Главная Для детей Старт в науке. Определение и основные виды компьютерной графики Основные понятия компьютерной графики кратко

Старт в науке. Определение и основные виды компьютерной графики Основные понятия компьютерной графики кратко

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день тяжело представить себе мир без компьютерной графики. Ведь в любой области жизни общества компьютерная графика находит свое применение. Архитекторы используют графику при проектировании зданий, мультипликаторы - при создании новых мультфильмов. Графика применяется в печатных изданиях: книгах, журналах или газетах. Что бы привлечь внимание читателей создаются красочные обложки книг и журналов, а так же иллюстрации, которые помогают читателю наиболее полно представить себе содержание прочитанной информации. Так же графика используется для оформления документов. Это всевозможные логотипы фирм, предприятий и организаций. Очень широко компьютерная графика используется для создания рекламы, без которой уже трудно представить нашу жизнь. Это реклама на телевидении, создаваемая в виде анимации, реклама в газете. И чем ярче реклама, тем больше шансов привлечь к себе внимание.

Данная тема «Виды компьютерной графики» была выбрана потому, что в школьном курсе информатики изучается растровая и векторная графика, а меня заинтересовало изучение трёхмерной и 3D графики. Популярность этого вида графики в нашей стране и во всём мире продолжает расти. Значит, выбранная нами тема актуальна.

Актуальность:

Компьютерная графика играет существенную роль, как в науке, так и в повседневной жизни любого человека. Знания о компьютерной графике расширяются. Наука открывает новые виды и способы создания компьютерных изображений, поражающие своей сложностью, красотой и богатством красок.

Объектом исследования является компьютерная графика.

Предметом исследования являются виды и свойства компьютерной графики, способы её применения в жизни.

Гипотеза исследования: предполагаем, что благодаря знаниям по информатике мы сможем сами создавать трёхмерные изображения.

Проблема: Как при помощи компьютерной графики создаются трёхмерные изображения.

На основании вышесказанного мы ставили перед собой следующие целиисследования: выяснить, как компьютерная графика связана с нашей жизнью; в каких сферах деятельности человеческого общества она применяется и как она влияет на самого человека.

Для реализации поставленных целей, нами были выдвинуты следующие задачи:

рассмотреть характеристики и разновидности компьютерной графики;

рассмотреть цветовые модели и графические форматы компьютерной графики;

- создать собственные графические рисунки;
  
  провести исследование и сравнить восприятие компьютерной графики взрослыми и детьми.
  
  сделать выводы:

Что такое компьютерная графика и где она применяется;

Как компьютерная графика влияет на человека.

Предполагаемая новизна:

Данная тема не полностью изучается в школах на уроках информатики.

Методы исследования:

анализ источников информации по теме: «Виды компьютерной графики»;

изучение литературы по данной теме;

сопоставление существенных признаков различных видов графических изображений;

создание графических изображений при помощи компьютерной программы;

обобщение полученной информации; выявление основных направлений применения компьютерной графики в жизни человеческого общества;

анкетный опрос;

анализ, сравнение, обобщение;

создание презентации по теме исследовательской работы и видео работ, выполненных в программе Ultra Fractal 5.03.

Практическая значимость работы определяется созданием практических материалов по теме исследования, использование материалов и результатов исследовательской работы для расширения знаний, обучающихся в области компьютерной графики на уроках информатики и на элективных курсах.

Научная значимость данной работы заключается в том, что компьютерная графика, которая появилась, при использовании знаний двух наук математики и информатики, и развивается, благодаря новым научным открытиям, всё больше изменяет жизнь человечества. Изучение компьютерной графики интересно и полезно для обучения, развития и отдыха.

Основные теоретические выводы работы основаны на трудах А.Е. Бубнова, А.А. Залоговой, А.А. Кричалова, С.В. Симонович, П.Г. Стоянова и других.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И РАЗНОВИДНОСТИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

1.1. Характеристика компьютерной графики

Компьютерная графика -область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств.

Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора. Компьютерная графика в настоящее время уже вполне сформировалась как наука. Существует аппаратное и программное обеспечение для получения разнообразных изображений - от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех сферах нашей жизни .

Компьютерная графика - это широкое понятие, обозначающее:

Разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера;

Область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов .

Одним из популярных направлений использования персонального компьютера является компьютерная графика. В каждой организации возникает потребность в рекламных объявлениях, листовках, буклетах и т.д. В связи с появлением и развитием Интернета появилась широкая возможность использования графических программных средств. Росту популярности графических программных средств, способствовало развитие World Wide Web («всемирной паутины»). Различают три вида компьютерной графики: растровая, векторная, трёхмерная. 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 создают 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. Программные средства для работы с векторной графикой, наоборот, предназначены для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики. Программные средства для работы с трёхмерной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции, состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику чаще используют в развлекательных программах .

При работе с цветом в компьютерной графике используются понятия: глубина цвета (его еще называют цветовое разрешение) и цветовая модель. Для кодирования цвета пиксела изображения может быть выделено разное количество бит. От этого зависит то, сколько цветов на экране может отображаться одновременно. Чем больше длина двоичного кода цвета, тем больше цветов можно использовать в рисунке. Глубина цвета - это количество бит, которое используют для кодирования цвета одного пиксела. Для кодирования двухцветного (черно-белого) изображения достаточно выделить по одному биту на представление цвета каждого пиксела. Выделение одного байта позволяет закодировать 256 различных цветовых оттенков. Два байта (16 битов) позволяют определить 65536 различных цветов. Этот режим называется High Color. Если для кодирования цвета используются три байта (24 бита), возможно одновременное отображение 16,5 млн цветов. Этот режим называется True Color. От глубины цвета зависит размер файла, в котором сохранено изображение .

Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуется смешением основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составляющие компоненты называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, но в компьютерной графике, как правило, применяется три. Эти модели известны под названиями: RGB, CMYK, НSB .

1.2. Разновидности компьютерной графики

В зависимости от способа создания графического изображения различают растровую, векторную, фрактальную графику и трехмерную(3D).

