Графическая информация и средства ее обработки

Графическая информация и средства ее обработки

Графическая информация и средства ее обработки.

Содержание

Введение

1              Общие сведения о графической информации

1.1              Растровая графика

1.2              Векторная графика

1.3              Презентация

2              Обзор современных программ обработки и просмотра графических изображений.

Microsoft Paint

2.1              Adobe Photoshop

2.2              Microsoft PowerPoint

2.3              ACDSee

Выводы и предложения

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Человек имеет пять  органов чувств, но нагрузка на них неравномерна. 80% информации человек воспринимает в зрительной форме. Поэтому именно работа с изобразительными средствами издавна развивалась интенсивнее звуковых и тем более остальных (вкусовых, обонятельных, осязательных) средств представления информации.

С появлением вычислительной техники, позволяющей быстро обрабатывать огромные объемы информации, ситуация не изменилась. В настоящее время большая часть информации представляется для восприятия человеком именно в визуальной форме, в виде рисунков, фотографий, графиков, схем, выведенного на экран или распечатанного текста.

Этим обусловлено появление за последние несколько десятков лет огромного количества пакетов различных фирм, предназначенных для работы с графикой.

Целью настоящей работы является обзор нескольких графических пакетов, реализующих основные функции работы с графической информацией.

Задачами являются рассмотрение понятия графической информации и обзор современных программ работы с графикой.

В первой части (стр. 4) работы дано понятие графической информации, разобран один из вариантов классификации визуальной информации и рассмотрены основные виды графики и их взаимосвязь и особенности.

Затем более подробно рассматриваются растровая, векторная и демонстрационная графика.

Во второй части (стр. 13) работы разбираются основные существующие на данный момент графические пакеты. Затем подробно разбираются четыре из них, реализующих все основные функции работы с графической информацией.

На основе выполненного обзора делаются выводы и предложения.

1          Общие сведения о графической информации

Общепринятое определение графической информации– это сведения или данные, представленные в виде схем, эскизов, изображений, графиков, диаграмм, символов. Современные средства обработки графической информации обычно связаны с компьютером, поэтому мы будем использовать следующее определение:

Графическая информация – информация, позволяющая отображение в визуальной форме с помощью монитора или принтера.

Оба этих определения в принципе позволяет трактовать понятие достаточно широко, например, любая текстовая информация также будет графической в этом смысле. Вообще под графической понимают информацию, для которой визуальное отображение является наиболее приемлемым и естественным способом.

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество точек (пикселей). Каждому пикселю присвоен код, хранящий информацию о цвете пикселя.

Для получения черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два состояния: “белый” или “черный”. Тогда для его кодирования достаточно 1 бита:

1 – белый,

0 – черный.

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску. Поэтому 1 бита на пиксель – недостаточно. В современных системах обычно используют RGB модель, использующую для кодирования каждого пиксела три канала (R=red=красный, G=green=зеленый, B=blue=синий), при этом каждый канал кодируется 8 битами или одним байтом информации. При этом в одном из наиболее популярных форматов изображения 1024x768 (1024 пиксела в длину и 768 в высоту) общий размер будет 1024*768*3=2,25Мб.

Отображение с помощью принтера в принципе подобно, но имеет особенности, связанные с конструктивными особенностями различных типов принетеров.

Любой другой способ будет в итоге приведен к растровому. Рассмотрим коротко способы задания изображений.

1. Двумерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений[1].

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, сплайны некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования. Изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов. При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении), или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop (билинейная и бикубическая интерполяция).

Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания .

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселов. Каждому пикселю сопоставляется значение - яркости, цвета, прозрачности - или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Без особых потерь растровые изображения можно только лишь уменьшать, хотя некоторые детали изображения тогда исчезнут навсегда, что отличает растровое от векторного представления. Увеличение же растровых изображений оборачивается красивым видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были единичными пикселями.

В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

Фрактальная графика – очень специальный вид графики, основанный на математическом понятии фрактала.

