2. Виды компьютерной графики
Лекция: Цифровое представление графической и звуковой информации.
План
1. Принцип представления графических изображений.
2. Виды компьютерной графики
3. Представление звука.
Цели
1. Сформировать представление о принципах двоичного кодирования изображений, цвета и звука.
2. Рассмотреть различия видов компьютерной графики, преимущества и недостатки каждого.
3. Развивать логическое мышление, умение обобщать, делать выводы, составлять конспект.
4. Воспитывать ответственность, скрупулезность, внимательность, усидчивость.
1. Начиная с 80-ых годов начинает интенсивно развиваться технология обработки на компьютере графической информации.
По сути, обработка графики представляет собой обработку числовых данных (также, как обработка числовой и текстовой информации).
Как вы помните компьютерная графика — это изображения, подготовленные при помощи компьютера. Компьютер может обрабатывать информацию, представленную только в цифровой форме. Значит, изображение надо представить в цифровой форме. Наиболее распространены два способа представления изображений: растровый и векторный. Существует ещё фрактальный способ представления графических изображений.
Пиксель — это наименьший элемент изображения, получаемого с помощью компьютерного монитора или принтера. Слово пиксель происходит от английского picture element или элемент изображения, который образует строки. Ну а всё изображение строится из определённого количества строк.
То есть изображение имеет дискретный характер. Причём дискретно не только изображение, но и цвет. Разделение изображения на отдельные пиксели – элементы рисунка, связано с техническими особенностями устройства экрана, причём не важно, что это монитор компьютера, электронно-лучевая трубка, жидко кристаллический или плазменный экран.
Если мы просто смотрим на изображение на экране не приближая его, то глаз воспринимает изображение как целое, сплошное, это связано с тем, что расстояние между точками очень мало и точки находятся очень близко друг к другу. Когда мы выводим изображение на бумагу с помощью принтера или плоттера, то изображение выглядит сплошным, однако на самом деле это просто точки очень близко расположенные друг к другу.
Количество пикселей, из которых складывается изображение на экране называется пространственным разрешением монитора.
Такая прямоугольная матрица пикселей на экране компьютера называется растром.
Качество изображения зависит от следующих параметров:
•Размер растра
•Размер монитора, который характеризуется длиной диагонали
•Разрешение экрана
Теперь поговорим о дискретном представлении цвета.
Как вы помните, любой цвет точки на экране компьютера получается путём смешивания трёх базовых цветов: красного, зелёного и синего. Этот принцип называется цветовой моделью RGB (Red, Green, Blue).
Чтобы определить двоичный код цвета, необходимо выяснить в каком соотношении находятся интенсивности трёх базовых цветов. Так если три данных цвета смешаны в одинаковых долях получаем белый цвет.
Если все три компонента «выключены», то цвет пикселя – чёрный. Остальные цвета лежат в диапазоне между белым и чёрным.
Учитывая, что интенсивности базовых цветов принимают конечное число дискретных значений, мы можем говорить о дискретности цвета.
Пусть, например, размер кода цвета пикселя равен восьми битам или одному байту. Между базовыми цветами они могут быть распределены так: два бита отводится под красный цвет, три бита под зелёный и три бита под синий.
Интенсивность красного цвета может принимать 4 значения; интенсивности зелёного и синего цветов могут принимать по 8 значений. Тогда полное число цветов, которые кодируются восьмиразрядными кодами, равно 256.
Глубина цвета – это величина, обозначающая, какое количество цветов или оттенков передаёт изображение. Подавляющее число изображений, с которыми производится работа, имеют глубину цвета восемь бит на канал.
В настоящее время наиболее распространены значения глубины цвета 8, 16 и 24 бита.
2. Мы уже упомянули о том, что существует три основных принципиально разных подхода к созданию изображений в цифровом виде. Рассмотрим подробнее.
(Используя информацию пункта лекции заполнить таблицу в тетради)
| Векторная графика | Растровая графика | |
| Преимущества | ||
| Недостатки | ||
| Форматы файлов | ||
| Примеры программного обеспечения |
В растровой графике графическая информация – это совокупность данных о цвете каждого пикселя на экране. В векторной графике графическая информация – это данные, математически описывающие графические примитивы, составляющие рисунок: прямые, дуги, прямоугольники, овалы и прочее. Положение и форма графических примитивов представляются в системе электронных координат.