В растровой графике изображение формируется в виде растра - совокупности точек (пикселей), образующих строки и столбцы. Каждый пиксель может принимать любой цвет из палитры. При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого входящего в него пикселя. Качество растрового изображения возрастает с увеличением количества пикселей в изображении. При этом возрастает и информационный объём всего изображения. Большой информационный объём - один из основных недостатков растровых изображений. Следующий недостаток растровых изображений возникает при изменении их масштаба. Так, при уменьшении растрового изображения несколько соседних пикселей преобразуются в один, что ведёт к потере чёткости мелких деталей изображения. При увеличении изображения в него добавляются новые пиксели, при этом соседние пиксели принимают одинаковый цвет и возникает ступенчатый эффект .

В векторной графике основным элементом изображения является линия, при этом не важно, прямая это линия или кривая. В векторной графике объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размеров линии, поскольку линия представляется в виде формулы. 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 для изображения окружности средствами векторной графики требуется только координаты одной точки центра и радиус. Информационный объём векторных изображений значительно меньше растровых изображений. Ещё одно достоинство векторных изображений - возможность их масштабирования без потери качества. Но не все так хорошо. У векторной графики есть свой главный минус. Векторные картинки получаются не такими насыщенными по цвету, как растровые .

Фрактальная графика , как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никакие геометрические фигуры в памяти компьютера как в векторной графике не хранятся и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты. Фрактал это математическая фигура обладающая свойствами самоподобия. То есть фрактал составлен из некоторых частей, каждая из которых подобна всей фигуре. Проще говоря, один объект копируется несколько раз, в результате чего получается рисунок. Изображение строится по уравнению, поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику чаще используют в развлекательных программах .

Трёхмерная графика (3D). Трёхмерная графика оперирует с объектами в трехмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино и 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) и масштабированный относительно исходного .

Сравнительный анализ различных видов компьютерной графики представлен в приложении 1.

1.3. Цветовые модели

Цветовая модель RGB. Любой цвет считается состоящим из трех основных компонентов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Эти цвета называются основными. Считается также, что при наложении одного компонента на другой яркость суммарного цвета увеличивается. Совмещение трех компонентов дает нейтральный цвет (серый), который при большой яркости стремится к белому цвету. Метод получения нового оттенка суммированием яркостей составляющих компонентов называют аддитивным методом. Нетрудно догадаться, что чем меньше яркость, тем темнее оттенок. Поэтому в аддитивной модели центральная точка, имеющая нулевые значения компонентов (0,0,0), имеет черный цвет (отсутствие свечения экрана монитора). Белому цвету соответствуют максимальные значения составляющих (255, 255, 255). Модель RGB является аддитивной, а ее компоненты: красный (255,0,0), зеленый (0,255,0) и синий (0,0,255) - называют основными цветами .

Цветовая модель CMYK. Эту модель используют для подготовки не экранных, а печатных изображений. Они отличаются тем, что их видят не в проходящем, а в отраженном свете. Чем больше краски положено на бумагу, тем больше света она поглощает и меньше отражает. Совмещение трех основных красок поглощает почти весь падающий свет, и со стороны изображение выглядит почти черным. В отличие от модели RGB увеличение количества краски приводит не к увеличению визуальной яркости, а наоборот, к ее уменьшению.

Поэтому для подготовки печатных изображений используется не аддитивная (суммирующая) модель, а субтрактивная (вычитающая) модель. Цветовыми компонентами этой модели являются не основные цвета, а те, которые получаются в результате вычитания основных цветов из белого: голубой (Cyan) = Белый - красный = зелёный + синий (0,255,255); пурпурный (сиреневый) (Magenta) = Белый - зелёный = красный + синий (255,0,255); жёлтый (Yellow) = Белый - синий = красный + зелёный (255,255,0). Эти три цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Существенную трудность в полиграфии представляет черный цвет. Теоретически его можно получить совмещением трех основных или дополнительных красок, но на практике результат оказывается плохим. Поэтому в цветовую модель CMYK добавлен четвертый компонент - черный. Ему эта система обязана буквой К в названии (blacK) .

Цветовая модель НSB. Некоторые графические редакторы позволяют работать с цветовой моделью HSB. Если модель RGB наиболее удобна для компьютера, а модель CMYK - для типографий, то модель HSB наиболее удобна для человека. Она проста и интуитивно понятна. В модели HSB тоже три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Регулируя эти три компонента, можно получить столь же много произвольных цветов, как и при работе с другими моделями. Оттенок цвета указывает номер цвета в спектральной палитре. Насыщенность цвета характеризует его интенсивность - чем она выше, тем "чище" цвет. Яркость цвета зависит от добавления чёрного цвета к данному - чем её больше, тем яркость цвета меньше . Основные характеристики различных цветовых моделей представлены в приложении 2.

1.4. Графические форматы

Формат графического файла - это способ представления графических данных на внешнем носителе. Выбор того или другого формата для сохранения изображения зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность воссоздания цветов, то преимущество отдают одному из растровых форматов. Логотипы, схемы, элементы оформления целесообразно хранить в векторных форматах. Формат файла влияет на объем памяти, который занимает этот файл. Графические редакторы позволяют пользователю самостоятельно избирать формат сохранения изображения. Если вы собираетесь работать с графическим изображением только в одном редакторе, целесообразно выбрать тот формат, какой редактор предлагает по умолчанию. Если же данные будут обрабатываться другими программами, стоит использовать один из универсальных форматов. Существуют универсальные форматы графических файлов, которые одновременно поддерживают и векторные, и растровые изображения .

Формат PDF (англ. Portable Document Format - портативный формат документа). В этом формате могут быть сохранены изображения и векторного, и растрового формата, текст с большим количеством шрифтов, гипертекстовые ссылки и даже настройки печатающего устройства. Размеры файлов достаточно малы.

EPS (Encapsulated PostScript). EPS позволяет хранить информацию, как о растровой, так и о векторной графике. EPS для передачи векторов и растра в издательские системы, создается почти всеми программами, работающими с графикой. EPS поддерживает все необходимые для печати цветовые модели. EPS имеет много разновидностей, что зависит от программы-создателя. Формат EPS поддерживается программами для разных операционных систем.

