Разновидности компьютерной графики
Двумерная графика. Двумерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно, компьютерную графику разделяют на:
- векторную,
- растровую,
- фрактальную.
Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.
Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Для этой цели сканируют иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото и видеокамеры. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации. В растровой графике тоже существуют линии, но там они рассматриваются как комбинации точек. Для каждой точки линии в растровой графике отводится одна или несколько ячеек памяти (чем больше цветов могут иметь точки, тем больше ячеек им выделяется). Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти она занимает.
Изображения в растровой графике состоят из отдельных точек различных цветов, образующих цельную картину (наподобие мозаики). Типичным примером растровой графики служат отсканированные фотографии или изображения, созданные в графическом редакторе PhotoShop. Применение растровой графики позволяет добиться изображения высочайшего фотореалистичного качества. Но такие файлы очень объемны и трудно редактируемы (каждую точку приходиться подправлять вручную) При изменении размеров качество изображения ухудшается. Так при уменьшении исчезают мелкие детали, а при увеличении картинка превращается в набор пикселей. При печати растрового изображения или при просмотре его на устройствах, имеющих, недостаточную разрешающую способность значительно ухудшается восприятие образа.
Изображение (объект) может быть монохромным (штриховым), черно-белой фотографией (в градациях серого) и цветным. Любой рисунок можно представить набором мозаичных точек (рис.1).
Рис. 1. Растровая графика
Суть принципа точечной графики: если надо закодировать какой-то объект, то на него "накладываем" сетку и создаем матрицу (таблицу) той же размерности, заполняя единицами ячейки, наложенные на объект, и нулями вне объекта. Если границы оригинал-объекта параллельны границам ячеек сетки, получается идеальная матрица (bitmap) из нулевых и единичных битов, которая представляет закодированное изображение объекта. Если эту матрицу вывести на экран или принтер или на диск для хранения, то получим оттиск объекта. Таким образом, с помощью отдельных блоков можно закодировать объект – известный древний способ рисования по клеточкам.
Но идеальный случай, когда границы объекта совпадают с направляющими линиями матрицы, реализуется редко. Ясно, что, если имеем полностью пустые и полностью заполненные квадратики - это биты 0 и 1. А если не полностью заполненные и не полностью пустые. Очевидно, что в общем случае нужно установить порог. Ниже этого порога – нолики, а выше единицы. Например, если порог меньше 1/2, то 0, если больше, то 1.
Разрешение измеряется в единицах:
ppi (pixelperinch – пиксель на инч (дюйм)) – количество пикселей на единицу длины в 1 дюйм;
dpi (dotsperinch – точки на дюйм) – количество точек на единицу длины в 1 дюйм;
1 дюйм = 25,4 мм.
Достоинства растровой графики:
1. Каждый пиксель независим друг от друга.
2.Техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки) изобразительной информации. Существует развитая система внешних устройств для ввода изображений (к ним относятся сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты).
3. Фотореалистичность (можно получать живописные эффекты, например, туман или дымку, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать перспективную глубину и нерезкость, размытость и т.д.).
4. Форматы файлов, предназначенные для сохранения точечных изображений, являются стандартными, поэтому не имеет решающего значения, в каком графическом редакторе создано то или иное изображение.
5. Можно использовать в Web-дизайне
Недостатки растровой графики:
1. Объём файла точечной графики однозначно определяется произведением площади изображения на разрешение и на глубину цвета (если они приведены к единой размерности). При этом совершенно неважно, что отображено на фотографии: белый снежный пейзаж с одиноким столбом вдалеке, или сцена рок-концерта с обилием цвета и форм. Если три параметра одинаковы, размер файла будет практически одинаковым.
2. При попытке слегка повернуть на небольшой угол изображение, например, с чёткими тонкими вертикальными линиями, чёткие линии превращаются в чёткие "ступеньки" (это означает, что при любых трансформациях: поворотах, наклонах и т.д. в точечной графике невозможно обойтись без искажений).
3. Невозможность увеличения изображений для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удаётся. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой (пикселизация) [17].
