Компьютерная графика

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

Первые вычислительные машины не имели отдельных средств для работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Программируя память первых электронных машин, построенную на основе матрицы ламп, можно было получать узоры.

03:40:38 PM

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

В 1963 И. Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере.

03:40:38 PM

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

В 1968 году группа под руководством Н. Н. Константинова создаёт компьютерный математическую модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисует мультфильм "Кошечка", который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.

03:40:38 PM

Термины

В настоящее время принято пользоваться терминами компьютерная графика и компьютерная анимация.

Понятие компьютерная графика включает все виды работ со статическими изображениями, компьютерная анимация имеет дело с динамически изменяющимися изображениями.

Компьютерная графика

Computer graphics - ввод, вывод, отображение, преобразование и редактирование графических объектов под управлением ЭВМ.

( Борковский А.В. "Англо-русский словарь по программированию и информатике")

Компьютерная анимация

Computer animation - "оживление" изображений на экране дисплея, синтез динамических изображений на компьютере.

( "Англо-русский словарь по вычислительной технике" п/р Е.К. Масловского )

Где применяется компьютерная графика в современном мире?

03:40:38 PM

Типы Компьютерной графики

Большинство компьютерных изображений разделяются на два типа: растровые и векторные.

03:40:38 PM

Растровая графика

Растровое изображение формируется из точек различного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы.

В простейшем случае файл с растровым изображением содержит цвета последовательностей точек (пикселей), одна за другой формирующих рисунок.

Самыми близкими аналогами растровой графики является живопись, фотография, изображение на сетчатке глаза.

03:40:38 PM

Формирование изображения из пикселов в растровой графике

03:40:38 PM

Исходное и увеличенное растровое изображение

Фрагмент увеличенного изображения

Исходное изображение

03:40:38 PM

Качество растрового изображения зависит от двух факторов:

• от разрешения изображения (количества точек в строке на дюйм (dpi – dots per inch));
• от количества цветов в изображении. Чем больше цветовых оттенков используется в изображении, тем ближе оно будет к реальности и тем выше будет его качество.

03:40:38 PM

Векторная графика

представляет изображение как набор геометрических примитивов (точки, прямые, окружности, прямоугольники и т.д.).

03:40:38 PM

Рисунок из коллекции Microsoft Clip Gallery

Разгруппированные объекты

Сгруппированные объекты

03:40:38 PM

Изменение размера векторного рисунка

03:40:38 PM

Достоинства и недостатки растровой и векторной графики

03:40:38 PM

Достоинства растровой графики

1.  Растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества.

2.  Компьютер легко управляет устройствами вывода, которые используют точки для представления отдельных пикселей. Поэтому растровые рисунки могут быть легко распечатаны на принтерах.

03:40:38 PM

Недостатки растровой графики

1.  В файле растрового изображения запоминается информация о цвете каждого пикселя в виде комбинации битов, поэтому для хранения растрой графики требуется большой объем памяти.

2.  Растровое изображение после масштабирования или вращения может потерять свою привлекательность. Например, области однотонной закраски могут приобрести странный («муаровый») узор; кривые и прямые линии, которые выглядели гладкими, могут неожиданно стать пилообразными.

03:40:38 PM

Достоинства векторной графики

1. Векторные рисунки, состоящие из тысяч примитивов, занимают память, объём которой не превышает нескольких сотен килобайт. Аналогичный растровый рисунок требует памяти в 10—1000 раз больше. Таким образом, векторные изображения занимают относительно небольшой объём памяти.

2.  Векторные объекты задаются с помощью описаний. Поэтому, чтобы изменить размер векторного рисунка, нужно исправить его описание.

03:40:38 PM

Недостатки векторной графики

1.  Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде — для подобного оригинальному изображению может потребоваться очень большое количество объектов с высокой сложностью, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и на время для его отображения (отрисовки).

2.  Векторные изображения выглядят искусственно.

03:40:38 PM

Форматы графических файлов

• Формат BMP – это универсальный растровый формат, который «понимают» все растровые графические редакторы. Файлы в таком формате имеют большой объем, так как в них хранятся коды цветов всех точек изображения.
• Формат TIFF – тоже растровый формат. Применяется он в тех случаях, когда необходимо уменьшить размер графического файла без потери его качества .