BMP (Windows Device Independent Bitmap). Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows. Графические файлы в этом формате имеют большой информационный объём, т.к. в них на хранение информации о цвете каждого пикселя отводится 24бита.

GIF (CompuServe Graphics Interchange Format). В рисунках, сохраненных в формате GIF, можно использовать только 256 разных цветов. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы. Это особенно важно для графики, используемой во Всемирной паутине.

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Строго говоря JPEG’oм называется не формат, а алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, а на разнице между пикселями. Чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается, тем ниже качество.

TIFF (Target Image File Format). Аппаратно независимый формат TIFF, один из самых распространенных и надежных на сегодняшний день, его поддерживают практически все программы так или иначе связанные с графикой. Ему доступен весь диапазон цветовых моделей от монохромной до RGB, CMYK В формате TIFF есть возможность сохранения с применением нескольких видов сжатия: JPEG, ZIP, LZW.

CDR - формат популярного векторного редактора CorelDraw. Свою популярность и распространение пакет получил благодаря кажущейся простоте использования и интерактивным спецэффектам (линзам, прозрачностям, нестандартным градиентам и т.д.). CCX - формат векторной графики от компании Corel. Кроме CorelDraw ничем не поддерживается. Для полиграфии и Интернета непригоден .

Итак, рассмотрев наиболее распространенные графические форматы, использующиеся для создания изображений, фотографий и т.д. мы систематизировали знания, по данному материалу составив приложение 3.

1.5. Области применения компьютерной графики

Научная графика. Это направление появилось первым. Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц .

Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трехмерные изображения. Программы САПР (или CAD - computer-aided design) представляют собой векторные программные средства, которые нашли широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Одно из главных применений составляет их использование в различных областях инженерной конструкторской деятельности - от проектирования микросхем до создания самолетов. Другой важной областью применения САПР является архитектура. САПР используется и в медицине. Например, автоматизированное проектирование имплантантов, особенно для костей и суставов, позволяет минимизировать необходимость внесения изменений в ходе операции, что сокращает время пребывания на операционном столе.

Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Программные средства, позволяющие человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов, относятся к иллюстративной графике.

Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и "движущихся картинок" .

Компьютерная анимация. В недавнем прошлом художники мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создать на экране рисунки лишь начального и конечного состояния движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитает и изобразит компьютер. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением .

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ТЕМЕ: КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Как человек знакомится и использует в своей жизни компьютерную графику?

Ответить на этот вопрос я смог через исследовательскую часть своей работы. Исследовал мир компьютерной графики в ходе анкетирования учеников и учителей. Сделал анализ полученных результатов.

2.1 Опрос обучающихся по теме: «Компьютерная графика»

При анкетировании нами были заданы следующие вопросы:

Вопрос 1. Используете ли вы часто компьютерную графику?

Сравнивая результаты, полученные детьми и взрослыми, пришел к выводам. Оказалось, что дети 100% из всех опрошенных слышали и используют компьютерную графику, а взрослые реже по мере необходимости.

Таблица 1

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Часто использую
По мере необходимости
Редко

Вопрос 2. Какие способы применения компьютерной графики вы чаще всего наблюдаете в своей жизни?

Можно сделать вывод, что большинство из опрошенных детей, меньше используют научную и деловую компьютерную графику только в школе на уроках. Взрослые совсем не сталкивались в своей жизни с конструкторской графикой.

Таблица 2

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Научная и деловая графика
графика
Конструкторская графика
Иллюстративная графика
Компьютерная анимация
3D графика
Не знаю

Вопрос 3. Как использование 3D графика влияет на здоровье?

В основном все согласны с тем, что 3D графика влияет на здоровье. Но дети больше склоняются к тому, что 3D графика не оказывает значительного вреда здоровью, а большая часть не могут дать ответ на данный вопрос, а взрослые склоняются больше к тому, что ухудшает здоровье.

Таблица 4

Вопрос 4. Для каких целей вы используете компьютерную графику?

Таблица 5

	Дети
Участвовали в опросе
Цифровая фотография
Интернет
Компьютерные игры
Системы автоматизированного проектирования
Спецэффекты

Вывод: 49% опрошенных детей используют компьютерную графику во время компьютерных игр и при работе в интернете 29%, Спецэффекты, цифровая кинематография 9%;Цифровая фотография и цифровая обработка изображений 4%; Системы автоматизированного проектирования 9%.

Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. В ходе исследовательской работы я выяснил, что некоторые учащиеся нашей школы имеют свои сайты в Интернете и именно знания работы с графическими редакторами позволяют им оформить дизайн сайта.

Вопрос 5. Какие виды графических изображений вы можете сами создавать?

Таблица 3

Результаты опроса
	Дети	Взрослые	Всего
Участвовали в опросе
Растровая графика
Векторная графика
Фрактальная
3D графика
Не могу строить графические изображения

2.2 Анализ школьных учебников

Современное информационное общество ставит задачи освоения компьютерных технологий перед образованием на такой уровень, когда изучение информатики в общеобразовательном учреждении не может ограничиваться только средними и старшими классами. В средних классах ребёнок уже должен постичь компьютерный интерфейс, уметь работать с графическим редактором, понимая разницу между векторной и растровой графикой и имея в своём арсенале и тот, и другой тип редактора. Поэтому следующим этапом стал анализ школьных учебников. Вот исчерпывающий набор программ для работы с компьютерной графикой на протяжении всего школьного курса: MS Paint, MS Word, MS Excel, MS Power Point, MS Front Page, Corel Draw, Adobe Photoshop. Доступность редактора MS Paint, его простой интерфейс при достаточно хороших возможностях позволяют с первых уроков ребёнку осваивать интерфейс, развивать технику работы с клавиатурой и мышью. И все те вопросы, которые необходимо постичь ребёнку на первых шагах, наиболее доступным образом даются с помощью компьютерной графического редактора Paint. Инструментарий MS Word несколько отличается, но решение уже знакомого профиля задач моделирования, но технически с иным подходом делает освоение текстового редактора и дальнейшую работу с текстом более доступной. Полученные знания и накопленный практический опыт позволяет детям выполнять разработку поздравительных открыток, буклетов и т.п. работ. Дальнейшая работа с компьютерной графикой расширяется на редакторе Corel Draw и редакторе Adobe Photoshop.Это происходит в 8-9 классах. Анимация и трёхмерное моделирование в рамках знакомства. А Corel и Photoshop в рамках вопросов, которые должны быть изучены в школьном курсе. НТМL-технологии на уровне первых самостоятельных шагов. Практические работы по созданию фрактальной, трёхмерной графике в школьном курсе информатики не выполняются. Поэтому я решил самостоятельно изучить программу Ultra Fractal 5.03 и создать фрактальные графические рисунки которые представлены в приложенном видео.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В своей работе раскрыл проблему применения компьютерной графики в различных областях знаний. Дал понятия компьютерной графики, наиболее распространенных и удобных графических редакторов. Раскрыл все области применения компьютерной графики.

