Компьютерная графика

Вид материала

Реферат

Содержание Раздел 1 БАЗОВЫЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ 1.1 Основные работы с цветом 1.2 Универсальные и векторные графические форматы 1.3 Форматы графических данных TIFF (Tagged Image File Format). PSD (PhotoShop Document). JPEG (Joint Photographic Experts Group). GIF (Graphics Interchange Format). WMF (Windows Metafile). EPS (Encapsulated PostScript). 2.1 Цветовые модели Цветовые модели 2.2 Цветовая модель CIE Lab 2.3 Цветовая модель CMYK, цветоделение

Подобный материал:

• Программа кружка «Компьютерная графика» (34 часа), 462.83kb.
• Элективный курс по информатике и икт компьютерная графика, 84.46kb.
• Трёхмерная компьютерная графика – пользовательский и алгоритмический подход, 72.66kb.
• Аннотация примерной программы дисциплины «Инженерная и компьютерная графика» Рекомендуется, 412.89kb.
• Программа дисциплины Компьютерная графика (цикл опд. Ф. 6): «Искусство интерьера»-052500, 165.78kb.
• Рабочая программа По дисциплине «Компьютерная графика» По специальности 230102., 250.33kb.
• Методическая разработка открытого урока по теме "Компьютерная графика", 96.49kb.
• Аннотации дисциплин, 456.29kb.
• Рабочая программа дисциплины «Компьютерная графика» для специальности 032401 «Реклама», 248.52kb.
• Реализация межпредметных связей математики и информатики на примере курса «инженерная, 227.3kb.

Раздел 1 БАЗОВЫЕ ОСНОВЫ
КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

1.1 Основные работы с цветом

Для передачи и хранения цвета в компьютерной графике используется различные формы его представления. В общем случае цвет представляет собой набор чисел, координат в некоторой цветовой системе.

Стандартные способы хранения и обработки цвета в компьютере обусловлена свойствами человеческого зрения. Наиболее распространены системы RGB для дисплеев и CMYK для работы в типографском деле.

Иногда используется схема с большим, чем три, числом компонент. Кодируется спектр отражения или испускания источника, что позволяет более точно отписать физические свойства цвета.

1.2 Универсальные и векторные графические форматы

Векторы представляют собой математическое описание объектов относительно точки начала координат. Проще говоря, чтобы компьютер нарисовал прямую линию, нужны координаты двух точек, которые связываются по кратчайшему пути. Для рисования дуги кроме координат двух точек необходимо задать еще и радиус и т. д. Таким образом, векторная иллюстрация – это набор геометрических примитивов. Большинство векторных форматов могут также содержать внедренные в файл растровые объекты или ссылку на растро­вый файл (технология OPI).

OPI (Open Prepress Interface) – технология, разработанная фирмой Aldus для со­кращения размеров файлов. В ее основе лежит импорт не оригинального файла растрового изображения, а его образа, представляющего собой копию низкого раз­решения (эскиз) и ссылку на оригинал. В процессе печати
на принтере эскизы заменяются на оригинальные файлы. Применение OPI вместо простого внедрения (embedding) позволяет экономить ресурсы компьютера (прежде всего память), заметно повышая его производительность. Технология OPI составляет основу работы с импортированными графическими файлами в таких программах, как Free-Hand и QuarkXPress.
Кроме того, она широко применяется и в других продуктах.

В отличие от растровых форматов, построенных практически по одному принци­пу, векторные форматы используют для кодирования графической информации различные алгоритмы и разный математический аппарат.
По этому процесс стан­дартизации пока еще слабо коснулся векторных форматов, в отличие от растровых. Разработчики практически всех векторных графических программ предпочитают иметь дело только со своими собствен­ными форматами, что связано, скорее все­го, со спецификой алгоритмов формирования векторного изображения. Это обу­словливает сложность передачи данных (экспорт) из одного векторного формата в другой.
Но, так как возможность переноса файлов между различными прило­жениями
в векторной графике не менее актуальна, чем в растровой, то своего рода стандартом стали файловые форматы двух наиболее популярных профес­сиональных векторных графических пакетов – Adobe Illustrator и CorelDRAW.

Для решения этой проблемы используется также конвертация родных форматов приложений в универсальные форматы, каковыми на сегодняшний день являют­ся форматы EPS и PDF.

1.3 Форматы графических данных

В компьютерной графике применяют, по меньшей мере, три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом «де-факто» и применяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовместимые форматы имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотя существуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Многие приложения ориентированы на собственные «специфические» форматы, перенос их файлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры или экспортировать изображения
в «стандартный» формат.