03:40:38 PM

Форматы графических файлов

3) Формат GIF – растровый, поддерживается не только операционной системой Windows, но и многими другими. Недостатком является ограниченная палитра, в которой не может быть больше 256 цветов.

4) Формат JPEG – наиболее распространенный растровый формат. Применение этого формата позволяет сжимать файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации.

03:40:38 PM

Форматы графических файлов

5) Формат PNG позиционируется прежде всего для использования в Интернете и редактирования растровой графики. Использует метод потери данных и является усовершенствованным вариантом формата GIF, так как позволяет использовать до 16 миллионов цветов.

03:40:38 PM

Форматы графических файлов

6) Формат CDR является векторным. Этот формат имеют изображения, созданные в векторном редакторе CorelDraw.

7) Формат WMF также является векторным. Он используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery.

03:40:38 PM

Эксперимент

Сохраним один и тот же графический файл в разных форматах.

03:40:38 PM

КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ И АНИМАЦИИ

• пакеты компьютерной графики для полиграфии;
• программы двумерной компьютерной живописи;
• презентационные пакеты;
• программы двумерной анимации, используемые для создания динамических изображений и спецэффектов в кино;
• программы для двумерного и трехмерного моделирования, применяемые для дизайнерских и инженерных разработок;
• пакеты трехмерной анимации, используемые для создания рекламных и музыкальных клипов и кинофильмов;
• комплексы для обработки видеоизображений, необходимые для наложения анимационных спецэффектов на видеозапись;
• программы для научной визуализации.

Компьютерная графика для полиграфии

Пакеты компьютерной графики для полиграфии позволяют дополнять текст иллюстрациями разного происхождения, создавать дизайн страниц и выводить полиграфическую продукцию на печать с высоким качеством.

Adobe Photoshop

Наиболее распространенный растровый редактор. Последние версии пакета поддерживают многослойную структуру изображений, содержат инструменты для создания и редактирования векторных контуров. Photoshop позволяет пользоваться различными масками и большим количеством фильтров, обладает широким спектром средств для работы с цветом и создания спецэффектов. .

Gimp

Лучший аналог фотошопа, которому, среди бесплатных редакторов нет равных. Если вы хотите простоты, удобства и хорошего функционала при обработке изображений и фотографий — остановите выбор на этой программе. Помимо множества полезных и мощных инструментов, он умеет работать на всевозможных платформах, таких как: Linux, Mac, Windows, FreeBSD, а открытый исходный код делает его абсолютно бесплатным

Paint.NET

Является свободно распространяемым программным обеспечением для редактирования изображений и фотографий. Он имеет интуитивно понятный пользовательский интерфейс, поддерживает работу с множеством слоев, неограниченную отмену действий, широкий набор спецэффектов, а так же множество полезных, простых и в то же время функциональных инструментов.

Pixlr

Мультиязычный (около 23 языков) онлайн редактор нового поколения. Он поддерживает работу со слоями и фильтрами, имеет максимально похожий на Photoshop интерфейс, а так же располагает в своем арсенале множеством специальных эффектов, способных придать вашим изображениям неповторимый вид. Pixlr разработан на технологии Flash (поэтому для его работы вам необходимо установить Flash Player) и по праву называется не иначе, как лучший онлайн аналог фотошопа на сегодняшний день.

Adobe Illustrator

Векторный пакет Illustrator фирмы Adobe предназначен для создания иллюстраций и разработки общего дизайна страниц и ориентирован на вывод готовых изображений с высоким разрешением. Пакет позволяет создавать фигуры и символы произвольной формы, а затем масштабировать, вращать и деформировать их. Кроме того, Illustrator содержит широкий спектр инструментов для работы с текстом и многостраничными документами.

Corel Draw

Векторный пакет CorelDRAW стал классической программой векторного рисования. Пакет имеет отличные средства управления файлами и возможность показа слайд-фильмов на дисплее компьютера, позволяет рисовать от руки и работать со слоями изображений, поддерживает спецэффекты, в том числе трехмерные, и имеет гибкие возможности для работы с текстами.

