Технологии для обработки графики (Информационные технологии в менеджменте)

Содержание:

Введение

Трудно найти область человеческой деятельности в современном мире, где компьютерная графика не используется. Считается, что 98% информации из окружающей среды человек получает через зрение и использует образы для принятия необходимых решений для выполнения дальнейших действий. Компьютерная графика представляет собой одно из важных направлений информатики, который служит средством приобретения новых знаний, развития навыков работы с компьютером. Знание основ данной дисциплины необходимо специалистам различного профиля, поскольку помогает лучше представить возможности современных средств получения изображений, а также более осознанно применять соответствующие программные продукты.

Первые системы компьютерной графики появились вместе с первыми компьютерами (конец 40-ых – начало 50-ых годов ХХ века), имеющими дисплей. В конце 70-х годов в компьютерной графике произошли существенные изменения. Появилась возможность создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших массивов данных, устойчивое, немерцающее изображение, работа с цветом и недорогие мониторы; впервые стало возможным получение цветовой гаммы.

Программы компьютерной графики и анимации представляют профессиональный интерес для художников и дизайнеров, полиграфистов и кинематографистов, разработчиков компьютерных игр и создателей образовательных программ, клип-мейкеров и ученых, а также любых специалистов, которым необходимо создавать, использовать и обрабатывать самые разнообразные изображения.

Компьютерные технологии обработки графической информации

Компьютерная (машинная) графика – область деятельности, изучающая создание, способы хранения и обработки изображений с помощью ЭВМ. Под интерактивной компьютерной графикой понимают раздел компьютерной графики, изучающий вопросы динамического управления со стороны пользователя содержанием изображения, его формой, размерами и цветом на экране с помощью интерактивных устройств взаимодействия. Кроме интерактивной в компьютерной графике выделяют разделы, изучающие методы работы с изображением на плоскости, так называемую 2D графику, и трехмерную (3D) графику.

Трёхмерное изображение отличается от двухмерного, тем, что строится исходя из математического описания некоторой трехмерной сцены. Математическое описание сцены чаще всего является моделью физических объектов в трехмерном пространстве. Таким образом, для получения трехмерного изображения требуется построить математическую модель сцены и объектов на ней, а далее визуализировать путем получения проекции с учетом освещения материалов и пр. В результате визуализации получается изображение на плоскости экрана или на выходе принтера.

Компьютерные технологии обработки графической информации включают не только особое программное обеспечение (программные ресурсы), но и специфические аппаратные ресурсы, такие как различные устройства ввода и вывода графической информации. К ним относятся: сканеры, цифровые фото - и видеокамеры, дигитайзеры, графические планшеты, плоттеры и т. п.

К программным средствам создания и обработки графических изображений относятся:

- графические редакторы;

- аниматоры;

- программные средства для работы с трехмерной графикой;

- средства деловой графики;

- средства для создания презентаций, функции которых часто совмещаются с функциями вышеперечисленных средств.

Эти средства могут встречаться в виде:

- отдельных самостоятельных программ (чаще всего это графические редакторы);

- отдельных модулей, входящих в состав других программных средств (например, «Мастер диаграмм» как составная часть текстового процессора или электронных таблиц);

- сложного комплекса программных модулей (большинство ПС для работы с трехмерной графикой, средства автоматизированного проектирования и т.п.).

По своему «профессиональному» назначению средства компьютерной графики и анимации можно подразделить на следующие группы:

- пакеты компьютерной графики для полиграфии – позволяют дополнять текст иллюстрациями разного происхождения, создавать дизайн страниц и выводить полиграфическую продукцию на печать с высоким качеством;

- программы двумерной компьютерной живописи – графические редакторы;

- презентационные пакеты, используемые как средства создания разнообразных слайдов для сопровождения докладов, выступлений, рекламных акций;

- программы двумерной анимации, используемые для создания динамических изображений и спецэффектов в кино;

- программы для двумерного и трехмерного моделирования, применяемые для дизайнерских и инженерных разработок;

- пакеты трехмерной анимации, используемые для создания рекламных и музыкальных клипов и кинофильмов;

- комплексы для обработки видеоизображений, необходимые для наложения анимационных спецэффектов на видеозапись;

- программы для научной визуализации.

Графический редактор – программа (или пакет программ), позволяющая создавать, просматривать, обрабатывать и редактировать цифровые изображения (рисунки, картинки, фотографии) на компьютере. Графический редактор сохраняет изображения в графических файлах, а также позволяет выводить изображения на принтер. Графические редакторы делятся на две большие группы: растровые и векторные редакторы. Это деление обусловлено способом представления и хранения графической информации (растровый или векторный способ). Также можно выделить и гибридные графические редакторы (наиболее популярные из них: RasterDesk (для AutoCAD) и Spotlight).

