Урок_10 Графическая информация

Графическая информация

Из курса информатики 7-9 классов вы знакомы с общими принципами компьютерной графики, с графическими технологи­ями. Здесь мы немного подробнее, чем это делалось раньше, рас­смотрим способы представления графических изображений в па­мяти компьютера.

Принцип дискретности компьютерных данных справедлив и для графики. Здесь можно говорить о дискретном представле­нии изображения {рисунка, фотографии, видеокадров) и дискрет­ности цвета.

Дискретное представление изображения. Изображение на эк­ране монитора дискретно. Оно составляется из отдельных точек, которые называются пикселями { picture elements — элементы ри­сунка). Это связано с техническими особенностями устройства экрана, независимо от его физической реализации, будь то мони­тор на электронно-лучевой трубке, жидкокристаллический или плазменный. Эти «точки» столь близки друг другу, что глаз не различает промежутков между ними, поэтому изображение вос­принимается   как   непрерывное,    сплошное.   Если   выводимое   из компьютера изображение формируется на бумаге (принтером или плоттером), то линии на нем также выглядят непрерывными. Однако в основе всё равно лежит печать близких друг к другу то­чек.

В зависимости от того, на какое графическое разрешение эк­рана настроена операционная система компьютера, на нем могут размещаться изображения, имеющие размер 800 х 600, 1024 х 768 и более пикселей. Такая прямоугольная матрица пик­селей на экране компьютера называется растром.

Качество изображения зависит не только от размера растра, но и от размера экрана монитора, который обычно характеризует­ся длиной диагонали. Существует параметр разрешения экрана. Этот параметр измеряется в точках на дюйм (по-английски dots per inch — dpi ). У монитора с диагональю 15 дюймов размер изо­бражения на экране составляет примерно 28 х 21 см². Зная, что в одном дюйме 25,4 мм, можно рассчитать, что при работе мони­тора в режиме 800 х 600 пикселей разрешение экранного изобра­жения равно 72 dpi .

При печати на бумаге разрешение должно быть намного выше. Полиграфическая печать полноцветного изображения тре­бует разрешения 200-300 dpi . Стандартный фотоснимок размером 10 х 15 см² должен содержать примерно 1000 х 1500 пикселей.

Дискретное представление цвета.    Восстановим ваши знания о кодировании цвета,  полученные из курса информатики основ­ной школы. Основное правило звучит так: любой цвет точки на экране компьютера получается путем смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Этот принцип называется цветовой моделью RGB ( Red , Green , Blue ).

Двоичный код цвета определяет, в каком соотношении нахо­дятся интенсивности трех базовых цветов. Если все они смешива­ются в одинаковых долях, то в итоге получается белый цвет. Если все три компоненты «выключены», то цвет пикселя — чер­ный. Все остальные цвета лежат между белым и черным.

Дискретность цвета состоит в том, что интенсивности базовых цветов могут принимать конечное число дискретных значений.

Пусть, например, размер кода цвета пикселя равен 8 битам —

1 байту. Между базовыми цветами они могут быть распределены так:

смотри Рис 1.11 

2 бита — под красный цвет, 3 бита — под зеленый и 3 бита — под синий.

Интенсивность красного цвета может принимать 2² = 4 значе­ния, интенсивности зеленого и синего цветов — по 2³ = 8 значе­ний. Полное число цветов, которые кодируются 8-разрядными ко­дами, равно: 4-8-8 = 256 = 2⁸. Снова работает главная формула информатики.

Из описанного правила, в частности, следует:

          смотри 1.12

Обобщение этих частных примеров приводит к следующему правилу. Если размер кода цвета равен b битов, то количество цветов (размер палитры) вычисляется по формуле:

К = 2".

Величину b в компьютерной графике называют битовой глуби­ной цвета.

Еще один пример. Битовая глубина цвета равна 24. Размер палитры будет равен:

К = 2^й = 16 777216.

В компьютерной графике используются разные цветовые мо­дели для изображения на экране, получаемого путем излучения света, и изображения на бумаге, формируемого с помощью отра­жения света. Первую модель мы уже рассмотрели — это модель RGB . Вторая модель носит название CMYK .

Цвет, который мы видим на листе бумаги, — это отражение белого (солнечного) света. Нанесенная на бумагу краска поглоща­ет часть палитры, составляющей белый цвет, а другую часть отра­жает. Таким образом, нужный цвет на бумаге получают путем

«вычитания» из белого света «ненужных красок». Поэтому в цветной полиграфии действует не правило сложения цветов (как на экране компьютера), а правило вычитания. Мы не будем углубляться в механизм такого способа цветообразования. Рас­шифруем лишь аббревиатуру CMYK : Cyan — голубой, Magenta — пурпурный, Yellow — желтый, ЫасК — черный.

Растровая и векторная графика

О двух технологиях компьютерной графики — растровой и векторной — вы знаете из курса информатики основной школы.

В растровой графике графическая информация — это совокуп­ность данных о цвете каждого пикселя на экране. Это то, о чем го­ворилось выше. В векторной графике графическая информация — это данные, математически описывающие графические примитивы, составляющие рисунок: прямые, дуги, прямоугольники, овалы и пр. Положение и форма графических примитивов представляются в системе экранных координат.

Растровую графику (редакторы растрового типа) применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Растровые иллюстрации редко создают вручную с по­мощью компьютерных программ. Чаще для этой цели используют сканированные иллюстрации, подготовленные художником на бу­маге, или фотографии. Для ввода растровых изображений в ком­пьютер применяются цифровые фото- и видеокамеры. Большинство графических редакторов растрового типа в большей мере ориентиро­ваны не на создание изображений, а на их обработку.

Достоинство растровой графики — эффективное представле­ние изображений фотографического качества. Основной недоста­ток растрового способа представления изображения — большой объем занимаемой памяти. Для его сокращения приходится при­менять различные способы сжатия данных. Другой недостаток растровых изображений связан с искажением изображения при его масштабировании. Поскольку изображение состоит из фикси­рованного числа точек, увеличение изображения приводит к тому, что эти точки становятся крупнее. Увеличение размера то­чек растра визуально искажает иллюстрацию и делает ее грубой.

Векторные графические редакторы предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки.

Достоинства векторной графики — сравнительно небольшой объем памяти, занимаемой векторными файлами, масштабирова­ние изображения без потери качества. Однако средствами вектор­ной графики проблематично получить высококачественное худо­жественное изображение. Обычно средства векторной графики ис­пользуют не для создания художественных композиций, а для оформительских, чертежных и проектно-конструкторских работ.

Графическая информация сохраняется в файлах на диске. Су­ществуют разнообразные форматы графических файлов. Они де­лятся на растровые и векторные. Растровые графические файлы (форматы JPEG , BMP , TIFF и другие) хранят информацию о цве­те каждого пикселя изображения на экране. В графических фай­лах векторного формата (например, WMF , CGM ) содержатся описания графических примитивов, составляющих рисунок.

Следует понимать, что графические данные, помещаемые в видеопамять и выводимые на экран, имеют растровый формат вне зависимости от того, с помощью каких программных средств (рас­тровых или векторных) они получены.