В векторной графике основным элементом изображения является линия, при этом не важно, прямая это линия или кривая (рис. 2). В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку линия представляется в виде формулы, а точнее говоря, в виде нескольких параметров. Чтобы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии. Линия – это элементарный объект векторной графики. Все, что есть в векторной иллюстрации, состоит из линий. Простейшие объекты объединяются в более сложные, например, объект четырехугольник можно рассматривать как четыре связанные линии, а объект куб еще более сложен: его можно рассматривать либо как двенадцать связанных линий, либо как шесть связанных четырехугольников. Из-за такого подхода векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой.
Рис.2. Векторная графика
Объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров, но надо помнить о том, что на экран все изображения все равно выводятся в виде точек. Перед выводом на экран каждого объекта программа производит вычисления координат экранных точек в изображении объекта, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой. Аналогичные вычисления производятся и при выводе объектов на принтер [18].
Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не храниться и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.
Генерация изображений осуществляется на основе заложенных в пакете фрактальных формул, а система подготовки изображения многоуровневая и включает очень подробную настройку цветов, возможность простейших трансформаций генерируемых элементов и массу прочих преобразований. В их числе применение фильтров, изменение освещения, корректировка цветовой гаммы, яркости и контрастности, изменение использованного при генерации материала, добавление к изображению «хаотических» структур и пр. [4].
Рис.3.Трехмерная графика
Трёхмерная графика (3D) и анимация. Трёхмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве (рис.3). Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.
В трехмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники. Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы.
В компьютерной графике используется три вида матриц:
· матрица поворота
· матрица сдвига
· матрица масштабирования.
Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый /сдвинутый/ с масштабированный относительно исходного [6].
Полиграфия – область техники, позволяющая с помощью технических средств выполнять тиражирование текстовых и графических материалов.
Различают несколько типов печати (полиграфии):
- альбуминовая печать;
- литография;
- офсетная печать;
- трафаретная печать и др.
Одной из первых упоминается альбуминовая печать.
Альбуминовая печать это технология для получения фотографических изображений, предложенная в 1850 г. Луи Дезире Бланкар – Эвраром (фр. LouisDesireBlanquart-Evrard).
Технология была первым коммерчески успешным методом печати на обычной бумаге c исходного негатива. Этот метод, основанный на использовании альбумина из белков яиц для закрепления фотохимикатов на бумаге, стал доминирующим способом получения позитивов с 1855г. и вплоть до конца XIX века. Процесс альбуминовой печати состоял в покрытии листа бумаги смесью яичного белка (альбумином) и соли (обычно поваренной соли – хлорида натрия).
Альбумин разглаживал бумагу и делал её поверхность слегка глянцевой. Затем бумага помещалась в водный раствор нитрата серебра, что делало её чувствительной к свету. Далее бумага высушивалась в полной темноте. Высушенная подготовленная бумага помещалась в рамку вместе со стеклянным негативом и подвергалась затем действию света. Чаще всего негатив был стеклянным, изготовленным по коллоидному процессу. Рамку держали на солнечном свете до достижения нужного уровня потемнения. Альбуминовые отпечатки находились в непосредственном контакте с негативом. Так как при этом не использовались никакие дополнительные технические средства, а только свет, этот процесс и назвали «печатью», в отличие от других способов.
На сегодняшний день наиболее распространенными являются офсетная и трафаретная печати. Различают несколько видов трафаретной печати одна из них это шелкография, другая ризография.
Шелкографией называют способ трафаретной печати, в котором в качестве формного материала используются специальные тканевые или металлические сетки частотой 60 – 140 нитей/см и толщиной примерно 30 – 90 мкм. Обычно пробельные элементы формируют непосредственно на сетке фотохимическим способом. Для изготовления формы печати может быть использован сухой пленочный фоторезистор, который широко используется в электронной промышленности для изготовления печатных плат. Сетка с двух сторон закатывается фоторезистором, экспонируется и проявляется. Печать происходит густыми красками или пастами, которые резиновым ракелем продавливаются сквозь свободные от фоторезистора участки сетки. Свое название «шелкография» этот способ получил из-за патента процесса трафаретной печати, выданный в 1907 году под названием англ. Silkscreenprinting – печать шелковым ситом.
