Оборудование для компьютерной графики

Теоретический материал

Компьютерная графика.

Компьютерная графика* - область информатики, изучающая методы и свойства и обработки изображений с помощью программно-аппаратных средств.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют:

• Растровая графика.

• Векторная графика.

• Трехмерная графика.

• Фрактальная графика.

Растровое изображение

Составляется из мельчайших точек (пикселов) – цветных квадратиков одинакового размера. Растровое изображение подобно мозаике - когда приближаете (увеличиваете) его, то видите отдельные пиксели, а если удаляете (уменьшаете), пиксели сливаются.

Компьютер хранит параметры каждой точки изображения (её цвет, координаты). Причём каждая точка представляется определенным количеством бит (в зависимости от глубины цвета). При открытии файла программа прорисовывает такую картину как мозаику – как последовательность точек массива.

Глубина цвета - сколько битов отведено на хранение цвета каждой точки:

- в черно-белом - 1 бит

- в полутоновом - 8 бит

- в цветном - 24 (32) бита на каждую точку.

Растровые файлы имеют сравнительно большой размер, т.к. компьютер хранит параметры всех точек изображения. Поэтому размер файла зависит от параметров точек и их количества:

– от глубины цвета точек,

– от размера изображения (в большем размере вмещается больше точек),

– от разрешения изображения (при большем разрешении на единицу площади изображения приходится больше точек).

Чтобы увеличить изображение, приходится увеличивать размер пикселейквадратиков. В итоге изображение получается ступенчатым, зернистым.

Растровое изображение нельзя расчленить. Оно «литое», состоит из массива точек. Поэтому в программах для обработки растровой графики предусмотрен ряд инструментов для выделения элементов «вручную». Например, в Photoshop - это инструменты «Волшебная палочка», Лассо, режим маски и др. Близкими аналогами являются живопись, фотография

Программы для работы с растровой графикой: Paint; Microsoft Photo Editor; Adobe Photoshop; Fractal Design Painter; Micrografx Picture Publisher.

Применение:

Ø для обработки изображений, требующей высокой точности передачи оттенков цветов и плавного перетекания полутонов. Например, для:

Ø ретуширования, реставрирования фотографий;

Ø создания и обработки фотомонтажа, коллажей;

Ø применения к изображениям различных спецэффектов;

Ø после сканирования изображения получаются в растровом виде.

Векторное изображение

Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике – линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.

Линия – элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная).

Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом. Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами. Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно, представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.

Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде математических формул. При открытии файла программа прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам (уравнениям).

Векторное изображение масштабируется без потери качества: масштабирование изображения происходит при помощи математических операций: параметры примитивов просто умножаются на коэффициент масштабирования.

Векторное изображение можно расчленить на отдельные элементы (линии или фигуры), и каждый редактировать, трансформировать независимо.

Векторные файлы имеют сравнительно небольшой размер, т.к. компьютер запоминает только начальные и конечные координаты элементов изображения - этого достаточно для описания элементов в виде математических формул. Размер файла как правило не зависит от размера изображаемых объектов, но зависит от сложности изображения: количества объектов на одном рисунке (при большем их числе компьютер должен хранить больше формул для их построения), характера заливки - однотонной или градиентной) и пр. Понятие «разрешение» не применимо к векторным изображениям.

Векторные изображения: более схематичны, менее реалистичны, чем растровые изображения, «не фотографичны». Близкими аналогами являются слайды мультфильмов, представление математических функций на графике.

Программы для работы с векторной графикой: Corel Draw Adobe Illustrator Fractal Design Expression Macromedia Freehand AutoCAD.

Применение:

Ø для создания вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений;

Ø для построения чертежей, диаграмм, графиков, схем;

Ø для рисованных изображений с четкими контурами, не обладающих большим спектром оттенков цветов;

Ø для моделирования объектов изображения; для создания 3-х мерных изображений.

Трехмерная графика

Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. 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.

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.

Программы для работы с трехмерной графикой: 3D Studio MAX 5, AutoCAD, Компас .

Применение:

Ø научные расчеты,

Ø инженерное проектирование,

Ø компьютерное моделирование физических объектов изделия в машиностроении,

Ø видеороликах,

Ø архитектуре,

Ø изделиях машиностроения изображения моделируются и перемещаются в пространстве.

Фрактальная графика

Фрактальная графика – одна из быстроразвивающихся и перспективных видов компьютерной графики. Математическая основа - фрактальная геометрия. Фрактал – структура, состоящая из частей, подобных целому. Одним из основных свойств является самоподобие. Фрактус – состоящий из фрагментов.

Объекты называются самоподобными, когда увеличенные части объекта походят на сам объект. Небольшая часть фрактала содержит информацию о всем фрактале.

В центре находится простейший элемент – равносторонний треугольник, который получил название- фрактальный.

На среднем отрезке сторон строятся равносторонние треугольники со стороной =1/3а от стороны исходного фрактального треугольника

В свою очередь на средних отрезках сторон, являющихся объектами первого поколения строятся треугольника второго поколения1/9а от стороны исходного треугольника.

Таким образом, мелкие объекты повторяют свойства всего объекта. Процесс можно продолжать до бесконечности.

Полученный объект носит название – фрактальной фигуры. Абстрактные композиции можно сравнить со снежинкой, с кристаллом.

Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких 80 объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям.

Программа для работы с фрактальной графикой: фрактальная вселенная 4.0 fracplanet

Применяют: математики, художники.

Оборудование для компьютерной графики

Чаще всего, после того, как изображение возникло на мониторе, пользователь каким-либо образом должен взаимодействовать с ним: модифицировать, передвигать, управлять... Для этого существует ряд диалоговых устройств, о которых мы и поговорим. Для того, чтобы увидеть крупное изображение иллюстрации, представленной ниже, щелкните по ней мышкой.

Мышь

Мышь — это устройство с обратной связью, причем важную и необходимую роль в этой связи играет человек, так как именно он (а точнее, его мозг), анализируя расположение курсора на экране, принимает дальнейшее решение о том, в какую точку и насколько следует переместить мышь, а вместе с ней и курсор.

Принцип работы мыши следующий. Внутри устройства имеется два небольших валика, расположеных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. На каждом валике закреплено по небольшому колесику с зазубринами. По обе стороны от колес расположены фотоэлементы, подпаянные к небольшой микросхеме. Имеется прорезиненный шарик, который одновременно входит в довольно плотный контакт с поверхностью стола и валиками. При перемещении мыши по коврику шарик вращается, поворачивая, в свою очередь, и валики. Фотоэлементы отмечают чередование зазубрин колесиков, зная это, несложная микросхема вычисляет, на сколько продвинулась мышь. Сигнал от мыши поступает на порт персонального компьютера, при необходимости сигнал дополнительно обрабатывается и преобразуется в движение указателя по экрану.

По такому принципу в настоящее время построено большинство мышей, но имеются и другие разработки. Наиболее удачная и известная среди них — мышь IntelliMouse фирмы Microsoft. Передвижение устройства отслеживается миниатюрной видеокамерой (!), делающей снимки 1500 раз в секунду. Встроенный микропроцессор производительностью 18 млн. операций в секунду анализирует изображение, которое поступает из камеры, и на основе этой информации делает выводы о перемещении мыши.

Разработчики также очень серьезно подошли к тому, чтобы сделать устройство удобным и красивым: во-первых, внешний вид мыши сильно изменен; во-вторых, устройство очень эргономично: положив на него ладонь, чувствуется, как мышцы расслабляются, и рука отдыхает; в-третьих, двигать мышку можно не только по коврику, но и по бумаге, брюкам, ладони — везде она будет работать одинаково хорошо. В общей сложности мышь имеет семь кнопок, если таковыми считать два направления колеса, надавливание на колесо, две стандартные кнопки и две дополнительные кнопки на левой части. По умолчанию боковые кнопки выполняют функции «Назад» и «Вперед» в броузере, однако прилагающееся программное обеспечение позволяет назначить им выполнение других действий.

