ОСНОВИ КОМПЮТЕРНОЇ ГРАФІКИ.

Тема: ОСНОВИ КОМПЮТЕРНОЇ ГРАФІКИ.

План.

1. Визначення комп’ютерної графіки. Способи представлення зображень.
2. Растрова графіка. Особливості, область використання, переваги, недоліки.
3. Векторна графіка. Особливості, область використання, переваги, недоліки.
4. Ознайомлення з інтерфейсом графічних редакторів (на прикладі програми VISIO).

Теоретичні відомоості

1. Комп’ютерна графіка – зображення, створене або перетворене за допомогою спеціальних комп’ютерних графічних редакторів (програм).

Переваги комп’ютерної графіки (у порівнянні з побудовою зображень вручну):

1. за допомогою копіювання та вставки можна створювати необхідну кількість абсолютно однакових елементів;

2. за допомогою опорної сітки можна розміщувати елементи зображення на необхідній відстані;

3. є можливість зміни масштабу та переміщення всього зображення та його окремих елементів в процесі роботи;

4. є можливість приведення зображення до вигляду, що задовольняє користувача, перед друком.

У наш час розроблені та успішно використовуються два основних принципи представлення зображень – піксельна (растрова) графіка та векторна графіка.

В основі того й іншого способу лежать математичні моделі, для піксельної графіки – це масив (матриця) чисел, що описують кольорові параметри кожної точки, а для векторної графіки – математична формула, що має графічний вираз.

2. Растрова графіка

Принцип кодування графічної інформації в піксельній (растровій, точковій) графіці був відкритий та використовувався людьми за багато століть до виникнення комп’ютерів. Це такі напрями мистецтва як вітраж, вишивка хрестом, мозаїка: в кожній з перерахованих технік зображення будується з окремих кольорових елементів.

Щоб комп’ютер міг обробляти малюнки, вони повинні бути представлені в чисельній формі, або, як прийнято казати, закодовані. Для кодування малюнок розбивають на невеликі однокольорові частини. Всі кольори, використані в зображенні, нумерують, і для кожної частини записують номер її кольору.

Знаючи послідовність розміщення частин та номер кольору для кожної частини, можна однозначно описати будь-який малюнок. В залежності від кількості використаних кольорів можна закодувати більш або менш реалістичне зображення. Звісно, чим менше кольорів в малюнку, тим менше номерів доводиться використовувати, тим простіше закодувати зображення. В найпростішому випадку використовуються тільки чорний та білий кольори.

Малюнки, закодовані описаним способом, називаються растровими зображеннями.

Частини, на які розбиваються зображення, називають пікселями (скорочення від PICture Element – елемент малюнку). Пікселі часто називають точками.

Тобто, будь-який малюнок розбивається на пікселі, тобто невеликі частики, кожна з яких має свій колір. Але пікселі не мають фіксованого розміру. Тому на практиці не використовують параметр розміру пікселів, а задають два інших параметра: розмір малюнку та його дозвіл.

Розмір описує фізичні габарити зображення, тобто його висоту та ширину.

Дозвіл – це щільність розміщення пікселів, що формують зображення, тобто це кількість пікселів на заданому відрізку.

Частіше за все дозвіл вимірюється у кількості точок на дюйм - dpi (Dot Per Inch). При відображенні малюнків на моніторі, використовують дозвіл від 72 dpi до 120 dpi. При друці найпоширенішим дозволом є 300 dpi, але для отримання високоякісної друкованої продукції на сучасних кольорових принтерах необхідно використовувати більший дозвіл (від 600 dpi).

Чим більше пікселів містить зображення, тим більший за розміром його файл. Для того, щоб ефективно працювати з растровими зображення необов’язково прагнути до величезних зображень з неймовірною кількістю пікселів на дюйм. Навіть на потужній комп’ютерній системі працювати з великими зображеннями, що мають високий дозвіл, достатньо важко.

Властивості растрової графіки

Достоїнств піксельної графіки у порівнянні з векторною не дуже багато.

•         Основним достоїнством є простота і, як наслідок, технічна реалізація приведення графічної інформації до цифрового вигляду. Існує система зовнішніх устроїв для вводу фотографій, слайдів, малюнків: сканери, мобільні телефони, цифрові фотокамери. Ці зовнішні устрої безперервно вдосконалюються, надаючи можливість більш адекватного перетворення зображення на матеріальних носіях (папері, плівці) в цифрову форму.
•         Існує можливість створювати та обробляти фотореалістичні зображення. Можна отримувати живописні ефекти, наприклад, туман або димку, найтонші нюанси кольору.

Однак піксельній графіці притаманні й суттєві недоліки.

•         Недолік, що виявляється при першій же спробі будь-що намалювати в програмі піксельної графіки, полягає в тому, що до початку малювання вона вимагає введення конкретних значень дозволів (кількості точок на одиницю довжини) та глибини кольору (кількості кольорових біт на піксель).
•         Другий недолік виявляється при спробі відсканувати не дуже велику фотографію з максимальним дозволом та глибиною кольору – отримаємо досить великий за об’ємом файл, що займає зайве місце на жорсткому диску.
•         Третій недолік виявляється при спробі злегка повернути зображення з чіткими тонкими вертикальними або горизонтальними лініями не невеликий кут. Відразу виявляється, що чіткі лінії перетворюються в “сходинки”. Це означає, що при будь-яких трансформаціях (зміні масштабу, нахилах, обертаннях) в піксельній графіці неможливо уникнути спотворень (це пояснюється дискретною природою зображення). Можна навіть сказати, що піксельна графіку легше деформувати, аніж трансформувати.

Щоб уникнути вищевказаних проблем, винайшли так названий векторний спосіб кодування зображень.

3. Векторна графіка

Програма VISIO є редактором зображень, що складаються з об’єктів – векторних контурів. Контури, в свою чергу, описуються математичними формулами, зокрема використовується крива Без’є, названа на честь французького математика П’єра Без’є, який використовував математичні криві та поверхні при конструюванні кузова автомобіля “Рено”.

У векторному способі кодування геометричні об’єкти, криві та прямі лінії, що складають малюнок, зберігаються в пам’яті комп’ютера у вигляді математичних формул.

Наприклад, щоб закодувати коло, не треба розбивати його на окремі пікселі, а слід запам’ятати його радіус, координати центра та колір. Для прямокутника достатньо знати розмір його сторін, місце, де він знаходиться та колір. За допомогою математичних формул можна описати різноманітні об’єкти. Щоб намалювати більш складний малюнок, слід використовувати декілька простих об’єктів.

Будь-яке зображення в векторному форматі складається з безлічі складових, які можна редагувати незалежно одна від одної. Ці складові називаються об’єктами. За допомогою комбінації декількох об’єктів можна створити новий об’єкт, тому все зображення може мати достатньо складний вигляд.

Для кожного об’єкта його розміри, кривизна та місцеположення зберігається у вигляді числових коефіцієнтів. Завдяки цьому є можливість зміни масштабу зображення за допомогою простих математичних операцій, зокрема простим множенням параметрів графічних елементів на коефіцієнт масштабу. При цьому якість зображення залишається без змін.

Використовуючи векторну графіку, можна не замислюватись про те, готується мініатюрна емблема або двометровий транспарант. Над малюнком користувач працює цілком однаково в обох випадках. В будь-який момент можна змінити розмір зображення без втрати якості.

Важливою перевагою векторного способу кодування зображень є те, що розміри файлів векторної графіки мають значно менший розмір у порівнянні з файлами растрової графіки.

Однак є недоліки в роботі з векторною графікою. Так як усі малюнки складаються з кривих, описаних формулами, досить важко отримати реалістичне зображення. Для цього знадобилось би забагато елементів, тому малюнки векторної не можуть використовуватись для кодування фотографій. Якщо спробувати описати фотографію, розмір отриманого файла буде значно більшим ніж відповідний файл растрової графіки.

Властивості векторної графіки

Кожний елемент векторної графіки – контур – є незалежним об’єктом, який можна переміщувати, змінювати його масштаб і взагалі змінювати до безкінечності.

Векторна графіка отримала широке розповсюдження через свої чисельні переваги.

•        Вона економна в плані місця на жорсткому диску, необхідного для зберігання зображень: це пов’язано з тим, що зберігається не саме зображення, а тільки деякі основні відомості, зокрема координати опорних точок та точок керування, використовуючи які програма кожного разу заново відтворює зображення.
•        Об’єкти векторної графіки легко трансформуються, що не впливає на якість зображення. В тих областях графіки, де принципове значення має збереження ясних та чітких контурів, векторні програм – незамінні.

Тому редактори векторної графіки незамінні в області дизайну, технічного малювання, для виконання креслярсько-графічних та оздоблювальних робіт.

Однак, з іншого боку, векторна графіка маю ряд недоліків, які слід враховувати.

•       Найсуттєвіший недолік – програмна залежність, оскільки не існує принципової можливості створити єдиний стандартний формат, який дозволяв би вільно відкривати та редагувати будь-який векторний документ в будь-якій векторній програмі.
•       Окрім того, векторний принцип описання зображення не дозволяє автоматизувати введенні графічної інформації, як це робить сканер або цифрова фотокамера для піксельної графіки.

4. Ознайомлення з інтерфейсом графічних редакторів (на прикладі програми VISIO )

Як і більшість програм у середовищі Windows, всі основні елементи VISIO містяться в одному вікні, що називається “вікно програми”. В заголовку головного вікна в лівому кутку показано назву програми та ім’я відкритого файлу, в правому – стандартні кнопки для звертання, відновлення та закриття програми.

Розглянемо основні елементи інтерфейсу VISIO.

4.1. Рядок меню

Найбільш важливим елементом інтерфейсу є рядок меню Menu Bar. Це спеціальна панель, за допомогою якої можна отримати доступ майже до усіх можливостей редактора. Всі команди панелі меню розбиті на декілька розділів (меню), об’єднаних загальною темою. Наприклад, в меню File можна знайти команди, що дозволять працювати з документом, відкривати, зберігати, змінювати властивості, друкувати і т.ін.

