1. Области применения компьютерной графики

Курс "Компьютерная графика" посвящен рассмотрению вопросов, связанных с цифровой обработкой изображений в самом широком смысле. Рассмотрим различные виды и области применения компьютерной графики (КГ), которые можно изобразить в виде дерева (Рис. 1.1).

Рис. 1.1. Дерево компьютерной графики.

1.1. Цифровое представление графики

По способу цифрового представления все изображения делятся на две группы: векторные и растровые.

Рис. 1.2 - Типичное векторное (а) и растровое (б) изображения[1].

Векторные изображения состоят из базовых геометрических элементов двух видов: отрезков и дуг (Рис. 1.3). При этом отрезок задается четырьмя числами (координатами начала x₁,y₁ и конца x₂,y₂), а дуга – шестью: координатами центра x₁,y₁, начальным a и конечным b углами и начальным R₁ и конечным R₂ радиусами. Если R₁= R₂, то дуга является сегментом окружности. При R₁¹ R₂ дуга является сплайном – особой кривой, свойства которой будут рассмотрены позднее.

Рис. 1.3- Базовые элементы векторных изображений.

Растровые изображения состоят из большого количества одинаковых квадратиков, называемых пикселами (от англ. picture element – элемент изображения). Для каждого пиксела запоминаются его цвет или яркость.

Оба вида изображений широко применяются в компьютерной графике. В Табл. 1.1 приведены основные отличительные черты растрового и векторного представления изображений.

Табл. 1.1

Объем информации, содержащейся в векторном представлении, не зависит от физических размеров изображения. Например, на одной картинке представлен отрезок от точки (0,0) до точки (10,10), а на другой – от точки (1000,1000) до точки (10000,10000). Обе картинки займут одинаковое место в памяти, поскольку для хранения одной координаты зарезервирован один и тот же объем памяти - скажем, 6 байт. Тогда описание отрезка любой длины всегда будет занимать ровно 6´4=24 байта. Это важное свойство векторных изображений, позволяющее в масштабе 1:1 работать с чертежами целых зданий, мостов, самолетов и других крупных объектов.

1.2. Основные операции над графическими объектами

Под масштабированием (scaling) понимается пропорциональное изменение размеров изображения как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения (Рис. 1.4).

Рис. 1.4 – Масштабирование изображений.

Следует помнить, что при черчении масштаб изображения нельзя брать произвольно – он должен браться из установленного в ЕСКД ряда 1; 2; 2,5; 4; 5; 10; 15; 20; 25; 40; 50; 75; 100; 200; 400; 500; 800; 1000.

Легкость редактирования векторных изображений связана с тем, что они четко разделены на ряд объектов, у каждого из которых можно поменять описывающие его параметры. Например, для переноса отрезка вдоль оси Х на расстояние d достаточно прибавить величину d к абсциссам его концов. В случае же с растровым представлением тот же отрезок оказывается "рассыпанным" на большое количество не связанных между собой пикселов и перенести его оказывается фактически невозможно (Рис. 1.5).

Рис. 1.5 – Редактирование векторных (а) и растровых (б) изображений.

Векторное изображение приходится тем или иным способом создавать на компьютере. Если у вас имеется чертеж, выполненный на бумаге, его можно отсканировать, но в результате получится растровое представление, качественно перевести которое в векторное практически невозможно. Это еще одно фундаментальное свойство двух рассматриваемых представлений: векторное изображение легко перевести в растровое, а вот растровое в векторное – крайне сложно.

Очевидно, что векторное представление малопригодно для изображений типа фотографий с большим количеством заливок и плавных переходов цвета, зато оно идеально подходит для чертежей, схем и т.п.

Главные недостатки растрового представления, помимо уже отмеченной трудности редактирования – большой объем занимаемой памяти и резкая потеря качества при масштабировании. Для цифровой обработки растровых изображений требуются мощные компьютеры, причем объем оперативной памяти здесь более важен, чем быстродействие процессора. Файлы же с растровыми изображениями могут занимать сотни мегабайт.