Книга / учебник: Основи інформатики

Основи інформатики

Зміст

1. Комп’ютерна графіка - основні поняття і визначення

. Основні галузі та загальні особливості використання комп’ютерної графіки

. Основні складові системи комп’ютерної графіки

. Математично-алгоритмічне та програмно-технічне забезпечення комп’ютерної графіки

. Графічно-орієнтоване комп’ютерне програмне забезпечення

. Символьна та графічна інформація

. Діалогова модель взаємодії користувача з комп’ютером; вимоги до організації взаємодії

. Наукова та інженерна графіка - характеристика, складові елементи

. Ділова, ілюстративна, рекламна та художня графіка - характеристика, складові елементи

. Комп'ютерна анімація; Геоінформаційні системи (ГІС) - основні поняття, процеси та методи

. Основні поняття векторної графіки

. Математичні основи векторної графіки. Терміни

. Математичні основи векторної графіки; криві другого та третього порядку

. Структура векторної ілюстрації

. Векторна графіка - колір та ескізи, редагування елементів

. Області застосування векторної графіки

. Переваги та недоліки векторної графіки

. Поняття растрової графіки. Основні терміни растрової графіки

. Будова растрових файлів

20. Відображення інформації у растровій графіці. Чорно-білі растрові зображення. Кольорові растрові зображення

21. Оптична роздільність у растровій графіці. Масштаб відображення

22. Методи растрування. Растровий принцип формування зображення

23. Переваги та недоліки растрової графіки

24. Елементи аналітичної геометрії. Системи координат

25. Проектування тривимірних об’єктів. Ортографічні та косокутні проекції

26. Сприйняття тривимірності людиною. Представлення тривимірності об’єктів

27. Моделювання. Рендеринг

28. Застосування 3D графіки та її недоліки

29. Трикомпонентний колірний простір. Подання кольору у комп’ютері

30. Колірні моделі - загальні визначення і терміни

31. Колірний простір CIE XYZ

32. Особливості кольорового зору. Основні поняття кольору

33. Колірна модель RGB

34. Колірна модель CMY. Колірна модель CMYK

35. Колірна модель Lab

36. Колірна модель HSB (HSV)

37. Колірна модель HSL

38. Галузі використання розповсюджених колірних моделей

39. Колірні кола

40. Проектування за допомогою ЕОМ

Література

комп'ютерний графіка растровий колірний

1.      Комп’ютерна графіка - основні поняття і визначення

Комп'ютерна гра́фіка - це графіка, тобто зображення, які створюються, перетворюються, оцифровуються, обробляються і відображаються засобами обчислювальної техніки, включаючи апаратні і програмні засоби. Рухома комп'ютерна графіка називається комп'ютерним відео або комп'ютерною анімацією. Для відображення графіки використовують монітор, принтер, плотер тощо.

Робота з комп'ютерною графікою - один з найпопулярніших напрямків використання персонального комп'ютера, до того ж займаються цією роботою не тільки професійні художники і дизайнери. На будь-яких підприємствах час від часу виникає необхідність в подачі рекламних оголошень в газетах і журналах або просто у випуску рекламної листівки або буклету.

Без комп'ютерної графіки не обходиться жодна сучасна мультимедійна програма. Робота над графікою займає до 90% робочого часу програмістських колективів, які випускають програми масового використання.

Не зважаючи на те, що для роботи з комп'ютерною графікою існує маса класів програмного забезпечення, розрізняють усього 3 види комп'ютерної графіки. Це растрова графіка, векторна графіка і фрактальна графіка. Вони відрізняються принципами формування зображення при відображенні на екрані монітора або при друці на папері.

Растрову графіку використовують при розробці електронних (мультимедійних) і поліграфічних видань. Ілюстрації, виконані засобами растрової графіки, рідко створюють вручну за допомогою комп'ютерних програм. Частіше для цієї мети використовують скановані ілюстрації, підготовлені художником на папері, або фотографії. В останній час для вводу растрових зображень в комп'ютер широко використовують цифрові фото- і відеокамери.

Відповідно, більшість графічних редакторів, які призначені для роботи з растровими ілюстраціями, орієнтовані не стільки на створення зображення, скільки на їх обробку. В Інтернеті поки що використовують тільки растрові ілюстрації.

Програмні засоби для роботи з векторною графікою, навпаки, призначені, в першу чергу, для створення ілюстрацій і в меншій мірі для їх обробки. Такі засоби широко використовують в рекламних агентствах, дизайнерських бюро, редакціях і виданнях. Оформлювальні роботи, основані на застосуванні шрифтів і простих геометричних елементів, вирішуються засобами векторної графіки набагато простіше. Існують приклади високохудожніх творів, створених засобами векторної графіки, але вони скоріше винятки, ніж правило, оскільки художня підготовка ілюстрацій засобами векторної графіки надзвичайно складна.

