Кодирование графической
информации
В середине
50-х годов для больших ЭВМ,
которые применялись в научных
и военных исследованиях, впервые
в графическом виде было реализовано
представление данных. В настоящее
время широко используются технологии
обработки графической информации с помощью
ПК. Графический интерфейс пользователя
стал стандартом "де-факто" для ПО
разных классов, начиная с операционных
систем. Вероятно, это связано со свойством
человеческой психики: наглядность способствует
более быстрому пониманию. Широкое применение
получила специальная область информатики,
которая изучает методы и средства создания
и обработки изображений с помощью программно-аппаратных
вычислительных комплексов, - компьютерная
графика. Без нее трудно представить уже
не только компьютерный, но и вполне материальный
мир, так как визуализация данных применяется
во многих сферах человеческой деятельности.
В качестве примера можно привести опытно-конструкторские
разработки, медицину (компьютерная томография),
научные исследования и др.
Особенно
интенсивно технология обработки
графической информации с помощью
компьютера стала развиваться
в 80-х годах. Графическую информацию
можно представлять в двух
формах: аналоговой или дискретной.
Живописное полотно, цвет которого
изменяется непрерывно - это пример аналогового
представления, а изображение, напечатанное
при помощи струйного принтера и состоящее
из отдельных точек разного цвета - это
дискретное представление. Путем разбиения
графического изображения (дискретизации)
происходит преобразование графической
информации из аналоговой формы в дискретную.
При этом производится кодирование - присвоение
каждому элементу конкретного значения
в форме кода. При кодировании изображения
происходит его пространственная дискретизация.
Ее можно сравнить с построением изображения
из большого количества маленьких цветных
фрагментов (метод мозаики). Все изображение
разбивается на отдельные точки, каждому
элементу ставится в соответствие код
его цвета. При этом качество кодирования
будет зависеть от следующих параметров:
размера точки и количества используемых
цветов. Чем меньше размер точки, а, значит,
изображение составляется из большего
количества точек, тем выше качество кодирования.
Чем большее количество цветов используется
(т. е. точка изображения может принимать
больше возможных состояний), тем больше
информации несет каждая точка, а, значит,
увеличивается качество кодирования.
Создание и хранение графических объектов
возможно в нескольких видах - в виде векторного,
фрактального или растрового изображения.
Отдельным предметом считается 3D (трехмерная)
графика, в которой сочетаются векторный
и растровый способы формирования изображений.
Она изучает методы и приемы построения
объемных моделей объектов в виртуальном
пространстве. Для каждого вида используется
свой способ кодирования графической
информации.
Растровое изображение.
При помощи
увеличительного стекла можно
увидеть, что черно-белое графическое
изображение, например из газеты,
состоит из мельчайших точек,
составляющих определенный узор - растр.
Во Франции в 19 веке возникло новое направление
в живописи - пуантилизм. Его техника заключалась
в том, что на холст рисунок наносился
кистью в виде разноцветных точек. Также
этот метод издавна применяется в полиграфии
для кодирования графической информации.
Точность передачи рисунка зависит от
количества точек и их размера. После разбиения
рисунка на точки, начиная с левого угла,
двигаясь по строкам слева направо, можно
кодировать цвет каждой точки. Далее одну
такую точку будем называть пикселем (происхождение
этого слова связано с английской аббревиатурой
"picture element" - элемент рисунка). Объем
растрового изображения определяется
умножением количества пикселей (на информационный
объем одной точки, который зависит от
количества возможных цветов. Качество
изображения определяется разрешающей
способностью монитора. Чем она выше, то
есть больше количество строк растра и
точек в строке, тем выше качество изображения.
В современных ПК в основном используют
следующие разрешающие способности экрана:
640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 точки.
Так как яркость каждой точки и ее линейные
координаты можно выразить с помощью целых
чисел, то можно сказать, что этот метод
кодирования позволяет использовать двоичный
код для того чтобы обрабатывать графические
данные.
Если говорить
о черно-белых иллюстрациях, то, если не
использовать полутона, то пиксель будет
принимать одно из двух состояний: светится
(белый) и не светится (черный). А так как
информация о цвете пикселя называется
кодом пикселя, то для его кодирования
достаточно одного бита памяти: 0 - черный,
1 - белый. Если же рассматриваются иллюстрации
в виде комбинации точек с 256 градациями
серого цвета (а именно такие в настоящее
время общеприняты), то достаточно восьмиразрядного
двоичного числа для того чтобы закодировать
яркость любой точки. В компьютерной графике
чрезвычайно важен цвет. Он выступает
как средство усиления зрительного впечатления
и повышения информационной насыщенности
изображения. Как формируется ощущение
цвета человеческим мозгом? Это происходит
в результате анализа светового потока,
попадающего на сетчатку глаза от отражающих
или излучающих объектов. Принято считать,
что цветовые рецепторы человека, которые
еще называют колбочками, подразделяются
на три группы, причем каждая может воспринимать
всего один цвет - красный, или зеленый,
или синий.
Векторное и фрактальное
изображения.
Векторное
изображение - это графический
объект, состоящий из элементарных
отрезков и дуг. Базовым элементом
изоражения является линия. Как
и любой объект, она обладает свойствами:
формой (прямая, кривая), толщиной., цветом,
начертанием (пунктирная, сплошная). Замкнутые
линии имеют свойство заполнения (или
другими объектами, или выбранным цветом).
Все прочие объекты векторной графики
составляются из линий. Так как линия описывается
математически как единый объект, то и
объем данных для отображения объекта
средствами векторной графики значительно
меньше, чем в растровой графике. Информация
о векторном изображении кодируется как
обычная буквенно-цифровая и обрабатывается
специальными программами.
К программным
средствам создания и обработки
векторной графики относятся
следующие ГР: CorelDraw, Adobe Illustrator, а также
векторизаторы (трассировщики) - специализированные
пакеты преобразования растровых изображений
в векторные.
Фрактальная
графика основывается на математических
вычислениях, как и векторная.
Но в отличии от векторной
ее базовым элементом является
сама математическая формула.
Это приводит к тому, что в
памяти компьютера не хранится
никаких объектов и изображение строится
только по уравнениям. При помощи этого
способа можно строить простейшие регулярные
структуры, а также сложные иллюстрации,
которые иммитируют ландшафты.