Информатика - Лекции - Семестр 2

-графические акселераторы операций по обработке данных двумерной и трехмерной графики; -быстродействующая видеопамять; - высокоскоростные шины ввода/вывода.

Кроме того, современные видеоадаптеры выполняют ряд дополнительных мультимедийных функций:

-воспроизведение цифровых видеоданных в различных форматах (например,MPEG);

-прием телевизионных программ и формирование телевизионного изображения на экране монитора;

-вывод информации на экран телевизора (функция TV-out);

-ввод/вывод аналоговых видеосигналов и др.

Основными элементами видеоадаптера являются:

Видеопамять – быстродействущее ЗУ, для хранения формируемого изображения в цифровом

виде

ROM Video BIOS – набор подпрограмм, обеспечивающих логику работы видеоадаптера Контроллер ЭЛТ – управляет движением луча по экрану ЭЛТ.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП или RAMDAC) – преобразует код цвета пиксела в аналоговый сигнал.

Интерфейс с высокоскоростной шиной ввода –вывода – PCI (Periphecal Component Interconnrct) или AGP (Accelerated Graphic Port) , разработанной специально для ускорения 3D –

графики.

Проекционные устройства. Обеспечивают большой размер проекции изображения. Принцип действия: Изображение создается на прозрачной ЖК матрице - аналоге

диапозитива (кадра кинопленки, слайда) и пучком света мощной лампы проецируется через объектив на экран. Проблема – малая прозрачность и высокая стоимость матрицы. В более современных DLP (Digital Light Processing) проекторах вместо ЖК-матрицы, основанной на технологии TFT (Thin Film Transistor) используется система микрозеркал, поочередно освещаемых красными, зелеными и синими лучами.

Проекторы существенно дороже мониторов. (дешевый проектор дороже дорогого монитора). Применение – презентации, домашний кинотеатр.

Перспективными являются лазерные проекторы с матрицей разноцветных лазеров.

Принтеры. Широко распространены матричные (с подвижной головкой), струйные, лазерные. Принципы их действия общеизвестны. Высокопроизводительные матричные принтеры с неподвижной широкой головкой (строка печатается сразу целиком) встречаются сравнительно редко и дорого стоят.

Термографические принтеры используют не лазер, вал и тонер, а наносимую на бумагу пасту, расплав которой образует рисунок. Разрешение термографических принтеров обычно уступает лазерным. В термосублимационных принтерах краска испаряется и напыляется на бумагу, обеспечивая плавный цветовой переход между точками. Термосублимационные принтеры обеспечивают качество цветных изображений не уступающее качеству фотографий.

Плоттеры (графопостроители). Бывают перьевые и струйные, рулонные и планшетные. Перьевой плоттер – классическое векторное устройство.

Более подробно о плоттерах и принтерах можно узнать, например, из (Корриган).

Более интересными представляются устройства 3D вывода. Современные системы автоматизированного проектирования, позволяют значительно сократить затраты времени и средств на разработку и конструирование новых изделий. Однако проблема изготовления первого физического образца и даже отдельной детали для изделия сколько-нибудь сложной формы остается наиболее узким местом, поскольку разработка технологии изготовления детали и

5

соответствующей оснастки зачастую требуют затрат, сопоставимых со стоимостью разработки самого изделия.

Примерно с начала 80х начали интенсивно развиваться технологии формирования трехмерных объектов не путем удаления материала (точение, фрезерование, электроэрозионная обработка) или изменения формы заготовки (ковка, штамповка, прессовка), а путем постепенного наращивания (добавления) материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства. На данный момент значительного прогресса достигли технологии послойного формирования трехмерных объектов по их компьютерным образам, известные как - Rapid Prototyping (быстpое пpототипиpование) или Desktop Manufacturing (настольное пpоизводство). В настоящее вpемя pазвиваются технологии послойного изготовления тpехмеpных объектов, основанные на одном из следующих способов:

-лазеpном pаскpое листовых матеpиалов и их послойном соединении

-спекании и наплавке поpошков металлов, кеpамики и полимеpов лазеpным излучением или электpонным пучком

-полимеpизации, фотоиницииpованной лазеpным излучением или излучением pтутных ламп.

Наиболее распространенными устройствами вывода изображений трехмерных объектов являются плоские (2D) – растровые устройства.

Растровые изображения. Разрешение. Обработка и хранение растровых изображений. Область применения, преимущества и недостатки растровой графики.

В растровой графике изображение формируется из отдельных точек – пикселов (от picture element). Растровое изображение можно представить себе в виде листа клетчатой бумаги, каждая клеточка которой закрашена некоторым (возможно белым) цветом. Количество отображаемых пикселов на единицу длины называется разрешающей способностью или разрешением устройства. Часто измеряется в dpi – dots per inch – количество точек на дюйм. Вертикальное и горизонтальное разрешение могут различаться. Разрешение большинства мониторов – 70-100 dpi. Разрешение бытовых струйных принтеров – порядка 1500dpi. Очевидно. что разрешение устройства зависит от размеров его пиксела, и одно и то же изображение на устройствах с различным разрешением будет выглядеть по-разному.

