Представление графической информации. Законы композиции.
Видеокарта играет очень важную роль в компьютере. Ее главная функция - это преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию.
Для преобразования «естественной» информации в дискретную форму ее подвергают дискретизации и квантованию. С информационной точки зрения графическое изображение является совокупностью световых сигналов на плоскости: отдельные световые сигналы различаются местоположением, цветовым оттенком и яркостью.
Дискретизация - способ выделения конечного числа пространственных элементов, информация о которых будет сохранена в компьютере. Информация об остальных элементах пространства будет утеряна!
Квантованием называют процедуру преобразования непрерывного диапазона всех возможных входных значений измеряемой величины в дискретный набор выходных значений. При квантовании диапазон возможных значений измеряемой величины разбивается на несколько поддиапазонов (уровней). При измерении определяется поддиапазон, в который попадает значение, и в компьютере сохраняется только номер поддиапазона.
Например, пусть яркость серого оттенка составляет 70%. Это значение попадает в поддиапазон 4(67% - 83%), поэтому в компьютере этот оттенок серого будет закодирован числом 4.
Отсюда получается вывод, что дискретизация и квантование всегда приводят к потере некоторой доли информации. Компьютерное изображение живописного произведения, цифровая запись музыкального произведения всегда отличаются от оригиналов в худшую сторону.
Все создаваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части – растровую и векторную графику.
Векторное изображение многослойно. Каждый элемент этого изображения - линия, прямоугольник, окружность или фрагмент текста - располагается в своем собственном слое. Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью специального языка (мат. уравнения линий, дуг, окружности и т. д.). Кроме того, сложные объекты (ломаные линии, различные геометрические фигуры) описываются как совокупность элементарных графических объектов (линий, дуг и т. д.).
Такое векторное изображение представляет собой совокупность слоев содержащих различные графические объекты. Слои, накладываясь друг на друга, формируют цельное изображение.
Графическая информация в векторных изображениях – это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок (координаты, толщину линий, цвет).
Векторное изображение занимает значительно меньше места, легко масштабируется, при этом качество изображения не ухудшается.
Для представления плохо векторизируемых изображений используют растровое представление (изображение разбивается на множество маленьких элементов, расположенных в пространстве определенным образом).
Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселями, каждая из которых может иметь определенный цвет.
Процедура разбиения изображения на пиксели называется растеризацией, или оцифровкой, изображения.
Растр – специальным образом организованная совокупность пикселей, на которой представляется изображение.
Координаты, форма и размеры пикселей задаются при определении растра. Изменяемым атрибутом пикселей является ЦВЕТ.
Размер сетки растра, задаваемый в виде M*N, где M - число пикселей по горизонтали, N – число пикселей по вертикали называется разрешающей способностью (или графическим разрешением) экрана.
При изменении размеров объектов растрового изображения происходит потеря качества. При увеличении проявляется «пикселизованность» - контуры становятся ступенчатыми (добавляются лишние точки с цветом соседней точки). При уменьшении безвозвратно теряется часть информации (уменьшается количество точек).
Квантование (кодирование) цвета базируется на математическом описании цвета, которое опирается на тот факт, что цвета можно измерять и сравнивать.
Научная дисциплина, изучающая вопросы измерения цветовых характеристик, называется метрологией цвета или колориметрией.
Исаак Ньютон:
ü спектральные цвета являются неразложимыми,
ü любой цвет можно синтезировать (в т. ч. и белый) путем смешивания спектральных цветов.
М. Ломоносов:
ü трехкомпонентная теория цвета;
Герман Грассман:
ü математический аппарат трехкомпонентной теории цвета (законы Грассмана для аддитивной теории цвета);
Есть три закона Грассмана.
Закон трехмерности: с помощью трех выбранных линейно независимых цветов можно однозначно выразить любой цвет. (Цвета считаются линейно независимыми, если никакой из них нельзя получить путем смешения остальных).
Закон непрерывности: при непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. (К любому цвету можно подобрать бесконечно близкий цвет.
Закон аддитивности: все цвета равноправны, разложение цветов можно выполнять по любым независимым цветам.
Любому цвету можно поставить в соответствие некоторую точку трехмерного пространства. Абсолютно черному телу всегда соответствует точка (0.0.0).
Каждая цветовая модель задает в пространстве некоторую систему координат, в которой основные цвета модели играют роль базисных векторов.