В ходе исследования узнал, что: 49% опрошенных детей используют компьютерную графику во время компьютерных игр и при работе в интернете 29%, Спецэффекты, цифровая кинематография 9%;Цифровая фотография и цифровая обработка изображений 4%; Системы автоматизированного проектирования 9%.

Анализ результатов показал, дети больше имеют знаний о различных видах компьютерной графики, а взрослые используют чаще векторную графику. Можно сделать вывод, что большинство из анкетируемых считает компьютерную графику важным явлением окружающего нас мира, но дети имеют больше знаний о данном понятии, так как имеют больше практического опыта в данной сфере деятельности.

Компьютерная графика сейчас стала основным средством связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы своего применения, т.к. в графическом виде результаты становятся более наглядными и понятными. В ходе исследовательской работы выяснил, что некоторые учащиеся нашей школы имеют свои сайты в Интернете и именно знания работы с графическими редакторами позволяют им оформить дизайн сайта.

В школе мы изучаем векторную или растровую графику, но практические работы по созданию фрактальной, трёхмерной графике в школьном курсе информатики не выполняются. Поэтому решил самостоятельно изучить программу Ultra Fractal 5.03 и создал фрактальные графические рисунки которые представлены в приложенном видео.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ:

Бубнов А.Е. Компьютерный дизайн. Основы, Мн: Знание, 2008.

Бем Н.А. Современный компьютер, -М., 1986.

Залогова Л.А. Компьютерная графика, М.Бином Лаборатория знаний 2005.

Информатика Уч пособие Ч.2 У-Удэ, 1997.- 59с./ Габеева Д.А., Дамбаева Г-Х.Б.

Симонович С.В. Общая информатика: Учеб пособие М., 2002.- 591с.

Симонович С.В. Специальная информатика Уч пособие М., 2001.- 479с.

Стоянов П.Г. Работа с цветом и графикой, Мн.: БГУИР, 2009.

Стефанюк В.Л. «Компьютер обретает разум»,М.1990.

Приложение 1.

Приложение 2

Приложение 3.

Приложение 4.

Видео приложение 5.

Фрактальные компьютерные рисунки, которые выполнил в Ultra Fractal 5.03

А. Современный компьютер, -М., 1986.

2.Л.А. Залогова Компьютерная графика, М.Бином Лаборатория знаний

3.Стефанюк В.Л. «Компьютер обретает разум»,М.19904.Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ.Москва Бином. Лаборатория знаний 011.

5.Ястребцевая Е.Н. Intel «Обучение для будущего», Москва 2007

6.http://www.monitoring.ruРазмещено на Allbest.ru

Основные понятия компьютерной графики.

Основные понятия по теме

Общая характеристика и функциональные возможности графического редактора Photoshop

Общая характеристика и функциональные возможности графического редактора Corel DRAW

Графические форматы данных

Компьютерная графика, ее классификация, основные понятия

Тема 5 Технологии и системы обработки графической информации

Цифровым принято называть изображение, созданное с использованием компьютерной программы с нуля; либо изображение (слайд, фотография), преобразованное в электронную информацию для того, чтобы просматривать, редактировать и управлять им на экране компьютера.

Устройства, преобразующие графические изображения в цифровую форму, называются оцифровывающими (сканеры, цифровые фотоаппараты)

Цветовая модель - ϶ᴛᴏ средство описания цветов с целью их дальнейшего последовательного воссоздания.

Различают три вида компьютерной графики: растровая графика , векторная графика и фрактальная графика . Οʜᴎ 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. Чаще для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художником на бумаге, или фотографии. Соответственно, большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку.

векторной графикой предназначены, в первую очередь, для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики намного проще.

Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальную графику часто используют в развлекательных программах.

Разрешение изображения и его размер. В компьютерной графике следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства и разрешение изображения. Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске.

Разрешение экрана - это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселях и определяет размер изображения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может поместиться на экране целиком.

Разрешение принтера - это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые бывают напечатаны на участке единичной длины. Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.

Разрешение изображения - это свойство самого изображения. Оно тоже измеряется в точках на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения - его физическим размером.

Физический размер изображения может измеряться как в пикселях, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом. В случае если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает.

- ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Векторная графика. В отличие от растровой графики, в которой основным элементом изображения является точка, в векторной графике базовым элементом является линия (при этом не важно, прямая это линия или кривая). Разумеется, в растровой графике тоже существуют линии, но... [читать подробенее]

2. Государства - участники принимают любые эффективные и необходимые меры с целью упразднения традиционной практики, отрицательно влияющей на здоровье детей. 4. Государства – участники обязуются поощрять международное сотрудничество и развивать его с целью...

Что такое компьютерная графика, и как она зарождалась?

Экскурс в историю

Как и множество других технологий, графика обязана своим появлением нуждам военной промышленности. В 50-х годах в США на деньги Министерства Обороны был создан суперкомпьютер Вихрь-1, который стал частью системы ПВО. Вероятно, отображение информации на военных радарах и можно считать первым полноценно реализованным графическим интерфейсом. Обычные компьютеры тогда ещё не имели дисплеев (и вообще, компьютер того времени - это комната, заставленная оборудованием, которое обрабатывало информацию и выводило результат на перфоленты).

Чуть позже, в шестидесятых, была создана первая в истории компьютерная игра. Разработкой руководил программист Стив Рассел, у команды проекта ушло двести часов. Итог: космический симулятор под названием Spacewar. На экране маневрируют два космических корабля, стараясь уничтожить друг друга. Показательно, что визуально игра напоминает те самые изображения с военных радаров.