2. Растровая графика и технологии её обработки

Растровые графические изображения формируются в процессе сканирования существующих на бумаге или фотопленке рисунков и фотографий, а также при использовании цифровых фото- и видеокамер. Можно создать растровое графическое изображение непосредственно на компьютере с использованием графического редактора.

Растровое изображение формируются из точек различного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы.

Пиксель – наименьшая единица двухмерного цифрового изображения в растровой графике. Он представляет собой неделимый объект прямоугольной (обычно квадратной) формы, обладающий определённым цветом. Каждый пиксель может принимать любой цвет из палитры, содержащей десятки тысяч или даже десятки миллионов цветов, поэтому растровые изображения обеспечивают высокую точность передачи цветов и полутонов. Качество растрового изображения зависит от количества пикселей. Каждый пиксель занимает некоторую память на компьютере. Растровое компьютерное изображение состоит из пикселей, расположенных по строкам и столбцам на мониторе компьютера, бумаге и других отображающих устройствах и материалах.

Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению). При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется четкость мелких деталей изображения. При его увеличении увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом.

Достоинства растровой графики:

1. Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому.

2. Распространённость: растровая графика сейчас используется практически везде (от маленьких значков до плакатов).

3. Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

Недостатки:

1. Большой размер файлов с простыми изображениями.

2. Невозможность идеального масштабирования.

Для обработки, а также создания, просмотра и редактирования растровых изображений (рисунков, картинок, фотографий) на компьютере применяются программы (или пакеты программ), называемые графическими растровыми редакторами. Ими можно также пользоваться и для художественного творчества путём использования различных эффектов преобразования изображения. Обычную фотографию или картинку можно превратить в рисунок карандашом или углём, рельефное изображение и так далее.

Для создания изображения в растровом графическом редакторе существуют инструменты: карандаш, кисть, ластик, распылитель, заливка, надпись. Данные редакторы позволяют рисовать в поле рисования графические примитивы: прямая и кривая линии, прямоугольник, многоугольник, окружность. Нарисованный объект перестаёт существовать как самостоятельный элемент после окончания рисования и становится лишь группой пикселей на изображении.

Редактирование изображения может производиться с помощью трёх основных операций: копирования, перемещения и удаления.

Также в данных редакторах в меню палитры цветов можно выбрать цвета контуров фигур и фона, которым закрашиваются эти фигуры.

Растровые изображения могут быть подвергнуты графическим преобразованиям: изменению размера (по вертикали и горизонтали), поворотам (по часовой стрелке или против), наклонам на различные углы, отражениям в различных плоскостях.

В растровых редакторах можно увеличивать или уменьшать масштаб представления рисунка или изображения на экране. Для этого имеется масштабирующий инструмент, который обычно называется Лупа.

Графические редакторы позволяют открывать, обрабатывать и сохранять рисунки и изображения в различных графических форматах (jpeg, png, gif и др.). Для сжатия отсканированных фотографий и иллюстраций используется метод сжатия JPEG, который отбрасывает избыточную для человеческого восприятия информацию (компьютер обеспечивает воспроизведение более 16 млн различных цветов, тогда как человек вряд ли способен различить более сотни цветов и оттенков). Применение метода JPEG позволяет сжимать файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде).

GIF-анимация является последовательностью растровых графических изображений (кадров), которые хранятся в одном растровом графическом файле в формате GIF. Для создания последовательности растровых изображений и для их преобразования в GIF-анимацию можно использовать многофункциональные растровые редакторы или специальные редакторы GIF-анимаций. В процессе просмотра такого GIF-файла растровые графические изображения последовательно появляются на экране монитора, что и создаёт иллюзию движения. При создании GIF-анимации можно задать величину задержки появления каждого кадра, чем она меньше, тем лучше качество анимации. Также можно установить количество повторений последовательности кадров, хранящихся в GIF-файле. Большое количество кадров ведёт к лучшему качеству анимации, но при этом увеличивает размер GIF-файла.

В состав операционной системы Windows входит простой растровый графический редактор Paint. Также существуют профессиональный графический редактор Adobe Photoshop и его бесплатный аналог GIMP, которые имеют более широкие возможности по обработке растровых изображений. Помимо указанных можно отметить такие растровые редакторы как Krita, Photofiltre, Paint.NET и Canva. Adobe Photoshop имеет ряд функций для работы с векторной графикой.

Растровые редакторы подходят для обработки и ретуширования фотографий, создания фотореалистичных иллюстраций, коллажей, и создания рисунков от руки с помощью графического планшета.

Векторная графика и технологии её обработки

Векторные рисунки используются для хранения высокоточных графических объектов (рисунков, чертежей и схем), для которых имеет значение сохранение четких и ясных контуров.