В компьютерной технике чаще всего используются следующие цветовые модели:
ü RGB (Red-Green-Blue, красный – зеленый – синий)
ü CMYK (Cyan-Magenta-Yellow, голубой – пурпурный - желтый – черный)
ü HSB (Hue – Saturation – Brightness, цветовой тон – насыщенность – яркость)
Цветовая модель RGB
ü Любая точка куба (r, g, b) определяет какой-то цвет;
ü Линия (0,0,0) – (1,1,1) описывает все градации серого от черного до белого;
ü 
На гранях куба расположены самые насыщенные цвета;
ü Чем ближе точка к главной диагонали, тем менее насыщен соответствующий цвет;
ü 
Если все три координаты точки (r, g, b) ненулевые, то цвет ненасыщенный, причем, наименьшее значение определяет долю серого оттенка, а разность значений – тон и долю насыщенного цветового оттенка.
Цветовая модель CMYK
ü Любая точка куба (С, M, Y) определяет какой-то цвет;
ü Линия (0,0,0) – (1,1,1) описывает все градации серого от черного до белого;
ü На гранях куба расположены самые насыщенные цвета;
ü Чем ближе точка к главной диагонали, тем 
менее насыщен соответствующий цвет;
ü Если все три координаты точки (r, g, b) ненулевые, то цвет ненасыщенный, причем, набольшее значение определяет долю серого оттенка, а разность значений – тон и долю насыщенного цветового оттенка.
Цветовая модель HSB
Чистый цветовой тон – один из цветов спектрального разложения цвета.
Цветовой оттенок – смесь чистого цветового тона с серым цветом.
Насыщенность цвета – доля чистого тона в цветовой смеси.
Яркость характеризуется общей светлостью смешиваемых цветов.
Модель HSB позволяет закодировать практически все цвета, воспринимаемые человеком. Модели RGB и CMYK описывают возможности компьютерных устройств по воспроизведению цвета. Некоторые цвета в принципе не могут быть воспроизведены на компьютере.
Рассмотрим понятие глубины цвета.
Количество бит, используемых для кодирования цвета одной точки, называется глубиной цвета (битовой глубиной, цветовым разрешением).
От глубины цвета зависит количество отображаемых цветов, которое может быть вычислено по формуле:
N=2k, где N – количество отображаемых цветов, k – глубина цвета.
Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку.
Глубина цвета, к (бит) | Количество отображаемых цветов, N |
1 (монохромная) | 21 = 2 |
3 | 23 = 8 |
4 | 24 = 16 |
8 | 28 = 256 |
16 (High Color) | 216 = |
24 (True Color) | 224 = |
Рассмотрим некоторые форматы графических файлов.
Windows Bit MaP (расширение файлов - .bmp) – формат операционной системы Windows для хранения растровых изображений; поддерживается всеми Windows-приложениями.
TIFF (Tagged Image File Format) (расширение файлов - .tif) – предназначен для хранения растровых изображений высокого качества в широком цветовом диапазоне; поддерживается большинством графических, издательских и дизайнерских программ;
GIF (Graphic Interchange Format) (расширение файлов - .gif) – стандартизирован в 1987 г. как средство хранения изображений с фиксированным (256) количеством цветов. Из-за ограниченных цветовых возможностей применяется исключительно в электронных публикациях. Благодаря компактности файлов широко используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете
JPEG (Joint Photographic Experts Group) (расширение файлов - .jpg) –обеспечивает хранение растровых графических изображений в более компактной форме на основе использования эффективного алгоритма сжатия. Применяемые методы сжатия основаны на удалении «избыточной» информации. Позволяет регулировать соотношение между степенью сжатия файла и качеством изображения.
PSD (PhotoShop Document) (расширение файлов - .psd) – собственный формат графического редактора Adobe Photoshop, один из наиболее мощных по возможностям хранения растровой графической информации.
PDF (Portable Document Format) (расширение файлов - .pdf) – разработан фирмой Adobe для хранения изображений документов (например, страниц книг, журналов и др.); является аппаратно-независимым (вывод изображений допустим на любых устройствах). Мощный алгоритм сжатия со средствами управления итоговым разрешением изображения обеспечивает компактность файлов при высоком качестве иллюстраций.
WMF (Windows MetaFile) (расширение файлов - .wmf) – формат операционной системы Windows для хранения векторных изображений; поддерживается всеми Windows-приложениями. Однако отсутствие средств для работы со стандартизированными цветовыми палитрами, принятыми в полиграфии, и другие недостатки ограничивают его применение.
Графика рассматривается как язык визуальной культуры и грамотности человека, как язык проектирования (дизайна), как язык техники и технологии, как самое простое и естественное для человека средство осмысления и познания окружающего его мира и как язык профессионального (технического и художественно-технического) и непрофессионального общения между людьми.