Пройдёт ещё пара лет, и будут предприняты попытки создания компьютерной анимации (облёт спутника вокруг Земли, автор разработки - Эдвард Зейджек), и даже прообразов нынешних программ для рисования. Проект Sketchpad: при помощи цифрового пера можно было рисовать простые фигуры, вроде линий и окружностей. Это была не просто программа, а програмно-аппаратный комплекс, где всё железо работало на одну-единственную задачу. Представьте себе компьютер, где установлен и запускается только Photoshop.

А уже в конце шестидесятых годов в СССР создали анимационный мультфильм, знаменитую «Кошечку». Опять же, это далеко от того, что мы сегодня понимаем под анимацией в мультиках. Технология была следующей: суперкомпьютер БЭСМ-4 выводил символы на бумаге, которые затем обрабатывались художниками. Весь фильм состоял из демонстраций последовательных движений кошки. Сегодня это может показаться примитивным, но для тогдашнего времени было сродни «Прибытию поезда» братьев Люмьер.

Графика сегодня

По мере развития технологии ширилась область её применения. Сегодня легче сказать, где нам не встретится использование компьютерной графики, чем наоборот. На ум, конечно, первым делом приходит сфера развлечений: кино, видеоигры, контент в Интернете. Продолжается активное внедрение графических технологий в научной, военной и конструкторской сферах. Проведение деловых презентаций и красочная подача информации клиенту стали отдельным искусством, которое породило целые новые отрасли в бизнесе.

Графика бывает следующих видов:

двумерная;
векторная;
фрактальная;
растровая;
computer-generated imagery, CGI графика;
трёхмерная.

Надо уточнить неочевидный нюанс. Дело в том, что на компьютерных мониторах любой объект остаётся двухмерным, глубина пространства - заслуга работы дизайнеров и нашего воображения. Сейчас активно развиваются 3D-технологии, о чём ещё пойдёт речь. Но по принятой классификации мы можем, строго говоря, любое изображение называть двумерным, а вот дальше уже идёт разделение по способам его обработки.

Векторная графика это, по сути, набор геометрических фигур, складывающихся в рисунок. Вот почему Sketchpad считается первым в истории векторным редактором (хотя в то время даже подобных терминов не существовало). Растровая графика опирается на сетку пикселей (pix element - самый крошечный элемент изображения, можно представить как мельчайшую точку, которая физически является частью матрицы любого монитора). Вкратце, разница между ними такова: вектор более гибок в плане редактирования, растровое же изображение тяжело растянуть без потери качества, но оно хорошо передаёт цветовые эффекты и его чаще выбирают для создания сложных подробных рисунков.

Впрочем, если подробности рисунка однотипны - к примеру, вам нужно изобразить дерево с сотнями листиков, то это уже область применения фрактальной графики. Она предназначена как раз для работы с элементами, наследующими материнскую структуру.

Трехмёрная графика подразделяется на воксельную и полигональную. В воксельной объекты состоят из наборов геометрических фигур, полигональная представляет собой совокупность поверхностей. У поверхностей есть грани, имеющие координаты в пространстве, расчёт координат позволяет создавать различные векторы.

Наконец, CGI. Это та самая компьютерная анимация и эффекты, которые мы видим, например, в кино. Изображения генерируются компьютером, они могут быть статичными или подвижными, и позволяют реализовать почти любые задумки сценаристов.

Будущее

Технологии виртуальной реальности будут получать всё более широкое применение. Ещё недавно экзотикой казались 3D-фильмы, сегодня они привычны и зрителей зазывают в кинотеатры уже на 4D-кино. Впрочем, последнее откровенный маркетинговый ход - по факту 4D-измерение лишь философская и математическая концепция, и прежде чем снимать в нём фильмы, его существование ещё надо доказать.

Но 3D, как и виртуальная реальность, уже повседневное явление. В области игр к VR по-прежнему относятся осторожно. Наверняка мы когда-нибудь увидим соревнование киберспортсменов, которые не сидят за компьютерами, а бегают, увешанные датчиками, но сегодня тут ещё масса проблем: укачивание, головная боль от долгого пребывания в очках и т.д.

Но прогресс всё равно очевиден. Сегодня вы уже можете не просто рисовать мышкой и пером на экране, но и распечатать свой рисунок на 3D-принтере. Графика покидает экраны мониторов, и становится частью реального мира.

Серафим Вагитов (г. Севастополь)

Выполнение различных работ с графикой является одним из самых популярных направлений использования персонального компьютера, к тому же, вопреки расхожему мнению, это занятие не только для профессиональных художников и дизайнеров. Любое мало-мальское предприятие время от времени нуждается, например, в оформлении рекламных объявлений для газет и журналов или в выпуске обычного рекламного буклета.

Практически ни одна современная мультимедийная программа не обходится сегодня без компьютерной графики. Работа над графическими компонентами занимает львиную долю (около 90 %) рабочего времени программистов, занимающихся разработками программ массового потребления.

Для работы с компьютерной графикой существует большое количество программного обеспечения, однако, несмотря на это, выделяют всего 3 вида данной графики. Они различаются согласно принципам формирования изображения при отражении на экранах мониторов или при распечатке на бумаге. Остановимся на них подробнее.

Растровая графика применяется при создании мультимедийных и полиграфических изданий. Изображения, выполненные посредством растровой графики, редко бывают созданы вручную при помощи компьютерных программ. Чаще всего для этих целей используются отсканированные изображения, предварительно подготовленные на бумаге или обычные фотографии. В последнее время широко практикуется ввод растровых изображений в компьютер с помощью цифровых фото- и видеокамер.

Поэтому почти все графические редакторы, предназначенные для работы с растровыми изображениями, ориентированы в основном на его обработку, а не на создание. В сети Интернет на сегодняшний день используются только растровые изображения.

