Книга / учебник: Основи інформатики

Заповнений об'єкт трактується як єдиний елемент, тобто при змінюванні форми об'єкта, заповнення заповнює всю його внутрішню ділянку.

Заповнення можна розбити на 4 категорії:

градієнтне, при якому кольори або тіні поступово змінюються (лінійна, радіальна, конічна, прямокутна тощо);

візерункове, при якому об'єкт заповнюється повторювальними зображеннями (двоколірними або повноколірними);

текстурне заповнення (художні зображення).

У векторних редакторів є засоби застосування ефектів до простих об'єктів (відтінювання, витискування, викривлення, прозорість тощо).

Слід відмітити наявність засобів обробки тексту, до яких можна застосувати всі прийоми редагування об'єктів, керувати розмірами тексту і повертати в любий бік.

16.    Області застосування векторної графіки

Системи CAD / CAM використовуються сьогодні в різних областях інженерної конструкторської діяльності від проектування мікросхем до створення літаків. Провідні інженерні та виробничі компанії, такі як Boeing, в кінцевому рахунку рухаються до повністю цифровому поданням конструкції літаків.

Архітектура є іншою важливою областю застосування для CAD / CAM і зовсім недавно створених систем класу walkthrough (прогулянки навколо проектованого об'єкта з метою його вивчення і оцінки). Такі фірми, як McDonald's, вже з 1987 року використовують машинну графіку для архітектурного дизайну, розміщення посадкових місць, планування приміщень та проектування кухонного обладнання. Є ряд ефектних застосувань векторної графіки в області проектування стадіонів і дизайну спортивного інвентарю, новий парк в Балтіморі (Baltimore Orioles'Camden Yards Park).

Медицина стала вельми привабливою сферою застосування комп'ютерної графіки, наприклад: автоматизоване проектування інплантантов, особливо для кісток і суглобів, дозволяє мінімізувати необхідність внесення змін протягом операції, що скорочує час перебування на операційному столі (дуже бажаний результат як для пацієнта, так і лікаря). Анатомічні векторні моделі також використовуються в медичних дослідженнях і в хірургічній практиці.

Наукові лабораторії продовжують генерувати нові ідеї в області візуалізації. Завдання спільноти комп'ютерної графіки полягає в створенні зручних інструментів і ефективних технологій, що дозволяють користувачам продовжувати наукові дослідження за кордоном можливого і безпечного експерименту.

Класична" векторна графіка досі використовується в різних галузях бізнесу, включаючи розробку концепції, тестування та створення нових продуктів, але бізнес також став лідируючим споживачем систем мультимедіа, наприклад, в навчанні чи маркетингових презентаціях. Віртуальна реальність знаходить свою нішу в індустрії розваг і відеоіграх. Число віртуальних галерей і розважальних парків швидко зростає.

17.    Переваги та недоліки векторної графіки

Переваги векторної графіки:

·              невеликі за розміром файли, оскільки зберігається не зображення, а лише його основні дані, використовуючи які, програма відновлює зображення;

·              розмір об'єктів та опис колірних характеристик майже не збільшує розміри файлу;

·              об'єкти легко трансформуються, ними легко маніпулювати. Редагуючи векторний об'єкт, можна змінити властивості ліній, з яких складається зображення. Можна пересувати об'єкт, змінювати його розміри, форму та колір, не впливаючи на якість зображення;

·              векторна графіка не залежить від роздільчості, тобто векторні об'єкти відтворюють на пристроях з різною роздільчістю без втрати якості зображення.

·              векторна графіка може містити в собі фрагменти растрової графіки, які перетворюються в об'єкти, але мають обмеження у їх обробці;

·              у програмах векторної графіки є розвинуті засоби інтеграції зображення та тексту. Єдиний підхід до них обумовлює створення кінцевого продукту;

Векторні програми незамінні там, де принципове значення має збереження чітких контурів, а саме:

·              повноколірні ілюстрації;

·              складні креслення;

·              логотипи та емблеми;

·              графічні зображення для Web;

·              мультиплікація;

·              рисунки на основі оригіналів.

В арсеналі векторних програм є безліч інструментів для виконання різноманітних задач, як у традиційних операційних середовищах, так і в Інтернеті.

Недоліки векторної графіки. Природа уникає прямих ліній. На жаль, вони є основними компонентами векторних малюнків.До недавнього часу це означало, що застосуванням векторної графіки були зображення, які ніколи не намагалися виглядати природно, наприклад, двомірні креслення і кругові діаграми, створені спеціальними програмами САПР, два і три мірні технічні іллюстрациі, стилізовані малюнки і значки, що складаються з прямих ліній і областей, зафарбованих однотонним кольором.

18.    Поняття растрової графіки. Основні терміни растрової графіки

Растрову графіку застосовують під час розробки електронних і поліграфічних видань. Ілюстрації, виконані засобами растрової графіки, рідко створюють вручну, за допомогою комп’ютерних програм. Частіше всього застосовують відскановані ілюстрації, підготовлені художником на папері, чи фотографії. Останнім часом для введення растрових зображень у комп’ютер знайшли широке застосування цифрові фото- і відеокамери. Відповідно, більшість растрових графічних редакторів орієнтовані не стільки на створення зображень, скільки на їх обробку.

Растр - це прямокутна сітка точок, формуючих зображення на екрані монітора. Кожна точка растру характеризується двома параметрами: своїм положенням на екрані і своїм кольором, якщо монітор кольоровий, чи ступенем яскравості, якщо монітор чорно-білий.

Растрова графіка являє собою зображення у вигляді масиву цифр. Тому при великому збільшенні всі зображення виглядають як мозаїка (сітка), яка складається з найменших комірок.

Сама сітка отримала назву растрової карти (bitmap), а її формуючі елементи називаються пікселем. Пікселі (pixel) - це найменший елемент зображення, відтворюючий комп’ютером. Слово піксель походить від скорочення picture element (елемент зображення) з заміною букви С на Х. Відмінними особливостями піксела є його: однорідність (всі піксели за розміром однакові) і неподільність (всередині піксела не може бути ніяких більш дрібних елементів). Якщо піксели досить малі, то око сприймає "піксельну мозаїку" як одне ціле зображення. Під час масштабування растрових зображень виникають спотворення - східці (aliasing).

Растрові редактори дозволяють частково прибрати ці спотворення за рахунок застосування спеціальних алгоритмів обробки. Ці операції називаються anti-aliasing.

19.    Будова растрових файлів

Растровий файл складається з точок, число яких визначається роздільною здатністю, вимірюваною зазвичай в точках на дюйм ( dpi ) або на сантиметр ( dpc ) . Дуже важливим фактором, що впливає на неї, з одного боку, на якість виведення зображення, а з іншого - на розмір файлу, є глибина кольору, тобто число розрядів, що відводяться для зберігання інформації про три складові (якщо це кольорова картинка) або однієї складової ( для напівтонового НЕ кольорового зображення ) Наприклад, при використанні моделі RGB глибина 24 розряду на точку означає, що на кожен колір (червоний, синій, зелений) відводиться по 8 розрядів і тому в такому файлі може зберігатися інформація про 2 ^ 24 = 16,777,216 кольорах ( Звичайно в цьому випадку говорять про 16 млн. кольорів) . Очевидно, що навіть файли з низьким дозволом містять в собі тисячі або десятки тисяч точок . Так, растрова картинка розміром 1024х768 пікселів і з 256 квітами займає 768 Кбайт. Для зменшення обсягів файлів розроблені спеціальні алгоритми стиснення графічної інформації. Саме вони і є основною причиною існування графічних форматів.

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

Характеризує максимальне число кольорів, які використані у зображенні. Існує декілька типів зображень із різною глибиною кольору:

чорно-білі;

у відтінках сірого;

з індексованими кольорами;

повноколірні;

Чорно-білі зображення. На один піксел зображення відводиться 1 біт інформації - чорний та білий. Глибина кольору - 1 біт.