Графика является средством развития творческих способностей учащегося, его пространственных представлений, воображения и мышления, глазомера, зрительной памяти, смекалки и догадки, средством развития политехнического и образного мышления, эстетического вкуса и проектного мышления, средством выражения его идей и замыслов.
Активизация деятельности обучаемого в процессе обучения с использованием возможностей средств графических программных средств обеспечивается за счет использования следующих методов, форм, средств и приемов:
Улучшения наглядности за счет применения видео, мультипликации, технологии мультимедиа и "виртуальная реальность", позволяющих моделировать сложные явления и процессы, имитировать работу сложно организованных систем, осуществлять аудио-сопровождение учебной информации.
1. Повышения эффективности восприятия комментариев к учебному материалу, который параллельно демонстрируется на экране компьютера, за счет сочетания зрительной наглядности и слухового сопровождения.
2. Моделирования, наблюдения и изучения математических моделей различных явлений и процессов, что способствует формированию у обучаемых:
ü умения принимать решения в экстремальных ситуациях;
ü активизации творческих возможностей;
ü развитию навыков самостоятельной работы;
ü развитию навыков исследовательской деятельности;
ü развитию наглядно-действенного;
ü наглядно-образного;
ü творческого мышления;
ü формированию информационной культуры.
3. Улучшения методов оценки знаний за счет автоматизации контроля, что позволяет получить более полную и объективную информацию о ходе процесса обучения, об уровне подготовленности обучаемых, способствует развитию творческого начала мыслительного акта, повышает интенсивность обучения.
4. Реализации проблемного обучения в “интеллектуальных” обучающих программах, что позволяет осуществить, во-первых, моделирование проблемных ситуаций для выполнения тренировочных упражнений, развивающих и закрепляющих навыки осваиваемой деятельности; во-вторых, последовательное наращивание умственных и психологических нагрузок, рефлексивное управление учебной деятельностью.
Законы композиции
Закон целостности.
Благодаря соблюдению этого закона произведение воспринимается как единое неделимое целое, а не как сумма разрозненных элементов. Композиция выступает как система внутренних связей, объединяющая все компоненты форм и содержаний в единое целое. В композиции все элементы приводятся к гармоничной упорядоченности. Т. е. должна быть целостность самой формы и целостность между элементами форм.
Основные черты закона целостности:
1) неделимость композиции, или невозможность воспринимать ее как сумму разрозненных элементов. Неделимость закладывается с помощью конструктивной идеи
2) необходимость связи и взаимной согласованности всех элементов композиции (имеется ввиду необходимость отслеживать, насколько эти элементы идут вместе и не оторваны ли они друг от друга).
Закон равновесия.
Это такое состояние композиции, при котором все элементы сбалансированы между собой. Уравновешенные части целого приобретают зрительную устойчивость. В основном равновесие сводится к балансу по выразительности. Выделяют статическое и динамическое равновесие.
Статическое. Это состояние композиции, при котором сбалансированные между собой элементы в целом производят впечатление ее неустойчивой неподвижности.
Динамическое. Это состояние композиции, при котором сбалансированные между собой элементы производят впечатление ее движения и внутренней динамики.
Закон соподчинения и равноценности элементов.
Соподчинение - это выделение центра композиции (доминанты), которому подчиняются все остальные элементы (причем, не просто подчиняются, а усиливают его значимость), т. е. в композиции возникает иерархия. В иерархии могут быть доминанты второго порядка (акценты). В зависимости от количества уровней доминантов, выделяют две степени иерархии между элементами:
1) двухуровненный (доминанта и второстепенные элементы или доминант и акцент).
2) трехуровненный (например: доминант, акцент и второстепенные элементы).
Композиционный центр зависит от:
1) Своей величины и величины остальных элементов.
2) Положения на плоскости. Вокруг элемента организуется пустое пространство, а все остальные сближаются. И на главный элемент указывают силовыми линиями второстепенные.
3) Формы элемента, которая отличается от формы других элементов.
4) Фактуры элемента, которая отличается от фактуры других элементов.
5) Цвета. Путем применения контрастного (противоположного цвета) к цвету второстепенных элементов (яркий цвет в нейтральной среде, и наоборот; хроматический цвет среди ахроматических; теплый цвет при общей холодной гамме второстепенных элементов; темный цвет среди светлых).
6) Проработки элементом. Главный элемент более проработан, чем второстепенные.
7) Освещения элемента.
Закон воздействия.
Закон воздействия «рамы» на композицию в изобразительном искусстве характеризуется рядом существенных свойств, объективно действующих во взаимосвязях «рамы» и изображения на плоскости.
Одним из главных свойств этого закона является неоднородность изобразительного поля, вызываемого «рамой». Это свойство характеризуется следующими сторонами:
1) предмет, изображенный на однородном поле близко к «раме», в результате привычки у зрителя к ощущению глубины картины (антиципации), вызванной наличием «рамы», воспринимается лежащим близко к плоскости «рамы» или даже частично слитым с ней;
2) предмет, расположенный не близко к «раме», и особенно в центральной зоне картины, воспринимается лежащим в глубине;
3) ровное плоское поле благодаря наличию «рамы» становится пространством, своеобразной «пещерой», перспективно и метрически еще совершенно неопределенной.
Основные средства композиции.
Контраст
Это резкое различие элементов, предметов, форм и т. д. по следующим категориям: размер, форма, тон, цвет, отношение к пространству и т. д. Выделяют:
ü Одномерный контраст. Идет различие по одной категории.
ü Многомерный контраст. Идет противопоставление по нескольким категориям.
Особенностью контрастной композиции является активность ее визуального воздействия.
Нюанс
Это незначительные отличия элементов в композиции по тем же категориям. Также выделяют одномерный и многомерный нюанс. В нюансных формах больше сходства, а различие идет на чуть-чуть.
Тождество
Это повтор элементов одинаковых, подобных по своим качествам (размер, форма, тон...).
Требования к тождественной композиции:
ü элемент должен быть простой, выразительный, красивый.
ü должно соблюдаться отношение тождественного элемента к пространству.
Симметрия
Это тождественное расположение элементов относительно точки, оси или плоскости симметрии, воспринимаемое глазом как особый вид упорядоченности равновесия и гармонии.
Виды симметрии: зеркальная, осевая, зеркально-осевая, винтовая.
Зеркальная. Это симметрия в которой элементы композиции расположены на одинаковом расстоянии от плоскости симметрии и при наложении друг на друга их фигуры совпадают по всем точкам, т. е. одна фигура зеркально повторяет другую.
Осевая симметрия. Это симметрия относительно оси, линии пересечения двух или большего числа плоскостей симметрии. (В осевой симметрии сам элемент должен иметь несимметричное строение!)
Зеркально-осевая или смешанная. Существует два вида такой симметрии: 1) когда в одном произведении идет совмещение и зеркальной и осевой симметрии. 2) когда берется осевая симметрия с симметричным строением элементов.
Винтовая симметрия. Элемент совершает одновременно вращательное и поступательное движение вокруг оси. (Только для объемных тел)
Асимметрия
Это вариант композиции, при котором сочетание и расположение элементов, осей, плоскостей симметрии не наблюдается. Это отсутствие, или нарушение симметрии (дисимметрия).
Ритм
Это чередование каких-либо элементов в определенной последовательности (такт, мерность, мерное течение). Важнейшим признаком ритма является повторяемость элементов (форм) и интервалов между ними. Ритмические повторы могут быть: равномерными, убывающими или нарастающими. В зависимости от этого повторяемость может быть двух типов: статическая и динамическая.
Статический ритм. Состоит из элементов повторяющихся через одинаковый интервал. Ряды могут быть простыми и сложными.
1) Простой ряд основан на повторе одного и того же элемента с одним и тем же интервалом.
2) Сложный ряд образован сочетанием простых. По способу чередования подразделяется на:
- Чередование на одинаковых интервалах.
- Чередование равных элементов с неравными интервалами
- Ряд с чередованием неравных элементов
Динамический ритм. Это ряд в перспективном увеличении или уменьшении размеров элементов и интервалов, или тех и других одновременно. Развитие динамических рядов может происходить по арифметической (постоянно сохраняется разность между любыми двумя соседними элементами) или геометрической (величина каждого последующего интервала равна величине предыдущего умноженное на постоянное число) прогрессии.
Из всех признаков формы наиболее значимыми для ритмизации являются (в порядке убывания):
1) Размер
2) Интервал
3) Цвет (светлота)
Ритмические ряды воспринимаются в направлении от больших элементов к меньшим, от темных к светлым, от малых интервалов к большим.
Модульность
Модуль является универсальным средством дизайна, хотя до сих пор толкового объяснения ему не существует. Модуль — это величина, принимаемая за основу расчета какого-либо предмета. Главная особенность модуля: кратность к целому произведению (т. е. это один и тот же элемент, размножив который и комбинируя разными сочетаниями можно получать разные формы, пример: паркет, плитка на тротуаре). Модуль бывает: плоскостной, рельефный (керамика, гипс) и объемный. Рассмотрим главные требования к модулю:
ü Простота. Модуль должен быть простым, т. к. он является частью целого произведения.
ü Целостность.
ü Выразительность.
ü Модуль должен позволять комбинировать различные варианты произведения.