Наоборот, программы для работы с векторной графикой предназначены, прежде всего, для создания изображений и в некоторой степени для обработки. Такие программы широко используются в различных рекламных агентствах, дизайнерских студиях и популярных изданиях. Дело в том, что задачи связанные с оформлением, основанном на использовании шрифтов и простых геометрических фигур, проще решить с помощью средств векторной графики. В интернете можно найти великолепные примеры художественных произведений, созданных с помощью программ обработки векторной графики, но они в этом смысле, являются скорее исключением, чем правилом. Это связано с тем, что художественная обработка иллюстраций такими программами достаточно сложная.

Интерес представляют и программные средства для разработки фрактальной графики. Они осуществляют автоматическую генерацию изображения с помощью математических расчетов. Суть создания фрактальной композиции заключается не в оформлении или рисовании, а в программировании. Фрактальная графика редко применяется для оформления печатных или электронных документов, однако часто используется в различного рода развлекательных программах.

Растровая графика

Чтобы понять, что собой представляет растровое изображение, необходимо понять его структуру. Главной составляющей любого растрового изображения является точка. Если изображение предназначено для просмотра на экране, то такая точка называется пикселем. Данные изображения могут иметь различные размеры, например, 640х480, 800х600, 1024х768 и более пикселей.

Размер изображения непосредственно связан с его разрешением. Данный параметр измеряется в количестве точек на дюйм площади изображения (dpi). Для примера, монитор с диагональю 15 дюймов отображает картинку размером примерно 28х21см. Зная, что один дюйм — это 25,4 мм, можно высчитать, что при работе в режиме 800х600 пикселей разрешение изображения на экране составит 72 dpi.

Печать изображений требует гораздо более высокого разрешения. Для полноцветной полиграфической печати используются изображения разрешением 200-300 dpi. Обычный фотоснимок 10х15 см имеет около 1000х1500 пикселей. Значит такое изображение состоит из 1,5 млн. точек, а если оно цветное и для координирования каждого пикселя используется три байта, то размер файла, соответствующий обычной фотографии, будет составлять около 4 Мбайт.

Как можно заметить, основной проблемой всех растровых изображений является их большой объем. Второй недостаток, связанный с растровыми изображениями — это невозможность рассмотреть мелкие детали. Так как изображение состоит из точек, то увеличение его размеров неотвратимо влечет за собой искажение иллюстрации и делает ее размытой. Данный эффект известен как пискселизация.

Векторная графика

Основным элементом векторного изображения, является линия. Растровая графика тоже содержит линии, но там они присутствуют в качестве комбинации точек. Соответственно, чем длиннее растровая линия, тем больше памяти занимает изображение. Если говорить о векторном изображении, то объем памяти, занимаемый линией, не зависит от размера этой линии, так как линия в данном случае представлена в виде формулы, а вернее сказать, в виде определенных параметров. А поэтому что бы мы не предпринимали в отношении этой линии, изменяются лишь ее параметры, последовательно сохраняющиеся в ячейках памяти.

Линия представляет собой элементарный объект в векторной графике. Все векторные иллюстрации, состоят из линий. Более простые объекты могут объединяться в более сложные путем увеличени количества линий. Например, четырехугольник можно представить в виде четырех взаимосвязанных линий, а куб — в виде двенадцати, или в виде шести четырехугольников. В связи с таким подходом векторную графику еще часто называют объектно-ориентированной графикой.

Как и прочие объекты, линии имеют определенные свойства. К ним относятся: форма линии, толщина, цвет, а также характер (сплошная линия, пунктирная и т. д.). Линии которые замыкаются обладают свойством заполнения. Внутренняя часть замкнутого таким образом контура может заполняться цветом, текстурой или заранее заготовленным растровым изображенем.

В отличие от растровой графики с ее значительными объемами и невозможностью масштабирования без потерь в качестве, векторная графика лишена этих недостатков, однако ее использование существенно усложняет создание художественных иллюстраций. Чаще всего средства векторной графики используются для выполнения задач, связанных с оформлением, чертежами и проектно-конструкторськими работами.

В векторной графике достаточно сложные композиции занимают небольшой объем. Вопросы масштабирования решаются также легко. При необходимости изображения можно увеличивать до мельчйших деталей.

Фрактальная графика

Фрактальная графика, равно как и векторная, является результатом вычислений, но при этом основное отличие ее в том, что никакие объекты при этом не сохраняются в памяти компьютера. Изображение строится согласно уравнению (или системе уравнений), поэтому сохраняется только формула. Если изменить коэффициенты в уравнении, то получится совершенно другая картинка.

Простейшим фрактальним объектом является фрактальний треугольник. Для того чтобы получился фрактальний треугольник, необходимо построить обычный равносторонний треугольник. Затем разделить каждую его сторону на 3 отрезка. Ровно на середине этой стороны постройте еще один аналогичный треугольник со стороной на 2/3 меньшей стороны первого треугольника. С полученными в результате таких манипуляций треугольниками повторите такие же операции. Треугольники следующих поколений подражают свойствам своих родительских структур. Так образуется фрактальная фигура. Данный процесс можно продолжать бесконечно.

Фрактальними свойствами наделены многие живые и неживые объекты природы. Можно обнаружить, что обычная снежинка при увеличении оказывается фрактальним объектом. Рост кристаллов и растений обязан своим существованием фрактальным алгоритмам, что лежат в его основе.

Возможности фрактальной графики в создании различных образов живой природы путем вычислений часто используют для генерации необычных, фантастических иллюстраций.

Концепция цветовой модели

Цвета в природе редко являются простыми. Большинство цветовых оттенков образуются путем смешивания основных цветов. Способ разделения цветового оттенка на составные компоненты называется цветовой моделью. Существует много различных типов цветовых моделей, однако в компьютерной графике, как правило, используют не больше трех. Эти модели известны под названиями: CMYK, RGB и HSB.

Самый распространенный пример — это цветовая модель CMYK. Она применяется для идентификации цветов в обычной цветной печати. Огромный цветовой диапазон получается смешиванием 4-х основных цветов: голубого, красного, желтого и черного. Английские названия данных цветов и составляют аббревиатуру CMYK. Последний цвет, черный (Black), обозначен буквой К, чтобы не было путаницы, так как название синего цвета (Blue) начинается с той же буквы.