TIFF (Tagged Image File Format). Формат предназначен для хранения растровых изображений высокого качества (расширение имени файла *.TIF). Относится к числу широко распространенных, отличается переносимостью между платформами (IBM PC и Apple Macintosh), обеспечен поддержкой
со стороны большинства графических, верстальных и дизайнерских программ. Предусматривает широкий диапазон цветового охвата – от монохромного черно-белого до 32-разрядной модели цветоделения CMYK. Начиная с версии 6.0 в формате TIFF можно хранить сведения о масках изображений.

PSD (PhotoShop Document). Собственный формат программы Adobe Photoshop (расширение имени файла *.PSD), один из наиболее мощных
по возможностям хранения растровой графической информации. Позволяет запоминать параметры слоев, каналов, степени прозрачности, множества масок. Поддерживаются 48-разрядное кодирование цвета, цветоделение и различные цветовые модели. Основной недостаток выражен в том, что отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации приводит к большому объему файлов.

PCX. Формат хранения растровых данных программы PC PaintBrush фирмы Z-Soft и является одним из наиболее распространенных (расширение имени файла *.PCX). Отсутствие возможности хранить цветоделенные изображения, недостаточность цветовых моделей и другие ограничения привели к утрате популярности формата. В настоящее время считается устаревшим.

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Формат предназначен
для хранения растровых изображений (расширение имени файла *.JPG). Позволяет регулировать соотношение между степенью сжатия файла
и качеством изобра­жения. Применяемые методы сжатия основаны на удалении «избыточной» информации, поэтому формат рекомендуют использовать только для электронных публикаций.

GIF (Graphics Interchange Format). Стандартизирован в 1987 году
как средство хранения сжатых изображений с фиксированным (256) количеством цветов (расширение имени файла *.GIF). Получил популярность
в Интернете благодаря высокой степени сжатия. Последняя версия формата GIF позволяет выполнять чересстрочную загрузку изображений и создавать рисунки с прозрачным фоном. Ограниченные возможности по количеству цветов обусловливают его применение исключительно в электронных публикациях.

PNG (Portable Network Graphics). Сравнительно новый (1995 год) формат хранения изображений для их публикации в Интернете (расширение имени файла *.PNG). Поддерживаются три типа изображений – цветные
с глубиной 8 или 24 бита и черно-белое с градацией 256 оттенков серого. Сжатие информации происходит практически без потерь.

WMF (Windows Metafile). Векторный формат WMF использует графический язык Windows и является родным форматом этой ОС.
Он предназначен для передачи векторных рисунков через буфер обмена (clipboard). Этот формат понимается практически всеми программами Windows, так или иначе связанными с векторной графикой. Но несмотря на кажущуюся простоту и универсальность, пользоваться форматом WMF стоит только
в крайних случаях для передачи «голых» векторов. WMF искажает цвет,
не поддерживает ряда параметров, которые могут быть присвоены объектам
в различных векторных редакторах. Кроме того, он не мо­жет содержать растровых объектов и не понимается очень многими программами
на Macintosh.

EPS (Encapsulated PostScript). Формат описания как векторных,
так и растровых изображений на языке PostScript фирмы Adobe, фактическом стандарте в области допечатных процессов и полиграфии (расширение имени файла *.EPS). Так как язык PostScript является универсальным, в файле могут одновременно храниться векторная и растровая графика, шрифты, контуры обтравки (маски), параметры калибровки оборудования, цветовые профили.
Для отображения на экране векторного содержимого используется формат WMF, а растрового – TIFF. Но экранная копия лишь в общих чертах отображает реальное изображение, что является существенным недостатком EPS. Действительное изображение можно увидеть лишь на выходе выводного устройства, с помощью специальных программ просмотра или после преобразования файла в формат PDF в приложениях Acrobat Reader, Acrobat Exchange.

PDF (Portable Document Format). Формат описания документов, разработанный фирмой Adobe (расширение имени файла *.PDF). Хотя
этот формат в основном предназначен для хранения документа целиком,
его впечатляющие возможности позволяют обеспечить эффективное представление изображений. Формат является аппаратно-независимым, поэтому вывод изображений допустим на любых устройствах – от экрана монитора до фотоэкспонирующего устройства. Мощный алгоритм сжатия
со средствами управления итоговым разрешением изображения обеспечивает компактность файлов при высоком качестве иллюстраций.

Раздел 2 ЦВЕТОВЫЕ МОДЕЛИ, СИСТЕМЫ СООТВЕСТВИЯ ЦВЕТОВ И РЕЖИМЫ


2.1 Цветовые модели

Субъективность в восприятии цвета при обработке изображений крайне нежела­тельна. Для обеспечения одинакового воспроизведения одного
и того же цвета видеомониторами, принтерами и сканерами разных фирм-изготовителей необхо­димо наличие объективных измерительных систем, позволяющих установить од­нозначное определение цветовых координат.
Для этих целей разработаны специ­альные средства, включающие:

• цветовые модели;
  
• системы соответствия цветов;
  
• цветовые режимы.
  

