Лекция 4 по ИТ графика виды

1. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Поволжский государственный университет

телекоммуникаций и информатики
Кафедра информационных систем и технологий
Информационные технологии
курс лекций
к.т.н., доцент Камальдинова Зульфия Фаисовна
Самара
1

2. Лекция 4 Средства мультимедиа. Компьютерная графика

4.1 Понятие компьютерной графики
4.2 Растровое представление графической информации
4.3 Векторное представление графической информации
4.4 Универсальные и векторные графические форматы
4.5 Векторное кодирование графической информации
4.6 Цветовые модели
4.7 Цветовая модель RGB
4.8 Цветовая модель SMYK
4.9 Цветовая модель HSB
4.10 Цветовая модель Lab
4.11 Цветовая модель Grayscale
4.12 Индексные цвета
2

3. Конспект лекций (подготовить письменные ответы на вопросы)

3

4. Определения и классификации

Компьютерная графика предназначена для передачи
пользователю визуальных изображений
По способу построения изображений - двумерная и
трехмерная графика.
Двумерная компьютерная графика (2D) - по типу
представления графической информации и по алгоритмам
обработки изображений.
Графическую информацию можно представлять в двух
формах: аналоговой или дискретной.
Преобразование графической информации из аналоговой
формы в дискретную производится путем
пространственной дискретизации.
4

5. Определения и классификации

При кодировании и создании графических изображений
может используется три метода построения изображений:
растровый, векторный, фрактальный.
Растровая графика: изображение состоит из точек – пикселей
(picture element), для каждой из которых нужно задать цвет и яркость
Векторная графика: изображение не из точек, а из объектов – линий
(отрезки, дуги и т.п.) и ограниченных ими фигур. Линии и фигуры
задаются уравнениями и свойствами (цвет и начертание линии, цвет и
способ заполнения фигуры).
Фрактальная графика – изображение не из линий, а целиком
строится по специальным формулам. Позволяет получать наиболее
сложное и реалистичное изображение. Используется в играх и других
мультимедийных системах.
5

6. Растровые изображения

Минимальная единица изображения: пиксель
(происхождение от английской аббревиатуры «picture
element» – элемент рисунка).
Объем растрового изображения определяется умножением
количества пикселей на информационный объем одной
точки, который зависит от количества возможных цветов.
Качество изображения определяется разрешающей
способностью монитора.
Растровые изображения создаются с помощью специальных
растровых графических редакторов.
Paint, CorelPhoto, Adobe Photoshop
6

7. Преимущества и недостатки

Достоинства растровой графики:
• возможность воспроизведения изображений любого
уровня сложности. Количество деталей,
воспроизводимых на изображении, во многом
зависит от количества пикселов;
• точная передача цветовых переходов;
• наличие множества программ для отображения и
редактирования растровой графики. Абсолютное
большинство программ поддерживают одинаковые
форматы файлов растровой графики. Растровое
представление, пожалуй, самый «старый» способ
хранения цифровых изображений.
7

8. Преимущества и недостатки

Недостатки растровой графики:
- большой размер файла. Фактически
для каждого пиксела приходится
хранить информацию о его
координатах и цвете;
- невозможность масштабирования (в
частности, увеличения)
изображения без потери качества.
8

9. Растровые форматы

PCX – один из первых растровых форматов. В настоящее
время устарел и поддерживается для совместимости со
старым ПО.
BMP – широко используемый для DOS и Windows.
Используется в Paint Brush и поддерживается приложениями,
работающими в среде Windows. Преимущество – очень
быстрый вывод изображений, недостаток – большие размеры
файлов.
PICT – файловый формат Macintosh. Доступен для программ
рисования и обработки под Macintosh, а также для Corel
DRAW.
TIFF – был создан в качестве универсального формата для
изображений с цветовыми каналами. Важное достоинство –
его переносимость на разные платформы (IBM PC и
Macintosh)
9

10. Растровые форматы

PSD – внутренний формат для программы Photoshop.
JPEG – предназначен для сохранения точечных изображений со
сжатием. Лучше всего подходит для фотографий или графики со
сложными тенями. Также он используется в документах HTML
для передачи по сети WWW.
JPEG 2000 – усовершенствованный JPEG
GIF – оказался идеальным форматом для применения в Веб и стал
первым графическим форматом, поддерживаемым в нем.
PNG – переносимая сетевая графика (Portable Network Graphics).
Считается, что PNG обеспечивает лучшее сжатие, чем GIF, но
размер файлов больше, чем у JPEG. Как и GIF.
Наиболее часто используемые графические редакторы, в которых
используется растровая графика: Paint, PhotoShop.
10

11. Векторная графика

Рисунок хранится как набор координат, векторов и других численных
значений, характеризующих набор примитивов.
Такой способ представления хорош для схем, используется для
масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется
для создания мультфильмов и просто роликов.
Преимущества перед растровой графикой:
• размер, занимаемый описательной частью, не зависит от реальной
величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество
информации, описать сколько угодно большой объект файлом
минимального размера;
• в связи с тем, что информация об объекте хранится в описательной
форме, можно бесконечно увеличить графический примитив, например,
дугу окружности, и она останется гладкой;
• параметры объектов хранятся и могут быть легко изменены. Также это
означает что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и
т.д. не ухудшает качества рисунка.
11