Зображення у відтінках сірого. Піксел сірого зображення кодується 8 бітами (1 байт). Глибина кольору - 8 біт, піксел може приймати 256 різних значень - від білого (255) до чорного (0 яскравості).

Зображення з індексованими кольорами. Перші кольорові монітори працювали з обмеженою колірною гамою (16, згодом 256 кольорів). Такі кольори називаються індексованими і кодуються 4 або 8 бітами у вигляді колірних таблиць. В такій таблиці всі кольори вже визначені і можна використовувати лише їх.

Повноколірні зображення. Глибина кольору не менше як 24 біти, що дає можливість відтворити понад 16 мільйонів відтінків. Повноколірні зображення називаються True Color (правдивий колір). Бітовий об'єм кожного піксела розподіляється по основних кольорах обраної колірної моделі, по 8 бітів на колір. Колірні складові організуються у вигляді каналів, спільне зображення каналів визначає колір зображення. Повноколірні зображення на відміну від вище розглянутих є багатоканальними і залежать від колірної моделі (RGB, CMY, CMYK, Lab, HBS), які різняться за глибиною кольорів і способом математичного опису кольорів.

Інтенсивність тону (світлота). Поділяється на 256 рівнів. Більше число градацій не сприймається людським оком і є надлишковим. Менша кількість погіршує сприйняття інформації (мінімальним є 150 рівнів). Для відтворення 256 рівнів тону достатньо мати розмір комірки растра 16х16 точок.

Розмір файлу. Засобами растрової графіки створюють та обробляють зображення, що потребують високої точності у передачі кольорів та напівтонів. Розміри файлів напряму зв'язані зі збільшенням роздільчості і можуть сягати десятки мегабайтів.

21.    Оптична роздільність у растровій графіці. Масштаб відображення

Роздільчість вказує кількість точок на одиницю довжини.

Потрібно розрізняти:

роздільчість оригінала;

роздільчість екранного зображення;

роздільчість друкованого зображення.

Роздільчість оригінала. Вимірюється у точках на дюйм (dpi - dots per inch) і залежить від вимог до якості зображення та розміру файлу, способу оцифрування або методу створення готового зображення, вибраного формату файлу та інших параметрів. Зрештою, чим вище вимоги до якості, тим більша має бути роздільчість.

Роздільчисть екранного зображення. Для екранного зображення, елементарну точку растра називають пікселом. Розмір піксела коливається в залежності від вибраної екранної роздільчості, роздільчості оригіналу й масштабу відображення. Монітори можуть забезпечити роздільчість 640х480, 800х600, 1024х768, 1600х1200 і вище. Відстань між сусідніми точками люмінофора в якісному моніторі складає 0,22-0,25 мм. Для екранного зображення достатньо роздільчості 72 dpi.

Роздільчість друкованого зображення. Розмір точки растрового зображення залежить від застосованого методу та параметрів растрування оригіналу. При раструванні на оригінал накладається сітка ліній, комірки якої утворюють елемент растра. Частота сітки растра вимірюється числом ліній на дюйм (lpi - lines per inch) і називається лінєатурою. Розмір точки растра розраховується для кожного елементу і залежить від інтенсивності тону в цій комірці. Масштабування растрових зображень. При збільшенні растрового зображення, можна спостерігати пікселізацію, тобто при масштабуванні збільшується розмір точок і стають помітними елементи растра. Для усунення цього, потрібно заздалегідь оцифрувати оригінал із роздільчістю, достатньої для якісного відтворення при масштабуванні. Або, при масштабуванні застосовують метод інтерполяції, коли при збільшенні зображення, додається необхідне число проміжкових точок.

22.    Методи растрування. Растровий принцип формування зображення

Всі точки растру мають однакову оптичну щільність, що наближується до абсолютно чорного кольору. Ілюзія темнішого кольору створюється за рахунок збільшення розмірів точок і скорочення проміжкового поля між ними при однаковій відстані між центрами елементів растра. Такий метод називається растрування з амплітудною модуляцією.

