Виды компьютерной графики

В настоящее время вся графика с точки зрения отображения ее на экране монитора является растровой, даже та, которую называют векторной. Различие состоит только в способе хранения и обработки файлов.

Несмотря на то, что для работы с компьютерной графикой существует множество классов программного обеспечения, различают всего три вида компьютерной графики.

Растровую графикуприменяют при разработке электронных и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще для этой цели сканируют рисунки, подготовленные на бумаге, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку.

Программные средства для работы с векторной графикойнаоборот предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики намного проще.

Программные средства для работы с фрактальной графикойпредназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику чаще применяют для генерации ландшафтов, облаков, деревьев и т.п.

Растровая графика

Растром называют прямоугольную матрицу пикселей экрана. Термин растровая графика достаточно очевиден, если усвоить понятия, относящиеся к растровым изображениям.

Растровые изображения напоминают лист клетчатой бумаги, на котором любая клетка (пиксель) закрашена каким-либо цветом, образуя в совокупности рисунок. Пиксель - основной элемент растровых изображений. Именно из таких элементов состоит растровое изображение.

В зависимости от того, на какое графическое разрешение экрана настроена операционная система компьютера, на экране могут размещаться изображения, имеющие 640x480, 800x600, 1024x768 и более пикселей.

Цвет любого пикселя растрового изображения запоминается в компьютере с помощью комбинации битов. Число битов, используемых компьютером для любого пикселя, называется битовой глубиной пикселя. Наиболее простое растровое изображение состоит из пикселей, имеющих только два возможных цвета: черного и белого. Поэтому оно называется однобитовым изображением.

Число доступных цветов или градаций серого цвета равно 2 в степени равной количеству битов в пикселе. Цвета, описываемые 24 битами, обеспечивают более 16 миллионов доступных цветов и их часто называют естественными цветами.

С размером изображения непосредственно связано его разрешение. Этот параметр измеряется в точках на дюйм (dots per inch - dpi). У монитора с диагональю 15 дюймов размер изображения на экране составляет примерно 28x21 см. Зная, что в одном дюйме 25,4 мм, можно рассчитать, что при работе монитора в режиме 800x600 пикселей разрешение экранного изображения^равно 72 dpi.

Полиграфическая печать полноцветного изображения требует разрешения 200-300 dpi. Стандартный фотоснимок размером 10x15 см должен содержать примерно 1000x1500 пикселей.

Нетрудно также установить, что всего такое изображение будет иметь 1,5 млн. точек, а если изображение цветное и на кодирование каждой точки использованы 24 бита, то обычной цветной фотографии соответствует массив данных размером свыше 4Мбайт.

Размеры изображения и расположение пикселей в нем это две основных характеристики, которые файл растровых изображений должен сохранить, чтобы создать картинку. Поскольку размеры изображения хранятся отдельно, пиксели запоминаются один за другим, как обычный блок данных.

Наибольшее влияние на количество памяти занимаемой растровым изображением оказывают три фактора:

· Размер изображения;

· Битовая глубина цвета;

· Формат файла, используемого для хранения изображения.

Достоинства растровой графики.Растровая графика эффективно представляет фотореалистичные образы. Здесь можно получить живописные эффекты, тончайшие нюансы цвета, создавать перспективу, тени и пр.

Достоинством, также, является техническая реализуемость ввода (оцифровки) графической информации. Сканеры, видеокамеры, цифровые фотокамеры, графические планшеты – это все средства ввода растровой графики. Устройства вывода, такие как принтеры, для создания изображений используют наборы точек. Растровые изображения могут быть очень легко распечатаны, потому что компьютерам легко управлять устройством вывода для представления отдельных пикселей с помощью точек.

Недостатки растровой графики.Растровые изображения занимают большое количество памяти.

Существует так же проблема редактирования растровых изображений, так как большие растровые изображения занимают значительные массивы памяти, то для обеспечения работы функций редактирования таких изображений потребляются так же значительные массивы памяти и другие ресурсы компьютера.

Существенным недостатком растровой графики является невозможность масштабирования рисунка. То есть при увеличении изображения появляется эффект пикселизации.

Векторная графика

В отличие от растровой графики в векторной графике изображение строится с помощью математических описаний объектов, окружностей и линий. 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. Что бы мы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии.

Основными элементами векторной графики являются графические примитивы.

Ключевым моментом векторной графики является то, что она использует комбинацию компьютерных команд и математических формул для объекта.

Такая особенность векторной графики дает ей ряд преимуществ перед растровой графикой, но в тоже время является причиной ее недостатков. Векторную графику часто называют объектно-ориентированной графикой или чертежной графикой.

В основе векторной графики лежат математические представления о свойствах геометрических фигур.

Точка.Точка на плоскости задается двумя числами (х, у), определяющими ее; положение относительно начала координат.

Прямая линия.Из курса алгебры известно, что для задания прямой линии достаточно двух параметров. Обычно график прямой линии описывается уравнением y=kx+b. Зная параметры k и b, всегда можно нарисовать прямую бесконечную линию в известной системе координат.

Отрезок прямой.Для задания отрезка прямой надо знать еще пару параметров, например координаты х₁ и х₂ начала и конца отрезка, поэтому для описания отрезка прямой линии необходимы четыре параметра.

Кривая второго порядка.К кривым второго порядка относятся параболы (y=kx²+b), гиперболы, эллипсы, окружности и другие линии, уравнения которых не содержат степеней выше второй. Прямые линии — это частный случай кривых второго порядка. Отличаются кривые второго порядка тем, что не имеют точек перегиба.

В общем случае достаточно пяти параметров для задания кривой второго порядка. Для записи отрезка кривой второго порядка необходимо на два параметра больше.

Кривая третьего порядка.Отличительная особенность этих кривых состоит в том, что они могут иметь точку перегиба. Если вы знакомы с графиком функции у=х³, то, конечно, видели тот перегиб, который происходит в начале координат. Кривые третьего порядка хорошо соответствуют тем линиям, которые мы наблюдаем в живой природе, поэтому в качестве основных объектов векторной графики используют именно такие линии.

Для записи кривой третьего порядка достаточно девяти параметров. Для задания отрезка кривой третьего порядка, надо иметь на два параметра больше.

Кривые Безье[3].Обычно в векторных редакторах применяют не любые кривые третьего порядка, а их особый вид, называемый кривыми Безье. Отрезки кривых Безье - это частный случай отрезков кривых третьего порядка:

R(t) = P₀(1-t)³+P₁t(1-t)²+P₂t²(1-t)+P₃t³, где 0 ≤ t ≤ 1.

Они описываются не одиннадцатью параметрами, как произвольные отрезки кривых третьего порядка, а лишь восемью, и потому работать с ними удобнее.

Метод построения кривой Безье основан на использовании пары касательных, проведенных к линии в точках ее концов. На практике эти касательные исполняют роль «рычагов», с помощью которых линию изгибают так, как это необходимо. На форму линии влияет не только угол наклона касательной, но и длина ее отрезка. Управление касательной (а вместе с ней и формой линии) производят перетаскиванием маркера с помощью мыши.

Из множества таких элементарных кривых составляется контур произвольной формы.