Векторное изображение создается комбинацией простых геометрических фигур (точки, отрезки прямых и кривых, ломаные, дуги, окружности, многоугольники, и т.д.) и описывается математическими формулами. Таким образом, появляется возможность хранить не все точки изображения, а координаты узлов примитивов и их свойства (цвет, связь с другими узлами и т. д.). Для полного описания рисунка необходимо знать вид и базовые координаты каждой фигуры, например, координаты двух концов отрезка, координаты центра и диаметр окружности. Чтобы компьютер нарисовал прямую, нужны координаты двух точек, которые связываются по кратчайшей прямой. Для дуги задается радиус и т. д. Таким образом, векторная иллюстрация – это набор геометрических примитивов.

Важной деталью является то, что объекты задаются независимо друг от друга и, следовательно, могут перекрываться между собой.

При использовании векторного представления изображение хранится в памяти как база данных описаний примитивов. Основные графические примитивы, используемые в векторных графических редакторах: точка, прямая, кривая Безье, эллипс (окружность), полигон (прямоугольник). Примитив строится вокруг его узлов (nodes). Координаты узлов задаются относительно координатной системы макета. А изображение будет представлять собой массив описаний. Каждому узлу приписывается группа параметров, в зависимости от типа примитива, которые задают его геометрию относительно узла. Например, окружность задается одним узлом и одним параметром – радиусом. Такой набор параметров, которые играют роль коэффициентов и других величин в уравнениях и аналитических соотношениях объекта данного типа, называют аналитической моделью примитива. Отрисовать примитив – значит построить его геометрическую форму по его параметрам согласно его аналитической модели.

Векторное изображение может быть легко масштабировано без потери деталей, так как это требует пересчета сравнительно небольшого числа координат узлов. Другой термин – «object-oriented graphics».

Самой простой аналогией векторного изображения может служить аппликация. Всё изображение состоит из отдельных кусочков различной формы и цвета (даже части растра), «склеенных» между собой.

Размер векторного изображения зависит от количества объектов на изображении. Чем ближе качество векторного рисунка будет приближаться к фотореалистичному изображению, тем большей размер будет у файла.

Сферы применения векторной графики очень широки. В полиграфике – от создания красочных иллюстраций до работы со шрифтами. Всё, что можно назвать машинной графикой, 3D-графикой, графическими средствами компьютерного моделирования – всё это сферы приоритета векторной графики. Чертежи, схемы и другая рисованная графика, в том числе компьютерная анимация, как правило, хранится и обрабатывается с использованием векторной графики.

Форматы векторных графических файлов:

- WMF – этот формат используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery;

- ODG – собственный формат программы OpenOffice. org Draw;

- CDR – собственный формат программы CorelDraw;

- SVG – собственный формат программы Inkscape;

Достоинства векторной графики:

1. Векторные рисунки могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.

2. Небольшой информационный объем файлов по сравнению с объемом файлов, содержащих растровые изображения.

Недостатки:

1. Векторная графика не позволяет получить изображение фотографического качества, а также не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде.

2. Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет.

3. Векторная графика описывается тысячами команд и при распечатке выглядит не так, как на мониторе.

Векторные графические редакторы обычно пригодны для создания разметки страниц, типографики, логотипов, sharp-edged artistic иллюстраций (например, мультипликация, clip art, сложные геометрические шаблоны), технических иллюстраций, создания диаграмм и составления блок-схем. Также они реализуют и растровые эффекты (например, заливку), хотя иногда и несколько ограниченные по сравнению с растровыми редакторами.

К векторным редакторам относятся: CorelDRAW, Adobe Illustrator, Xara Designer, Adobe Fireworks, Inkscape, SK1, Figma и другие.

Заключение

С момента появления первых ЭВМ люди стремятся разнообразить способы общения человека и машины, приблизившись к уровню общения человека с человеком. Это общение было бы гораздо более ограниченным, если бы не использовало один из наиболее простых способов — язык изображений, образов.

Сегодня графические изображения на экране монитора современного персонального компьютера стали для нас нормой, совершенно неотъемлемым атрибутом интерфейса. Спектр применения компьютерной графики, помимо средства интерфейса «человек-машина», чрезвычайно широк: от создания рекламных роликов, компьютерных мультфильмов и игр, кроя одежды, малых и монументальных форм дизайна, компьютерной живописи до визуализации результатов научных изысканий. Популярность Internet во многом объясняется широким применением графики.

Список литературы

1. Гербеков Х.А., Халкечева И. Т. "Изучение компьютерной графики в системе общего образования". Вестник РУДН. Серия "Информатизация образования. 2017 г.

2. Угринович Н. Д. "Растровая и векторная графика в информатике и информационных технологиях". 2017 г.

3. Шаляев А.А. "Компьютерная графика в школе. Современная педагогика". 2014 г.

4. Угринович Н. Д. "Информатика" Учебник. 2019 г.

5. "Графический редактор" //https://ru.m.wikipedia.org

6. "Технологии работы с графической информацией" //https://studopedia.su