При застосуванні методу з частотною модуляцією, інтенсивність тону регулюється зміною відстані між сусідніми точками однакового розміру, тобто в комірках растра з різною інтенсивністю тону знаходиться різне число точок. Зображення, растровані за частотно-модульним методом, якісніші, оскільки розмір точок мінімальний.

При методі стохастичного растрування, враховується число точок, необхідне для відображення потрібної інтенсивності тону у комірці растра. Згодом, ці точки розташовуються всередині комірки на відстані, що підраховується квазівипадковим методом. Регулярна структура растра всередині комірки й у зображення відсутня. Такий спосіб потребує великих трат обчислювальних ресурсів і високої точності поліграфічного устаткування, тому застосовується лише для художніх робіт.

З растровою формою формування зображень людина знайома з дитинства (згадаємо, як дитина складає зображення з кубиків). Це метод формування зображень, який використовується у телебаченні, при якому промінь за кадр проходить елемент за елементом повний екран (до речі, у телебаченні растр-робоче поле - прямокутник, а у радіолокації- робоче поле формується радіусом по колу). У телебаченні розгортання растру ведеться через рядок. Спочатку формуються непарні рядки, а потім парні. У комп'ютерних моніторах розгортання ведеться рядок за рядком, а зображення малюється на растр-екрані шляхом підсвічення відповідних елементів зображення. І для цього за стан кожного елемента растру повинен відповідати елемент пам'яті. В ньому зберігається в закодованому вигляді колір (якщо зображення кольорове), напівтон (якщо зображення напівтонове). Таким чином зображенню на екрані (на растрі) може відповідати зображення у растровій пам'яті.

23.    Переваги та недоліки растрової графіки

Переваги растрової графіки:

· простота автоматизованого вводу (оцифрування) зображень, фотографій, слайдів, рисунків за допомогою сканерів, відеокамер, цифрових фотоапаратів; · фотореалістичність. Можна отримувати різні ефекти, такі як туман, розмитість, тонко регулювати кольори, створювати глибину предметів.

Недоліки растрової графіки:

складність управління окремими фрагментами зображення. Потрібно самостійно виділяти ділянку, що є складним процесом;

растрове зображення має певну роздільчість і глибину представлення кольорів. Ці параметри можна змінювати лише у визначених межах і, як правило, із втратою якості;

розмір файлу є пропорційним до площі зображення, роздільчості і типу зображення, і, переважно, при хорошій якості є великим.

24.    Елементи аналітичної геометрії. Системи координат

Аналітична геометрія - розділ вищої математики, в якому геометричні образи (точки, лінії, поверхні) вивчаються за допомогою алгебраїчних методів.

Засновником аналітичної геометрії є французький математик і філософ Рене Декарт (1596-1650). Він розробив і вперше застосував метод координат, який дав змогу досліджувати геометричні залежності алгебраїчними методами. Із будь-якою лінією (чи поверхнею) співставляється її рівняння, а далі властивості цієї лінії (поверхні) вивчаються за допомогою аналітичного дослідження відповідного рівняння.

Система координат - спосіб задання точок простору за допомогою чисел. Кількість чисел, необхідних для однозначного визначення будь-якої точки простору, визначає його вимірність. Обов'язковим елементом системи координат є початок координат - точка, від якої ведеться відлік відстаней. Іншим обов'язковим елементом є одиниця довжини, яка дозволяє відраховувати відстані. Всі точки одновимірного простору можна задати при обраному початку координат одним числом. Для двовимірного простору необхідні два числа, для тривимірного - три. Ці числа називаються координатами.

Координати на площині і в тривимірному просторі можна задавати нескінченним числом різних способів. Розв'язуючи ту або іншу математичну або фізичну задачу методом координат, можна використовувати різні координатні системи, вибираючи ту з них, в якій завдання розв'язується простіше або зручніше в даному конкретному випадку.