InKscape

Бесплатный векторный графический редактор Inkscape

Графические редакторы

ВЕКТОРНЫЕ

Corel DRAW

Adobe Illustrator

РАСТРОВЫЕ

Gimp

Paint

Adobe Photoshop

Inkscape

03:40:39 PM

Компьютерная графика для рисования

Программы компьютерного рисования используются в качестве дополнительных компонентов к полиграфическим комплексам, дизайнерским, презентационным или анимационным программам.

Paint

Tux Paint

MyPaint

Graffiti Studio 2.0

SmoothDraw 4.0.5

Paint

Tux Paint

MyPaint

Особенности программы MyPaint:

- Огромная коллекция кистей;

- Кисти, имитирующие реальные средства (уголь, чернила и т.п.);

- Возможность создать, настроить собственную кисть;

- Фильтры кистей (размытие, смешение цветов, стирание и т.д.); - Импорт/экспорт кистей;

- Неограниченный холст;

- Базовая поддержка слоёв;

Graffiti Studio 2.0

Программа для рисования в стиле граффити на компьютере.

SmoothDraw 4.0.5

Бесплатный графический редактор для живописи и рисования от руки. Программа не поддерживает русский язык, но её интерфейс очень простой и лёгкий в освоении.

Особенности и возможности программы SmoothDraw:

- Поддерживает многие виды кисти: ручка, карандаш, мел, аэрография, щётка, спрей и т.п.

- Инструменты ретуши фотографий.

- Поддержка слоёв.

- Настройка изображения, цветокоррекция.

- Возможность вставить разнообразные объекты.

Программы для создания презентаций

PowerPoint

Prezi

Google Docs

PowerPoint

Самая распространенная программа для создания презентации. Есть возможность с сайта Office.com скачивать дополнительные фоны для слайдов. Масса возможностей для выгодного показа своей продукции.

Prezi

http://prezi.com/

http://prezi-narusskom.ru/

Одна из самых необычных web-программ для создания презентаций любого уровня сложности. В отличие от переключения слайдов, здесь все элементы располагаются на одном гигантском слайде, а пользователю просто нужно переключаться между ними при помощи красивых эффектов зума и движения – выглядит бесподобно. Большой недостаток – нет русского варианта программы.

Google Docs

Одна из альтернатив офисному пакету Microsoft Office: бесплатный, простой в освоении и использовании и быстрый в работе.

Чтобы начать пользоваться, достаточно зарегистрироваться в Gmail и выбрать в верхнем меню раздел Диск, где можно создавать свои презентации. Понимает форматы PPT и PPTX.

Рекомендации по применению мультимедийных презентаций Д.В. Гудова:

• слайды презентации должны содержать только основные моменты (основные определения, схемы, анимационные и видеофрагменты, отражающие сущность изучаемых явлений),
• общее количество слайдов не должно превышать 20 - 25,
• не стоит перегружать слайды различными спецэффектами, иначе внимание обучаемых будет сосредоточено именно на них, а не на информационном наполнении слайда.

Рекомендации по применению мультимедийных презентаций Д.В. Гудова:

• на уровень восприятия материала большое влияние оказывает цветовая гамма слайда, поэтому необходимо позаботиться о правильной расцветке презентации, чтобы слайд хорошо «читался», нужно четко рассчитать время на показ того или иного слайда, чтобы презентация была дополнением к уроку, а не наоборот. Это гарантирует должное восприятие информации слушателями;
• одним из важных моментов является сохранение единого стиля, унифицированной структуры и формы представления учебного материала на всем уроке;

Рекомендации по применению мультимедийных презентаций Д.В. Гудова:

• Выберите размер шрифта, который будет хорошо виден всем находящимся в аудитории с любого расстояния.
• Букву размером в 2,5 см можно различить с расстояния 3 метра.
• Буква размером 5 см различима с расстояния 6 метров.
• Буква размером 7,5 см различима с расстояния 9 метров.

Рекомендации по применению мультимедийных презентаций Д.В. Гудова:

нужно использовать сжатый, информационный стиль изложения материала, для того чтобы вместить максимум информации в минимум слов, привлечь и удержать внимание обучаемых.

Фрактальная графика

Фрактальная графика является на сегодняшний день одним из самых быстро развивающихся перспективных видов компьютерной графики. 

36

Математической основой фрактальной графики является фрактальная геометрия. В основу метода построения изображений положен принцип наследования от так называемых «родителей» геометрических свойств объектов-наследников.

36

Понятие «Фрактал» и его происхождение

Понятия фрактал , фрактальная геометрия и фрактальная графика , появившиеся в конце 70-х, сегодня прочно вошли в обиход математиков и компьютерных художников. Слово фрактал образовано от латинского «fractus» и в переводе означает «состоящий из фрагментов». Оно было предложено математиком Бенуа Мандель-Бротом в 1975 году. 

Самоподобие является одним из основных свойств фрактала.

Определение «Фрактала»

Фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому.

Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга. В простейшем случае небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.

36

В центре фрактальной фигуры находится её простейший элемент — равносторонний треугольник, который получил название «фрактальный». Затем, на среднем отрезке сторон строятся равносторонние треугольники со стороной, равной (1/3a) от стороны исходного фрактального треугольника. В свою очередь, на средних отрезках сторон полученных треугольников, являющихся объектами-наследниками первого поколения, выстраиваются треугольники-наследники второго поколения со стороной (1/9а) от стороны исходного треугольника .

Таким образом, мелкие элементы фрактального объекта повторяют свойства всего объекта. Полученный объект носит название «фрактальной фигуры». Процесс наследования можно продолжать до бесконечности.

36

Изменяя и комбинируя окраску фрактальных фигур можно моделировать образы живой и неживой природы (например, ветви дерева или снежинки), а также, составлять из полученных фигур «фрактальную композицию».

36

Фрактальная графика, также как векторная и трёхмерная, является вычисляемой. Её главное отличие в том, что изображение строится по уравнению или системе уравнений. Поэтому в памяти компьютера для выполнения всех вычислений, ничего кроме формулы хранить не требуется. 

36

Только изменив коэффициенты уравнения, можно получить совершенно другое изображение. Эта идея нашла использование в компьютерной графике благодаря компактности математического аппарата, необходимого для ее реализации. Так, с помощью нескольких математических коэффициентов, можно задать линии и поверхности очень сложной формы.

36

Возможности фронтальной графики

Фрактальная компьютерная графика позволяет создавать абстрактные композиции, где можно реализовать такие композиционные приёмы как, горизонтали и вертикали, диагональные направления, симметрию и асимметрию и др. С чем можно сравнить фрактальное изображение? Ну, например, со сложной структурой кристалла, со снежинкой, элементы которой выстраивается в одну сложную структуру. Это свойство фрактального объекта может быть удачно использовано при составлении декоративной композиции или для создания орнамента.

С точки зрения машинной графики фрактальная геометрия незаменима при генерации искусственных облаков, гор, поверхности моря. Фактически благодаря фрактальной графике найден способ эффективной реализации сложных неевклидовых объектов, образы которых весьма похожи на природные. Геометрические фракталы на экране компьютера — это узоры, построенные самим компьютером по заданной программе. Помимо фрактальной живописи существуют фрактальная анимация и фрактальная музыка.

36

Программы для работы с фрактальной графикой

• Dabbler
• Apophysis
• Mystica
• Ultra Fractal
• Fracplanet 4.0
• Fractal Explorer

36

Применение

С использованием фракталов могут строиться не только нереальные изображения, но и вполне реалистичные (например, фракталы нередко используются при создании облаков, снега, деревьев и кустов и др.). Поэтому применять фрактальные изображения можно в самых разных сферах, начиная от создания обычных текстур и фоновых изображений и заканчивая фантастическими ландшафтами для компьютерных игр или книжных иллюстраций.

36

Форматы файлов фрактальной графики

*.pov;

*.frp;

*.frs;

*.fri;

*.fro;

*.fr3,

*.fr4 и др.

Визуализированные изображения также могут быть экспортированы в один из растровых графических форматов (jpg, bmp, png и psd), а готовые фрактальные анимации - в AVI-формат.

36

Спасибо за внимание!