Модель CMYK была положена в основу стандартной цветовой палитры Corel DRAW. Данная палитра называется Corel DRAW.сpl. (расширение сpl присвоено именам всех палитр Corel DRAW). Она состоит приблизительно из 100 цветов, причем все они имеют собственные имена, например Navy Blue, Deep Purple, Dusty Rose и т.д.

Палитра Corel DRAW.сpl. получила общее признание благодаря таким обстоятельствам:

Поскольку это — стандартная палитра, работа с программой начинается именно с нее. Собственно, многие пользователи даже не переключаются на другие палитры.
Данную палитру можно самостоятельно настраивать, добавлять и удалять цвета, редактировать уже существующие.

Цветовая модель CMYK

Данная модель используется для подготовки исключительно печатных изображений.

Особенность печати в типографии заключается в том, что изображение печатают в несколько приемов. На бумагу поочередно накладывают голубой, пурпурный, желтый и черный цвета, и таким образом получают полноцветную иллюстрацию. Для этого изображение, полученное на компьютере, перед началом печати разделяют на 4 одноцветных изображения. Такой процесс получил название цветоделения. Многие современные графические редакторы обладают арсеналом средств для осуществления этой операции.

Цветовая модель RGB

Наиболее простая для понимания модель. В режиме RGB работают мониторы компьютеров и телевизоры. Суть заключается в том, что каждый цвет состоит из 3 основных составляющих: красного, зеленого и синего. Отсюда аббревиатура RGB. Данные цвета называются основными. Модель RGB применяется в том случае, если необходимо подготовить изображение для воспроизведения на экране.

Графические редакторы оснащены средствами для преобразования изображения из одной цветовой модели в другую. Но, все-таки модель RGB для компьютера самая «родная».

Цветовая модель HSB

В цветовой модели HSB, при создании полных цветов, компонентами этих цветов выступают оттенок (H), насыщенность (S) и яркость (B). Эта модель более всего отвечает человеческому восприятию цветов.

Цветовой круг может содержать до 360 оттенков. Положение цвета на радиусе цветового круга определяет его насыщенность. Чем дальше цвет находится от центра, тем насыщеннее оттенок. При выводе на печать эта модель будет автоматически преобразована программой в модель CMYK.

§18. Компьютерная графика
§21. Растровая и векторная графика

Основные темы параграфа:

История компьютерной графики;
- научная графика;
- деловая графика;
- конструкторская графика;
- иллюстративная графика;
- трехмерная графика;
- компьютерная анимация.

Изучаемые вопросы:

- Растровая графика
- Векторная графика.

В наше время редко найдется школьник, который бы не играл в компьютерные игры или хотя бы не видел, как в них играют другие. На экране монитора, как на телеэкране, бегают человечки, летают самолеты, мчатся гоночные машины... Чего только нет! Причем качество цветного изображения на современном персональном компьютере бывает лучше, чем у телевизора.

Раздел информатики, занимающийся проблемами создания и обработки на компьютере графических изображений, называется компьютерной графикой.

Как же получаются все эти «картинки» на экране компьютера? Вы уже хорошо знаете, что любую работу компьютер выполняет по определенным программам, которые обрабатывают определенную информацию. Монитор - это устройство вывода информации , хранящейся в памяти компьютера. Значит, и «картинки» на экране - это отображение информации, находящейся в компьютерной памяти .

История компьютерной графики

Результатами расчетов на первых компьютерах являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге. Для того чтобы осознать полученные результаты, человек брал бумагу, карандаши, линейки и другие чертежные инструменты и чертил графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Иначе говоря, человек вручную производил графическую обработку результатов вычислений. В графическом виде такие результаты становятся более наглядными и понятными. Таково уж свойство человеческой психики: наглядность - важнейшее условие для понимания.

Возникла идея поручить графическую обработку самой машине . Первоначально программисты научились получать рисунки в режиме символьной печати. На бумажных листах с помощью символов (звездочек, точек, крестиков, букв) получались рисунки, напоминающие мозаику. Так печатались графики функций, изображения течений жидкостей и газов, электрических и магнитных полей (рис. 4.1).

С помощью символьной печати программисты умудрялись получать даже художественные изображения. В редком компьютерном центре стены не украшались распечатками с портретами Эйнштейна, репродукциями Джоконды и другой машинной живописью.

Затем появились специальные устройства для графического вывода на бумагу - графопостроители (другое название - плоттеры ). С помощью такого устройства на лист бумаги чернильным пером наносятся графические изображения: графики, диаграммы, технические чертежи и пр. Для управления работой графопостроителей стали создавать специальное программное обеспечение.

Настоящая революция в компьютерной графике произошла с появлением графических дисплеев. На экране графического дисплея стало возможным получать рисунки и чертежи в таком же виде, как на бумаге с помощью карандашей, красок, чертежных инструментов.

Рисунок из памяти компьютера может быть выведен не только на экран, но и на бумагу с помощью принтера. Существуют принтеры цветной печати, дающие качество рисунков на уровне фотографии.

Приложения компьютерной графики очень разнообразны. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.

Научная графика

Это направление появилось самым первым. Назначение - визуализация (т. е. наглядное изображение) объектов научных исследований , графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов (рис. 4.2).

Эта область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций , часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы (рис. 4.3).

Программные средства деловой графики обычно включаются в состав табличных процессоров (электронных таблиц), с которыми мы познакомимся позже.

Она применяется в работе инженеров-конструкторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом систем автоматизации проектирования (САПР). Графика в САПР используется для подготовки технических чертежей проектируемых устройств (рис. 4.4).

Графика в сочетании с расчетами позволяет проводить в наглядной форме поиск оптимальной конструкции, наиболее удачной компоновки деталей, прогнозировать последствия, к которым могут привести изменения в конструкции. Средствами конструкторской графики можно получать плоские изображения (проекции, сечения) и пространственные, трехмерные изображения.

Программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования и черчения подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей, линеек и других инструментов. Пакеты иллюстративной графики не имеют какой-то производственной направленности, поэтому они относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения.

Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами. Подробнее о графических редакторах речь пойдет ниже.