Растровая графика применяется для разработки электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Чаще всего растровые иллюстрации создают при помощи сканирования уже готовых бумажных иллюстраций либо применяются цифровые фото-и видеокамеры для ввода изображения на компьютер. Таким образом большинство графических редакторов растрового типа (Paint, Fractal Design Painter, Adobe PhotoShop) направлены на обработку готовых изображений. Главное достоинство растровой графики – эффективное представление изображений фотографического качества. Однако есть и два серьёзных недостатка. Первый - изображения, полученные растровым способом, занимают большой объём памяти. Второй – искажение изображения при масштабировании.
Принципы векторной графики имеют целью построение линейных контуров, составленных из элементарных кривых, описываемых математическими уравнениями в особой параметрической форме.
Векторные графические редакторы (Adobe Illustrator, 3DS Max, CorelDraw, Inkscape) разработаны для создания иллюстраций и уже как второстепенное значение – для обработки иллюстраций.
Главное достоинство векторной графики – файлы, созданные при её помощи, занимают небольшой объём и при масштабировании файлов качество изображения сохраняется. Но основной недостаток – это невозможность получить высококачественное художественное изображение.
Вся графическая информация хранится в файлах на дисках. Растровые графические файлы сохраняются в форматах: JPEG, BMР. Здесь сохраняется информация о цвете каждого пикселя изображения.
Однако, всегда нужно помнить, что если графические данные помещаются в видеопамять или выводятся на экран, то они всегда имеют растровый характер, не зависимо от того с помощью каких программных средств – растровых или векторных, они получены.
3. С начала 90-ых годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией.
Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.
С помощью специальных программных средств (редакторов звукозаписей) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания речи и, в результате, появляется возможность управления компьютером при помощи голоса.
А как же представляется звук в компьютере?
Вообще звук – это процесс колебания воздуха или любой другой среды, в которой он распространяется. Звук характеризуется амплитудой (силой) и частотой (количеством колебаний в секунду).
Под звукозаписью понимают процесс сохранения звуковой информации на каком-либо носителе с помощью специальных устройств.
Ввод звука в компьютер производится с помощью звукового устройства, микрофона или радио, выход которого подключается к порту звуковой карты.
Процессом преобразования звука из непрерывной формы в дискретную при записи и из дискретной в непрерывную при воспроизведении занимается звуковая карта или аудио адаптер.
Звуковая карта – это устройство для записи и воспроизведения звука на компьютере. То есть задача звуковой карты — с определённой частотой производить измерения уровня звукового сигнала и результаты измерения записывать в память компьютера. Этот процесс называют оцифровкой звука.
Промежуток времени между двумя измерениями называется периодом измерений — обозначается буквой Т и измеряется в секундах.
Обратная величина называется частотой дискретизации. Она обозначается буквой ν. Ровна 1/Т и измеряется в герцах.
Таким образом на качество преобразования звука влияет несколько условий:
•Частота дискретизации, то есть сколько раз в секунду будет измерен исходный сигнал.
•Разрядность дискретизации – количество битов, выделяемых для записи каждого результата измерений.
При воспроизведении звукового файла цифровые данные преобразуются в электрический аналог звука. К звуковой карте подключаются наушники или звуковые колонки. С их помощью электрические колебания преобразуются в механические звуковые волны, которые воспринимают наши уши.
Таким образом, чем больше разрядность и частота дискретизации, тем точнее представляется звук в цифровой форме и тем больше размер файла, хранящего его.
При хранении оцифрованного звука приходится решать проблему уменьшения объёма звуковых файлов. Существует два способа кодирования звука: кодирования данных без потерь, позволяющего осуществлять стопроцентное восстановление данных из сжатого потока. А также кодирование данных с потерями. Позволяет добиться схожести звучания восстановленного сигнала с оригиналом при максимальном сжатии данных. Здесь используются различные алгоритмы, сжимающие оригинальный сигнал путём выкидывания из него слабо слышимых элементов.
Существует множество различных аудио форматов. Наиболее часто используются такие форматы как WAV и MP3. Тип формата обычно определяется расширением файла (то, что идёт после точки в имени файла mp3, wav, ogg, wma).
Вопросы для закрепления и самоконтроля:
1. Что такое пространственное разрешение монитора?
2. От чего зависит качество изображения на компьютере?
3. Какие два подхода к созданию цифровых изображений мы рассмотрели? Сделайте вывод о целесообразности выбора программы для создания изображения.
4. Какое устройство обеспечивает кодирование звука? Как называется этот процесс?