Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Компьютерная графика

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 20.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 9. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


СОДЕРЖАНИЕ
Введение                                                                                                                  3
1    Виды компьютерной графики                                                                      5
1.1 Фрактальная  графика                                                                                   5 

1.2 Трехмерная  графика                                                                                     5 

2    Растровая и векторная графика                                                                  10
3    Что лучше: вектор или растр?                                                                 12
4     Представление графических данных                                                       15
4.1Форматы графических данных                                                                   15
4.2Цвет и цветовые модели                                                                             17
5     Программное обеспечение для работы с графикой                              19
5.1Программные средства создания растровых изображений                    19
5.2Программы векторной графики                                                                22
5.3Программные средства обработки трехмерной графики                        27
Заключение                                                                                                   29
Список используемой литературы                                                                30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ 

     Представление данных на мониторе компьютера в  графическом  виде впервые было реализовано в  середине 50-х годов для больших  ЭВМ, применявшихся в научных  и военных исследованиях. С тех  пор графический способ отображения  данных стал неотъемлемой принадлежностью  подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический  интерфейс пользователя сегодня  является стандартом “де-факто” для  программного обеспечения разных классов, начиная с операционных  систем.
     Существует  специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с  помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки.
     В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику  принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.
     Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.
     Особенности цветового охвата характеризуют  такие понятия, как черно-белая и цветная графика.
     На  специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие.
     На  стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.
     Заметное  место в компьютерной графике  отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных (Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.
     Хотя  компьютерная графика служит всего  лишь инструментом, ее структура и  методы основаны на передовых достижениях  фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других.
     Это замечание справедливо как для  программных, так и для аппаратных средств создания и обработки  изображений на компьютере.
     Поэтому компьютерная графика является одной  из наиболее бурно развивающихся  отраслей информатики и во многих случаях выступает “локомотивом”, тянущим за собой всю компьютерную индустрию. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
      Фрактальная графика
     Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом  фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких  объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.
      Трехмерная  графика

 
 
 
     Рисунок 1 – Трехмерная графика
     Трехмерная  графика нашла широкое применение в таких областях, как научные  расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов (рис. 1). В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования – создание подвижного изображения реального физического тела.
     В упрощенном виде для пространственного  моделирования объекта требуется:
    спроектировать и создать виртуальный каркас (“скелет”) объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;
    спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;
    присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне – “спроектировать текстуры на объект”);
    настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;
    задать траектории движения объектов;
    рассчитать результирующую последовательность кадров;
    наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.
     Для создания реалистичной модели объекта  используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и  прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. В последнем случае применяют чаще всего метод бикубических рациональных В-сплайнов на неравномерной сетке (NURBS). Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и “гладкость” поверхности в целом.
     После формирования “скелета” объекта  необходимо покрыть его поверхность  материалами. Все многообразие свойств  в компьютерном моделировании сводится к визуализации поверхности, то есть к расчету коэффициента прозрачности поверхности и угла преломления  лучей света на границе материала  и окружающего пространства.
     Закраска  поверхностей осуществляется методами Гуро (Gouraud) или Фанга (Phong). В первом случае цвет примитива рассчитывается лишь в его вершинах, а затем линейно интерполируется по поверхности. Во втором случае строится нормаль к объекту в целом, ее вектор интерполируется по поверхности составляющих примитивов и освещение рассчитывается для каждой точки.
     Свет, уходящий с поверхности в конкретной точке в сторону наблюдателя, представляет собой сумму компонентов, умноженных на коэффициент, связанный с материалом и цветом поверхности в данной точке. К таковым компонентам относятся:
    свет, пришедший с обратной стороны поверхности, то есть преломленный свет (Refracted);
    свет, равномерно рассеиваемый поверхностью (Diffuse);
    зеркально отраженный свет (Reflected);
    блики, то есть отраженный свет источников (Specular);
    собственное свечение поверхности (Self Illumination).
     Следующим этапом является наложение (“проектирование”) текстур на определенные участки  каркаса объекта. При этом необходимо учитывать их взаимное влияние на границах примитивов. Проектирование материалов на объект – задача трудно формализуемая, она сродни художественному процессу и требует от исполнителя хотя бы минимальных творческих способностей.
     После завершения конструирования и визуализации объекта приступают к его “оживлению”, то есть заданию параметров движения. Компьютерная анимация базируется на ключевых кадрах. В первом кадре  объект выставляется в исходное положение. Через определенный промежуток (например, в восьмом кадре) задается новое  положение объекта и так далее  до конечного положения. Промежуточные  значения вычисляет программа по специальному алгоритму. При этом происходит не просто линейная аппроксимация, а  плавное изменение положения  опорных точек объекта в соответствии с заданными условиями.
     Эти условия определяются иерархией  объектов, (есть законами их взаимодействия между собой), разрешенными плоскостями  движения, предельными углами поворотов, величинами ускорений и скоростей. Такой подход называют методом  инверсной кинематики движения. Он хорошо работает при моделировании механических устройств. В случае с имитацией живых объектов используют так называемые скелетные модели. То есть, создается некий каркас, подвижный в точках, характерных для моделируемого объекта. Движения точек просчитываются предыдущим методом. Затем на каркас накладывается оболочка, состоящая из смоделированных поверхностей, для которых каркас является набором контрольных точек, то есть создается каркасная модель. Каркасная модель визуализуется наложением поверхностных текстур с учетом условий освещения. В ходе перемещения объекта получается весьма правдоподобная имитация движений живых существ.
     Наиболее  совершенный метод анимации заключается  в фиксации реальных движений физического  объекта. Например, на человеке закрепляют в контрольных точках яркие источники  света и снимают заданное движение на видео- или кинопленку. Затем координаты точек по кадрам переводят с пленки в компьютер и присваивают  соответствующим опорным точкам каркасной модели. В результате движения имитируемого объекта практически  неотличимы от живого прототипа.
     Процесс расчета реалистичных изображений  называют рендерингом (визуализацией). Большинство современных программ рендеринга основаны на методе обратной трассировки лучей (Backway Ray Tracing). Применение сложных математических моделей позволяет имитировать такие физические эффекты, как взрывы, дождь, огонь, дым, туман1. По завершении рендеринга компьютерную трехмерную анимацию используют либо как самостоятельный продукт, либо в качестве отдельных частей или кадров готового продукта.
     Особую  область трёхмерного моделирования  в режиме реального времени составляют тренажеры технических средств  – автомобилей, судов, летательных  и космических аппаратов. В них  необходимо очень точно реализовывать  технические параметры объектов и свойства окружающей физической среды. В более простых вариантах, например при обучении вождению наземных транспортных средств, тренажеры реализуют на персональных компьютерах.
     Самые совершенные на сегодняшний день устройства созданы для обучения пилотированию космических кораблей и военных летательных аппаратов. Моделированием и визуализацией  объектов в таких тренажерах заняты несколько специализированных графических  станций, построенных на мощных RISC-процессорах и скоростных видеоадаптерах с аппаратными ускорителями трехмерной графики. Общее управление системой и просчет сценариев взаимодействия возложены на суперкомпьютер, состоящий из десятков и сотен процессоров. Стоимость таких комплексов выражается девятизначными цифрами, но их применение окупается достаточно быстро, так как обучение на реальных аппаратах в десятки раз дороже. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    РАСТРОВАЯ И ВЕКТОРНАЯ ГРАФИКА
     
