, прозрачности, свечения и др.), природных явлений (пламени, снега, тумана или дымки), имитация освещения, управления перемещением или изменением свойств объектов в процессе анимации. Пакет используется: при подготовке рекламных роликов, в компьютерной мультипликации, при подготовке иллюстраций для печати, в архитектурном проектировании и конструировании интерьеров. Особенностями пакета являются: множество мощных световых эффектов, низкие требования к ресурсам компьютера. Перспективным пакетом для использования на ПК, является пакет Maya 4. Пакет изначально создавался с учетом возможностей использования с различными, популярными операционными системами. Он спроектирован с учетом современных тенденций построения эффективного пользовательского интерфейса. Пакет имеет модульную структуру, обеспечивающую выполнение групп разнообразных функций взаимодействия мягких тел, имитацию методов работы скульпторов и художников, моделирование одежды, сопряжение реальных съемок с компьютерной анимацией и многое другое.

    Adobe Premiere 6.5 для нелинейного видеомонтажа. Для каждого фильма или презентации создается новый проект (задаются размер кадра, параметры изображения и звука, в проект импортируются имеющиеся файлы (содержащие видео, звук, статические изображения, компьютерную анимацию) и размещаются в нужном порядке на нескольких дорожках, создаются плавные переходы на стыках видеофрагментов и применяются другие специальные эффекты: фильтрация, движение, наложение, выполняется дополнительное редактирование (например, вводятся титры), затем записывается в нужном формате на диск. Adobe Premiere содержит в своем составе десятки фильтров. С помощью фильтров можно усилить резкость изображения или размыть его, увеличить глубину, разделить изображение на части, изменить цвет изображения и многое другое. Звуковые фильтры включают фильтры, создающие эффекты эха, движения, объема.

    Программа Adobe After Effects, выполняет функции пакета Photoshop для цифрового видео. Adobe After Effects позволяет вписать видео в компьютерную графику и наоборот, наложить друг на друга слои изображений и применить к ним графические эффекты, отредактировать цветовой баланс и уровень контраста, вставить анимированный текст, применить наплывы, растворения. 
 
 
 
 
 

    2.3. СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

    Устройством ввода называется устройство, передающее данные, программы или сигналы в процессор. Основные устройства ввода графической информации: клавиатура, манипулятор мышь (и подобные устройства: джойстик), цифровая камера, сканер, дигитайзер.

1. С помощью клавиатуры вводится информация в цифровом виде.
2. Мышь является координатным устройством. Вводить графическую информацию с помощью мыши очень трудоемко. Беспроводные (cordless) мышки передают данные в радио- или инфракрасном диапазоне волн. Джойстик - приспособление в виде рычага (рукоятки, штурвала). С помощью джойстика можно перемещать курсор по экрану дисплея и фиксировать его координаты в момент нажатия одной из клавиш.
3. Работает как обычный фотоаппарат, но вместо фотопленки в ней используется светочувствительный элемент, преобразующий изображение в электрические сигналы. Сигналы запоминаются в память камеры, откуда их можно переписать в компьютер.
4. Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер изображения текстов, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации.