Компьютерная графика и её виды

Компьютерная графика — широкое понятие, обозначающее:

1) область деятельности, в которой компьютеры используются как инструменты создания и обработки графических объектов;

2) разные виды графических объектов, созданных или обработанных с помощью компьютера.

По способу создания можно выделить следующие классы объектов компьютерной графики (рис. 5.4): двумерные изображения (растровые, векторные, фрактальные), трёхмерные изображения, анимацию.

Объекты компьютерной графики

Растровое графическое изображение состоит из отдельных маленьких прямоугольников — пикселей. Размеры пикселей растрового изображения настолько малы, что при его просмотре в обычном масштабе они неразличимы. Зернистая структура растрового графического изображения становится заметной при увеличении масштаба его просмотра (рис. 5.5).

Растровое и векторное изображения в обычном и увеличенном масштабе

Пиксель — наименьший элемент растрового изображения. Он может принимать любой цвет из палитры, содержащей миллионы цветов. Точность цветопередачи — основное достоинство растровых графических изображений. При сохранении растрового изображения в памяти компьютера сохраняется информация о цвете каждого входящего в него пикселя. Качество растрового изображения возрастает с увеличением количества пикселей в изображении и количества цветов в палитре. Но при этом возрастает и информационный объём всего изображения.

Растровая графика — универсальное средство для формирования и обработки любых плоских изображений. С помощью цветов и оттенков отдельных точек на плоском изображении могут быть показаны и пространственные (объёмные) сцены. В полиграфических и электронных изданиях растровые изображения используются в тех случаях, когда нужно качественно и чётко передать в изображении оттенки цветов и плавные переходы от одного цвета к другому.

Серьёзным недостатком растровой графики является существенное падение качества изображения в результате его масштабирования и различных геометрических преобразований. Это связано с тем, что при уменьшении растрового изображения несколько соседних пикселей преобразуются в один, что ведёт к потере чёткости мелких деталей изображения. При увеличении растрового изображения в него добавляются новые пиксели, причём соседние пиксели принимают одинаковый цвет и возникает ступенчатый эффект.

Растровые изображения можно получить, сканируя рисунки или фотографии, фотографируя объекты цифровым фотоаппаратом, создавая рисунки с использованием графического планшета или разнообразных растровых графических редакторов (Microsoft Paint, GIMP, Adobe Photoshop).

В последнем случае определённые трудности возникают при манипуляциях с отдельными фрагментами изображения. Чтобы лучше понять, о чём идёт речь, просто представьте свои действия при удалении одного из лепестков цветка (см. рис. 5.5) в графическом редакторе Microsoft Paint. Для преодоления этого недостатка более мощные программы работы с растровой графикой (GIMP, Adobe Photoshop) предусматривают средства создания составных изображений с помощью:

1) механизма слоёв (layers) — накладывающихся друг на друга плоскостей, в каждой из которых используется только часть точек;

2) механизма фильтров — преобразующих цвета пикселей с учётом некоторых параметров;

3) управления цветовыми каналами;

4) управления способом взаимодействия отдельных слоёв.

Векторное изображение — это изображение, построенное из геометрических примитивов (объектов): отрезков прямых, дуг, окружностей, эллипсов, многоугольников и кривых Безье. Примитив не нужно рисовать — выбрав на панели инструментов пиктограмму с его изображением или названием, вы просто задаёте необходимые параметры, по которым компьютер сам выполняет необходимые построения.

Объекты векторного изображения накладываются друг на друга, образуя независимые слои. Каждый слой векторного изображения содержит свой объект. При преобразовании векторного объекта исходное изображение удаляется, а вместо него строится новое — по тем же алгоритмам, но с учётом изменённых данных. Это позволяет без потерь качества масштабировать, поворачивать и трансформировать векторные изображения, оставляя при этом толщину линий неизменной (см. рис. 5.5).

Кривые Безье были разработаны в 60-х годах XX века независимо друг от друга Пьером Безье из автомобилестроительной компании «Рено» и Полем де Кастельжо из компании «Ситроен», где применялись для проектирования кузовов автомобилей. Математический аппарат кривых Безье основан на многочленах Бернштейна, описанных Сергеем Натановичем Бернштейном в 1912 году.
В компьютерной графике в основном применяются кривые Безье второго и третьего порядка (рис. 5.6).

Кривая Безье второго порядка описывается уравнением:

B(t) = (1 - t)²P₀ + 2t(1 - t)P₁ + t²P₂,
t ∈ [0, 1].

Здесь:

P₀ — начало кривой;
P₁ — опорная точка:
P₂ — конец кривой;
5 прямая Р₀Р₁ — касательная к кривой в точке Р₀;
прямая Р₁Р₂ — касательная к кривой в точке Р₂.

Вместе с тем не всякое изображение можно представить как совокупность простых геометрических фигур. Векторные графические изображения создают с помощью специальных программ (CorelDRAW, Inkscape) и широко используют в картографии, мультипликации, инженерной графике, при создании логотипов, схем, диаграмм — там, где важны чёткость контуров и возможность увеличения масштаба изображения без потери качества.

Окончание >>>