Tipuri de grafică pe calculator

Grafica grafică este o arie specială de informatică, care studiază metode și metode de creare și prelucrare a imaginilor folosind sisteme informatice bazate pe software.

Acesta acoperă toate tipurile și formele de reprezentare a imaginilor accesibile pentru percepția umană fie pe ecranul monitorului, fie ca o copie pe un suport extern.

În funcție de metoda de formare a imaginilor, grafica pe calculator este împărțită în: bitmap, vector și fractal.

Un subiect separat este grafica tridimensională (3D) - un grafic care studiază tehnici și metode de construire a modelelor 3D de obiecte în spațiul virtual. De regulă, aceasta combină metodele vectoriale și raster de formare a imaginii.

Caracteristicile de acoperire a culorilor sunt caracterizate de concepte precum alb-negru și grafice color.

Prin gradul de specializare, toate tipurile de grafică pe calculator sunt împărțite în: grafică inginerie, grafică științifică, grafică web, grafică pe calculator etc.

În ciuda faptului că grafica pe calculator este doar un instrument, structura și metodele sale se bazează pe realizările avansate ale științelor fundamentale și aplicate: matematică, fizică, chimie, biologie, statistici, programare, și multe altele.

3.2.1 Grafica raster

Graficele grafice sunt grafice, imaginea în care este reprezentată ca un set de puncte. Fiecare punct este numit un element raster și descrierea sa este stocată în fișiere speciale de raster.

Există mai multe formate de fișiere raster, de exemplu, DIB (Device-Independent Bitmap) utilizat în Windows.

Imaginea de pe ecran, pe hârtie, obținută cu o imprimantă cu matrice punctată, este o imagine bitmap.

Pentru imaginile raster formate din puncte, conceptul de rezoluție, exprimând numărul de puncte care sosesc pe unitate de lungime, este de o importanță deosebită. distinge:

- rezoluția imaginii ecranului;

- rezoluția imaginii imprimate.

Rezoluția a originalului este măsurată în puncte per inch, în funcție de cerințele privind calitatea imaginii și dimensiunea fișierului, sau o metodă de metodă de creare ilustrația originală, formatul de fișier favorite și alți parametri digitizarea. În general, regula se aplică: cu cât cerințele de calitate sunt mai ridicate, cu atât este mai mare rezoluția originalului.

Rezoluția imaginii de pe ecran. Pentru copiile de pe ecran ale unei imagini, un punct elementar al unui raster este numit pixel. Dimensiunea pixelilor variază în funcție de rezoluția ecranului selectată, rezoluția originală și scala de afișare.

Rezoluția imaginii imprimate. dimensiunea Dot ca imagine bitmap într-un suport de hârtie (hârtie, film, etc.), iar pe ecran depinde de metoda utilizată și parametrii screening-ul original. La rasterizare, originalul este suprapus cu o rețea de linii, ale căror celule formează un element raster. Frecventa grilei raster este masurata prin numarul de linii pe inch si se numeste linia.

Prin intermediul graficelor raster este acceptat să ilustreze lucrări care necesită o precizie ridicată în transmiterea culorilor și a haltelor. Cu toate acestea, dimensiunea fișierelor de imagini raster crește în mod rapid cu creșterea rezoluției.

Unul dintre dezavantajele graficii raster este așa-numita pixelizare a imaginilor atunci când sunt mărite (dacă nu se iau măsuri speciale). O dată în original există un anumit număr de puncte, apoi pe o scară largă, mărimea lor crește, elementele rastrului devin vizibile, ceea ce distorsionează ilustrația însăși.

Pentru a contracara pixelizarea, este obișnuit:

1) pre-digitizați originalul cu o rezoluție suficientă pentru o vizualizare de înaltă calitate la scalare;

2) aplicați un raster stocastic, ceea ce face posibilă reducerea efectului de pixelizare în anumite limite;

3) utilizează metoda de interpolare, în care creșterea mărimii ilustrației nu se datorează scalării punctelor, ci prin adăugarea numărului necesar de puncte intermediare.

3.2.2 Grafica vectorială

În grafica vectorială, elementul de bază al imaginii este linia. Linia este descrisă matematic ca un singur obiect și, prin urmare, cantitatea de date care afișează un obiect utilizând grafică vectorială este semnificativ mai mică decât într-o diagramă raster.

Linia este un obiect elementar al graficii vectoriale. Ca orice obiect, linia are proprietățile: forma (drept, curbă), grosimea, culoarea, inscripția (solidă, punctată). Liniile închise dobândesc proprietatea de umplere. Spațiul acoperit de acestea poate fi umplut cu alte obiecte (texturi, hărți) sau cu culoarea selectată.