В основе создания цветовых моделей лежит использование универсальных язы­ков, позволяющих реализовать способы точного описания цвета с помощью стандартных математических выражений. Без их помощи было бы невозможно выполнить ни один из этапов обработки цифровых изображений, включая ска­нирование, редактирование и печать.

В современных компьютерных программах манипуляции с цветом осуществля­ются с помощью цветовых моделей и режимов.

Цветовые модели (или цветовые пространства) предоставляют средства для концептуального и количественного описания цвета.

Ознакомившись с основами концептуального представления цвета, можно лучше понять соотношения между цветами при работе, например,
с тоновыми кривыми или при выборе нужного цвета с помощью окон диалога или палитр.

Режим – это способ реализации определенной цветовой модели
в рамках кон­кретной графической программы.

Понятие цветовые модели (color model) используются для ма­тематического описания определенных цветовых областей спектра. Большинство компьютерных цве­товых моделей основано на использовании трех основных цветов, что соот­ветствует восприятию цвета человеческим глазом. Каждому основному цвету присваивается определенное значение цифрового кода, после чего все остальные цвета определяются как комбинации основных цветов. Именно такой подход используют художники при создании картины на основе ограниченной палит­ры цветов.

Несмотря на то, что цветовые модели позволяют представить цвет математиче­ски, такое представление всегда будет казаться несовершенным
в силу отличия от нашего восприятия. Однако они удобны при использовании
в компьютерных программах для однозначного определения выводимого цвета. Так, если послать на монитор цветовой сигнал R255 G000 В255, то на любом хорошо откалиброванном мониторе теоретически должен появиться один
и тот же цвет (в данном случае пурпурный).

Независимо от того, что лежит в ее основе, любая модель должна отвечать трем требованиям:

• реализовывать определения цвета некоторым стандартным способом,
  не за­висящим от возможностей какого-либо конкретного устройства;
  
• точно задавать диапазон воспроизводимых цветов, поскольку ни одно мно­жество цветов не является бесконечным;
  
• учитывать механизм восприятия цветов – излучение или отражение.
  

Современные графические пакеты располагают развитым интерфейсом для выбора необходимой цветовой модели и цвета внутри нее.

Большинство графических пакетов позволяют оперировать широким кругом цветовых моделей, часть из которых создана для специальных целей,
а другая – для особых типов красок: CMY, CMYK, RGB, HSB, HLS, Lab, YIQ, YCC.

По принципу действия перечисленные цветовые модели можно условно разделить на три класса:

• аддитивные (RGB), основанные на сложении цветов;
  
• субтрактивные (CMY, CMYK), основу которых составляет операция вычита­ния цветов (субтрактивный синтез);
  
• перцепционные (HSB, HLS, Lab, YCC), базирующиеся на восприятии.
  

Перед тем как перейти к непосредственному рассмотрению конкретных цвето­вых моделей, кратко рассмотрим общие физические закономерности, свойствен­ные природе цвета.

2.2 Цветовая модель CIE Lab

Была разработана в 1920 году цветовая пространственная модель CIE Lab (Communication Internationale de Eclairage – международная комиссия
по совещанию. L, a, b – обозначения осей координат в этой системе). Система является аппаратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устройствами. В модели CIE Lab любой цвет определяется светлотой (L) и хроматическими компонентами: параметром а, изменяющимся
в диапазоне от зеленого до красного, и параметром b, изменяющимся
в диапазоне от синего до желтого. Цветовой охват модели CIE Lab значительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модель была разработана для согласования цветных фотохимических процессов с полиграфическими. Сегодня она является принятым по умолчанию стандартом для программы Adobe Photoshop.

2.3 Цветовая модель CMYK, цветоделение

Относится к субтрактивным, и ее используют при подготовке публикаций к печати. Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полученные вычитанием основных из белого:

• голубой (cyan) = белый - красный = зеленый + синий;
  
• пурпурный (magenta) = белый - зеленый = красный + синий;
  
• желтый (yellow) = белый - синий = красный + зеленый.
  

Такой метод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печатных оригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета
до белого. Отсюда вытекает и главная проблема цветовой модели CMY – наложение друг на друга дополнительных цветов на практике не дает чистого черного цвета. Поэтому в цветовую модель был включен компонент чистого черного цвета. Так появилась четвертая буква в аббревиатуре цветовой модели CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK). Для печати на полиграфическом оборудовании цветное компьютерное изображение необходимо разделить
на составляющие, соответствующие компонентам цветовой модели CMYK.
Этот процесс называют цветоделением. В итоге получают четыре отдельных изображения, содержащих одноцветное содержимое каждого компонента
в оригинале. Затем в типографии с форм, созданных на основе цветоделенных пленок, печатают многоцветное изображение, получаемое наложением цветов CMYK.