Число битов, используемых компьютером для задания цвета одного пиксела называется глубиной цвета. Глубина цвета определяет в какое количество цветов (или градаций серого) можно раскрасить пиксел. 1 бит/пиксел - черно-белое изображение, 8 бит/пиксел – 256 цветов (градаций серого); 24 – более 16 миллионов цветов – это достаточно для представления всех различимых человеческим глазом цветов, поэтому зтот режим называют естественными цветами (true color). Для задания дополнительных эффектов (например, прозрачности) пикселу могут быть сопоставлены дополнительные биты (α-канал). Более подробно о работе с цветом в компьютерной графике будет рассказано позднее.

Представление растрового изображения в ЭВМ обычно состоит из адреса области памяти, в которой линейно хранится информация о цвете пикселов и значений глубины цвета, ширины и высоты изображения, необходимых для правильной интерпретации этой информации.

Преимущества растровой графики:

•Лучше всего подходит для представления образов реального мира, состоящего из мелких частиц, объединенных в тела сложной формы. Хорошее растровое изображение фотореалистично, то есть выглядит естественно.

•Большинство устройств вывода являются растровыми, что облегчает вывод на них растровых изображений.

Недостатки растровой графики:

•Требуется большой объем памяти, независимо от содержания изображения (размер_изображения_в_битах = число_пикселов * глубина_цвета = разрешениеX * разрешениеY * размер_области_вывода_X * размер_области_вывода_Y * глубина_цвета).

6

Отсюда необходимость компрессии/декомпрессии файлов с растровыми изображениями.

•Ступенчатое изображение гладких линий (прямых, дуг, сплайнов).

•Возможны искажения при поворотах и масштабировании. При увеличении растровых изображений обычно приходится решать задачу интерполяции для корректного заполнения появляющихся "разрывов" в изображении. Диапазон изменения значения коэффициента масштабирования при котором достигаются приемлемые результаты не очень велик.

•Трудно выделить для обработки один из объектов изображения. Например, увеличить изображение человека на фотографии, не меняя фона – нетривиальная задача.

Для сжатия файлов с растровыми изображениями часто используются алгоритмы группового кодирования (RLE – Run Length Encoding), LZW – уплотнение (Lempel, Ziv, Welch –

фамилии авторов), метод JPEG (Joint Photographic Expert Group). Самый простой для реализации метод – RLE. При групповом кодировании последовательность одинаковых пикселов (байтов или слов) заменяется на один пиксел с указанием кратности его вхождения. Такой метод используется при хранении изображений в файловом формате PCX. Более эффективным является LZWуплотнение, применяемое, например в форматах TIFF и GIF. LZW-компрессия основана на построении словаря повторяющихся подпоследовательностей и замене их вхождений ссылками на соответствующие элементы словаря. В отличии от методов RLE и LZW, обеспечивающих компрессию без потерь информации об элементах изображения, метод JPEG допускает частичную потерю информации, не влияющую существенно на качество изображения, для достижения более высокой степени сжатия. Другим способом уменьшить размер файла с растровым изображением является использование таблицы цветов - палитры. В этом случае значение цвета пиксела заменяется его индексом в таблице цветов. Использование палитры наиболее эффективно, когда при большой цветовой глубине в изображении реально используется (и, следовательно, включается в палитру) сравнительно небольшое количество цветов. Палитра используется, например, в формате GIF.

Для редактирования растровой графики различного назначения часто используют программу Adobe Photoshop, обеспечивающую большой набор различных полезных (и эффектных) преобразований растровых изображений и поддержку значительного количества форматов файлов.

2.2. Векторные изображения. Преимущества и недостатки векторной графики. Область применения.

В векторной графике изображение задается списком математических описаний примитивов, поддерживаемых графическим устройством, например, дуг и ломаных для перьевого графопостроителя. Графические атрибуты (цвет, толщина, тип линии и др.) задаются для примитива в целом или сразу для группы последовательно отображаемых примитивов.

Преимущества векторной графики:

•Изображения и их отдельные фрагменты легко поворачиваются и масштабируются без потери качества.

•На изображении легко выбрать один примитив или группу примитивов для последующего редактирования.

•Векторные изображения занимают сравнительно небольшой объем памяти (описание, например, дуги окружности на плоскости состоит из пяти чисел – центр, радиус, начальный и конечный угол). Благодаря компактности описаний, во многих популярных файловых форматах (например, DXF, IGES, HPGL, VRML) данные хранятся в неупакованном, текстовом виде, что делает возможным их просмотр и редактирование с помощью обычного текстового редактора.

7

•Многие векторные форматы представления изображений позволяют не только хранить трехмерные описания примитивов, но и нагружать их дополнительными атрибутами, имеющими отношение к предметной области.

Недостатки векторной графики:

•Изображения выглядят слишком искусственно, поскольку в природе мало дуг и прямых.

•При выводе на растровые устройства необходима растризация.

Векторная графика широко используется для построения схем, диаграмм, чертежей в системах автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства

(AutoCAD, Кредо, ...), CASE – системах (Rational Rose, ERWin, BPWin,...), системах подготовки презентаций (MS PowerPoint, Lotus Freelance,...), офисных графических системах назначения (CorelDraw, MS Visio и др.). Многие системы векторной графики позволяют включать в векторные изображения растровые фрагменты.

8