Питання по курсу “Системи та технології комп'ютерної графіки” (стр. 2 )

Доступність комп’ютерної графіки забезпечили персональні комп’ютери, які мають достатньо гнучкі апаратурні та програмні засоби. Програми, що забезпечують введення, відображення, редагування, перетворення, збереження та документування графічної та символьної інформації визначаються як графічні редактори. Зараз відомі сотні більш-менш розповсюджених графічних редакторів.

Такі редактори широко використовуються для введення графічної інформації у документи, які готує користувач. Зараз будь-яка програмна система включає у свій склад графічний редактор. Наприклад, оболонка WINDOWS має графічний редактор Paint. Сучасний текстовий процесор Microsoft WORD має графічний редактор Microsoft Draw. Графічні засоби мають Excel та інші системи.

Виконання креслень за їх допомогою досить трудомістка процедура і тому створюються спеціальні графічні редактори для виконання креслень і процедур, пов’язаних з проектуванням. Типовим представником таких редакторів є ACAD. Ці редактори дозволяють досить просто виконувати багато процедур, наприклад, проставляти розміри, робити штрихування та інше. Існують спеціальні графічні системи, які можна розглядати як потужні системи для автоматизованого проектування сучасних технічних засобів. На потужних IBM комп’ютерах(ES 9000) це - CATIA, є такі системи і на Silicon Graphic.

Визначимо те, що є загальним в використанні комп'ютерної графіки в цих областях.

Від визначення комп'ютерної графіки можна, по-перше, перейти до розподілу інформації на графічну та символьну. По-друге, розглянути дві форми подання графічної інформації та пояснити чому ці дві форми існують зараз разом. По-третє, комп'ютерна графіка лежить в основі графічних систем і для їх розгляду, визначення характеристик та проведення аналізу вони (графічні системи) можуть бути подані у вигляді забезпечень. Четверте, це наявність в наш час тисяч інструментальних систем роботи з графічною інформацією (графічних редакторів).

Системи комп'ютерної графіки це сукупність апаратурно-програмних засобів, які дозволяють вводити, відображати, редагувати, перетворювати та документувати графічну та символьну інформацію для вирішення прикладних задач.

4.  Системи комп'ютерної графіки

Системи комп'ютерної графіки це сукупність апаратурно-програмних засобів, які дозволяють вводити, відображати, редагувати, перетворювати та документувати графічну та символьну інформацію для вирішення прикладних задач.

Символьна та графічна інформація

Уся інформація може бути умовно поділена на символьну та графічну. Символьна - це інформація, яка при різноманітних використаннях має сталу чи постійну форму. Цей тип інформації зрозумілий користувачу, тому що до такого типу інформації відноситься абетка. Символьна інформація також може бути поділена на три види. Перший, та усім зрозумілий - абеткова інформація. Для цього виду інформації у світі прийняте кодування (ASCI). Тобто кожний символ кодується своїм кодом. Прийняте до останнього часу кодування символів використовує 8 біт (1 байт). Тобто один символ - один байт. Одна половина цієї таблиці - це латинь, а друга - символи всіх інших мов (127 кодів), що залишилися. Виникають проблеми при використанні національної мови і особливо при створенні програм впорядкування у базах даних. Складнощі були і є при використанні української мови. У Windows використовується своє кодування - Windows 1251 і пропозиції про його зміну не враховують, що зараз є сотні терабайтів інформації у цьому кодуванні. У Інтернет стан з використанням національних мов не зовсім нормальний. Прийняті кодування КОІ-8u для української мови і КОІ-8r для російської. Але багато серверів, через які проходять повідомлення, та багато протоколів працюють у КОІ-7 і всі повідомлення, що кодуються у КОІ-8 обрізаються. Тому можна рекомендувати - для надійного зв'язку по E-mail з американським континентом використовуйте транслітерацію. Безумовно, що 127 кодів зовсім недостатньо для кодування абеток всіх існуючих мов. Тому зараз починають використовувати унікод (2 байта), але це в двічі збільшує витрати пам'яті.

Другим типом символьної інформації є стандартні зображення, що використовуються у прикладних галузях. Це зображення різних стандартних елементів - резисторів, індуктивностей, конденсаторів та іншого обладнання в електроніці, такі ж зображення є у інших галузях. Дуже простим прикладом цих зображень є піктограми, які використовуються в усіх програмних системах, або автофігури у графічних засобах Word, наприклад, малюнки надані нижче:

При цьому за прийнятим у галузі чи у програмах коді, будуються певні зображення.

Третій тип символьних зображень - це комбінація двох попередніх.

Вважається, що графічна форма подання інформації дозволяє будувати довільні зображення (і символьні також). Не існує межі між графічною та символьною інформацією, бо у минулі роки графічні зображення часто зображали символьними елементами, в той же час символи можуть бути зображені засобами введення графічної інформації. Доречі, існують системи в яких користувачу дозволяється вводити символи шляхом їх малювання (потім ці зображення розпізнаються і замінюються на стандартні символьні).

Ієрархічність структури графічних зображень

Звичайно, людина звикла до ієрархічної побудови зображень і для неї істотно, що зображення може складатися з компонентів, які в свою чергу складаються з компонентів нижчого рівня. Наприклад, <кімната>=>< столи, дошка, стільці, вікна> <стіл>=>< дошка столу, ніжки> та далі. Таке подання зображень є звичайним для креслень і для їх збереження на комп’ютері необхідно мати засоби організації ієрархічної структури. Слід зауважити, що такі засоби мають лише потужні графічні комп’ютерні системи. Іноді комп’ютерний опис реального графічного об’єкту досить складний. Введення графічної інформації з носія (з креслення) з завданням ієрархії побудови звичайно виконується за допомогою спеціальних планшетів, які виконують кодування. Треба відзначити, що широко розповсюдженим засобом введення графічної інформації є сканер, коли вводиться просто малюнок зображення, і фактично це один рівень подання зображення. Це достатньо для більшості задач такої галузі як поліграфія і зовсім недостатньо для роботи з кресленнями реального об’єкту.

5.  Основні забезпечення

Апаратурно-програмні графічні системи з якими працюють користувачі, розглядаються як сукупність забезпечень, основними з яких є:

Теоретичне (теоретичний, математичний апарат, що лежить в основі комп’ютерної графіки);

Технічне (апаратурні засоби, забезпечують перетворення інформації з візуальної форми у комп’ютерну і навпаки, а також працюють з інформацією у комп’ютерній формі);

Програмне (реалізують виконання функцій системи);

Мовне чи лінгвістичне (мають дві складові - мова взаємодії та мова реалізації – мови програмування для створення програмного забезпечення. Мови взаємодії забезпечують зв’язок користувачів з комп’ютером при вирішенні прикладних задач).

Інформаційне (бази даних та бази знань, які використовуються у системі);

Організаційне (організація супроводження системи).

Щоб надати інформацію про систему, треба зробити опис перелічених вище забезпечень.

Цікавим є порівняння змісту розглянутих забезпечень з забезпеченням проїзду авто від одного міста до іншого. При цьому теоретичне забезпечення – це шлях (він може бути автобаном чи шляхом з вибоїнами ); технічне – це Ваше авто (мерседес чи запорожець); програмне – Ваше паливо; мовне чи лінгвістичне – засоби керування; інформаційне – засоби які є у Вас для керування авто; організаційне - як обслуговується Ваше авто.

6.  Векторний метод формування зображення

При векторному методі формування зображення воно описується та будується шляхом завдання координат та функцій. Цей метод кодування та побудови зображень зрозумілий людині, бо так виконуються креслення, так людина пише, так створюються контурні зображення на носії (папері). Зручність цієї форми подання зображення у комп'ютерній графіці обумовлено наявністю математичного опису зображення, а це дозволяє робити і формальну побудову, і перетворення, і ієрархічний опис та інше. Часто використовуються для опису контурів так звані криві Безьє - параметричні криві третього порядку.

Цей математичний апарат найчастіше використовується для побудови описів складних об'єктів. Контури при цьому мають один або декілька суміжних сегментів. Сегменти можуть мати прямолінійну чи криволінійну форму. Форма сегменту визначається типом вузлів, що його обмежують і які можуть бути гладкими або кутовими. В гладкому вузлі контур утворює плавний перегин, в той час як в кутовому - злам. Якщо сегмент хоч з одного боку буде обмежений гладким вузлом, він буде криволінійним. З іншого боку, щоб сегмент був прямолінійним, він повинен бути обмежений з обох боків тільки кутовими вузлами. Для зручного керування кривизною сегментів вузли мають керуючі лінії. Змінюючи їх розташування та довжину, можна надати сегментам довільний згин, а значить всьому зображенню - бажану форму. Замкнуті контури (наприклад, багатокутні, еліптичні і т. п.) можуть мати заливання, тобто їх внутрішній простір може бути заповнений довільним кольором. Програми ілюстрування здатні підтримувати не тільки суцільні, але і більш складні типи заливань - градієнтні (плавний перехід від одного кольору до іншого) або візерунчасті (заливання малюнком що повторюється). Деякі програми дозволяють створювати текстурні заливання, тобто заливання малюнками, що редагуються, подібними до будь-яких матеріалів.

Не всі зображення, що навколо нас, можуть бути побудовані таким чином. Цей метод може використовуватись тільки для, так званих, лінійчатих зображень. Напівтонові зображення повинні описуватися та будуватися іншими способами (дивись растровий метод). З векторного методу починалася історія комп'ютерної графіки.

7.  Обчислення потрібного обсягу пам'яті,

8.  Методи кодування векторів

Для векторних зображень щоб обчислити потрібний обсяг пам'яті, необхідно визначити метод побудови векторів. Відомі і широко розповсюджені три методи кодування векторів - по двох точках, по довжині вектора, по куту та по квадранту і проекціям вектора на координатні вісі, по чверті, в якій він будується. Три приклади кодування векторів наведено на малюнках нижче: В залежності від кодування потрібен і різний обсяг пам'яті для в) - N= n*2((log Xmax)б. ц.ч. +(log Ymax) б. ц.ч. + (log R) б. ц.ч. ), де n- кількість векторів, Xmax - максимальне значення X, R - кількість градацій яскравості, а точніше діапазон змін X, Y, R, б. ц.ч.- більше ціле число. Аналогічним чином оцінюється пам'ять і для інших показаних методів кодування і при використанні інших функцій, наприклад, еліпсів, кіл, прямокутників та інших фігур. Загалом, чим більш складне зображення (більше - n), тим більше необхідно пам'яті (при векторному кодуванні обсяг потрібної пам'яті залежить від зображення що будується). Щоб оцінити обсяг пам'яті у байтах, виконують ділення на 8 та беруть б. ц.ч. Побудова зображень за допомогою векторів виконується наданням їх послідовності. Ця послідовність описує об'єкти, і якщо об'єкт складається з частин, то вони позначаються, і з ними можна виконувати різні операції. Надамо приклад: