Мультимедиа в образовании: контекст информатизации (стр. 30 )

Виды компьютерной графики

Под термином «компьютерная графика» (computer graphics) принято понимать систему и средства ввода, вывода, отображения, преобразования и редактирования графических объектов под управлением компьютера. С учетом организации работы графической системы, различают интерактивную (interactive graphics) и пассивную графику (passive graphics). В первом случае пользователь имеет возможность просматривать и модифицировать изображение на экране монитора, задавая команды с помощью клавиатуры и позиционирующих устройств; во втором – дисплей используется только для вывода изображений под управлением программы без вмешательства пользователя.

В зависимости от сферы использования, графические изображения имеют различный характер и смысловую нагрузку. Выделяют художественную, символьную и деловую графику. Художественная графика (art graphics) является компьютерным аналогом традиционных форм прикладного искусства (рисунка, живописи, офорта и т. д.). Символьная, или псевдографика (character graphics) является результатом построения изображений на экране монитора из литер специального «графического набора». Так называемая деловая графика (business graphics) использует средства графического представления информации в виде, принятом в деловой практике (например, линейные графики и столбцовые диаграммы с поясняющими текстами, круговые диаграммы, совмещение графиков и таблиц).

Восприятие цвета

Внешний мир заполнен миллионами неповторимых оттенков, каждый из которых является результатом особого смешения световых волн различной длины. Визуальное представление человека о цвете описывается трихроматической теорией цвета (trichromatic theory of color) или теорией Юнга-Гельмгольца (Young-Helm Holtz), согласно которой любые цвета можно получить смешением трех основных (первичных) цветов. Для излучаемого света первичными цветами являются красный, зеленый и синий; для отраженного – голубой, пурпурный и желтый.

Длина световой волны определяет цвет, находящийся в диапазоне от красного до фиолетового, с радугой цветов между ними, что составляет спектр цвета (color spectrum). Амплитуда световых волн обычно воспринимается глазом в качестве яркости (brightness) или освещенности (luminance). В реальном мире люди редко смотрят на действительные (настоящие) источники света – солнце, прожектор и т. д. Большая часть света, который попадает в глаза, является отраженным светом. То есть, все, что мы видим, подвергнуто влиянию характеристик отражения, поглощения, преломления и дифракции.

Сами по себе объекты не имеют действительных цветовых характеристик. Различные поверхности отражают световые волны определенной длины и поглощают другие. Например, когда солнечный свет падает на листья растения, пигменты поверхности листа отражают только зеленые длины волн и поглощают остальные. Когда осенью листья осыпаются при листопаде, изменения в химическом балансе растения дают возможность проявиться другим цветам (красному, желтому, коричневому и т. д.), что и создает великолепие осеннего леса.

Трихроматическая теория восприятия цвета учитывается при составлении цветовых моделей для изображений, выводимых на экран монитора и подготавливаемых для печати в полиграфии. В первом случае цветовая модель строится на зеленом, красном и синем первичных цветах (поскольку экран является своеобразным источником света), во втором – на голубом, пурпурном и желтом (поскольку зритель видит на бумаге цвета в отраженном свете). Соответственно, основным фоном для мультимедиа продуктов является черный (результат полного отсутствия излучения), для печатной продукции – белый (результат полного отражения).

Выделение объектов в изображениях

Графические пакеты, предполагающие работу с реалистическими изображениями, как правило, поддерживают несколько вариантов выделения объектов (фрагментов) на имеющемся изображении. Основными из них являются выделение по цвету (color range selection) и выделение в задаваемую замкнутую область.

Выделение по цвету предполагает, что указан пиксель, цвет которого принят за базовый, и количество оттенков, близких к нему по тону. При этом автоматически выбираются прилегающие друг к другу пиксели необходимых оттенков. Возможны варианты, когда пиксели заданного диапазона выбираются по всему изображению, независимо от их расположения относительно друг друга, а также производится дополнительный выбор еще некоторого количества оттенков, близких по тону к этому диапазону. Выделение по цвету удобно использовать в том случае, если выделяемый объект резко отличается по цвету от своего «окружения». Например, желтый цветок на фоне зеленой травы выделяется именно с помощью этого метода.

Выделение в заданную область предполагает выбор фрагмента изображения по задаваемой границе. При этом границы выбора могут иметь форму окружности, овала, многоугольника и т. д. Область сложной конфигурации получают либо обрисовкой нужной границы от руки, либо объединением и исключением заданных форм, таких как круг или многоугольник. Поскольку реалистичность изображения, как правило, достигается «мягкими» границами изображенных предметов, то и выделение различных деталей (фрагментов) может осуществляться с таким же «мягким» контуром. Это означает, что для граничной полосы заданной толщины задаются своего рода характеристики прозрачности пикселей, позволяющие плавно свести на нет границы выделенного фрагмента.