Програмні засоби для роботи з фрактальною графікою призначені для автоматичної генерації зображення шляхом математичних розрахунків. Створення фрактальної художньої композиції полягає не в рисуванні чи оформленні, а в програмуванні. Фрактальну графіку рідко використовують для створення друкованих або електронних документів, але її часто використовують у розважальних програмах.

2.      Основні галузі та загальні особливості використання комп’ютерної графіки

Сучасне застосування комп’ютерної графіки дуже різноманітне. Основними галузями застосування комп’ютерної графіки є:

) наукова,

) ділова,

) конструкторська,

) поліграфічна,

) Web-дизайн,

) мультимедіа.

Напрям наукової графіки з’явився самим першим. Його призначенням є візуалізація (наочне зображення) об’єктів наукових досліджень, графічна обробка результатів розрахунку, проведення обчислювальних експериментів із наочним представленням їх результатів.

Ділова графіка - це галузь комп’ютерної графіки, призначена для створення ілюстрацій, які часто застосовуються у роботі різних установ. Планові показники, звітна документація, статичні зведення - ось об’єкти, для яких за допомогою ділової графіки створюються ілюстровані матеріали. Частіше всього це графіки, колові і стовпчикові діаграми.

Конструкторська графіка - застосовується в роботі інженерів-конструкторів, є обов’язковим елементом систем автоматизації проектування (САПР). Графіка в САПР застосовується для підготовки технічних креслень проектуючого пристрою. Графіка в поєднанні з розрахунками дозволяє проводити в наочній формі пошук оптимальної конструкції, найбільш вдалого компонування деталей, прогнозувати наслідки, до яких можуть привести зміни в конструкції. Засобами конструкторської графіки можна отримувати плоскі зображення (проекції, січення) і просторові, трьохмірні зображення.

Поліграфія - це сукупність технічних засобів для множинного репродукування (т.т. відтворення, відновлення) текстового матеріалу і графічних зображень. Спеціаліст, працюючий у цій галузі, повинен не тільки знати програми верстки і графічні редактори але й розбиратися в до печатній підготовці видання.

Web-дизайн - це оформлення web-сторінки. Ця галузь комп’ютерної графіки має таке саме значення для сайту, як і поліграфічний дизайн і верстка для паперового видання. Часто під web-дизайном розуміють не тільки створення графічних елементів для сайту, але й проектування його структури, навігації, тобто створення сайту повністю.

Мультимедіа - це галузь комп’ютерної графіки, пов’язана зі створенням інтерактивних додатків, які дають можливість активно впливати на вміст і направленість енциклопедій, довідкових систем, навчальних програм і інтерфейсів до них (т.т. системи уніфікованих зв’язків (по виду передаючої інформації, параметрів сигналів, апаратурі), призначеної для обміну інформацією між пристроями обчислювальної системи, наприклад, між пристроями вводу даних і запам’ятовуючими пристроями.

3.      Основні складові системи комп’ютерної графіки

Систему комп'ютерної графіки умовно можна розбити на дві основні складові: математично-алгоритмічну та програмно-технічну (рис.).

Моделювання прикладних задач, чисельних методів їх розв'язування, алгоритмів розв'язування задач та представлення даних при діалозі користувача з комп'ютером. Програмно-технічне забезпечення включає в себе складний комплекс технічного забезпечення комп'ютера, призначений для введення-виведення графічної інформації, зберігання та редагування даних, вимірювання та контролю, поєднаний з прикладним програмним забезпеченням для роботи з графічною інформацією, а також технічно-експлуатаційною документацією до нього.

Найсучаснішим і універсальним "креслярським інструментом" є комп'ютер з відповідним програмним забезпеченням, яке називається графічною системою. Основною частиною графічної системи є графічний редактор - засіб формування, перетворення і редагування графічної інформації.

4.      Математично-алгоритмічне та програмно-технічне забезпечення комп’ютерної графіки

Математично-алгоритмічне забезпечення ґрунтується на методі математичного моделювання, згідно з яким математична структура, відношення елементів у математичній моделі відповідає структурі й відношенням у реальному об'єкті. У КГ використовується геометрична версія математичного моделювання, при якому дво- та тривимірні зображення складаються з точок, ліній і поверхонь.

Програмне забезпечення включає програми в машинних кодах, тексти програм та експлуатаційні документи. Основу програмного забезпечення КГ становлять пакети прикладних програм (ППП), які є набором програм, що реалізують на ЕОМ інваріантні та об'єктно-орієнтовані графічні процедури.