Трехмерной графикой (3D-графикой) называют технологию, позволяющую получать на устройствах вывода компьютера объемные изображения. Программы для работы с трехмерной графикой называют программами трехмерного моделирования. Эти программы позволяют создавать высококачественные изображения, очень похожие на фотографии. В самом названии «трехмерный» заложено указание на то, что объект рассматривается в трех измерениях (ширина, высота и глубина). В то же время экранное изображение трехмерных объектов, как и печатное, является всего лишь их двумерным образом. Эти образы на экране выглядят вполне реально благодаря наличию источников света, естественной окраске, присутствию теней и бликов, придающих изображению глубину и делающих его визуально правдоподобным (рис. 4.5).

Таким образом, основная задача пользователя программы трехмерного моделирования - создать сцену - совокупность образов трехмерных объектов.

Широкое применение 3D-графика находит в архитектурном и техническом проектировании, рекламе, кинематографии, различных учебных и тренажерных системах, компьютерных играх.

Создание изображений в программах трехмерного моделирования состоит из пяти этапов.

1. Моделирование - создание формы трехмерного объекта.
2. Наложение материалов . Материалы - краски и текстуры, которыми покрываются объекты. Кроме того, материалы определяют такие свойства объектов, как шероховатость, блеск, прозрачность.
3. Расстановка источников света . Освещение придает сцене ощущение объемности и реальности, так как источники света способны создавать тени, когда их лучи падают на объекты.
4. Установка камер . Программы трехмерного моделирования предоставляют возможность рассматривать сцену через виртуальную съемочную камеру (фотоаппарат). Камера может устанавливаться в разных позициях, что дает возможность отражать сцену в различных ракурсах.
5. Визуализация - формирование изображения. Визуализация выполняется специальным программным обеспечением и может занимать довольно продолжительное время, зависящее от сложности сцены и быстродействия компьютера. Именно на этом этапе программа рассчитывает и наносит на изображение все тени, блики и отражения объектов.

На первых четырех этапах используются законы векторной графики. В результате визуализации создается растровое изображение.

Получение движущихся изображений на мониторе компьютера называется компьютерной анимацией . Слово «анимация» означает «оживление».

В недавнем прошлом художники-мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку. Существуют системы, в которых используется покадровая анимация, основанная на ключевых (наиболее важных) кадрах. Компьютерный художник создает на экране лишь изображения объектов в ключевых кадрах, а все положения объектов в промежуточных кадрах рассчитываются специальными программами.

Такая работа связана с расчетами, опирающимися на математическое описание данного типа движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения (рис. 4.6).

Многие современные анимационные фильмы создаются в технологии трехмерной графики. В некоторых игровых фильмах наряду с «живыми» артистами и реальными декорациями участвуют персонажи, созданные на компьютере. Одним из первых известных фильмов такого рода были «Звездные войны». Многие компьютерные игры построены в технологии 3D-анимации.

В начале появления 3D-анимации такая работа была по силам только суперкомпьютерам. Позже для персональных компьютеров были разработаны устройства под названием 3D-акселераторы (ускорители трехмерной графики). На современных ПК эти устройства делают доступными для пользователей трехмерные игры.

Коротко о главном

Область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Для создания графических изображений требуется специальное программное обеспечение - графические пакеты .

Основные области применения компьютерной графики : научная графика, деловая графика, конструкторская графика, иллюстративная графика, трехмерная графика.

Это получение движущихся изображений на экране монитора.

Вопросы и задания

1. Что называют компьютерной графикой?

2. Каким способом создавали рисунки на ЭВМ до появления аппаратных и программных средств компьютерной графики?

3. На какие устройства производится вывод графических изображений?

4. В чем преимущество графического дисплея перед другими устройствами графического вывода?

5. Опишите основные области применения компьютерной графики.

6. Что такое компьютерная анимация?

Растровая и векторная графика

Основные темы параграфа:

Два принципа представления изображения;
- растровая графика;
- векторная графика.

Изучаемые вопросы:

История компьютерной графики
- Области применения компьютерной графики.
- Два принципа представления изображения.
- Растровая графика
- Векторная графика.

Два принципа представления изображения

В компьютерной графике существуют два различных подхода к представлению графической информации. Они называются, соответственно, растровым и векторным. С растровым подходом вы уже знакомы. Суть его в том, что всякое изображение рассматривается как совокупность точек разного цвета. Векторный подход рассматривает изображение как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами .

В растровой графике графическая информация - это совокупность данных о цветах пикселей на экране. В векторной графике графическая информация - это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок.

Положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат , связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось X направлена слева направо; вертикальная ось Y - сверху вниз .

Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов; окружность - координатами центра и радиусом; многоугольник - координатами его вершин; закрашенная область - граничной линией и цветом закраски и пр.

Для примера рассмотрим «маленький монитор» с растровой сеткой размером 10 х 10 и черно-белым изображением. На рисунке 4.11 одна клетка соответствует пикселю. Приведено изображение буквы «К». Для кодирования изображения в растровой форме на таком экране требуется 100 битов (1 бит на пиксель).

На рисунке 4.12 этот код представлен в виде битовой матрицы, в которой строки и столбцы соответствуют строкам и столбцам растровой сетки (1 обозначает закрашенный пиксель, а 0 - незакрашенный).

В векторном представлении буква «К» - это три линии. Всякая линия описывается указанием координат ее концов в таком виде:

ЛИНИЯ (X1,Y1,X2,Y2)

Изображение буквы «К» на рис. 4.11 описывается следующим образом:

ЛИНИЯ (4,2,4,8)

ЛИНИЯ (5,5,8,2)

ЛИНИЯ (5,5,8,8)

Для цветного изображения кроме координат указывается еще один параметр - цвет линии .

Для создания рисунков на компьютере используются графические редакторы . Графические редакторы бывают растровыми и векторными * . Графическая информация о рисунках, созданных с помощью редактора, сохраняется в файлах на диске. Существуют разнообразные форматы графических файлов. Их также можно разделить на растровые и векторные форматы. Растровые графические файлы хранят информацию о цвете каждого пикселя изображения на экране. В графических файлах векторного формата содержатся описания графических примитивов, составляющих рисунок.

*
Графический редактор Paint является растровым, a CorelDraw - векторным.