Детальная и ограниченная анимации

По степени детальности проработки покадрового изображения различают классическую (детальную) и лимитированную (ограниченную) анимации. В первом случае необходимо значительное количество рисунков на каждую секунду экранного действия. Иногда каждый кадр требует отдельного рисунка. В лимитированной анимации используется как можно больше повторов уже сделанных фаз. Как правило, в такого рода фильмах на секунду экранного времени затрачивается не более шести рисунков.

Детальная анимация обязательна при расчете быстрого и плавного движения. В противном случае быстрое движение не прочтется на экране, а медленное может сопровождаться дрожанием контурных линий. В остальных случаях, как правило, вполне оправдана ограниченная анимация. При этом нередко используют прием удвоения рабочих кадров. (Смена изображений 2х12 раз в секунду вместо нормальных 24 все равно будет восприниматься глазом как непрерывность.) Зрительный эффект практически одинаков, а экономия ресурсов существенная.

Добавление цвета в черно-белые изображения

Рабочими цветовыми моделями для черно-белых изображений, как правило, являются режимы Grayscale и Duotone. В то же время, в любой момент черно-белое изображение может быть преобразовано в «цветной» цветовой режим в системах RGB, Lab, CMYK или HSB. При необходимости, к черно-белым изображениям может быть добавлен цвет (отличный от серых оттенков).

Процесс добавления цвета определяется рабочей цветовой моделью. Так, например, при работе с Duotone-изображениями дополнительная цветовая гамма добавляется путем настройки кривой распределения цвета (кривой двутона – Duotone curve). В результате к рабочей шкале от черного до белого оттенков добавляется дополнительная – от любого заданного до черного. Этот процесс достаточно прост и к тому же не увеличивает размер файла, поскольку не требует введения дополнительной информации.

При необходимости Duotone-изображения переводятся в обычный цветовой режим. Это увеличивает размер файла в связи с другим способом кодирования цвета, однако позволяет изменять цвета отдельных фрагментов, а также использовать прозрачные, разноцветные и градиентные заливки. В обоих случаях необходимый фрагмент выделяется одним из предусмотренных программой способов, и цвет накладывается в виде дополнительного прозрачного цветного слоя или непосредственно с помощью прозрачной цветовой заливки. Градиентные заливки от одного цвета к другому могут использоваться как в прямом, так и в обратном направлении спектра. Подобный процесс напоминает раскрашивание контурных рисунков.

Замена голоса на MIDI-канале

Стандарт MIDI (Musical Instrument Digital Interface) определяет 16 каналов, каждый из которых может звучать своим голосом. Этот номер для каждого из каналов может изменяться в процессе воспроизведения музыкального произведения. Для смены голоса канала предназначена специальная команда. Если синтезатор получает такую команду, он переключает соответствующий канал на указанный голос инструмента и все данные, посылаемые по этому каналу, с этого момента будут воспроизводиться голосом нового инструмента.

Такая возможность исключается при проигрывании WAVE-звуков, так как из общего звучания нескольких инструментов весьма сложно извлечь и заменить звучание одного инструмента. При работе с MIDI-файлами такая возможность существует благодаря тому, что в MIDI-файле хранится информация не о звучании инструмента, а только информация, управляющая синтезатором голоса.

Запись анимации без сжатия

Как только закончился просчет анимации, каждый кадр должен быть записан в какой-либо форме. Основные способы при этом – покадровая запись без сжатия, запись с применением сжатия и запись с уменьшением количества цветов.

Объем данных, который должен быть обработан и показан для каждого кадра анимации, существенно влияет на скорость появления каждого кадра на экране. И, следовательно, на скорость прокрутки созданной анимации в целом. Эта зависимость особенно сказывается при просчете трехмерных объектов.

Каждый кадр можно записать на жесткий диск (однако это потребует значительного дискового пространства даже для коротких фрагментов). В этом случае кадры не сжимаются и остаются полноцветными.

Запись анимации с уменьшением количества цветов

Одним из способов экономии ресурсов является уменьшение по цвету 24-битных изображений до 8-битных при помощи программного обеспечения обработки графических изображений. При этом объем данных существенно уменьшается, поскольку при 24-битном кодировании цвета на каждый пиксел экрана приходится 3 байта, а при 8-битном – 1 байт. Конечно, большая часть привлекательности исходного изображения теряется, но в целях увеличения скорости показа анимации этим приходится жертвовать.

Обычно подобный перевод изображения является автоматической операцией, однако в некоторых случаях автоматический перевод может дать неудовлетворительное качество. Следует также помнить, что перевод каждого кадра анимационного фрагмента в 8-битный режим создает проблемы с адаптацией палитры. В этом случае следует понимать, что после такого перевода требуется некоторая доработка адаптивной палитры фрагмента.