Основы компьютерной графики

Занятие 1. Основные понятия

Краткая аннотация: Понятие "компьютерная графика". Растровые изображения. Пиксели. Разрешение изображения. Размер изображения. Достоинства и недостатки растровой графики. Векторная графика. Достоинства и недостатки векторной графики. Сравнение растровой и векторной графики.

Цель: получить представление о базовых понятиях компьютерной графики.

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся созданием, хранением и обработкой различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

Компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую.

Под растровым понимают способ представления изображения в виде совокупности отдельных точек (пикселей) различных цветов или оттенков.

При увеличении растрового рисунка в несколько раз становится видно, что изображение состоит из конечного числа "квадратиков" определенного цвета. Эти квадратики и называют пикселями.

В векторной графике все изображения описываются в виде математических объектов – контуров, т.е. изображение разбивается на ряд графических примитивов – точки, прямой, ломанной, дуги, многоугольника.

Оба этих способа кодирования графической информации имеют свои особенности и недостатки.

Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, с использованием более чем 16 млн. оттенков цветов, вне зависимости от сложности.

Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы, матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры.

Основной проблемой растровой графики является большой объем файлов, содержащих изображения: чем больше количество пикселей и чем меньше их размеры, тем лучше выглядит изображение.

Второй недостаток растровых изображений связан с невозможностью их увеличения для рассмотрения деталей. Поскольку изображение состоит из точек, то увеличение изображения приводит только к тому, что эти точки становятся крупнее и напоминают мозаику. Никаких дополнительных деталей при увеличении растрового изображения рассмотреть не удается. Более того, увеличение точек растра визуально искажает иллюстрацию и делает её грубой. Этот эффект называется пикселизацией (от пиксель – самый маленький элемент изображения, точка (как атом в молекуле)).

Рис. 1.1. Растровое изображение

У векторных изображений, напротив, размер файла не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации, описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.

Описание объектов может быть легко изменено. Также это означает, что различные операции с рисунком, такие как перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшают его качества.

Рис. 1.2. Векторное изображение

К недостаткам векторной графики относят следующие:

1. Возможность изображения в векторном виде доступна далеко не для каждого объекта: для этого может потребоваться разбить объект на очень большое количество векторных линий, что сильно увеличивает количество памяти, занимаемой изображением, и время его прорисовки на экране.
2. Векторный формат не дает возможность отобразить плавные переходы цветов, сохранить фотографическую точность изображения.

Выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Каждый из видов компьютерной графики был разработан для решения определенных задач и имеет свою заданную область применения.

Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате.

Пиксели, разрешение, размер изображения

Размеры растровых изображений выражают в виде количества пикселов по горизонтали и вертикали, например, 600?800. В данном случае это означает, что ширина изображения составляет 600, а высота — 800 точек. Количество точек по горизонтали и вертикали может быть разным для разных изображений.

При выводе изображения на поверхность экрана или бумаги, оно занимает прямоугольник определённого размера. Для оптимального размещения изображения на экране необходимо согласовывать количество точек в изображении, пропорции сторон изображения с соответствующими параметрами устройства отображения.

Степень детализации изображения, число пикселей (точек) отводимых на единицу площади называют разрешением.

Если пикселы изображения выводятся пикселами устройства вывода один к одному, размер будет определяться только разрешением устройства вывода. Соответственно, чем выше разрешение экрана, тем больше точек отображается на той же площади и тем менее зернистой и более качественной будет ваша картинка.

При большом количестве точек, размещённом на маленькой площади, глаз не замечает мозаичности рисунка. Справедливо и обратное: малое разрешение позволит глазу заметить растр изображения ("ступеньки").

Высокое разрешение изображения при малом размере плоскости отображающего устройства не позволит вывести на него всё изображение, либо при выводе изображение будет "подгоняться", например, для каждого отображаемого пиксела будут усредняться цвета попадающей в него части исходного изображения. При необходимости крупно отобразить изображение небольшого размера на устройстве с высоким разрешением приходится вычислять цвета промежуточных пикселей.

Следует четко различать: разрешение экрана; разрешение печатающего устройства; 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 (экранного изображения) — 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, которое может поместиться на экране целиком. Для измерения экранного разрешения используют обозначение ppi (pixel per inch).

Разрешение принтера (печатного изображения) — это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины (растра). Оно измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере. В зависимости от сорта бумаги выбирают следующие величины частоты растра: для газетной бумаги - 70-90 dpi, для бумаги среднего качества - 90-100 dpi, для глянцевой - 133 dpi и выше.

Разрешение изображения (оригинала) — это свойство самого изображения. Разрешение оригинала используется при вводе изображения в компьютер и измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi), задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Установка разрешения оригинала зависит от требований, предъявляемых к качеству изображения и размеру файла. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

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.

Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселях, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает. Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет.