ИнновационнаИнновационная я

образовательнобразовательная программаая программа

Способы описания графических объектов

Лекция 1

Цель изучения:Цель изучения:

дать представление о моделях дать представление о моделях хранения изображений в компьютере, хранения изображений в компьютере,

сформировать основные понятия и сформировать основные понятия и представления о компьютерном представления о компьютерном моделировании моделировании

Компьютерная графика (Computer graphics)

область информатики, в сферу интересов которой входят все аспекты формирования изображений с помощью компьютеров.

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Технология компьютерной графики

Данные Изображение

ЗрениеЗрение для человека – для человека –

основной канал получения информацииосновной канал получения информации..

ЗрениЗрениее

Сравнение восприятия Сравнение восприятия информации разными информации разными

органами чувстворганами чувств

%%

Человек способен Человек способен непроизвольно запомнить непроизвольно запомнить ::

% % непроизвольного запоминания материала непроизвольного запоминания материала в зависимости от способа его передачив зависимости от способа его передачи

при комбинированном при комбинированном воздействиивоздействии зрения и слуха зрения и слуха

изиз увиденногоувиденного

изиз услышанногоуслышанного

0% 20% 40% 60% 80% 0% 20% 40% 60% 80% 100%100%

Способ

Способ

пер

ед

ачи

пер

ед

ачи

мате

ри

ал

ам

ате

ри

ал

а

из услышанного - из услышанного - 25%25%

из увиденного - из увиденного - 40%40%

при комбинированном воздействии при комбинированном воздействии

зрения (преимущественно) и слуха - зрения (преимущественно) и слуха - 65%65%

§§5. Физические свойства5. Физические свойстваХххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххХхххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххх

§§5. Физические свойства5. Физические свойстваХххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххХхххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххххх

§§5. Физические свойства5. Физические свойства

Рис.1. Сравнение свойствРис.1. Сравнение свойств

§§5. Физические свойства5. Физические свойства

Рис.1. Сравнение свойствРис.1. Сравнение свойств

нашнаш мозг в основном ориентирован на визуальное восприятиемозг в основном ориентирован на визуальное восприятие.. ИтакИтак::

При рассмотрении графических образов люди получают информацию При рассмотрении графических образов люди получают информацию

несравнимо быстрее, продуктивнее; причем сразу и целиком, как в несравнимо быстрее, продуктивнее; причем сразу и целиком, как в

жизни.жизни.

Восприятие текстовой

Восприятие текстовой

информации

информации

Восприятие наглядных образов

Восприятие наглядных образов

Области применения КГ

Развитие компьютерной графики определяется двумя факторами:

1) реальными потребностями потенциальных пользователей;

2) достижениями в области аппаратного и программного обеспечения.

Области применения КГ:– Отображение информации– Проектирование– Моделирование– Пользовательский интерфейсЛекция 1. Способы описания

графических объектов.

Отображение информации

Архитектура Картография Статистика Медицина Визуализация результатов экспериментов

и научных расчётов

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Проектирование

Проектирование является одной из основных стадий создания изделий и сооружений в технике и строительстве.

САПР – системы автоматического проектирования применяются в самых разнообразных отраслях техники от проектирования микросхем до автомобилей, самолётов и космических аппаратов.

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Моделирование

Графическая система как средство моделирования реальной обстановки- симулятор

Телевидение и кинематография Формирование виртуальной

реальности Игровые приложения

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Входная информация

Словесное описание Числовые массивы Функции или системы функций Графики Чертежи Сигналы Изображения

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Три способа описания графических объектов

Растровая графика Векторная графика Фрактальная графика

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Каждым способом можно описывать как Каждым способом можно описывать как двумерное, двумерное,

так и трехмерное изображениетак и трехмерное изображение

Растровая графика

Под растровой графикой понимается формирование изображения в том виде, как оно выводится на экран монитора и на печать.

Основным элементом растрового изображения является точка или пиксель.

Пиксель (pixel) – это наименьшая видимая окрашенная точка, которую может отобразить монитор

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Математическая модель

f(i,j): {0, … , M–1} {0, … , N–1} {0, … , L–1} Множество {0, … , L–1} называется динамическим диапазоном

яркости.

Определение. Динамическим диапазоном изображения называется диапазон возможных значений его яркости от минимального fmin до максимального fmax.

Динамический диапазон реального изображения квантуется фиксированным числом уровней яркости – L.

L=2n, где n — количество бит для представления одного пиксела. n=1– Битовое изображение (bitmap). L = 2 уровня

Каждый пиксел содержит только один бит информации. n=8 бита – Серые полутоновые изображения (grayscale). L = 256

оттенков серого. Каждый пиксел содержит восемь бит информации. Цветные изображения 24-битные. Три 8-битных канала (256 оттенков

на канал). Лекция 1. Способы описания

графических объектов.

Цифровое изображение

23 43 4 0 7 1

24 87 42 0 3 2

87 43 15 0 7 3

24 234 200 0 2 8

97 76 0 9 0 2

45 0 56 76 9 0

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Пиксель не имеет фиксированного размера

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Особенности растровой графики

Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению).

При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения.

При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом.

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Разрешение изображения

Разрешение изображения –горизонтальные и вертикальные размеры цифрового изображения, выраженные в пикселях.

Разрешение изображения – число точек или пикселов на дюйм: dots per inch – dpi (в одном дюйме 25,4 мм) pixel per inch – ppi

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Разрешение изображения

Для того чтобы определить размер файла цифрового растрового изображения, сначала перемножьте его размеры в пикселах, затем умножьте полученное число на 32 – для получения цветного CMYK- изображения, на 24 для RGB-изображения, или на 8 для серого изображения. Полученное число даст вам количество битов изображения. Разделите это число на 8, чтобы получить количество байтов в картинке.

Таким образом, для цветного изображения 640х480 – (640*480*24)/8=920Кбайт. Файл изображения такого же размера в градации серого будет равен 307 Кбайт.

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

О каком разрешении изображения надо говорить

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Воксельная графика

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Воксель – трёхмерный Воксель – трёхмерный пиксельпиксель

Векторная графика

Основным элементом изображения в векторной графике является примитив. Примитив – это элементарный объект векторной графики.

Простейшие объекты объединяются в более сложные.

Объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров.

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Математическая модель

Объекты векторной графики хранятся в памяти в виде набора параметров.

Примитив линия имеет свойства: – форма линии,– толщина, – цвет, – характер линии (сплошная, пунктирная и т.п.). – замкнутые линии имеют свойства заполнения.

Простейшая линия, если она не замкнута, имеет две вершины - узлы. Узлы тоже имеют свойства, от которых зависит, как выглядит вершина линии, и как две линии сопрягаются между собой.

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Качество изображения

Когда векторное изображение выводится на печать, то его качество зависит от разрешающий способности устройств вывода (количество точек на дюйм при печати)

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Преимущества векторной графики

Векторные графические изображения являются оптимальным средством хранения высокоточных графических объектов (чертежи, схемы и пр.), для которых имеет значение сохранение четких и ясных контуров.

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Фрактальная графика

«Почему геометрию часто называют холодной и сухой? Одна из причин заключается в ее неспособности описать форму облака, горы, дерева или берега моря. Облака – это не сферы, горы – это не конусы, линии берега – это не окружности, и кора не является гладкой, и молния не распространяется по прямой… Природа демонстрирует нам просто более высокую степень, а совсем другой уровень сложности.

Число различных масштабов длин в структурах всегда бесконечно. Существование этих структур бросает нам вызов в виде трудной задачи изучения тех форм, которые Евклид отбросил как бесформенные, – задачи исследования морфологии аморфного.»

1984г. Бенуа МандельбротЛекция 1. Способы описания

графических объектов.

Изображение сформировано с помощью фрактальной

графики

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Понятие фрактала

Математическое понятие фрактала выделяет объекты, обладающие свойством самоподобия.

Согласно Мандельброту, слово фрактал происходит от латинских слов fractus – дробный, состоящий из фрагментов и frangere - ломать, что отражает суть фрактала, как "изломанного", нерегулярного множества.

«Факталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому.»

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Геометрические фракталы

Кривая Коха (снежинка) Ковёр Серпинского Дракон Хартера-Хейтуэя

Кривые последующих поколений наследуют свойства своих родительских структур Лекция 1. Способы описания

графических объектов.

Папуловская Наталья Владимировна

15.11.2006Информационно-развивающая модель лекции

«Способы описания графической информации»

Три вида графики, как три способа описания графических объектов

Растроваяграфика

Векторнаяграфика

Фрактальнаяграфика

Чем отличаются?

Математическоемоделирование

Художественнаяграфика, системы

распознавания

Инженерная,деловая графика,

трехмерноемоделирование

Областьприменения

Вычисляемыеизображения,визуализациядинамических

систем

Реалистичныеизображение

Схемы, графики,контурные

изображения

Назначение

Сверхкомпактность,возобновляемость,

сложнаяорганизацияизображения

Фотографическоекачество, высокаяскорость вывода

Масштабируемость,компактность

хранения,редактируемость

Преимущества

Низкая скоростьвывода

Большой размерданных, необратимые

потери примасштабировании

Сложность приданияреалистичности

Недостатки

Матрица пикселейВектор графических

объектовФункция, система

уравненийМатематическая

модель

Комбинация широкоиспользуется для решения

большинства задач

Принцип формирования изображения

примеры примерыпримеры

Дополните Дополните Дополните

Дополните Дополните Дополните

!

Способы описания графической информации

Домашнее задание

Найти изображения векторной, растровой и фрактальной график.

Найдите области применения для разных видов графических изображений.

Определите информационный объём файла для хранения изображения:

Лекция 1. Способы описания графических объектов.

Дополнительная литература

Порев В.Н. Компьютерная графика. СПб:БХВ–Петербург, 2002. – 432с.:ил.

Гринберг А.Д., Гринберг С. Цифровые изображения: Практическое руководство/Пер. с англ.; Худож. обл. М.В. Драко. Мн.: ООО «Попури», 1997.– 400 с.:ил.

Джон Корриган. Компьютерная графика: Секреты и решения: Пер. с англ. М.:Энтроп, 1995.–352 с.,ил.

Лекция 1. Способы описания графических объектов.