Джойстик

В простейшем случае джойстик состоит из подвижной рукоятки, закрепленной на основании и позволяющей перемещать объект на мониторе в любую из четырех или восьми сторон, и одной-двух кнопок, которым можно назначать различные действия, например, «прыжок», «огонь» в компьютерной игре. При перемещении рукоятки в ту или иную сторону (а также при нажатии кнопок) соответствующие контакты внутри корпуса джойстика замыкаются, в компьютер посылается специальный сигнал или сигналы, которые игровая программа транслирует в движение объекта по экрану.

Современные джойстики устроены гораздо сложнее: они могут иметь довольно причудливую форму, содержать более десятка кнопок, позволяют очень плавно управлять объектом. Наиболее продвинутые модели могут быть с обратной связью — чаще всего такая технология используется в игровых симуляторах; в этом случае для усиления «эффекта присутствия» ручка джойстика имитирует толчки и вибрации, пропорциональные их силе в игре.

Дигитайзер

Дигитайзер или планшет, как его тоже называют, состоит из двух основных элементов: основания и курсора, двигающегося по его поверхности. Это устройство, изначально предназначенное для оцифровки изображений. При нажатии на кнопку курсора его местоположение на поверхности планшета фиксируется основанием, а его координаты передаются в компьютер.

Сейчас дигитайзер также часто ассоциируют с управлением командами в «Автокаде» и аналогичных системах при помощи накладных меню. Команды в меню расположены на разных местах на поверхности дигитайзера. При выборе курсором одной из команд специальный программный драйвер интерпретирует координаты указанного места, посылая соответствующую команду на выполнение. Не последнее место занимает применение планшетов для создания на компьютере рисунков и набросков. Художник создает изображение на экране, но его рука водит пером по планшету. Наконец, дигитайзер можно использовать просто как аналог манипулятора «мышь».

Перчатки и виртуальный шлем

Специальные перчатки чаще всего используют вкупе с виртуальным шлемом. Они позволяют «взять» некий виртуальный камень (или другой предмет), который пользователь видит перед собой в шлеме, повернуть его, не выпуская из рук, и даже почувствовать его неправильную, угловатую или, наоборот, обтекаемую форму. Cпециальные датчики, закрепленные на перчатке, считывают положение пальцев пользователя, компьютер обрабатывает эти сигналы, преобразует их в картинку для виртуального шлема, а также посылает управляющие сигналы выполненным из специального материала подушечкам перчатки, которые принимают ту или иную форму и давят с разной силой на различные участки ладони пользователя, создавая иллюзию сжатия предмета.

В виртуальном шлеме имеется два экрана, каждый из которых выводит свое изображение для левого и правого глаза пользователя. Ни левый, ни правый глаз не видит, что происходит на соседнем экране, так как этому мешает перегородка виртуального шлема. В мозгу смотрящего принятые изображения складываются в единую трехмерную картину.

Штурвал и педали

Интересными разновидностями джойстиков можно считать штурвал и педали. Такие вещи больше всего используются в симуляторах различных полетов.

Штурвал представляет из себя контроллер, имеющий 3 оси (тангаж, крен, газ), а также целую россыпь кнопок: 3 кнопки, два 2-позиционных качающихся переключателя, 4-позиционный хэт, а также два рычажка (закрылки и шасси), один из которых 1-позиционный, а другой — 2-позиционный.

Особенностью педалей является наличие дополнительной функции педальных тормозов: помимо скользящего движения, характерного для управления рулем поворота в воздухе, каждая педальная площадка имеет качающееся движение, для имитации подтормаживания одной или обеих стоек шасси, используемого при рулении на земле.

Мультимедийный набор

звуковая карта;
звуковые колонки;
микрофон;
CD-ROM;
кабели...

И многое, многое другое:

чувствительный экран (touch-панель)
световое перо
контактный, акустический, лазерный щуп (перо)
считыватель-обработчик штрих-кодов
цифровая камера
dvd-проигрыватель
спутниковая плата
программируемая клавиатура
ультразвуковая мышка («Сова»)

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!