     
     
     
     

     Рисунок 2 – Векторная графика
     Векторные изображения (также называемые объектно-ориентированными) определяются математически как векторы — наборы точек, соединенных линиями. Векторы — объекты, описываемые величиной (размером) и направлением (углы, кривизна и так далее). Файлы, в которых хранятся векторные образы, представляют собой списки строк с информацией относительно их расположения, формы, направления, длины, цвета и других данных. Графические элементы векторного файла как раз и называются объектами. Каждый объект представляет из себя самостоятельную систему и обладает всеми свойствами включенными в его описание.
     Поскольку каждый объект является самостоятельной  системой, его можно перемещать и  многократно изменять его свойства, сохраняя при этом первоначальное качество и четкость изображения и не влияя  на другие объекты иллюстрации. Эти  свойства делают векторные программы (такие как CorelDRAW) очень удобными для иллюстративного и трехмерного моделирования, где в процессе работы часто требуется создавать отдельные объекты и видоизменять их.
     Векторные иллюстрации всегда отображаются с  максимальным разрешением, которого позволяет  достичь устройство вывода (например принтер или монитор). Это означает, что качество их не зависит от разрешения иллюстрации. В результате качество иллюстрации, напечатанной на принтере с разрешением 600 точек на дюйм, будет выше, чем на принтере с разрешением 300 точек на дюйм.
       
 
 
 

     Рисунок 2- Растровая графика
     Растровые изображения, также называемые рисованными, состоят из отдельных точек (элементов изображения), именуемых пикселями, которые создают узор за счет различного положения и окраски. При увеличении изображения можно увидеть составляющие его отдельные квадратики. Увеличение размера растрового изображения происходит за счет увеличения каждого элемента, что огрубляет все линии и формы. Однако при большем удалении цвет и форма растрового изображения будут выглядеть сплошными.
     В отличие от векторных иллюстраций, работая с растровыми изображениями, можно корректировать мелкие детали, производить значительные изменения  и усиливать различные эффекты.
     Поскольку каждый элемент изображения имеет  собственный цвет, то, изменяя выбранную  область по одному элементу, можно  создавать фотографические эффекты, такие как затенение и усиление цвета.
     Уменьшение  размера растрового изображения, как  и увеличение, также искажает начальный  вид, поскольку для уменьшения общего размера изображения часть его  элементов удаляется.
     Кроме того, поскольку растровое изображение  создано из упорядоченно расставленных  точек, нельзя манипулировать его отдельно взятыми частями (то есть перемещать их), не нарушая целостности всего  изображения.

     3 ЧТО ЛУЧШЕ: ВЕКТОР ИЛИ РАСТР?