Uneori, noțiunea de contur este folosită în locul conceptului de linie. Acest termen reflectă mai mult esența, deoarece conturul poate avea orice formă - o linie dreaptă, o curbă, o linie întreruptă, o formă.

Cea mai simplă linie închisă sau contur are două sau mai multe puncte, numite noduri. Un element de contur, închis între două puncte de referință adiacente, se numește un segment de contur. Nodurile au, de asemenea, proprietăți ale căror parametri afectează forma capătului liniei și natura interfeței cu alte obiecte.

Forma conturului se modifică prin deplasarea punctelor de ancorare, schimbarea proprietăților, adăugarea de noi și ștergerea nodurilor existente.

Buclele pot fi deschise și închise când ultimul punct de control este atât primul.

Conturul este un obiect grafic elementar. Creați obiecte sau grupuri noi din contururi. Cu mai multe contururi efectuați operațiuni de grupare, combinare, îmbinare. Ca urmare, se formează un grup de obiecte, un contur compus, respectiv un contur nou.

După operația de grupare, fiecare cale își păstrează proprietățile și nodurile asociate.

După operația de combinare, conturul compozit dobândește proprietăți noi, dar nodurile rămân aceleași.

După operația de conectare, se formează noi noduri și se schimbă proprietățile contururilor originale.

Parametrii conturului conturului determină apariția acestuia pe afișaj. Acestea includ: grosimea liniei, culoarea liniei, tipul liniei (solid, punctat și altele), forma capetelor (cu săgeata, rotunjită și altele).

Contururile închise au o proprietate specială - turnarea, adică parametrii de umplere a zonei acoperite.

Umplerea este, de asemenea, un obiect și are un set propriu de proprietăți. Deosebim: culoarea de umplere prim-plan, de umplere cu gradient (de umplere două culori, cu o tranziție lină între acestea), umpluturile de textură (umple model cu o structură regulată) și umple cardul de imagine (umplere imagine raster pregătite, numite carduri).

Fundamentele matematice ale graficii vectoriale:

Un punct este un obiect în plan reprezentat de două numere (x, Y) indicând poziția sa față de origine.

O linie dreaptă este o linie descrisă de ecuația:

Specificarea parametrilor k și b. Puteți afișa întotdeauna o linie dreaptă infinită într-un sistem de coordonate cunoscut, adică pentru a specifica o linie dreaptă, doi parametri sunt suficienți.

Segmentul de linie diferă de linia dreaptă prin faptul că sunt necesari doi parametri suplimentari pentru descrierea sa - coordonatele începutului și sfârșitului segmentului.

Curba ordinii a doua este o parabolă. Hiperbola, elipse, cercuri, adică Toate liniile ale căror ecuații conțin grade mai mari decât a doua. O curbă de ordinul doi nu are puncte de inflexiune. Liniile drepte sunt doar un caz special de curbe de ordinul doi.

În general, ecuația unei curbe de ordinul doi poate să arate ca:

Astfel, pentru a descrie o curbă infinită de ordinul doi, parametrii sunt suficienți. În descrierea unui segment al unei curbe de ordinul doi, avem nevoie de doi parametri.

Curba de ordinul trei, spre deosebire de curbele de ordinul doi, are un posibil punct de inflexiune, datorită cărora curbele de ordinul al treilea reprezintă baza cartografierii obiectelor naturale în grafica vectorială. Un exemplu de curbe de ordinul trei sunt liniile de îndoire a corpului uman.

În general, ecuația de ordinul trei poate să arate ca:

Curba Bezier este un tip simplificat de curbe de ordinul trei. Metoda de construire a curbei Bezier se bazează pe utilizarea unei perechi de tangente atinse de segment la capătul său. Segmentele curbelor Bezier sunt descrise de opt parametri, deci este mai convenabil să lucrați cu ei. Forma liniei este afectată de unghiul de înclinare al tangentei și de lungimea segmentului său.

3.2.3 Grafica Fractală

Grafica fractală, ca vectorul, se bazează pe calcule matematice. Cu toate acestea, elementul de bază al graficii fractale este formula matematică în sine, adică Nu sunt stocate obiecte în memoria calculatorului și imaginea este construită exclusiv prin ecuații.

Baza matematică a graficii fractale este geometria fractală. Aici, principiul moștenirii de la așa-numitele "părinți" a proprietăților geometrice ale obiectelor moștenitorilor se bazează pe metoda de construire a imaginilor.

Conceptele de geometrie fractală, fractală și grafică fractală, care au apărut la sfârșitul anilor '70. astăzi s-au stabilit ferm în viața de zi cu zi a matematicienilor și a artiștilor de calculator. Cuvântul fractal este format din fractul latin și în mijloacele de traducere "constând din fragmente". Acesta a fost sugerat de matematicianul Benoit Mandelbrot în 1975 pentru a desemna structurile neregulate, dar auto-similare pe care le-a practicat.

