Код пикселя - это информация о цвете пикселя.
План
Компьютерная графика. Основные понятия и задачи.
Устройство экранов.
Виды компьютерной графики.
Графический редактор: назначение, основные функции.
1. Компьютерная графика. Основные понятия и задачи.
В наше время редко найдется студент, который бы не играл в компьютерные игры или хотя бы не видел, как в них играют другие. На экране дисплея, как на телеэкране, бегают человечки, летают самолеты, мчаться, гоночные машины…Чего только нет! Причем качество цветного изображения на современном персональном компьютере бывает лучше, чем у телевизора.
| Компьютерная графика-область информатики, изучающая методы и свойства обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств. |
Как же получаются все эти «картинки» не ЭВМ? Вы уже хорошо знаете, что любую работу компьютер выполняет по определенным программам, которые обрабатывают определенную информацию. Дисплей – это устройство вывода информации, хранящейся в памяти ЭВМ. Значит, и «картинки» на экране – это отражение информации, находящейся в компьютерной памяти.
Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Обычно результатами таких расчетов являлись длинные колонки чисел, напечатанных на бумаге. Для того, чтобы лучше понять полученные результаты, человек брал карандаш, 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 становились более наглядными и понятными. Таково уж свойство человеческой психики: наглядность – важнейшее условие для понимания.
|
|
|
Довольно быстро 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 и др.) получались рисунки, напоминающие мозаику. Так печатались графики функций, изображения течений жидкостей и газов, изображения электрических и магнитных полей и пр.
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 возможно получать рисунки, чертежи в таком же виде, в каком их делают 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.
Все типы персональных компьютеров оснащены графическими дисплеями. Поэтому машинная графика стала особенно популярна с распространением персональных компьютеров (ПК), начиная с 80-х годов. Благодаря графическим возможностям ПК удалось сделать этот класс машин привлекательным для широкого круга пользователей. Графический интерфейс делает общение пользователей с компьютером удобным, легким, увлекательным.
*Области применения компьютерной графики.
Современное применение компьютерной графики очень разнообразно. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими программами, или графическими пакетами.
|
|
|
1) Научная графика. 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. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов. Как уже было сказано, 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.
2) 
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.
|
|
|
3) 
Конструкторская графика. Используется 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. 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.
4) Иллюстративная графика. Программные средства иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования, черчения, подобно тому, как он это делает на бумаге с помощью карандашей, кисточек, красок, циркулей. Пакеты иллюстративной графики не имеют какой-либо производственной направленности. Поэтому они относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения.
Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.
5) Художественная и рекламная графика. Это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки и многое другое.
Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти.
Отличительной особенностью этого класса графических пакетов является возможность создания реалистических (т. е. очень близких к естественным) изображений, а также «движущихся картинок».
Для создания реалистических изображений в графических пакетах этой категории используется достаточно сложный математический аппарат. Например: получение рисунков трехмерных (пространственных) объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации – все это связано с геометрическими расчетами.
Передача освещенности объекта в зависимости от источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности (глянцевая, матовая) требует расчетов, учитывающих законы оптики.
Получение движущихся изображений на ЭВМ называется компьютерной анимацией. Слово анимация обозначает оживление (родственное английскому animal – животное).
Многие из вас представляют, как художники – мультипликаторы создают свои фильмы. Чтобы передать движение, им приходится делать тысячи рисунков, отличающиеся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимаются на кинопленку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создать на экране рисунки лишь начального и конечного состояний движущегося объекта, а все промежуточные состояния рассчитает и изобразит компьютер. Такая работа также связана с расчетами, опирающимися на математическое описание данного типа движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения.
6) Мультимедиа – Сравнительно молодая отрасль новых информационных технологий. Под словом «мультимедиа» понимают воздействие на пользователя по нескольким информационным каналам одновременно. Можно еще сказать так: Мультимедиа – это объединение высококачественного изображения на экране компьютера (в том числе графической анимации и видеокадров) с реалистическим звуковым сопровождением.
Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.
Устройство экранов.
В XIX веке во Франции возникла техника живописи, которую назвали пуантилизмом: рисунок составлялся из разноцветных точек, наносимых кистью на холст. Подобный принцип используется и в компьютерах. Только, в отличие от картин пуантилистов,
на которых точки располагаются в хаотическом порядке, точки на экране компьютера выстроены в ровные ряды. Совокупность точечных строк образует графическую сетку или растр.
Одна точка носит название видеопиксель (кратко - пиксель). Слово пиксель происходит от анлийского "picture element" - элемент рисунка.
Очевидно, чем гуще сетка пикселей на экране, тем лучше качество изображения. Размер графической сетки обычно представляется в форме произведения числа точек в горизонтальной строке на число строк: M*N.
На современных дисплеях используются, например, такие размеры графической сетки:
640*200
640*480
1024*768
1280*1024
Существуют дисплеи, основанные на разных физических принципах. В самых распространённых главной частью является электронно-лучевая трубка. На экране такого дисплея пиксель образуется люминесцирующим веществом, которое светится под воздействием луча, испускаемого электронной пушкой дисплея. Такой луч периодически пробегает по порядку (сканирует)все строки сетки пикселей. При этом он модулируется: на точки, которые должны светиться -падает, а на тёмных точках - прерывается. Поскольку после прекращения воздействия электронного луча на точку экрана её свечение быстро затухает, то сканирование периодически повторяется с высокой частотой
(50-60 раз в секунду). При такой частоте наше зрение не замечает мерцания изображения.
Дисплеи, работающие описанным способом (построчное сканирование графической сетки), называются растровыми дисплеями.
Существуют чёрно-белые и цветные дисплеи. На чёрно-белом экране пиксель, на который падает электронный луч, светится белым цветом. Неосвещённый пиксель - чёрная точка.
При изменении интенсивности электронного потока получаются промежуточные серые тона (оттенки).
А как получается цветное изображение? Оказывается, каждый пиксель на цветном экране - это совокупность трёх точек (зёрен) разного цвета : красного, зелёного и синего.
Эти зёрна расположены очень близко друг к другу - так, что зрение человека их не различает Нам они кажутся слившимися в одну точку.
Цветные дисплеи такого типа называются RGB-мониторами, от английских слов – Red – красный, Green – зеленый, Blue – синий.
Электронная пушка цветного дисплея испускает три луча. Каждый луч вызывает свечение зерна только одного цвета. Для этого в дисплее используется специальная фокусирующая система.
Видеоконтроллер (адаптер) - устройство, управляющее работой графического дисплея. Видеоконтроллер состоит из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора.
Видеопамять - это электронное, энергонезависимое, запоминающее устройство. На современных компьютерах её размер составляет сотни и тысячи килобайт. В ней могут храниться одновременно несколько страниц высококачественного изображения.
Дисплейный процессор - вторая составляющая видеоадаптера.
Дисплейный процессор читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет работой дисплея.
Таким образом, к видеопамяти имеют доступ два процессора: центральный и дисплейный. Центральный процессор записывает информацию, а дисплейный - периодически читает её
(50-60 раз в секунду) и передаёт на дисплей. Именно дисплейный процессор управляет лучами электронной пушки в соответствии с информацией, заложенной в видеопамять.
Ещё одним современным техническим средством компьютерной графики является сканер.
Сканер - устройство, используемое для ввода в компьютер изображения с листа бумаги.
Работа сканера как бы противоположна работе графического дисплея: графический адаптер преобразует двоичный код в изображение на дисплее; сканер преобразует изображение на рисунке, чертеже, фотографии в двоичный код, который записывается в память компьютера. Сканер получил своё название в соответствии с принципом своей работы: световой луч сканирует плоский рисунок подобно тому, как электронный луч сканирует экран дисплея.
Как кодируется изображение
В видеопамяти находится двоичная информация об изображении, выводимом на экран. Эта информация состоит из двоичных кодов каждого видеопикселя.
Код пикселя - это информация о цвете пикселя.
Для получения чёрно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два состояния: светится - не светится (белый - чёрный). Тогда для его кодирования достаточно одного бита памяти:
Белый,
Чёрный.
Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску. Поэтому одного бита на пиксель - недостаточно.
Для кодирования 4-цветного изображения требуется два бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов:
Чёрный
Красный
Зелёный
Коричневый.
На цветном экране всё разнообразие красок получается из сочетаний трёх базовых цветов: красного, зелёного, синего. Из трёх цветов можно получить восемь комбинаций:
--- чёрный
--с синий
-з- зелёный
-зс голубой
К-- красный
К-с розовый
Кз- коричневый
Кзс белый.
Здесь каждый цвет обозначается первой буквой, а чёрточкой - отсутствие цвета.
Следовательно, для кодирования 8-цветного изображения требуется три бита памяти на один видеопиксель. Если наличие базового цвета обозначить единицей, а отсутствие нулём, то получается следующая таблица кодировки восьмицветной палитры:
Таблица 1
Двоичный код восьмицветной палитры
| К | З | С | Цвет |
| 0 | 0 | 0 | Черный |
| 0 | 0 | 1 | Синий |
| 0 | 1 | 0 | Зеленый |
| 0 | 1 | 1 | Голубой |
| 1 | 0 | 0 | Красный |
| 1 | 0 | 1 | Розовый |
| 1 | 1 | 0 | Коричневый |
| 1 | 1 | 1 | Белый |
Если иметь возможность управлять интенсивностью (яркостью) свечения базовых цветов, то количество различных вариантов их сочетаний, дающих разные краски и оттенки, увеличивается.
Шестнадцатицветная палитра получается при использовании четырёхзарядной кодировки пикселя: к трём битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трёх одновременно (интенсивностью трёх электронных пучков).
Таблица 2.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 125; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!