Введение
Понятие «компьютерная графика» существует уже давно. Трудно определить, когда именно и
кем были разработаны первые понятия компьютерной графики. В настоящее время компьютерная
графика — это огромный мир, такой же, как мир операционных систем, или программирования, это
нечто большее, чем просто графика. Вообще, все, что на компьютере рисует пользователь — это и
есть компьютерная графика.
Компьютерная графика применяется в самых разнообразных сферах деятельности человека:
- в кино;
- в сфере рекламы;
- в полиграфии
- в информационных сферах (телевидение, интернет);
- в сфере игростроения;
- и многих других.
Исходя из этого, давайте подробно рассмотрим значимость компьютерной графики на
сегодняшний день.
Киноиндустрия получает ежегодную многомиллионную прибыль от фильмов, в которых
использованы современные спец-эффекты. Вспомнить хотя бы такие известные фантастические
фильмы, как Люди в черном, Матрица и тому подобные. Во всех них использовалась
компьютерная графика, создающая эффект максимальной реалистичности происходящего. Смотря
на все происходящее в фильме, создается впечатление, что все это было на самом деле.
Компьютерная графика широко используется на телевидении. Все больше и больше последнее
время компьютерная графика используется при создании красивых телевизионных заставок,
которые вещают на телеканалах. Красивые заставки — это залог успеха телеканала. Последнее
время проводятся даже соревнования между телеканалами, у кого лучше заставка.
Компьютерная графика стала самым основный ресурсом, который затрачивается при создании
компьютерных игр. Любая компьютерная графика представляется в играх в так называемом
трехмерном виде, или 3d. Данной подразделением компьютерной графики занимаются
специализированные графические редакторы, например Maya, 3d-Studio Max и тому подобные.
Эти программы вы будете изучать далее.
При работе с графикой пользователь сохраняет свои труды в виде изображений. Изображения,
которые могут храниться на компьютере в виде файлов, делаться по типу на две категории:
векторные и растровые. Оба типа не совместимы друг с другом, имеют свои достоинства и
недостатки. Есть еще так называемая фрактальная графика, как и векторная она вычисляемая,
но отличается от нее тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. [1]
Главное преимущество растровой графики — точность передачи сканированных изображений. При этом растровая графика занимает тем больший объем, чем больше само изображение, плохо маштабируется и медленно обрабатывается.
Главное преимущество векторной графики — наличие развитых средств обработки изображений, а главный недостаток — невозможность сохранения полутоновых изображений в близком к оригиналу виде.
Исходя из этого можно определить область применения для каждого из двух видов компьютерной графики.
Растровая графика применяется:
- для хранения и обработки полутоновых изображений (сканированные или изначально созданные на компьютере картины, фотографии);
- в веб-дизайне. Применяемые на веб-страницах изображения, как правило не велики, а вывод их на экран осуществляется самим веб-обозревателем без применения дополнительных программ.
Векторная графика лучше всего подойдет в случае:
- сохранения штриховых изображений (карт, чертежей, рисунков карандашом, гравюр) в электронном виде;
- создания небольших изображений, которые в дальнейшем будут обрабатываться при выводе.
В остальных случаях можно использовать как векторную, так и растровую графику. Нужно только помнить о недостатках, присущих этим видам, и разумеется преимуществах. [3]
Понятие растрового изображения
Растровые изображения это изображения, которые состоят из очень маленьких прямоугольников — пикселей разного цвета.
У каждого пикселя есть свое место на рисунке и свой собственный цвет.
Каждое изображение имеет фиксированное количество пикселов. Их вы можете видеть на экране монитора, большинство из которых отображают примерно от 70 до 100 пикселей на 1 дюйм (2,54 см) фактическое количество зависит от вашего монитора и настройки самого экрана.
Статьи к прочтению:
Компьютерная графика. Основы коррекции тона Компьютерная графика Виды компьютерной графики Растровая графика Векторная графика Фрактальная графика 3D…
1.В файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого видеопикселя в виде комбинации битов. Бит- наименьший элемент памяти компьютера,…
Электронное приложение к учебнику
Презентация «Компьютерная графика» (Open Document Format)
Ссылки на ресурсы ЕК ЦОР
- анимация «Изображения на компьютере» (N 196610)
http://school-collection.edu.ru/catalog/res/52cfdc76-67e6-4b85-a516-ef0ae1f21365/?
Презентация «Компьютерная графика»
Принцип кодирования изображений растровой графики
Любая информация, которую способна обрабатывать электронно-вычислительная система, должна быть представлена в двоичном виде, наборе. Двоичный набор, код – цепочки различной длины, состоящие исключительно из
Модель RGB и глубина цвета
Как известно, абсолютно любой цвет можно получить сочетанием в некоторых пропорциях трех базовых цветов: красного , зеленого и синего . Аббревиатуру R G B можно расшифровать как:
G – GREEN (зеленый);
Под разрешением монитора персонального компьютера следует понимать величину, которая определяет, сколько пикселей можно разместить на площади данного монитора. Чем больше пикселей вмещается на площадь экрана, тем четче и качественнее будет графическое отображение.
В настоящий момент времени различными профессиональными сообществами ведется статистика (на $2019$ год), отражающая, наиболее популярные разрешения экранов у пользователей, пользующихся Интернетом.
В таблице ниже я приведу лишь ТОП-$3$ самых популярных разрешений мониторов:
| № | Разрешение в пикселях | % пользователей |
| $1$ | $360 • 640$ | $18.11%$ |
| $2$ | $1366 • 768$ | $15.66%$ |
| $3$ | $1920 • 1080$ | $12.32%$ |
P.S. Разрешение моего экрана настроено на размер $1920 • 1080$. Чего и вам рекомендую.
| Глубина цвета – величина, отвечающая за объем памяти, который необходим при кодировании одного пикселя. |
Очень важно понимать, что влияет на глубину цвета. На глубину цвета влияет возможное количество различных цветов, которые может принимать пиксел при кодировании графической информации.
А от чего зависит количество различных цветов? Это количество в модели RGB зависит от того, сколько бит памяти выделяется на кодирование базового цвета. Напомню, что базовыми являются три цвета: красный, зеленый и синий.
Допустим, что на кодирование одного базового цвета отводится $1$ байт или $8$ бит информации.
| R (красный) | G (зеленый) | B (синий) |
| $8$ бит ($1$ байт) | $8$ бит ($1$ байт) | $8$ бит ($1$ байт) |
Говорят, что мы работаем с $24$-х битной моделью RGB при кодировании графической информации. То есть каждый пиксел будет занимать в памяти $24$ бита или $3$ байта информации.
Также можно подсчитать, сколько всего различных оттенков сможет принимать такой пиксел. Это сделать очень просто, поскольку нас интересуют всевозможные сочетания трех базовых цветов.
Для этого применим формулу: $2^8 • 2^8 • 2^8 = 16 777 216$ различных оттенков цвета.
| При кодировании графической информации абсолютно каждому цвету из набора, состоящего из $16 777 216$ различных цветов, ставится в соответствии некий уникальный бинарный код, длина которого составляет $24$ бита. |
Итак, мы производим кодирование графической информации на уровне $24$-х битной RGB модели. Допустим, что происходит анализ идеально красного изображения. Все пикселы данного изображения будут красного цвета и будут кодироваться идентичным бинарным кодом.
Давайте посмотрим битовое представление пиксела идеально красного цвета.
Цвет для кодирования
Цвет, преобразованный в бинарный код
11111111 00000000 00000000
В полученном двоичном коде первые $8$ бит отвечает за красную составляющую, средние $8$ бит – за зеленую составляющую, последние $8$ бит – за синюю составляющую.
Поскольку мы рассматриваем кодирование графической информации, выраженной идеально красным цветом, то биты, отвечающие за красный цвет имеют значение равное $1$, а остальные – равное
Цветовая палитра
Цветовая палитра – строго определенный набор цветов и оттенков, имеющий цифровую реализацию в том или ином виде.
Существует три основных палитры цветов:
RAL — самая популярная цветовая палитра. Данную палитру используют при создании программного обеспечения. Палитра NCS нашла свое применение в промышленности для описания цвета продукции. Палитра Pantone в основном используется в полиграфической промышленности.
$.
Вернемся к операции квантования, которую начали рассматривать выше. Мы провели операцию дискретизации, то есть наложили сетку. Далее производим анализ каждого элемента, ячейки данной сетки.
Анализ заключается в том, чтобы цвету, находящемуся в данной ячейки сопоставить соответствующее бинарное значение, которое хранится в специальной шкале.
На этом процедура кодирования графической информации считается завершенной.
Хочу обратить пристальное внимание на тот факт, что задания на кодирование графической информации, встречающиеся на ЕГЭ, оперирует зачастую именно $24$-х битной RGB моделью.
$ и $1$.
Наша задача – понять, какие действия производит персональный компьютер над графическим изображением для того, чтобы на выходе получались наборы из
Задачи на кодирование графической информации, встречающиеся на ЕГЭ по информатике
Рассмотрим решение задачи из ДЕМО-варианта ЕГЭ по информатике $2020$ года. Это задание под $№9$.
Условие задачи. Для хранения произвольного растрового изображения размером $128 • 320$ пикселей отведено $40$ Кбайт памяти без учета размера заголовка файла. Для кодирования цвета каждого пикселя используется одинаковое количество бит, коды пикселей записываются в файл один за другим без промежутков.
Вопрос. Какое максимальное количество цветов можно использовать в изображении?
Решение. Как я и говорил выше, практически все задания из ЕГЭ по информатике ориентированы на кодирование растровой графики. Известно, чем больше памяти отводится на кодирование $1$-го пиксела, тем большим количеством цветов его можно закрасить.
Поэтому, наша задача — определить, сколько памяти отводится на кодирование $1$-го пиксела заданного изображения.
Из условия задачи мы знаем общее количество пикселов, из которого состоит исходное изображение: $128 • 320$. Также из условия задачи мы знаем общий размер памяти, который отводится под исходное изображение: $40$ Кбайт.
Поэтому, давайте найдем, сколько бит памяти отводится под один конкретный пиксель, то есть найдем глубину цвета $I$. Очень желательно получить результат именно в битах, а не байтах, килобайтах и т.п.
Чтобы упростить последующие математически рассчеты:
Разложим все заданные натуральные числа на простые множители;
Переведем единицы измерения информации из [Кбайт] в [бит].
$128 = 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 = 2^7$
$320 = 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 5 = 2^6 · 5$
$40 [Кбайт] = 2 · 2 · 2 · 5 [Кбайт] = 2^3 · 5 · 2^ [бит] = 2^ · 5 [бит]$
Подставляем разложенные и переведенные величины в формулу:
Вывод: на кодирование каждого пикселя заданного изображения отводится ровно $8$ бит или $1$ байт памяти.
Идем дальше! В условии говорится, что «Для кодирования цвета каждого пикселя используется одинаковое количество бит«, т е для кодирования графической информации применяют равномерный код. Следовательно, воспользуемся формулой Хартли, для нахождения количества допустимых различных цветов.
$N = 2^I = 2^8 = 256$, различных цветов. А ведь это уже ответ!
Мы нашли именно максимальное количество различных цветов, так как задействовали всю возможную глубину цвета $I = 8$. В качестве ответа нужно выписать только полученное натуральное число $256$ без каких-либо единиц измерения.
Ответ : $256$.
А сейчас я предлагаю вам на рассмотрение следущие задания из темы «Кодирование графической информации«. Чтобы закрепить пройденный материал постарайтесь самостоятельно решить эти примеры и сравнить полученные ответы с моими.
Пример $№1$
Автоматическая камера производит растровые изображения размером $200 × 256$ пикселей. Для кодирования цвета каждого пикселя используется одинаковое количество бит, коды пикселей записываются в файл один за другим без промежутков. Объём файла с изображением не может превышать $65$ Кбайт без учёта размера заголовка файла.
Какое максимальное количество цветов можно использовать в палитре?
Пример $№2$
Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером $64 × 64$ пикселов при условии, что в изображении могут использоваться $256$ различных цветов?
Пример $№3$
После преобразования растрового $256$-цветного графического файла в $4$-цветный формат его размер сократился на $18$ [Кбайт].
Каков был размер исходного файла? Ответ получить в [Кбайтах].
$ и $1$.
Представим, что компьютеру на вход подано какое-либо изображение. В данном примере под «компьютером» следует понимать некое подобие сканера. В первую очередь необходимо провести операцию, называемую дискретизацией.
| Дискретизация – разбивка изображения на одинаковые элементы, которые не являются универсальными. В качестве разбивочного элемента принимается обыкновенный квадрат. |
Если очень грубо, то на поверхность исследуемого изображения накладывается матричная сетка, ячейками которой являются квадраты. Чем мельче сетка, тем точнее в будущем можно будет закодировать графическую информацию. В данном процессе «миллионы» деталей, но необходимо дополнительно понимать, что каждый элемент матричной сетки будет иметь уникальные координаты на плоскости.
Дискретизация при кодировании графической информации
Во вторую очередь необходимо осуществить операцию, называемую квантованием.
| Квантование — операция оценки каждого элемента матричной сетки с некоторой заранее заданной шкалой. |
Что выступает в качестве подобной шкалы? Ответ: под шкалой следует понимать таблицу, которая состоит из конечного набора различных цветов и их бинарных соответствий.
Самое главное
Компьютерная графика — это широкое понятие, обозначающее: 1) разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютеров; 2) область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов.
В зависимости от способа создания графического изображения различают растровую и векторную графику.
В растровой графике изображение формируется в виде растра — совокупности точек (пикселей), образующих строки и столбцы. При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого входящего в него пикселя.
В векторной графике изображения формируются на основе наборов данных (векторов), описывающих тот или иной графический объект, и формул их построения. При сохранении векторного изображения в память компьютера заносится информация о простейших геометрических объектах, его составляющих.
Формат графического файла — это способ представления графических данных на внешнем носителе. Различают растровые и векторные форматы графических файлов, среди которых, в свою очередь, выделяют универсальные графические форматы и собственные форматы графических приложений.
Растровые изображения
А теперь давайте попробуем разобраться, что же собой представляют растровые компьютерные изображения. Такие изображения на компьютере представлены в виде прямоугольной матрицы. Каждая ячейка такой матрицы заполнена цветными точками. То есть, можно сказать, что растровое изображение состоит из массива точек или можно сказать, из крошечных ячеек, которые называются пикселями и расположены они в правильной сетке. Пиксель в растровом изображении является наименьшим элементом, благодаря которому изображение имеет цвет и яркость. Но здесь следует отметить, что пиксели остаются невидимы человеческому глазу и воспринимаются в изображении, как единое целое.
Давайте проведем небольшой эксперимент. Для этих целей возьмем любой рисунок и на бумаге расчертим одинакового размера горизонтальные и вертикальные линии. Теперь мы видим, что у нас получилась правильная сетка с множеством квадратных ячеек. А теперь попробуем заполнить каждую ячейку тем цветом, который больше всего подходит к данному рисунку. Вот таким образом и без помощи компьютера, мы получили растровое изображение.
Такая вот сетка в рисунке называется растровой картой, ну, а ее единичный элемент или ячейка и есть тот самый пиксель. А мы с вами уже знаем, что пиксели человеческому взгляду не видны, но если изображение значительно увеличить, то они становятся заметными. Из этого следует, что в растровой графике важным является разрешение, то количество точек, которое вмещается на единицу длины, а записывается оно в единицах dpi. Раздельная способность такого изображения на экране монитора, как правило, составляет 72 или 96 dpi, оттиска лазерного принтера — 600 dpi.
Источником растровых изображений являются сканеры, видеокамеры, цифровые фотоаппараты, а также различная медицинская аппаратура. К тому же такие изображения можно нарисовать в графических редакторах.
Зачастую растровые изображения используются в издательском и рекламном деле, в WEB-технологиях для создания пользовательских интерфейсов, в фотографии или медицине.
Как правило, растровые изображения, предназначаются для высококачественной печати, поэтому они имеют очень большой объем. Во избежание проблем с большими графическими файлами, часто используют другой способ представления изображений, который называется векторным.
Электронное приложение к уроку
| Вернуться к материалам урока | |
| Презентации, плакаты, текстовые файлы | Ресурсы ЕК ЦОР |
| Видео к уроку |
Cкачать материалы урока
Заключение
Итак, кодирование информации — процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической переработки (Цифровое кодирование, аналоговое кодирование, таблично-символьное кодирование, числовое кодирование). Процесс преобразования сообщения в комбинацию символов в соответствии с кодом называется кодированием, процесс восстановления сообщения из комбинации символов называется декодированием.
Кодирование информации — процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.
Информацию необходимо представлять в какой — либо форме, т.е. кодировать. Для представления дискретной информации используется некоторый алфавит. Однако однозначное соответствие между информацией и алфавитом отсутствует. Другими словами, одна и та же информация может быть представлена посредством различных алфавитов. В связи с такой возможностью возникает проблема перехода от одного алфавита к другому, причём, такое преобразование не должно приводить к потере информации.