Фрактал - объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, к изображениям вне этих классов, фракталы применимы слабо.

Трёхмерная графика оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

В трёхмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы (см. также: аффинное преобразование в линейной алгебре). В компьютерной графике используется три вида матриц:

      матрица поворота

      матрица сдвига

      матрица масштабирования

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/промасштабированный относительно исходного.

1.1       Растровая графика

Растровое изображение – это файл данных или структура, представляющая собой сетку пикселей или точек цветов (на практике прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах.

Важными характеристиками изображения являются:

      количество пикселей. Может указываться отдельно количество пикселей по ширине и высоте (1024*768, 640*480,...) или же, редко, общее количество пикселей (обычно измеряется в мегапикселях);

      количество используемых цветов (или глубина цвета);

      цветовое пространство RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.

Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, также путем экспорта из векторного редактора или в виде скриншотов.

Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому (в теории, конечно, возможно, но файл размером 1 МБ в формате BMP будет иметь размер 200 МБ в векторном формате).

Преимущества растровой графики:

      Распространённость – растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов.

      Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода/вывода графической информации, таких как монитор, принтер, цифровой фотоаппарат, сканер и др.

Растровое представление имеет следующие недостатки:

      Большой размер файлов с простыми изображениями.

      Невозможность идеального масштабирования.

Из за этих недостатков для хранения простых рисунков рекомендуют вместо даже сжатой растровой графики использовать векторную графику.

Форматы растровой графики:

Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия (сжатие без потерь или сжатие с потерями соответственно). Так же в графическом файле может храниться дополнительная информация: об авторе файла, фотокамере и её настройках, количестве точек на дюйм при печати и др.

Сжатие без потерь. использует алгоритмы сжатия, основанные на уменьшении избыточности информации.

      PNG (Portable Network Graphics)

      GIF (Graphics Interchange Format) – устаревающий формат, поддерживающий не более 256 цветов одновременно. Всё ещё популярен из‑за поддержки анимации, которая отсутствует в чистом PNG, хотя ее начинает поддерживать APNG.

      BMP или Windows Bitmap – обычно используется без сжатия.

      PCX – устаревший формат, позволявший хорошо сжимать простые рисованые изображения (при сжатии группы подряд идущих пикселей одинакового цвета заменяются на запись о количестве таких пикселей и их цвете).

Сжатие с потерями. Основано на отбрасывании части информации (как правило, наименее воспринимаемой глазом).

      JPEG очень широко используемый формат изображений. Сжатие основано на усреднении цвета соседних пикселей (информация о яркости при этом не усредняется) и отбрасывании высокочастотных составляющих в пространственном спектре фрагмента изображения. При детальном рассмотрении сильно сжатого изображения заметно размытие резких границ и характерный муар вблизи них.

      TIFF поддерживает большой диапазон изменения глубины цвета, разные цветовые пространства, разные настройки сжатия (как с потерями, так и без) и др.

      RAW хранит информацию, непосредственно получаемую с матрицы цифрового фотоаппарата без применения к ней каких-либо преобразований, а так же хранит настройки фотокамеры. Позволяет избежать потери информации при применении к изображению различных преобразований (потеря информации происходит в результате округления и выхода цвета пикселя за пределы допустимых значений). Используется при съёмке в сложных условиях (недостаточная освещённость, невозможность выставить баланс белого и т.п.) для последующей обработки на компьютере (обычно в ручном режиме). Практически все полупрофессиональные и профессиональные цифровые фотоаппараты позволяют сохранять RAW изображения. Формат файла зависит от модели фотоаппарата, единого стандарта не существует.

1.2       Векторная графика

Основана на использование геометрических примитивов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники, для представления изображений в компьютерной графике.

Термин «векторная графика» используется в основном в контексте двухмерной компьютерной графики, т.к. трехмерная графика всегда является векторной или использует ее элементы.

Способ хранения изображения

Рассмотрим, к примеру, окружность радиуса r. Список информации, необходимой для полного описания окружности, таков:

      радиус r;

      координаты центра окружности;