Щоб отримати доступ до команд меню, необхідно встановити покажчик миші на назву меню, клацнути лівою кнопкою і в списку, що відкриється, вибрати необхідну команду.

Редагування малюнку здійснюється за допомогою меню Edit стандартними командами редагування окремих об’єктів та зображень: копіювання, видалення, вирізання, пошук, заміна.

Команди, призначені для настроювання вигляду усієї програми, зібрані в пунктах меню View та Window. В меню View входять команди, що керують відображенням самого малюнку та необхідних елементів інтерфейсу, а меню Window дозволяє встановити спосіб взаємного розміщення вікон редагування.

Команди меню Insert дозволяють вставити на малюнок нову сторінку, малюнок і т.ін. Інші пункти меню містять команди, що дають змогу редагувати та модифікувати об’єкти та їх складові.

4.2. Панель інструментів

Наступним елементом інтерфейсу, що значно полегшує роботу з інструментами графічного редактора, є панель інструментів. При відкритті документа відкривається стандартна панель інструментів (Standard) і панель форматування (Format), що розміщуються під рядком меню.

Існує декілька способів відкриття вже існуючих панелей інструментів:

• View  Toolbars  ім’я панелі;
• клацнути правою кнопкою миші по будь-якій панелі і у списку, що відкриється, встановити прапорець навпроти необхідної панелі інструментів;
• вибрати команду View  Toolbars  Customize, у вікні діалогу перейти на вкладку Customize та встановити прапорець навпроти необхідної панелі інструментів.

4.3. Аркуш малюнку

Третя складова головного вікна – це вікно редагування, основним елементом якого є малюнок. Аркуш малюнку – це поле, в яке можна вставити об’єкти, графічні елементи та текст таким чином, щоб отримати необхідне зображення. Для полегшення роботи з об’єктами та зручності орієнтації на полі малюнка відображена опорна сітка. Частота сітки змінюється автоматично при збільшення або зменшення масштабу відображення малюнку. Лівий та верхній краї вікна редагування зайняті лінійками.

У вікні редагування може знаходитись тільки один аркуш, однак його розміри нічим не обмежені. За замовчанням розмір аркуша відповідає формату А4 (210 х 297 мм). Однак документ може містити декілька аркушів – це робить його схожим на книгу, в якій кожен аркуш може містити незалежне зображення. Така “книжкова” структура дозволяє в одному документі збирати безліч малюнків, об’єднаних загальною темою.

Усі ярлички аркушів розміщені в лівому нижньому кутку вікна редагування. Доступ до відповідного аркушу здійснюється щигликом лівою кнопкою миші по ярличку.

Клацнувши по ярличку правою кнопкою, можна відкрити контекстне меню, в якому представлені чотири команди, що дозволяють керувати розміщенням та відображенням аркушів в документі:

• додати новий аркуш (Insert Page);
• видалити поточний аркуш (Delete Page);
• перейменувати аркуш (Rename Page);
• змінити порядок слідування аркушів (Reorder Page). Порядок слідування аркушів можна також змінити простим перетягуванням ярличків за допомогою мишки.

4.4. Бібліотеки користувачів

Останній та найбільш цікавий елементи інтерфейсу – це бібліотека елементів (Stencil).

Бібліотеки елементів – це спеціальні панелі, що містять різні графічні та допоміжні елементи, які можна додавати на аркуш зображення. Для розміщення бібліотек елементів в головному вікні виділяється спеціальне вікно Stencil window.

3. Рекомендована література:

1.     І. С.В.Симонович "Інформатика" базовый курс учебник для вузов. Изд. Питер, Санк-Петербург, 2011. - 638с.
2.     О.Колесник, И.Шишигин „Аппаратноые средства РС” .изд. «БХВ Петербург», Санкт-Петербург, 2009, 995с.
3.     С.В.Симонович «Спеціальная информатика».Изд.АСТпресс, Москва,2010, 478с.
4.     В.Є.Михайленко „Інженерна та комп’ютерна графіка” изд.”Каравела”, Київ,2008,335с.
5.     И.Т. Зарецкая "Інформатика"., К.: Форум, 2010. - 485 с.
6.     Я.Н.Глинський Практикум з інформатики , учбовий посібник, Львів – 2011. 295с.

4. Перелік питань до контролю самопідготовки

1. Що таке комп’ютерна графіка?
2. Які бувають види комп’ютерної графіки в залежності від способу кодування зображення?
3. Що описує такий параметр зображення як розмір?
4. Яким чином кодуються зображення в растровій графіці?
5. Що таке роздільна здатність (дозвіл) зображення, в яких одиницях вимірюється роздільна здатність?
6. Які переваги та недоліки растрової графіки?
7. Яким чином відбувається кодування зображення в векторній графіці?
8. Що таке об’єкт векторної графіки?
9. Які переваги та недоліки векторної графіки?
10. Що входить до основних елементів інтерфейсу графічного редактора?
11. Що таке панель інструментів?
12. Яким чином можна додавати необхідні панелі інструментів?
13. Як можна орудувати аркушем малюнку в графічному редакторі?