5.      Графічно-орієнтоване комп’ютерне програмне забезпечення

Програмне забезпечення комп'ютерної графіки здійснюється спеціалізованими системами комп'ютерної графіки, орієнтованими на певний вид графічної інформації. Така система виконує введення, зберігання, обробку і виведення графічної інформації у вигляді конструкторських документів. Для реалізації системи необхідні документи, які регламентують її роботу, вихідна інформація для формування бази даних, елементи оформлення креслень, технічні і програмні засоби створення моделей геометричних об'єктів і їх зображень, зручний інтерфейс користувача у вигляді діалогу з комп'ютером. Всі ці компоненти утворюють методичне, інформаційне, технічне, програмне і організаційне забезпечення системи комп'ютерної графіки(КГ). Ефективність застосування системи КГ визначається такими її можливостями:

•        Наявністю засобів редагування креслення: повороту, переносу, масштабування, копіювання, дзеркального відображення і т.д.;

•        Використанням готових фрагментів креслень, стандартних виробів;

•        Веденням діалогу з комп'ютером у звичних для конструктора термінах із звичними об'єктами - графічними зображеннями;

•        Наявністю мовних засобів опису типових моделей, за допомогою яких можна отримати всі геометричні форми цього класу виробів (варіантний спосіб опису геометричних об'єктів);

•        Одержанням креслень високої якості, оформлених згідно з вимогами стандартів.

Ефективність використання графічного редактора як основної частини системи КГ забезпечується наявністю автоматичного виконання графічних функцій, серед яких основними є:

♦ функції побудови (проведення відрізків прямих, кіл та їх дуг, кривих за заданими умовами, багатокутників і т. Ін.);

♦ функції перетворення (зсув, поворот, зміна масштабу...);

♦ функції обчислення (довжин, пери -метрів, об'ємів, площ...);

♦ функції редагування (видалення, вставки...);

♦ функції виведення (виведення інформації до друку або креслення) тощо.

6.      Символьна та графічна інформація       

Уся інформація може бути умовно поділена на два типи: символьну та графічну. Символьна - це інформація, яка при різноманітних використаннях має сталу чи постійну форму. Цей тип інформації зрозумілий користувачу тому що до такого типу інформації відноситься абетка. Символьна інформація теж може бути поділена на три види. Перший і усім зрозумілий - абеткова інформація. Для цього виду інформації у світі прийняте кодування (ASCI). Тобто кожний символ кодується своїм кодом. Прийняте до останнього часу кодування символів використовує 8 біт (1 байт). Тобто один символ-один байт. Одна половина цієї таблиці - це латинь, а друга - символи всіх інших мов (127 кодів), що залишилися. Виникають проблеми при використанні національної мови і особливо при створенні програм впорядкування у базах даних. Безумовно, що 127 кодів зовсім недостатньо для кодування абеток всіх існуючих мов. Тому зараз починають використовувати унікод (2 байта), але це в двічі збільшує витрати пам'яті.

Другим типом символьної інформації є стандартні зображення, що використовуються у прикладних галузях. Це зображення різних стандартних елементів - резисторів, індуктивностей, конденсаторів та іншого в електроніці, такі ж зображення є у інших галузях. Дуже простим прикладом цих зображень є піктограми які використовуються в усіх програмних системах чи автофігури у графічних засобах Word, наприклад, малюнки, що надано нижче:

Третій тип символьних зображень - це комбінація двох попередніх.

Вважається, що графічна форма уявлення інформації дозволяє будувати довільні зображення (і символьні також). Не існує межі між графічною та символьною інформацією. Бо у минулі роки графічні зображення часто малювали символьними елементами, в той же час символи можуть бути намальовані засобами введення графічної інформації. Доречи, існують системи в яких користувачу дозволяється вводити символи шляхом їх малювання (потім ці зображення розпізнаються і замінюються на стандартні символьні).

7.      Діалогова модель взаємодії користувача з комп’ютером; вимоги до організації взаємодії

Діалогова взаємодія (діалог) являє собою регламентований обмін інформацією між людиною і обчислювальною машиною, що здійснюється в реальному масштабі часу і спрямований на спільне вирішення конкретного завдання. При взаємодії користувача з комп'ютером розрізняють три режими роботи: пакетний; пасивно-інтерактивний; інтерактивний.

Ініціатором діалогового процесу є людина, яка вибирає мету і в якійсь мірі може впливати на способи її досягнення за допомогою запитів. Система забезпечує адекватну реакцію на запити користувача. Діалог є автоматизованим методом вирішення слабоформалізованих завдань. При цьому розподіл функцій між людиною і комп’ютером наступний: людина ставить завдання, а система надає засоби для вирішення підзадач. Потім виконує об'єднання результатів, а прийняття проектних рішень залишається за людиною.

Для людино-машинної взаємодії характерно істотне розходження властивостей партнерів діалогу. Людина, як учасник діалогу, має певні психофізичні потреби, володіє фізичними й моторними навичками, мовними знаннями і досвідом діалогового спілкування, а також може мати різну підготовленість у предметній області. Крім того, при розробці діалогу доводиться враховувати властивості людської особистості, ставлення користувача до системи і його очікування від роботи з системою. З урахуванням цих факторів користувачі системи підрозділяються на кілька категорій:

·              керівники, які здійснюють прийняття рішень і керування проектними роботами;

·              "проектувальники - непрограмісти", які працюють в конкретних прикладних областях без використання мовних засобів;

·              "проектувальники - програмісти", які формують завдання на вхідних мовах пакетів і мовах програмування;

·              прикладні програмісти, які розробляють або розширюють компоненти прикладних підсистем;