 
     Однозначного  ответа на этот вопрос нет. Лучшее качество отображения цветов и текстуры обеспечивают растровые изображения, но вместе с  тем они занимают больший объем  памяти и требуют большего времени  для печати. Векторные изображения  в то же время имеют более четкие линии и при печати требуют  меньших ресурсов.
     Программы рисования и обработки растровых  изображений (например, Corel PHOTO PAINT и Adobe PhotoShop) применяются, когда необходимо отобразить непрерывное изменение тона и получить доступ к микродеталям рисунка. Иллюстрационные программы (такие как CorelDRAW) и программы трехмерного моделирования (CorelDREAM 3D) работают с векторными изображениями, позволяя создавать отдельные объекты и в процессе работы многократно манипулировать ими.
     При работе с растровыми изображениями  качество результата зависит от выбранных  на начальной стадии процесса параметров разрешения. Разрешение — это общий  термин, относящийся к количеству элементов информации, содержащейся в файле изображения, а также  к уровню детализации, который может  обеспечить устройство ввода, вывода или  отображения. При работе с растровыми изображениями разрешение влияет как  на качество результата работы, так  и на размер файла.
     При работе с растровыми изображениями  требуется учитывать, где они  будут применяться, поскольку выбранное  разрешение изображения обычно сохраняется  вместе с файлом. При печати растрового файла, например, на лазерном принтере с разрешением 300 точек на дюйм или  на фотонаборном автомате с разрешением 1270 точек на дюйм, он будет напечатан  с тем разрешением, которое было установлено при создании изображения, если оно не выше разрешения принтера.
     Определение образов в виде ряда векторов в  целом обеспечивает большую эффективность при работе с ними, нежели определение образов как огромного количества отдельных точек. Это объясняется тем, что даже простой объект может состоять из многих тысяч точек, каждая из которых должна иметь собственные атрибуты, в то время как тот же самый образ может быть определен в виде небольшого количества сегментов кривой. Следовательно, файлы векторных образов CorelDRAW, как правило, имеют меньший размер, чем файлы сравнимых растровых образов.
     В дополнение к созданию более компактных файлов, векторные образы CorelDRAW имеют другие важные преимущества. Например, образ CorelDRAW можно легко масштабировать без потерь качества в диапазоне размеров от пиктограммы до большого плаката.
     Эта легкость масштабирования проистекает  из механизма определения плавных  кривых линий. В отличие от растровых  рисунков они сохраняют свою плавность  и непрерывность даже при значительном увеличении (растровые образы при  этом становятся ступенчатыми). Такие  кривые называются кривыми Безье по имени французского инженера Безье (Besier), который в 1970-х годах разработал теорию их математического описания.
     В целом ряде случаев, однако, разработчики графики не могут обойтись без  растров. Это, например, касается создания иллюстраций для публикации в  Internet. Самые популярные программы-обозреватели Web не могут интерпретировать образы в формате CorelDRAW. Кроме того, относительно низкое разрешение мониторов компьютера (обычно 72 точки на дюйм) способно нивелировать преимущества создания векторно-основанных образов.
     С другой стороны, многие графические  разработки предназначаются для  вывода в виде твердых копий, и  здесь векторные образы CorelDRAW подходят как нельзя лучше. Векторные графические средства Corel обеспечивают разработчику необычайно мощный набор функций. CorelDRAW может затем легко транслировать созданные образы в растровые форматы, в частности, в файлы обоих широко применяемых Web-совместимых растровых форматов: GIF и JPEG. Кроме того, на помощь CorelDRAW можно привлечь и другого "богатыря" — Corel PHOTO PAINT (специальную программу для работы с растровой графикой из комплекта CorelDRAW). Таким образом, в этом смысле CorelDRAW — вероятно, лучшее наиболее универсальное средство для разработки графики как векторной, так и растровой основы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ

     4.1 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 (контурах обтравки) изображений. Для уменьшения размера файла применяется встроенный алгоритм сжатия LZW.
     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 появился как 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 GIF89a 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, предусмотрены 254 уровня альфа-канала, чересстрочная развертка.
     WMF (Windows MetaFile). Формат хранения векторных изображений операционной системы Windows (расширение имени файла .WMF). По определению поддерживается всеми приложениями этой системы. Однако отсутствие средств для работы со стандартизированными цветовыми палитрами, принятыми в полиграфии, и другие недостатки ограничивают его применение.
     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-независимьм, 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. 
 

     4.2 Цвет и цветовые модели

 
     В компьютерной графике применяют  понятие цветового разрешения (другое название – глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно-белого изображения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 256 градаций цветового тона. Два байта (16 бит) определяют 65 536 оттенков (такой режим называют High Color). При 24-разрядном способе кодирования, возможно, определить более 16,5 миллионов цветов.
     С практической точки зрения цветовому  разрешению монитора близко понятие  цветового охвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можно воспроизвести с помощью того или иного устройства вывода (монитор, принтер, печатная машина и прочие). В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или субтрактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. В компьютерной графике в основном применяют модели RGB и HSB (для создания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копии изображения на полиграфическом оборудовании). Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующей цветовое пространство,
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.