Считается, что этот способ печати возник в глубокой древности, но современный вид трафаретная печать приобрела в середине прошлого века. Благодаря особенностям технологии шелкография позволяет печатать практически на любых материалах (для каждого может быть подобрана подходящая краска) и практически на материалах любой формы поверхности. Сейчас трафаретная печать применяется не только в полиграфии, но и в текстильной, электронной, автомобильной, стекольной, керамической и других отраслях промышленности.
Одной из особенностей шелкографии является возможность получать толстый красочный слой от нормальных 10-12 мкм до 500 и более (для офсета красочный слой составляет 1-2 мкм).
Ризография является одной из разновидностей трафаретной печати, которую относят к способам оперативной полиграфии. Ризография – печать с использованием печатной формы, изготовленной прожиганием лазером микроотверстий в формном материале для образования печатающих элементов. Ризографию используют для оперативного размножения на бумаге печатной продукции небольшими тиражами (от 100 до 1000 экз., и, как правило, одноцветной). При сильном увеличении можно увидеть, что штрихи на оттиске состоят из точек и напоминают пунктирные линии. В качестве оригиналов могут быть использованы бумажные документы или файлы. Печать на ризографе производится с разрешением 400 dpi. Трафаретная печать является одним из технологичных способов печати. Она охватывает самые различные области применения: от ручных работ до высокотехнологичных промышленных решений, от самых малых форматов при изготовлении печатных плат до самых крупных плакатов порядка 3х6 м и от единичных экземпляров до больших тиражей. Способом трафаретной печати запечатываются бумага, текстиль, керамика и синтетические материалы в виде полотна, отдельных листов, а также такие изделия различного предназначения и формы, как банки, бокалы и панели. Применяемые для трафаретной печати аппараты, машины и устройства охватывают как обычные приспособления и установки, используемые в кустарном производстве, так и большие машины для работ в промышленных масштабах.
Мультимедиа – это область компьютерной графики, связанная с созданием интерактивных энциклопедий, справочных систем, обучающих программ и интерфейсов к ним.
В отличие от полиграфии, где дизайнер-полиграфист сотрудничает с печатником, дизайнер-мультимедийщик сотрудничает с программистом. Здесь требования к графике уже другие. Так, в полиграфии, например, файлы должны иметь достаточно большое разрешение. В результате размеры файлов могут составлять десятки и даже сотни мегабайтов. В мультимедиа же ограничением служит разрешение экрана монитора и требование минимизации размеров файлов. Здесь контроль над качеством проще, чем в полиграфии, для него достаточно наличие хорошего монитора.
Современный мир немыслим без 3D-технологий. А ведь трехмерная графика слышала в свой адрес немало упреков в полной неприменимости. Странно вспомнить, что трехмерная компьютерная графика когда-то носила ироническое название «решение в поисках проблемы».
Метод трехмерной графики сегодня творит чудеса: стало возможным «снимать» телепередачи исключительно при помощи компьютерных моделей. «Живой» ведущий свободно перемещается внутри сцены, при моделировании которой использована исключительно трехмерная графика, ходит вокруг объектов и может взаимодействовать с ними.
Но сейчас трехмерная компьютерная графика позволяет любоваться подобными эффектами не только на экранах телевизоров – наша студия применит новейшие достижения в этой области для решения текущих презентационных задач. Даже обычная презентация проекта может стать именно такой интерактивной съемкой, если задействована не только трехмерная графика и анимация, но и программа Quest3D. Уровень, которого достигает трехмерная графика подобных презентаций, также не уступает лучшим игровым продуктам [6].
Уже не телевизионный персонаж, а вы сами сможете «пройтись» по графической лестнице или приоткрыть дверь виртуального дома – точно так же, как это происходит с пользователем компьютерной игры. Сама картинка будет активно «реагировать» на Ваши действия, меняясь в зависимости от них. Такой уровень реалистичности еще недавно был недоступен, но цифровые технологии не стоят на месте, а трехмерная графика непрерывно совершенствуется, учитывая меняющиеся и все более сложные запросы современного дизайна. Загляните в мир будущего с нами – трехмерная компьютерная графика приблизит вас к нему.