Средства и технологии обработки графической информации

Введение

В данной курсовой работе необходимо рассмотреть  теоретический вопрос «Средства  и технологии обработки графической  информации».

Развитию  программных графических средств способствовал целый ряд важных как мотиваций, так и предпосылок. Мотивации широкого использования графического представления информации, как наиболее информативного и понятного человеку, весьма разнообразны и стимулируются многочисленными приложениями (научными, инженерно-техническими, медицинскими, архитектурно-изобразительными, художественными, игровыми, организации человеко-машинного интерфейса и т.д.). Среди предпосылок следует отметить развитие аппаратных средств отображения графической информации (в первую очередь, дисплеев растрового типа) и возможностей ЭВМ - объема основной памяти и производительности центральной памяти. Наряду с этим, развитию графического программного обеспечения способствовало создание целого ряда подходов и методов компьютерной обработки графической информации (трассировка лучей, фрактальная геометрия, конструктивная геометрия сплошных тел и др.), позволивших разработать целый ряд интересных графических программных средств различного назначения, как для векторных, так и для растровых дисплейных систем.

В данной работе необходимо ответить на такие  вопросы как:

Как графическая информация представляется в компьютере? Какие бывают графические  форматы? А также, какие бывают технологии обработки графической информации? Что собой представляет векторная графика, а что растровая?

Кроме того, в качестве практической части необходимо решить задачу нахождения бюджета семьи, зная сведения о доходах и расходах всех членов семьи, построить гистограмму  по полученным сведениям.

Для решения  задания был использован компьютер  со следующими характеристиками: компьютер  Intel(R), Celeron(R) CPU E 1400, 2.00GHz, 2.00 ГГц, 2.00Гб ОЗУ. Система MS Windows XP Professional Service Pack 3 версия 2002.

Теоретическая часть

Представление графической информации в компьютере

Любая информация, в том числе и графическая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество  значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении  физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. Преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную производится путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета.

Качество  кодирования изображения зависит  от двух параметров. Оно тем выше,

• чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.
• чем большее количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки изображения, используется.

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое  формируется из определенного количества строк, которые в свою очередь  содержат определенное количество точек.[3, стр. 25]

Качество  изображения определяется разрешающей  способностью монитора, т.е. количеством  точек, из которых оно складывается. Чем больше разрешающая способность, т.е. чем больше количество строк  растра и точек в строке, тем  выше качество изображения. В современных  персональных компьютерах обычно используются три основные разрешающие способности  экрана: 800х600, 1024х768 и 1280х1024 точки.

В простейшем случае (черно-белое изображение  без градаций серого цвета) каждая точка  экрана может иметь одно из двух состояний – «черная» или «белая», то есть для хранения ее состояния  необходим 1 бит.

Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Они  могут иметь различную глубину  цвета, которая задается количеством  битов, используемым для кодирования  цвета точки. Наиболее распространенными  значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: N = 2^I, где I – глубина цвета.

Цветное изображение на экране монитора формируется  за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Такая  цветовая модель называется RGB-моделью.[2, стр. 46]

Для получения  богатой палитры цветов базовым  цветам могут быть заданы различные  интенсивности. Например, при глубине  цвета в 24 бита на каждый из цветов возможны N = 2⁸ = 256 уровней интенсивности, заданные двоичными кодами (от минимальной – 00000000 до максимальной – 11111111).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Графические форматы и их преобразование

Графический формат определяет способ сохранения графической информации в файле, а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия). Как и изображения, графические форматы делятся на растровые и векторные.

В компьютерной графике применяют, по меньшей мере, три десятка форматов файлов для  хранения изображений

Существует  проблема сохранения изображений для последующей их обработки, которая чрезвычайно важна. Единого формата графических файлов, пригодного для всех приложений, не существует, однако некоторые форматы стали стандартными для целого ряда предметных областей. Важно различать векторные (WMF, DXF, CGM и др.) и растровые (TIFF, GIF, JPG и др.) форматы. Файлы векторного формата содержат описания рисунков в виде набора простейших графических объектов. В файлах же растровой графики запоминается цвет каждого пикселя на рисунке, поэтому такие файлы занимают, как правило, большой объем памяти. Один из возможных способов решения этой проблемы – сжатие информации, т. е. уменьшение размеров файла за счет изменения способа организации данных в нем. Обычно каждый конкретный алгоритм хорошо сжимает только изображения вполне определенной структуры.[10,стр. 76-77]

Самые известные  растровые форматы:

• BMP (bitmap) – стандарт для представления растрового изображения в MS Windows. Поддерживает  изображения с глубиной цвета 1 – 24 бит.
• TIFF (Tag Image File Format) – стандарт для передачи данных между программами и платформами. Поддерживает изображения с любой пиксельной глубиной.
• GIF (Graphics Interchange Format) - используется для передачи индексированных цветных изображений и HTML-документов в сети WWW. Поддерживает изображения с глубиной цвета 8 бит.
• JPEG (Joint Photographic Experts Group) – используется для отображения фотографий и других тоновых изображений в сети WWW. Глубина – 24 бит (информация о цвете в RGB-изображении). Применяется эффективный алгоритм уплотнения, за счет чего файл занимает меньше места.
• CPT (Corel PHOTO-PAINT Image) – формат растрового редактора Corel PHOTO-PAINT. Используют при работе с растровой графикой в CorelDraw.
• PSD (PhotoShop Document) – используется в качестве промежуточного формата при работе в Photoshop,  а также при передаче данных в другие программы.
• PNG (Portable Network Graphics Format) – это формат разработанный для передачи данных изображений по сетям. Поддерживает глубину полноцветных изображений.

Самые известные векторные форматы:

• WMF (Windows MetaFile) – стандарт для обмена векторной графикой в MS Windows.
• EMF (Enhanced MetaFile) – используется для обмена векторной графикой в MS Windows.
• CDR, CMX (CorelDraw Format) – форматы программы CorelDraw.
• FH(n) (FreeHand Format) – формат программы FreeHand, n – номер версии.
• Al (Adobe Illustrator) – формат программы Adobe Illustrator.

Таким образом, знание особенностей форматов графических  файлов имеет значение для эффективного хранения изображений и организации  обмена данными между различными приложениями.[9, стр. 79-81]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологии  обработки графической информации

Для обработки  изображений на компьютере используются специальные программы - графические  редакторы. Среди программ, предназначенных  для создания растровых изображений,  особое место занимает программа PhotoShop компании Adobe. По сути дела, сегодня эта программа является стандартом в компьютерной графике, и все другие программы неизменно сравнивают именно с ней.

Используемые  методы обработки графической информации существенно определяются аппаратными  средствами отображения ее на экране/плоттере. В настоящее время дисплейные системы делятся на два основных типа: векторные и растровые. В векторных системах световой луч движется по экрану вдоль рисуемой по определенному алгоритму линии. Тогда как в растровых системах нужный объект воспроизводится посредством последовательного сканирования световым лучом его шаблона, т.е. без вычерчивания каждой линии непрерывным движением.[5, стр. 154]

Информационные  технологии обработки графической  информации включают в себя специфические  модели представления информации данного  вида, особые методы ввода, формирования и вывода изображений, свои аппаратные и программные средства.

Программные средства компьютерной графики - графические  редакторы делятся на две большие  группы: растровые и векторные  редакторы. Это деление обусловлено  способом представления и хранения графической информации (растровый  или векторный способ).

Компьютерные  технологии обработки графической  информации включают не только особое программное обеспечение (программные  ресурсы), но и специфические аппаратные ресурсы, такие как различные  устройства ввода и вывода графической  информации: сканеры, цифровые фото- и  видеокамеры, дигитайзеры, графические  планшеты, плоттеры и т.п.

Итак, рассмотрим подробнее  2 основные группы графических  редакторов: векторные и растровые.

Векторная графика

Основным  логическим элементом векторной  графики является геометрический объект. В качестве объекта принимаются  простые геометрические фигуры (так  называемые примитивы - прямоугольник, окружность, эллипс, линия), составные  фигуры или фигуры, построенные из примитивов, цветовые заливки, в том  числе градиенты.

 

 

 

Преимущество  векторной графики заключается  в том, что форму, цвет и пространственное положение составляющих ее объектов можно описывать с помощью  математических формул.

Важным  объектом векторной графики является сплайн. Сплайн - это кривая, посредством  которой описывается та или иная геометрическая фигура. На сплайнах построены  современные шрифты TryeType и PostScript.

У векторной  графики много достоинств. Она  экономна в плане дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется  не само изображение, а только некоторые  основные данные, используя которые, программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик почти  не увеличивает размер файла.[8, стр. 56-58]

Объекты векторной графики легко  трансформируются и модифицируются, что не оказывает практически  никакого влияния на качество изображения. Масштабирование, поворот, искривление  могут быть сведены к паре-тройке элементарных преобразований над векторами.

В тех  областях графики, где важное значение имеет сохранение ясных и четких контуров, например, в шрифтовых  композициях, в создании логотипов и прочее, векторные программы незаменимы.

Векторная графика  может включать в себя и фрагменты  растровой графики: фрагмент становится таким же объектом, как и все  остальные (правда, со значительными  ограничениями в обработке).

Важным  преимуществом программ векторной  графики является развитые средства интеграции изображений и текста, единый подход к ним. Поэтому программы  векторной графики незаменимы в  области дизайна, технического рисования, для чертежно-графических и оформительских работ.

В последнее  время все большее распространение  получают программы 3-мерного моделирования, также имеющие векторную природу.

Обладая изощренными методами отрисовки (метод  трассировки лучей, метод излучательности), эти программы позволяют создавать  фотореалистичные растровые изображения  с произвольным разрешением из векторных  объектов при умеренных затратах сил и времени.[4, стр. 192]

Векторная графика описывает изображения  с использованием прямых и изогнутых  линий, называемых векторами, а также  параметров, описывающих цвета и  расположение. Например, изображение  древесного листа описывается точками, через которые проходит линия, создавая тем самым контур листа. Цвет листа  задается цветом контура и области  внутри этого контура.