12. Векторная графика

Недостатки векторной графики:
• не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде –
для подобного оригинальному изображению может потребоваться
очень большое количество объектов и их сложности, что негативно
влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и на
время для его отображения (отрисовки);
• перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но
обратного пути, как правило, нет – трассировка растра, при том,
что требует значительных вычислительных мощностей и времени,
не всегда обеспечивает высокое качество векторного рисунка;
• преимущество векторной картинки – масштабируемость –
пропадает, когда начинаем иметь дело с особо малыми
разрешениями графики (например, иконки 32×32 или 16×16).
12

13. Векторные форматы

I (Adobe Illustrator) поддерживают практически все программы,
так или иначе связанные с векторной графикой. Данный формат
идеально подходит для переноса векторных изображений в
другие программы на разные платформы.
CDR (Corel DRAW). Векторный формат файлов, создаваемых
программой Corel Draw. Формат известен низкой
устойчивостью, плохой совместимостью файлов, искажением
цветовых характеристик внедряемых битовых карт.
WMF (Window Metafile) – данный векторный формат использует
графический язык Windows и, можно сказать, является ее
родным форматом. Служит для передачи векторов через буфер
обмена (Clipboard). Понимается практически всеми
программами Windows, так или иначе связанными с векторной
графикой. Однако, WMF искажает цвет, не может сохранять
множество параметров, которые могут быть присвоены
объектам в различных векторных редакторах, не может
содержать растровых объектов.
13

14. Универсальные и векторные форматы

PDF – формат компании Adobe для электронного распространения
документов на Macintosh, Windows, Unix, DOS. Файлы в этом формате
используются пакетом программ Adobe Acrobat. Формат используется
для представления и векторных, и точечных изображений,
включающих гиперссылки и электронное оглавление.
EPS –графический файловый формат. Он поддерживается
векторными графическими редакторами и программами верстки,
используется для записи растровой графики. Программы,
сохраняющие файлы в формате EPS, предоставляют варианты
выбора, которые называются опциями сохранения:
- просмотр – создание просмотрового файла, т.е. файла, в котором
изображение сохраняется с низким разрешением. Можно выбрать
черно-белый или цветной вид файла;
- ASCII/Binary – текстовый/двоичный формат. Двоичные файлы
меньше по размеру;
- DCS – цветоделение документа. Этот формат состоит из 5 файлов, 4
из которых содержат данные о CMYK-цветах, а 5-й является
просмотровым изображением.
14

15. Векторное кодирование графической информации

Представление изображение векторной
графики в виде отдельных составляющих
15

16. Векторное представление рисунка

16

17. Процесс создания линии с помощью кривых Безье

17

18. Определения

Цветовая модель – термин, обозначающий абстрактную модель
описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно
из трех или четырех значений, называемых цветовыми
компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом
интерпретации этих данных множество цветов цветовой модели
определяет цветовое пространство.
Типы цветовых моделей
Существует немало цветовых моделей, наиболее часто
используемые можно разделить на три группы:
- аппаратно-зависимые – цветовые модели данной группы
описывают цвет применительно к конкретному,
цветовоспроизводящему устройству (например монитору), –
RGB, CMYK;
- аппаратно-независимые – эта группа цветовых моделей для
того, чтобы дать однозначную информацию о цвете – XYZ, Lab;
- психологические – эти модели основываются на особенностях
восприятия человека –HSB, HSV, HSL.
Основные системы цветопередачи – это RGB, CMYK и HSB.
18

19. Цветовая модель RGB

RGB – аббревиатура английских слов Red, Green, Blue –
красный, зеленый, синий.
Аддитивная (Add, англ. – добавлять) цветовая модель, как
правило, служащая для вывода изображения на экраны
мониторов и другие электронные устройства. Как видно из
названия – состоит из синего,
красного и зеленого цветов, которые образуют все
промежуточные. Обладает большим цветовым охватом.
Цветовая модель RGB предполагает, что вся палитра
складывается из светящихся точек. Это значит, что на бумаге
невозможно изобразить цвет в цветовой модели RGB, так как
бумага поглощает цвет, а не светится. Исходный цвет можно
получить, если прибавить к несветящейся – или изначально
черной – поверхности проценты от каждого из ключевых цветов.
RGB-цвет получается в результате смешения красного, синего и
зеленого в разных пропорциях: каждый оттенок можно описать
тремя числами, обозначающими яркость трех основных цветов
19

20. Цветовая модель RGB

20

21. Цветовая модель RGB в трехмерной системе координат

21

22. Формулы

Формула определения цвета:
Color = R+G+B, где цвета меняются
0 ≤ R ≤ Rmax ; 0 ≤ G ≤ Gmax ; 0 ≤ B ≤ Bmax
Каждый цвет может изменять значение от 0 до 255
(или в 16-ричной системе счисления от 0 до FF), а
при умножении 256 х 256 х 256 мы
получаем 16 777 216 различных цветов.
Для передачи информации о 256 состояниях нужен
1 байт
22

23. Как выглядит цветовая модель RGB?

В местах, где лучи соприкасаются, вы увидите новые
оттенки:
- зеленый+синий – голубой (Cian);
- синий+ красный – пурпурный (Magenta);
- красный+зеленый –желтый (Yellow).
Красный и голубой – взаимно дополняемые цвета. Нельзя
изменить красный цвет не затронув голубой.
Плюс этой модели состоит в том, что она описывает все 16
миллионов цветов, а минус в том, что при печати часть
(самые яркие и насыщенные) этих цветов потеряются.
Так как RGB аппаратно-зависимая модель, то одна и та же
картинка на разных мониторах может отличаться по цвету,
например, потому что экраны этих мониторов сделаны по
разным технологиям или мониторы по-разному настроены.
23

24. Таблица формирования цветов

24

25. Цветовая модель CMYK

Если предыдущая модель описывает светящиеся цвета, то CMYK
наоборот, для описания цветов отраженных. Еще они называются
субтрактивными («вычитательными»), потому что они остаются
после вычитания основных аддитивных. Так как цветов для
вычитания у нас три, то и основных субтрактивных цветов тоже
будет три: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), желтый (Yellow).
Три основных цвета модели CMYK, называют полиграфической
триадой. Печатая этими красками, происходит поглощение красной,
зеленой и синей составляющих. В изображении CMYK каждый
пиксель имеет значение процентного содержания триадных красок.
Цвета палитры можно определить с помощью формулы:
Цвет = С=M+Y
Когда смешиваем две субтрактивных краски, то результирующий
цвет затемняется, а если смешать три, то должен получиться черный
цвет. При нулевом значении всех красок получаем белый цвет. А
когда значения всех составляющих равны – получаем серый цвет.
25

26. Цветовая модель CMYK

26

27. Представление модели CMYK

27

28. Модели CMYK и RGB

28

29. Цветовая модель HSB

29

30. Представление модели HSB

30

31. Цветовая модель Lab

31

32. Цветовая модель Grayscale

Самое простое и понятное пространство.
Используется для отображения.
Может быть в градациях (от 0 до 256)
или в процентах (от 0% до 100 % белого
изображения. Цвет в данной модели описывается
всего одним параметром).
Минимальное значение соответствует белому цвету, а
максимальное – черному.
32

33. Индексные цвета

В начале развития компьютерных технологий, компьютеры
могли отображать на экране не больше 256 цветов
одновременно, а до этого 64 и 16 цветов. Исходя из таких
условий, был придуман индексный способ кодирования
цвета. Каждый цвет, содержащийся в изображении, получил
порядковый номер, с помощью этого номера описывался
цвет всех пикселов, имеющих соответствующий цвет. Но у
разных изображений наборы цветов разные и, по этому,
пришлось в каждой картинке хранить свой набор цветов
(набор цветов назвали – цветовая таблица).
Современные компьютеры способны отображать
на экране 16,8 млн. цветов, поэтому нет особой
необходимости в использовании индексных цветов.
Но с развитием интернета эта модель вновь используется,
так как файл может иметь гораздо меньший размер.
33

34. Кодирование звука

Приемы и методы работы со звуковой информацией
пришли в вычислительную технику наиболее поздно.
К тому же, в отличие от числовых, текстовых и
графических данных, у звукозаписей не было столь же
длительной и проверенной истории кодирования
Можно выделить два направления:
- частотная модуляция звука – разложение звуковой
волны на синусоиды, описывающие базовые
колебания (гармоники);
- таблично–волновой синтез звука из заранее
заготовленных образцов (сэмплов).
34

35. Кодирование звука

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что
теоретически любой сложный звук можно разложить на
последовательность простейших гармонических сигналов разных
частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду,
а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть
кодом.
В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть
являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и
представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют
специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи
(АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука,
закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые
преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери
информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество
звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и
соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных
инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки.
В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма
компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда
ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны
35

36. Кодирование звука

Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше
соответствует современному уровню развития техники.
Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в
заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для
множества различных музыкальных инструментов (хотя не
только для них). В технике такие образцы называют сэмплами.
Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели,
высоту тона, продолжительность и интенсивность звука,
динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой
происходит
звучание,
а
также
прочие
параметры,
характеризующие особенности звука.
Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки,
то качество звука, полученного в результате синтеза, получается
очень высоким, приближающимся к качеству звучания реальных
музыкальных инструментов
36

37.

Краткие итоги
Компьютерная графика представляет собой одно из наиболее мощных
направлений развития компьютерных технологий.
Данное направление мультимедийных технологи предназначено для
передачи пользователю визуальных изображений.
Типы графики – растровая и векторная.
Растровое изображение – изображение, представляющее собой сетку
(мозаику) пикселей – цветных точек (обычно прямоугольных) на
мониторе, бумаге и других отображающих устройствах.
Векторная графика – способ представления объектов и изображений
(формат описания) в компьютерной графике, основанный на
математическом описании элементарных геометрических объектов,
обычно называемых примитивами, таких как: точки, линии, сплайны,
кривые Безье, круги и окружности, многоугольники
37