Un fractal este o structură formată din părți care sunt într-un fel similari cu întregul.

Una dintre proprietățile principale ale fractalilor este auto-similitudinea. Un obiect se numește auto-similar atunci când părțile lărgite ale unui obiect sunt ca și obiectul însuși și unul altuia. Pentru a paraframa această definiție, putem spune că, în cel mai simplu caz, o mică parte a fractalului conține informații despre întregul fractal.

În centrul cifrei fractale este elementul său cel mai simplu - un triunghi echilateral, numit "fractal". Apoi, triunghiuri echilaterale sunt construite pe laturile segmentului de mijloc cu laterale egale (1 / 3a) din partea laterală a triunghiului fractal original. La rândul său, la mijlocul anilor lungimile părților obținute triunghiuri care sunt subiecți ai succesorilor de primă generație, a doua triunghiuri căptușeală generație descendentă cu laturile (1 / 9a) ale laturilor originale triunghi.

Astfel, elementele mici ale obiectului fractal repetă proprietățile întregului obiect. Obiectul rezultat este denumit "figura fractală". Procesul de moștenire poate continua pe termen nelimitat. Astfel, este posibil să se descrie un astfel de element grafic drept linie dreaptă.

Schimbând și combinând culoarea formelor fractale, se pot modela imagini de natură animată și neînsuflețită (de exemplu, ramuri de copaci sau fulgi de zăpadă) și, de asemenea, să se facă o "compoziție fractală" din cifrele obținute.

Așa cum sa mai spus, grafica fractală, la fel ca vectorul și tridimensional, sunt computerizate. Imaginea este construită de o ecuație sau de un sistem de ecuații. Cu o schimbare a coeficienților ecuației, puteți obține o imagine complet diferită. Această idee a fost utilizată în grafica computerelor datorită compactității aparatului matematic necesar implementării sale. Deci, cu ajutorul mai multor coeficienți matematici este posibil să se stabilească linii și suprafețe de o formă foarte complexă.

Deci, conceptul de bază pentru grafica informatică fractală este "Triunghiul fractal". Apoi vine "figura fractală", "obiect fractal"; "Linie dreaptă fractală"; "Compoziție fractală"; "Obiect-părinte" și "Obiect-moștenitor".

Supraaccentuată capacități grafice computerizate fractale, ce permite crearea compoziției abstracte, cu implementarea de tehnici, cum compozit pe orizontală și verticală, diagonală, simetria și asimetria și colab.

Din punctul de vedere al graficii computerizate, geometria fractală este indispensabilă în generarea de nori artificiali, munți, suprafața mării. De fapt, datorită graficului fractal, sa găsit o metodă de implementare eficientă a obiectelor complexe non-euclide, ale căror imagini sunt foarte asemănătoare cu cele naturale. Fractalele geometrice pe ecranul calculatorului sunt modele create de calculator însuși pentru un anumit program. În plus față de pictura fractală, există animație fractală și muzică fractală.

Grafica tridimensională a găsit o aplicație largă în domenii precum calcule științifice, design ingineresc, simularea pe calculator a obiectelor fizice.

Într-o formă simplificată, pentru modelarea spațială un obiect necesită:

- proiectați și creați un schelet virtual (schelet) al obiectului, care corespunde cel mai bine formei sale reale;

- Proiectați și creați materiale virtuale, pe baza proprietăților fizice ale vizualizării, similare celor reale;

- atribui materialelor diferitelor părți ale suprafeței obiectului (texturi de design pe obiect);

- regla parametrii fizici ai spațiului în care va funcționa obiectul;

- setul de iluminat, gravitatea, proprietățile atmosferei, proprietățile interacțiunii obiectelor și suprafețelor.

Pentru a crea un model realist al obiectului, se folosesc primitive geometrice (dreptunghi, cub, minge, con și altele) și suprafețele spline netede, cel mai adesea folosind metoda spline B bicubice raționale pe o rețea neuniformă.

În grafica computerizată, o spline este o curbă construită din mai multe puncte, iar descrierea curbei este dată de un polinom de un anumit grad.

Un interes deosebit este crearea de reprezentări grafice tridimensionale (aproximări) ale corpului uman ca bază pentru proiectarea hainelor.

Recent, grafica computerizată, care combină precizia descrierii și a conținutului obiectului și, în același timp, necesită o scurtă durată a achiziției de imagini, câștigă din ce în ce mai multă importanță.

Articole similare

• Graficul pentru construirea graficelor funcțiilor matematice

• Auto-interpretarea grafurilor temperaturii bazale - blogul meu beteshka

• Departamentul de tomografie computerizat al "clinicii de medicina de familie" de la Kiev

Trimiteți-le prietenilor: